ในการออกแบบเครื่องมือ ถือได้ว่าเป็นงานที่สำคัญสำหรับอุตสาหกรรมที่ต้องการเพิ่มประสิทธิภาพในการทำงาน การเพิ่มผลผลิตรวมไปถึงการลดค่าใช้จ่ายในการผลิต ซึ่งถือได้ว่าเป็นวัตถุประสงค์หลักของการออกแบบเครื่องมือพิเศษ ควรคำนึงถึงวัตถุประสงค์ในการออกแบบดังต่อนี้
1. เพื่อต้องการวางตำแหน่งชิ้นงานผลิตให้สามารถทำงานได้
2. ช่วยลดเวลาในการปฏิบัติงานเกี่ยวกับการติดตั้งจับยึดชิ้นงาน
3. ช่วยในการทำงานที่ยุ่งยากซับซ้อนให้สะดวกขึ้น
4. การผลิตชิ้นงานต่าง ๆ ได้ขนาดเที่ยงตรง ทำให้ค่าต่าง ๆ ของชิ้นงานผลิตถูกต้องเที่ยงตรง
ขั้นต้นของการออกแบบอุปกรณ์นำเจาะและจับงาน ก็คือ การพิจารณาข้อมูลความสัมพันธ์ที่เกี่ยวข้องทั้งหมด แบบของชิ้นส่วนและแผนการผลิตจะต้องถูกศึกษาอย่างละเอียดรอบคอบ เพื่อหาความต้องการหรือจุดประสงค์ที่แน่นอนของอุปกรณ์นำเจาะและจับงานนั้น ๆ การออกแบบคร่าว ๆ
7.2.1 ขนาดและรูปร่างทั้งหมดของชิ้นส่วน
นักออกแบบอุปกรณ์นำเจาะและจับงานจะต้องพิจาณาขนาดและรูปร่างของชิ้นงานว่าเป็นอย่างไร และจะทำอุปกรณ์นำเจาะและจับงานให้สัมพันธ์เหมาะสมกันอย่างไร
7.2.2 ชนิดและภาวะของวัสดุ
ชนิดและสภาวะต่าง ๆ ของวัสดุที่จะนำมาใช้ทำชิ้นงานที่ถูกกระทำจะมีผลกระทบโดยตรงต่อการทำอุปกรณ์นำเจาะและจับงาน ชิ้นงานที่เป็นพวกวัสดุอ่อน ๆ เช่น อะลูมิเนียม แมกนีเซียม พลาสติก จะทำให้มีการตัดที่ง่ายและรวดเร็วมากกว่าวัสดุที่มีความแข็งแรงมากกว่า
7.2.3 ชนิดของเครื่องจักรในการทำงาน
เครื่องจักรที่ใช้ในการทำงานและการทำงานของเครื่องจักรจะ เป็นตัวกำหนดว่าควรจะทำอุปกรณ์นำเจาะและจับงานขึ้นมาในลักษณะใด ให้แข็งแรงอย่างไร
7.2.4 ระดับความต้องการความละเอียดถูกต้อง
ความละเอียดถูกต้องมีผลกระทบต่อการออกแบบคือ ปกติที่มีผลต่อความเที่ยงตรงของอุปกรณ์นำเจาะและจับงาน ก็คือความผิดพลาดที่ยอมรับได้ ตามกฎทั่วๆ ไปความผิดพลาดที่ยอมได้ของเครื่องมือจะเท่ากับ 20–50 % ของความผิดพลาดที่ยอมได้ของชิ้นงาน
7.2.5 จำนวนของชิ้นงานที่ทำ
จำนวนชิ้นงานที่จะต้องทำขึ้นมานั้นจะเป็นตัวกำหนดโดยตรงว่าจะสร้างอุปกรณ์นำเจาะและจับงานให้ดีเพียงไร อุปกรณ์นำเจาะและจับงานที่จะถูกสร้างขึ้นมานี้จะต้องมีราคาไม่แพงเกินกว่าราคาต้นทุนที่จะผลิตชิ้นงานโดยทำให้เป็นแบบง่าย ๆ
