ตัดเฉือนวัสดุคอมโพสิตได้อย่างราบรื่นไร้กังวล ~ Sandvik Coromant ช่วยให้การคาดการณ์การสึกหรอของเครื่องมือกลายเป็นเรื่องง่ายเมื่อใช้ดอกสว่าน CoroDrill® 863-O ตัดเฉือนวัสดุคอมโพสิตที่ขึ้นชื่อเรื่องความเหนียว ~

 

 

 

 

ตัดเฉือนวัสดุคอมโพสิตได้อย่างราบรื่นไร้กังวล

 

~ Sandvik Coromant ช่วยให้การคาดการณ์การสึกหรอของเครื่องมือกลายเป็นเรื่องง่ายเมื่อใช้ดอกสว่าน CoroDrill® 863-O ตัดเฉือนวัสดุคอมโพสิตที่ขึ้นชื่อเรื่องความเหนียว ~

 

 

จากการสำรวจล่าสุดพบว่าหนึ่งในสามของผู้ผลิตพร้อมเดินหน้าลงทุนในเครื่องมือระบบอัตโนมัติอย่างเต็มที่ แล้วสิ่งนี้จะมีส่วนช่วยให้ธุรกิจด้านการตัดเฉือนวัสดุคอมโพสิตประสบความสำเร็จได้อย่างไรบ้าง Aaron Howcroft ผู้จัดการฝ่ายผลิตภัณฑ์ส่วนกลางของบริษัท Sandvik Coromant จะมาอธิบายให้ทราบว่าเทคโนโลยีการตกเคลือบด้วยไอเคมี (CVD) ที่อยู่เบื้องหลังเครื่องมือเจาะ CoroDrill® 863-O สามารถช่วยให้ผู้ผลิตปรับแนวทางในการตัดเฉือนวัสดุคอมโพสิตให้สำเร็จได้อย่างไร

 

 

ในการเจาะรูชิ้นส่วนอากาศยานโดยส่วนใหญ่ บรรดาผู้ผลิตมีโอกาสเพียงสามครั้งเท่านั้นที่จะต้องเจาะรูให้ได้อย่างถูกต้อง เพราะหลังจากนั้นจะไม่สามารถทำการเจาะรูซ้ำใหม่ได้อีก เนื่องจากข้อกำหนดด้านการออกแบบที่เข้มงวด ซึ่งหากพลาดไปเพียงรูเดียวจากโอกาสที่มีเพียงสามครั้ง ไม่ว่าจะเป็นความผิดพลาดเรื่องเส้นผ่านศูนย์กลาง ผิวสำเร็จ หรือการแยกชั้นของวัสดุ ก็จะต้องทิ้งชิ้นส่วนดังกล่าวไปทั้งหมด และด้วยมูลค่าที่มหาศาลของชิ้นส่วนอากาศยานนี่เอง จึงทำให้การเจาะคว้านรูเป็นธุรกิจที่มีความเสี่ยงสูง โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อต้องเจาะวัสดุคอมโพสิต ซึ่งกำลังเป็นที่ต้องการเพิ่มมากขึ้นในตลาด

 

 

การเจาะคว้านรูกลายเป็นหนึ่งในกระบวนการตัดเฉือนที่พบบ่อยที่สุดเมื่อต้องทำงานกับวัสดุคอมโพสิต ทั้งนี้ วัสดุคอมโพสิตเป็นการผสานรวมวัสดุอย่างน้อยสองชนิดซึ่งมีคุณสมบัติทางกายภาพและทางเคมีที่แตกต่างกัน ดังนั้น การตัดเฉือนวัสดุคอมโพสิตจึงเกี่ยวข้องกับการตัดหรือการทำให้ส่วนที่เป็นเส้นใยของวัสดุเกิดการแตกหัก หากดำเนินการอย่างไม่ถูกต้อง ก็จะทำให้ชั้นของวัสดุคอมโพสิตเกิดการหลุดร่อนออกจากตำแหน่ง หรือที่เรียกว่า “การแยกชั้น” ซึ่งเป็นปัญหาสำคัญที่ลูกค้าของ Sandvik Coromant ต้องเจอในกระบวนการผลิต

 

 