7.2.6 ผิวหน้าของตัวกำหนดตำแหน่งและการจับยึด
แบบดรออิ้งของชิ้นงานต้องถูกศึกษาดูอย่างดี เพื่อที่จะหาส่วนผิวหน้าที่ดีที่สุดที่จะทำการกำหนดตำแหน่งและยึดจับชิ้นงาน ซึ่งพิจารณาเรียงตามลำดับความสำคัญดังนี้ คือ
– รูของชิ้นงาน
– ผิวหน้าสองด้านที่ผ่านการตกแต่งมาแล้ว และทำมุมตั้งฉาก
– ผิวหน้าหนึ่งด้านที่ผ่านการตกแต่งมาแล้วกับผิวหน้าอีกด้านหนึ่งที่ยังไม่ตกแต่งและทำมุม�ตั้งฉากกัน
– ผิวหน้าสองด้านที่ยังไม่ได้ตกแต่ง และทำมุมตั้งฉากกัน
หมายเหตุ ความต้องการของผิวหน้าสำหรับการกำหนดตำแหน่งก็คือ จะต้องสามารถกำหนดตำแหน่งได้อย่างถูกต้องเที่ยงตรงไม่ว่าจะเปลี่ยนชิ้นงานไปมากชิ้นแล้วก็ตาม
7.2.7 ลำดับขั้นตอนการทำงาน
มีบ่อยครั้งที่นักออกแบบอุปกรณ์นำเจาะและจับงาน จะต้องออกแบบอุปกรณ์นำเจาะและจับงานมากกว่า 1 ตัว สำหรับการทำงาน 1 ชิ้น เมื่อมีกรณีเช่นนี้เกิดขึ้น ลำดับขั้นตอนการทำงานถูกนำมาพิจารณาว่าควรจะทำงานชนิดไหนก่อน
1. โครงสร้างหลักของอุปกรณ์จับยึดต้องแข็งแรงพอ เพื่อที่จะรับแรงตัดได้ดี
2. โครงสร้างของอุปกรณ์จับยึด อาจจะทำด้วยรูปแบบที่ง่ายๆ ซึ่งอาจทำให้แน่นโดยการใช้สกรูหรือการเชื่อม และบางชิ้นอาจทำได้ทั้ง 2 วิธี คือ การใช้สกรูและการเชื่อมในเวลาเดียว
3. ควรเตรียมการเพื่อให้ชิ้นงานสามารถวางไว้ที่อุปกรณ์จับยึดในตำแหน่งที่ถูกต้อง
4. การออกแบบอุปกรณ์จับยึด ควรให้ง่ายต่อการใส่งานหรือเคลื่อนย้ายชิ้นส่วน
5. การจับยึดควรรวดเร็วและใช้กำลังในการดำเนินงานน้อยที่สุด
6. การจับยึดควรให้เป็นระเบียบ เพื่อให้ง่ายต่อผู้ดำเนินงาน
7. ถ้าเป็นไปได้ ตัวจับยึดควรยึดด้วยสปริง เพื่อที่จะได้ต้านแรงด้านหัวได้
8. ตัวจับยึด ตัวรองรับ ควรอยู่ในตำแหน่งที่ทำความสะอาดได้ง่าย
9. ชิ้นส่วนของอุปกรณ์จับยึดที่หลวม เช่น แผ่นเหล็กรอง แหวนรองตัวเล็ก ปลอก
10. ชิ้นงานจะต้องมั่นคงเมื่ออยู่ในอุปกรณ์จับยึดตัวรองรับที่ตายตัว 3 นั้น จะมีประโยชน์มากในการจับยึดชิ้นงาน ขณะเดียวกันชิ้นงานที่มีผิวขรุขระ
11. ชิ้นงานที่เป็นแผ่นเรียบ ควรใช้จุดรองรับมากกว่า 3 จุด เพราะจุดรองรับเดิมที่มี 3 จุด นั้นอาจจับงานไม่แน่นทำให้งานเคลื่อนที่ได้
12. การตั้งตำแหน่งของตัวรองรับควรจะตั้งทีละตำแหน่งตามลักษณะของงาน
13. ถ้าตัวรองรับมี 3 ตำแหน่ง อยู่ในลักษณะวงกลมจะทำให้ชิ้นงานมั่นคง
14. พื้นที่ผิวหน้าของตัวรองรับควรมีขนาดเล็ก เพื่อที่จะไม่ให้ผิวชิ้นงานเสียหาย
15. ปากกาที่ทำหน้าที่จับอยู่ในตำแหน่งที่เหนือกว่าตัวรองรับ จะต้องระมัดระวังมากเป็นพิเศษ คือแรงที่ใช้ในการจัดจะต้องไม่ทำให้ชิ้นงานดีดตัวออกจากตัวรองรับ
16. ตำแหน่งของตัวรองรับหรือส่วนอื่นควรจะออกแบบให้ง่ายต่อการเปลี่ยน เมื่อเกิดการชำรุด
17. ตัวกำหนดตำแหน่งควรออกแบบให้ง่ายต่อการปลดชิ้นงาน
18. ในกรณีของอุปกรณ์นำเจาะ ควรทำให้ชิ้นส่วนถอดออกง่ายและไม่ควรให้เกะกะขณะปฏิบัติงาน
19. ระยะเผื่อของชิ้นงานควรให้มีหลายขนาด เพื่อให้จับได้หลากหลาย
20. มาตรฐานของความปลอดภัยในการทำงานของผู้ปฏิบัติงานสังเกตได้จากการออกแบบอุปกรณ์จับยึด
ความต้องการของอุตสาหกรรมสมัยใหม่ในการที่จะทำให้ได้ผลผลิตที่มากที่สุด โดยเสียค่าใช้จ่ายที่น้อยที่สุด ซึ่งก็คือการปรับปรุงการออกแบบอุปกรณ์นำเจาะและจับงานให้มีประสิทธิภาพและมีความเที่ยงตรงมากยิ่งขึ้น
7.4.1 การออกแบบให้ง่าย
สำหรับการออกแบบให้ง่ายนี้เป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการออกแบบอุปกรณ์นำเจาะและจับงานชิ้นส่วนต่าง ๆ ที่ถูกออกแบบมาจะต้องทำให้เป็นพื้นฐานง่าย ๆ ไม่มีความยุ่งยากซับซ้อน
7.4.2 ส่วนประกอบที่เป็นมาตรฐาน
ชิ้นส่วนมาตรฐานที่ใช้ในการทำอุปกรณ์นำเจาะและจับงานที่มีขายอยู่ในท้องตลาดสามารถที่จะปรับปรุงการทำอุปกรณ์นำเจาะและจับงานให้มีคุณภาพสูงได้อย่างมาก รวมทั้งสามารถเปลี่ยนแปลงขนาดได้หลาย ๆ ขนาดตามความต้องการทำให้ประหยัดทั้งทางด้านแรงงาน
7.4.3 ค่าความเผื่อ และความผิดพลาดที่ยอมได้
โดยทั่วไปค่าความผิดพลาดที่ยอมให้ใช้ได้ของอุปกรณ์นำเจาะและจับงานนี้ จะอยู่ระหว่าง 20–50% ของค่าความผิดพลาดที่ยอมให้ได้ของชิ้นงาน การทำอุปกรณ์นำเจาะและจับงานที่มีความละเอียดถูกต้องมากเกินไป
7.4.4 การเขียนแบบที่ไม่ยุ่งยาก
การเขียนแบบอุปกรณ์จับยึดเป็นส่วนหนึ่งของค่าใช้จ่ายทั้งหมดในการอุปกรณ์จับยึด �การเขียนแบบ ที่สามารถเข้าใจได้ง่าย ๆ อย่างถูกต้องจะเป็นการช่วยลดค่าใช้จ่ายต่าง ๆ ลงไปได้มาก
เมื่อมีการออกแบบและการผลิตทางอุตสาหกรรมความยุ่งยากในการสวมประกอบจึงเกิดขึ้นดังนั้นการอาศัยระบบและแนวกฎเกณฑ์ จึงเกิดขึ้นกับการประกอบชิ้นงานซึ่งโดยทั่วไปจะยึดถือเอาส่วนสำคัญต่าง ๆ เพื่อที่จะได้ประโยชน์ในงานสวมประกอบดังนี้