การแยกชั้นดังกล่าวส่งผลโดยตรงต่อคุณภาพของรูเจาะและความสามารถในการเจาะรูซ้ำ ตลอดจนคุณภาพและความสมบูรณ์ของผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้าย และผลกำไรของผู้ผลิต การที่ผมให้ความสำคัญกับเรื่องของความสมบูรณ์ก็เพราะคุณภาพของรูเจาะที่ดีขึ้นเป็นสิ่งจำเป็นในการป้องกันชิ้นส่วนผลิตไม่ให้เกิดความล้มเหลวเมื่อมีการนำไปใช้งาน และมีความสำคัญอย่างมากต่อกระบวนการผลิตที่เกี่ยวข้องกับการตัดเฉือนหรือการแต่งผิวของรูเจาะ

 

 

นอกจากนี้ ปริมาณความร้อนที่เกิดขึ้นในระหว่างการตัดเฉือนวัสดุคอมโพสิตก็ถือเป็นสิ่งที่มีความสำคัญไม่แพ้กัน เนื่องจากการนำความร้อนที่ไม่ดีของวัสดุและการไม่มีเศษทำให้เกิดความเสี่ยงต่อเรซินที่ยึดเส้นใยของวัสดุเข้าไว้ด้วยกัน กล่าวอีกนัยหนึ่งก็คือ การตัดเฉือนวัสดุคอมโพสิตทำให้เกิดจุดอ่อนในกระบวนการตัดเฉือนที่อาจเป็นเรื่องที่มักจะถูกมองข้ามไป

 

 

อย่างไรก็ตาม จุดอ่อนเหล่านี้เริ่มเด่นชัดขึ้นเมื่อมีความต้องการด้านการตัดเฉือนวัสดุคอมโพสิตในตลาดเพิ่มสูงขึ้นอย่างคาดไม่ถึง ซึ่งก่อให้เกิดปัญหาต่อการตัดเฉือนที่ไม่สามารถยอมรับได้

 

 

ทำไมผมจึงต้องพูดถึงเรื่องนี้ ก็เพราะในตอนนี้คุณภาพของรูได้กลายเป็นสิ่งที่มีความสำคัญมากกว่าที่เคยโดยเฉพาะในยุคของ COVID-19 จากงานวิจัยของ Euromonitor International พบว่าบริษัทราว 50% วางแผนที่จะปรับเปลี่ยนกลยุทธ์ทางดิจิตอลของตนใหม่ โดยหนึ่งในสามของผู้ตอบแบบสำรวจ Voice of the Industry ปี 2020 ของ Euromonitor ระบุว่าพวกเขาพร้อมเดินหน้าลงทุนในเครื่องมือระบบอัตโนมัติอย่างเต็มที่ เพื่อให้สามารถเจาะรูได้อย่างถูกต้องแม่นยำโดยเฉพาะในสถานการณ์ที่เร่งด่วนและไม่มีคนควบคุม

 

 

ดังนั้น ผู้ผลิตจึงจำเป็นต้องกลับมาทบทวนแนวทางที่เหมาะสมเพื่อรับมือการเจาะวัสดุคอมโพสิตดังกล่าว

 

 

อัตราการสึกหรอที่คาดการณ์ล่วงหน้าได้

 

เราได้พิจารณาแล้วว่าคุณภาพผิวงานของรูเป็นปัญหาที่แท้จริงของผู้ผลิตในอุตสาหกรรมอากาศยาน แล้วเครื่องมือจะเข้ามามีบทบาทในการจัดการกับปัญหาดังกล่าวได้อย่างไร รวมทั้งดอกสว่านที่มีประสิทธิภาพมากขึ้นจะเป็นประโยชน์ต่อกลยุทธ์ด้านระบบอัตโนมัติอย่างไรบ้าง

 

 

ก่อนอื่นมาดูกันว่าสิ่งที่บรรดาผู้ผลิตต้องการในอุดมคติคืออะไร จะเห็นได้ว่าผู้ผลิตต้องการรูที่มีคุณภาพดี สม่ำเสมอ และสามารถเจาะซ้ำได้ แน่นอนว่าเครื่องมือทุกชนิดย่อมมีการเสื่อมสภาพ แต่การสึกหรอนั้นจะต้องเกิดขึ้นในลักษณะที่สม่ำเสมอและสามารถคาดการณ์ได้