1. เพื่อเป็นแนวทางสำหรับการออกแบบที่เป็นระบบ
2. เพื่อให้ได้วัสดุอุปกรณ์ได้มาตรฐานที่แน่นอน
3. เพื่อให้อุปกรณ์หรือชิ้นส่วนมีขนาดที่ถูกต้อง
7.5.1 พิกัดความเผื่อ (Tolerance)
ในการผลิตชิ้นงานให้ได้ตามขนาดที่ต้องการโดยไม่ผิดพลาดนั้นไม่สามารถทำได้ ดังนั้นในการกำหนดขนาดของชิ้นงาน ต้องกำหนดค่าสูงสุดและค่าต่ำสุดไว้ในแบบเสมอ
ระบบมาตรฐานพิกัดความเผื่อ
7.5.2 คำจำกัดความ (ดูรูปประกอบ)
1. ขนาดกำหนด (Basic หรือ Nominal size) คือ ขนาดของชิ้นงานที่ออกแบบมีความต้องการให้มีขนาดเท่านั้น สำหรับขนาดของเพลาที่จะสวมลงไปในรูจะมีขนาดกำหนดเท่ากัน
2. ขนาดจริง (Actual Size) คือ ขนาดที่วัดได้จากชิ้นงานที่ผลิตออกมา ซึ่งต้องอยู่ในขอบเขตของพิกัดความเผื่อ
3. ค่าความเผื่อต่ำสุด (Allowance Below Nominal Size) คือ ระยะวัดจากเส้นศูนย์ (Zero Line) ถึงเส้นต่ำสุด
4. ค่าความเผื่อสูงสุด (Allowance Above Nominal Size) คือ ระยะวัดจากเส้นศูนย์ (Zero line) ถึงเส้นสูงสุด
5. พิกัดความเผื่อ (Tolerance) คือ ผลต่างระหว่างขนาดโตสุดกับขนาดเล็กสุด
7.5.3 งานสวม
การสวมประกอบของชิ้นงานสองชนิดคือ เพลา และรู มีด้วยกัน 3 ชนิด คือ
1. สวมคลอน (Clearance Fit) เป็นการสวมประกอบของชิ้นงานซึ่งหลังจากการสวมกันของชิ้นสวนทั้งสองส่วนแล้วยังมีระยะคลอน (Clearance) อยู่
2. สวมอัด (Interference Fit) เป็นการสวมประกอบของชิ้นงานซึ่งหลังจากการสวมกันของชิ้นสวนทั้งสองส่วนแล้ว จำเป็นต้องใช้การอัดเข้าด้วยกัน
3. สวมพอดี (Transition Fit) ขึ้นอยู่กับขนาดที่แท้จริงของชิ้นส่วนที่นำมาประกอบกันเป็นได้ทั้งสวมพอดีหรือสวมอัด
การหาระยะคลอน จะหาได้ดังนี้
ระยะคลอนมากสุด = ขนาดรูโตสุด – ขนาดเพลาเล็กสุด
ระยะคลอนน้อยสุด = ขนาดรูเล็กสุด – ขนาดเพลาโตสุด
การหาระยะอัด จะหาได้ดังนี้
ระยะอัดมากสุด = ขนาดเพลาโตสุด – ขนาดรูเล็กสุด
ระยะอัดน้อยสุด = ขนาดเพลาเล็กสุด – ขนาดรูโตสุด
การแบ่งชั้นของความพอดี
7.5.4 ระบบงานสวมประกอบ (System of Fit)
การสวมประกอบกันของชิ้นงาน (เพลากับรูคว้าน) จำเป็นต้องให้ชิ้นงานชิ้นใดชิ้นหนึ่งเป็นหลัก แล้วปรับชิ้นงานอีกชิ้นเข้าประกอบให้ได้งานสวมตามความต้องการ จึงทำให้เกิดระบบงานสวม 2 อย่าง คือ
1. ระบบงานสวมรูคงที่ (Hole Basis System)
2. ระบบงานสวมเพลาคงที่ (Shaft Basis System)
ระบบงานสวมประกอบ
งานสวมประกอบในระบบรูคว้านคงที่ ค่าพิกัดความเผื่อของรูคว้านจะเริ่มจากเส้นศูนย์ (คือ �ที่ตำแหน่ง H) ส่วนค่าพิกัดความเผื่อของเพลาสามารถเลือกตำแหน่งเริ่มต้นของค่าพิกัดความเผื่อ �ตามความต้องการของชนิดงานสวมนั้น
สำหรับบางกรณี ตัวอย่างเช่น เพลายาว ๆ นำชิ้นงานปรับแต่งขนาดบนแท่นกลึงทำได้ยาก ดังนั้นงานสวมอาจต้องใช้ระยะเพลาเป็นหลักคือ กำหนดตำแหน่งเริ่มต้นของค่าพิกัดความเผื่อของเพลาที่ศูนย์
7.6.1 ความหมาย
นำเจาะ (Jig Design) เป็นผู้ช่วยทำงานที่ถูกออกแบบมาเพื่อจับยึดค้นหาตำแหน่งและช่วยเหลือชิ้นงาน เป็นแนวทางในการนำเครื่องมือตัดตลอดวงจรตัด
7.6.2 พิจารณาการออกแบบ
1. เรื่องทั่วไป เครื่องจักรและกระบวนการ
พิจารณาเรื่องทั่วไป
ลดต้นทุนการผลิต
พิจารณาเครื่องจักร
– ขนาด ชนิดและสมรรถนะของเครื่องจักร
– เครื่องควรจะสามารถจับชิ้นงานด้วยมือ–มีรูปร่างขนาดที่แน่นอน
– มีพื้นที่เพียงพอที่จะติดอุปกรณ์จับยึดงาน
– นักออกแบบเครื่องมือจะต้องทราบเกี่ยวกับตารางขนาด
พิจารณากระบวนการ
– พิจารณาขั้นตอนการผลิตทั้งหมด
– ถ้าก่อนกระบวนการไม่สามารถใช้อุปกรณ์นำเจาะชิ้นงานขั้นแรกได้ให้ใช้การเจาะรูสำหรับตำแหน่งเปาหมายในขั้นตอนต่อมา
– หลายอุปกรณ์นำเจาะและจับยึดสามารถใช้สำหรับชิ้นงานหนึ่ง
– การกำจัดเศษควรพิจารณาสำหรับแต่ละขั้นตอนการผลิต
2. แนวทางการออกแบบอย่างเป็นระบบ
– รูปร่างและขนาดชิ้นงาน
– วิเคราะห์เกี่ยวกับขนาดกว้างยาวและหนา
– อัตราการผลิต
– เครื่องมือที่ใช้
อุปกรณ์นำเจาะควรจะได้รับการออกแบบให้ตรงตามมาตรฐาน ต่อไปนี้
1. ระบุตำแหน่งชิ้นงานอย่างถูกต้องซึ่งสัมพันธ์กับเครื่องมือ
2. จับยึดอย่างปลอดภัยและยึดเหนียวแน่นช่วยพยุงชิ้นงานระหว่างการดำเนินการ
3. นำทางเครื่องมือ
4. มีตำแหน่งที่มั่นและ/ หรือยึดแน่นกับเครื่อง
5. ลดความเสียหายของเครื่องมือ
6. ลดข้อผิดพลาดของมนุษย์
7. เป็ดโอกาสให้พนักงานทักษะน้อย
8. ลดเวลาการผลิต
ปลอกนำเจาะแบบต่าง ๆ มีดังต่อไปนี้
7.7.1 Press Fit
Press Fit
– ปลอกนำเจาะที่แพงน้อยสุด
– อัดเข้าไปในแผ่นอุปกรณ์นำเจาะอย่างถาวร
7.7.2 Head Press Fit
Head Press Fit
– หัวจะต้านทานแรงตามแนวแกนที่มีภาระมาก