 

 

ผมอาจบอกเล่าความสำคัญของการสึกหรอที่คาดการณ์ได้ไม่หมด แต่เอาเป็นว่าโดยปกติแล้ว เครื่อง CNC มักจะถูกตั้งโปรแกรมให้นำเครื่องมือออกทุกครั้งที่เกิดเหตุขัดข้อง และเมื่อวงจรอายุการใช้งานของดอกสว่านมีความไม่สม่ำเสมอในสถานการณ์เลวร้ายที่เกิดขึ้นดังกล่าว อายุการใช้งานผลิตภัณฑ์ส่วนใหญ่ที่คุณซื้อไว้ก็อาจลดลงได้ถึง 50% ด้วยเหตุนี้เมื่อ Sandvik Coromant จัดหาดอกสว่านให้กับลูกค้า เรากล้ารับประกันได้เลยว่าคุณจะสามารถคาดการณ์อายุการใช้งานของดอกสว่านได้ถึงระดับนาที ไม่ว่าจะอยู่ในสถานการณ์ใดก็ตาม!

 

 

เพิ่มประสิทธิภาพด้วยดีไซน์

 

ด้วยเหตุนี้ Sandvik Coromant จึงได้พัฒนาดอกสว่านประสิทธิภาพสูง CoroDrill® 863-O เพื่อใช้งานร่วมกับวัสดุคอมโพสิต รวมถึงวัสดุเสริมแรงด้วยคาร์บอนไฟเบอร์ (CFRP) และวัสดุเสริมแรงด้วยใยแก้ว (GFRP) โดยดอกสว่านได้รับการออกแบบเพื่อรองรับอุตสาหกรรมที่มีการใช้วัสดุคอมโพสิตอย่างกว้างขวางและมีความต้องการเจาะชิ้นงานที่มีความยาวหลายฟุตในแต่ละครั้ง อย่างเช่นในอุตสาหกรรมอากาศยานซึ่งใช้วัสดุคอมโพสิตในการผลิตโครงเครื่องบินและชิ้นส่วนอื่นๆ

 

 

สำหรับเครื่องมือ CoroDrill® 863-O ที่พัฒนาขึ้นมานั้น ตัวอักษร O จะแสดงให้ทราบว่าเครื่องมือนี้เหมาะสำหรับการใช้งานร่วมกับวัสดุคอมโพสิตเท่านั้น และเครื่องมือชิ้นแรกที่เราผลิดขึ้นก็ได้ถูกนำไปใช้กับวัสดุในอุตสาหกรรมอากาศยานที่มีแนวโน้มจะเกิดปัญหาการแยกชั้นในระดับสูง โดยเฉพาะอย่างยิ่ง “ลามิเนต” ที่มีส่วนประกอบเรียงตัวไปในทิศทางเดียว (ชนิดไม่มีผ้าลอกแบบพีลพาย) และมักนำไปใช้ในส่วนของปีกและลำตัวของเครื่องบิน เราได้สร้างข้อมูลเชื่อมโยงการแยกชั้นของวัสดุในรูปแบบดิจิตอลเพื่อพิจารณาว่าปัญหาการแยกชั้นที่เราพบตลอดอายุการใช้งานของเครื่องมือนั้นมีจำนวนมากน้อยเพียงใด

 

 

ระบบคอมพิวเตอร์ได้รับการตั้งค่าพิกัดความเผื่อไว้ต่ำมาก ซึ่งหมายถึงปริมาณการแยกชั้นที่เรายอมรับได้สำหรับรูเจาะที่กำหนด และจากข้อมูลที่ได้ ทำให้เราสามารถปรับลักษณะสำคัญของการออกแบบดอกสว่าน เช่น มุมของเกลียวหรือร่องเกลียวรอบดอกสว่านได้สำเร็จ โดยเกลียวที่สูงขึ้นจะเป็นประโยชน์ต่อการคายเศษ ดังนั้นจึงสามารถช่วยลดการแยกชั้นที่ด้านทางออกของเครื่องมือได้ ในทางตรงกัน หากเกลียวสูงเกินไปก็อาจทำให้เกิดการแยกชั้นในวัสดุคอมโพสิตทางด้านทางเข้าได้ด้วยเช่นกัน ซึ่งไม่ว่าจะเป็นแบบใดก็ตาม สิ่งนี้อาจส่งผลให้ชั้นของไฟเบอร์เกิดการยื่นออกมาจากรูได้

 

 

คุณสมบัติหลักอื่นๆ ของ CoroDrill 863-O ที่น่าสนใจคือโปรไฟล์และเกรดของเครื่องมือ วัสดุคอมโพสิตไม่ได้มีความเป็นเนื้อเดียวกันและการนำวัสดุที่พัฒนาขึ้นใหม่มาใช้ในกระบวนการผลิตย่อมทำให้เกิดความท้าทายอย่างยิ่ง ไม่ว่าจะเป็นเรื่องความหนา ประเภทของส่วนประกอบ และอื่นๆ การออกแบบ CoroDrill 863-O ให้มีคุณสมบัติที่เหนือกว่าก็เพื่อให้สามารถรับมือกับวัสดุได้ทุกชนิด

 

 

สำหรับในเรื่องของเกรดเครื่องมือก็มีประเด็นที่ต้องได้รับการพิจารณาด้วยเช่นกัน โดยดอกสว่านคาร์ไบด์เหมาะกับการตัดเฉือนชิ้นส่วนอากาศยานเป็นอย่างยิ่ง เนื่องจากคาร์ไบด์เป็นตัวเสริมความแข็งแรงให้กับเครื่องมือตลอดทั้งหน้าลายและด้ามของเครื่องมือด้วย สิ่งนี้ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพในการตัดและความสามารถในการคายและกำจัดเศษวัสดุได้อย่างสูงสุด อย่างไรก็ตาม เครื่องมือคาร์ไบด์อาจเกิดการสึกหรอได้อย่างรวดเร็วเมื่อเสียดสีกับวัสดุคอมโพสิต จึงเป็นปัญหาที่ถือว่ามีความสำคัญโดยเฉพาะอย่างยิ่งในการตั้งค่าการผลิตแบบอัตโนมัติ

 

 

เพื่อเอาชนะปัญหานี้ให้ได้ CoroDrill 863-O จึงใช้เทคโนโลยีการตกเคลือบด้วยไอเคมี (Chemical Vapor Deposition: CVD) โดย CVD จะทำให้วัสดุที่ใช้ผลิตเครื่องมือมีความแข็งอย่างมาก ซึ่งเหมาะสำหรับการตัดเฉือนวัสดุคอมโพสิตและวัสดุที่มีชั้นในลักษณะเรียงซ้อนกัน การใช้เลเยอร์ CVD เคลือบทั้งคมตัดจะทำให้เครื่องมือมีอายุการใช้งานยาวนานขึ้น และเนื่องจากค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานต่ำและการนำความร้อนสูงของ CVD จึงทำให้คมตัดของเครื่องมือมีโอกาสน้อยที่จะเกิดการสะสมของเศษวัสดุที่คมตัด (BUE) และเนื่องจาก CVD ยังคงมีความคมอยู่ จึงขจัดปัญหาเรื่องการเกิดความร้อน ทั้งยังมีแรงเสียดทานต่ำและช่วยลดแนวโน้มที่จะเกิดปัญหาต่างๆ ในรูเจาะด้วย

 

 

ด้วยเหตุนี้ เกรด CVD จึงเป็นที่นิยมเมื่อต้องทำการเจาะรูจำนวนมากและต้องการเพิ่มประสิทธิภาพในการผลิต

 

 

หุ่นยนต์ที่เปี่ยมประสิทธิภาพและการทดสอบภาคสนาม

 

กลุ่มผลิตภัณฑ์ CoroDrill 863 ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพในการปรับตั้งกระบวนการผลิตแบบอัตโนมัติของผู้ผลิตทั้งในเครื่อง CNC และหุ่นยนต์ในสายการผลิต เนื่องจากมีให้เลือกทั้งแบบคาร์ไบด์ เพชรโพลีคริสตัลลีน (PCD) และแบบเคลือบ CVD จึงสามารถใช้ดอกสว่านร่วมกับวัสดุที่ยากต่อการตัดเฉือนได้ทุกประเภทในกระบวนการผลิตที่เร่งด่วนและไม่มีคนควบคุม ไม่ว่าจะเป็นวัสดุคอมโพสิต อะลูมิเนียม ไทเทเนียม ซูเปอร์อัลลอยทนความร้อน และสเตนเลสสตีล