– บูช H ถูกกดลงไปอย่างถาวรในแผ่นนำเจาะ
– โดยทั่วไปใช้สำหรับการเจาะที่ละขั้นตอนหรือทำงานคว้าน
– ใช้เมื่อคุณไม่ได้คิดที่จะเปลี่ยนบูชในระหว่างช่วงชีวิตการทำงานของเครื่องมือ
7.7.3 Serrated Press Fit
– ส่วนบนมีลักษณะคล้ายฟันเลื่อยเพื่อป้องกันการหมุนในวัสดุที่อ่อนนุ่ม
– แนะนำในสถานการณ์ที่แรงบิดสูงสำหรับวัสดุ เช่น แมกนีเซียม อะลูมิเนียม ไม้อัดหรือไม้ลักษณะคล้ายฟันเลื่อยต้านทานแรง
– ตามแนวแกนเพื่อป้องกันไม่ให้ผลักดันบูชผ่านแผ่นนำเจาะ
Serrated Press Fit
7.7.4 Slip/Fixed Renewable
Slip/Fixed Renewable
– บุชที่ถอดเปลี่ยนได้โดยทั่วไปที่ใช้บูชและสกรูล็อก
– ใช้เมื่อคุณคาดหวังที่จะเปลี่ยนบูชในช่วงชีวิตของเครื่องมือหรือเมื่อคุณต้องการที่จะเปลี่ยนบูช�ในการดำเนินการหลายขั้นตอนด้วยเครื่องมือเดียวกัน
7.7.5 Flat Milled Renewable
Flat Milled Renewable
– บูชที่ใช้สำหรับถอดเปลี่ยนได้ใช้ภายใต้สภาวะที่มีความต้านทานแรงหมุนที่รุนแรง
– บูชนี้โดยทั่วไปมีซับในมีการล็อกเพื่อให้ยึดอย่างปลอดภัยด้วยแคลมป์แบน บูช FM ยังมีมาตรฐานในด้านอื่น ๆ เพื่อให้ใช้สกรูล็อกแทน
7.7.6 Liner
Liner
– บูชซับในถาวรใช้ในการเปลี่ยนปลอกนำเจาะใหม่
– ซับแข็งกำหนดตำแหน่งได้อย่างถูกต้อง บูชหมุนเวียนและปกป้องแผ่นอุปกรณ์นำคมตัดจากการสึกหรอที่เกิดจากการเปลี่ยนบูชชิ่งบ่อย
7.7.7 Chip Breaker
Chip Breaker
– คล้ายกับบูช SF renewable แต่ด้วยการออกแบบเป็นพิเศษรอยหยักทำให้เศษที่ปลายสว่านหลุดออก
– ใช้เมื่อขจัดเศษยาก วัสดุเหนียว เพื่อลดแรงเสียดทานและความร้อนสะสม ลดการสึกหรอของ�บูชที่ปลายสว่านและช่วยลดโอกาสเสียหายของเครื่องมือหรือชิ้นงาน
7.7.8 Direct Coolant
Direct Coolant
– คล้ายกับบูชชิ่งSF renewableแต่มีทางเดินน้ำหล่อเย็นตรงไปยังพื้นที่ตัด
– การออกแบบนี้จะเป็นสิ่งที่ดีสำหรับการล้างเศษออกไป โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อได้รับคำสั่งเป็นชุดระบายความร้อนกับตัดเศษ (DCCH)
– บูช DC ต้องมีซับในพิเศษ DCL หรือ DCHL เพื่อนำน้ำหล่อเย็นจากทางเดินท่อเจาะถึงหลุมในบูชของผนัง OD
7.8.1 สกรูหัวรูปหมวก
หัวนอตตัวT : ยึดงานให้มั่นคงกับโต๊ะเครื่องจักร
สิ่งยึดและการประยุกต์ใช้
7.8.2 แป็นเกลียว
Hex nuts, T – solt nut, Acron nuts, Spherical flange