 

 

หลังจากพร้อมออกจากห้องปฏิบัติการแล้ว CoroDrill 863-O ก็ถูกทดสอบประสิทธิภาพด้วยการนำไปเจาะรูในชิ้นงานคาร์บอนไฟเบอร์ ทั้งนี้ คาร์บอนไฟเบอร์เป็นวัสดุที่ได้รับความนิยมสูงในอุตสาหกรรมอากาศยาน เนื่องจากวิศวกรต้องการสร้างโครงสร้างที่มีน้ำหนักเบาขึ้น จึงต้องเลือกใช้วัสดุมีอัตราส่วนความแข็งแรงต่อน้ำหนักที่เหนือกว่าวัสดุประเภทอื่นๆ

 

 

โดยชิ้นงานที่มีความหนาเฉลี่ย 0.25 นิ้วต้องถูกเจาะรูสองชุดโดยใช้หน้าลาย CoroDrill® 863-O ซึ่งใช้เทคโนโลยี CVD ในรูปแบบของเราเองที่เรียกว่า O1AD เพื่อเพิ่มความทนทานต่อการสึกหรอเมื่อนำไปใช้กับวัสดุคอมโพสิต ขั้นแรก ชิ้นงานจะถูกตัดเฉือนด้วยดอกสว่าน 863-O ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางการตัด (DC) 6.37 มม. (0.25 นิ้ว) จากนั้นก็จะใช้ DC 4.85 มม. (0.191 นิ้ว)

 

 

การเจาะรูทั้งสองชุดได้แสดงให้เห็นผลลัพธ์ที่ดีเยี่ยมของ 863-O โดยมีการเจาะรู 400 รูในคาร์บอนไฟเบอร์ที่ DC 6.37 มม. (0.25 นิ้ว) และ 560 รูที่ 4.85 มม. (0.191 นิ้ว) แม้ว่าจะยังอยู่ในช่วงเริ่มต้นของอายุการใช้งานของเครื่องมือ แต่ผลการทดสอบก็สอดคล้องกับการทดสอบในห้องปฏิบัติการอย่างเห็นได้ชัด

 

 

นอกจากนี้ การนำระบบ Capacity Data Management ของ Sandvik Coromant ซึ่งเป็นระบบช่วยคาดการณ์อายุการใช้งานเครื่องมือสำหรับลูกค้าของเรามาใช้ร่วมด้วย ก็ทำให้เราสามารถประเมินอายุการใช้งานที่ปลอดภัยของเครื่องมือได้อย่างแม่นยำ โดยรวมแล้ว สิ่งนี้แสดงให้เห็นถึงความสามารถของผลิตภัณฑ์ที่มีอายุการใช้งานที่ดีเยี่ยม ช่วยลดการเปลี่ยนเครื่องมือ รวมถึงให้ความสามารถในการเจาะรูซ้ำและมีประสิทธิภาพที่เชื่อถือได้ในการตัดเฉือนวัสดุคอมโพสิต สิ่งที่สำคัญอย่างยิ่งก็คือ รูทั้งหมดมีระดับการแยกชั้นต่ำในขณะที่เครื่องมือเข้าหรือออกจากชิ้นงานตลอดการทดสอบทั้งสองครั้ง

 

 

ดังนั้นจึงเป็นที่ชัดเจนแล้วว่า เครื่องมือตัดเฉพาะทางมีความสำคัญต่อความสำเร็จในการเจาะคว้านรู โดยเฉพาะอย่างยิ่งในชิ้นส่วนที่ทำจากวัสดุคอมโพสิตหรือวัสดุที่มีชั้นในลักษณะเรียงซ้อนกัน นอกจากนี้ เครื่องมืออย่างดอกสว่าน 863-O ยังมีส่วนสำคัญในการช่วยให้บริษัทต่างๆ สามารถดำเนินกระบวนการทำงานในรูปแบบอัตโนมัติได้อย่างสมบูรณ์ทั้งระบบแม้แต่ในการตัดเฉือนวัสดุคอมโพสิตที่มีความเหนียวเป็นอย่างยิ่ง