7.8.3 แหวนรอง
A. Swinging washer
B. Flat washer
C. “C” washer
7.8.4 วงแหวนกักงาน
หมุดและสลัก: สลักแข็ง– Alignedประกอบ Retainingแหวน
การออกแบบเครื่องมือจะต้องอาศัยการวิเคราะห์คุณสมบัติของชิ้นงานที่ผ่านการตัดเฉือน หรือกรรมวิธีการผลิตชิ้นงานต่าง ๆ ออกมาเป็นรูปร่างสำเร็จแล้ว ชิ้นงานที่ผลิตออกมาในตอนต้นอาจผ่ายกรรมวิธีการรีด การหล่อ หรือการตีเหล็ก
การวิเคราะห์วัสดุที่ทำมาใช้ให้วิเคราะห์คุณสมบัติทางกล (Mechanical Properties) และกรรม�วิธีการอบชุบ (Heat Treatment) รายละเอียดมาตรฐานของวัสดุชนิดต่าง ๆ จะกำหนดอยู่ในตารางโลหะ หมวดโลหะวิทยา หรือตารางวัสดุช่างทั่ว ๆ ไป
คุณสมบัติต่าง ๆ ของวัสดุที่ใช้ทำอุปกรณ์นำเจาะและจับงานจะมีผลกระทบโดยตรงต่อวัสดุนั้น ๆ ในระหว่างการใช้งาน คุณสมบัติเหล่านี้มีทั้งผลดีและผลเสีย ซึ่งขึ้นอยู่กับจุดมุ่งหมายของการใช้งานว่าต้องการคุณสมบัติอย่างไร
– ความแข็ง คือความสามารถของวัสดุที่จะต้องต่อต้านการแทงทะลุผ่านหรือการต่อต้านการทำให้เป็นรอย ปกติแล้ววัสดุที่มีความแข็งแรงมากกว่าย่อมมีความแข็งแรงต่อแรงดึงมากกว่า
– ความเหนียว เป็นความสามารถของวัสดุที่รองรับน้ำหนักหรือแรงกระแทกซ้ำหลาย ๆ ครั้งโดยปราศจากการเปลี่ยนแปลงของวัสดุนั้นอย่างถาวร
– ความต้านทานการสึกหรอ จะเป็นความสามารถของวัสดุที่จะต่อต้านการขัดถูของวัสดุหรือโลหะอื่น ๆ หรือมีความคงที่
– ความสามารถในการตกแต่งวัสดุ จะมีสิ่งต่าง ๆ ที่นำมาพิจารณาถึงความสามารถในการตกแต่ง ซึ่งได้แก่ อัตราในการตัด อายุการใช้งาน และความเรียบผิว
วัสดุแต่ละชนิดจะแยกย่อยออกเป็นชนิดต่าง ๆ ได้หลายชนิด แต่ละชนิดจะมีคุณสมบัติแตกต่างกันออกไป การเลือกใช้วัสดุจะต้องใช้ความรู้ความเข้าใจในเรื่องของวัสดุทางอุตสาหกรรมโดยอาศัยตารางโลหะต่าง ๆ
วัสดุที่ใช้ในการทำชิ้นส่วนประกอบของอุปกรณ์นำเจาะหรือจับงาน แบ่งเป็นประเภทต่าง ๆ ได้ดังนี้
1. เหล็กเหนียว (Steel)
2. เหล็กเครื่องมือ (Tool Steel)
3. เหล็กหล่อ (Cast Iron)
4. โลหะที่ไม่ใช่เหล็ก (Non Ferrous)
5. อโลหะ (Non–Metallic Material)
เหล็กเหนียว (Steel) มีหลายชนิดทั้งที่เป็นเหล็กโครงสร้างทั่ว ๆ ไปที่ไม่ระบุมาตรฐานและเหล็กเหนียวมาตรฐาน เหล็กเหนียวที่ไม่ระบุมาตรฐานส่วนมากเป็นเหล็กโครงสร้าง (Structural Steel) เป็นพวกคาร์บอนผสมต่ำ (Low Carbon Steel) ประมาณไม่เกิน 0.2 เปอร์เซ็นต์
7.12.1 เหล็กเหนียวมาตรฐาน
เหล็กเหนียวมาตรฐาน (Standard Steel) มีใช้กว้างขวางทั้งมาตรฐาน SAE (Society of Automotive Engineering) หรือ AISI (American Iron and Steel Institute) และ DIN (Deutsche Industries Nor men) แต่ละมาตรฐานก็จำแนกชนิดและประเภทการใช้งานออกเป็นสัญลักษณ์ต่าง ๆ
7.12.2 เหล็กเหนียวคาร์บอนต่ำ
เหล็กเหนียวคาร์บอนต่ำ จะเหมาะสำหรับการเชื่อมและจะสะดวกในการตัดเฉือน พวกที่คาร์บอนเกิน 0.2 เปอร์เซ็นต์ สามารถทำให้แข็งได้โดยการเพิ่มคาร์บอนที่ผิว
7.12.3 เหล็กเหนียวคาร์บอนปานกลาง
เหล็กเหนียวคาร์บอนปานกลาง (Medium Carbon) จะมีคาร์บอนประมาณ 0.3–0.52 เปอร์เซ็นต์ ส่วนมากจะผ่านการรีดร้อนเหมาะสำหรับการทำงานในขณะเย็น มีความแข็งแรงสูงกว่าพวกเหล็กคาร์บอนต่ำ มีคุณสมบัติในการตัดเฉือนได้สะดวก เหมาะสำหรับการอบชุบ
7.12.4 เหล็กคาร์บอนสูง
เหล็กคาร์บอนสูง (High Carbon) จะมีคาร์บอนประมาณ 0.3 – 0.52 เปอร์เซ็นต์ ส่วนใหญ่ผ่านการรีดร้อน มีความแข็งแรงสูง ความเหนียว (Toughness) พอควรแต่มีความอ่อน (Ductile) �ต่ำ ทนทานการสึกหรอ
7.12.5 เหล็กไร้สนิม
เหล็กไร้สนิม (Stainless Steel) มีคุณสมบัติทนทานต่อการกัดกร่อนและคุณสมบัติทางกลสูงแต่มีราคาแพงและเฉือนลำบาก ไม่เหมาะสำหรับทำชิ้นส่วนอุปกรณ์นำเจาะหรือจับงาน แต่บางชิ้นส่วนอาจทำจากเหล็กไร้สนิม
7.12.6 เหล็กเหนียวผสม
เหล็กเหนียวผสม (Alloy Steel) โดยทั่วไปมีความเหนียวสูงกกว่าเหล็กคาร์บอน (Carbon Steel) เมื่อเปรียบเทียบกับความแข็งแรง ในขณะเดียวกันมีความทนทานต่อการสึกหรอสูงกว่าเหล็กคาร์บอนซึ่งมีส่วนผสมของคาร์บอนเท่า ๆ กัน ความแข็งแรงของเหล็กเหนียวผสมแตกต่างจากเหล็กคาร์บอน 2 ประการ คือ
– กระบวนการอบชุบแตกต่างจากเหล็กคาร์บอนและแข็งทั้งก้อนไม่แข็งผิว
– ในระหว่างการอบชุบมีการบิดเล็กน้อย ขนาดของชิ้นงานไม่เปลี่ยนแปลงหลังอบชุบเนื่องจากเกิดความเค้นน้อย
ราคาของเหล็กเหนียวผสมจะแพงมากกว่าเหล็กประเภทอื่น ควรเลือกใช้ในกรณีที่ไม่สามารถใช้เหล็กคาร์บอนได้
เหล็กเครื่องมือ (Tool Steel) เป็นเหล็กที่มีคาร์บอนสูง โดยแท้จริงแล้วอาจจะเรียกว่าเหล็กคาร์บอนนั่นเอง แต่จะมีส่วนผสมพิเศษซึ่งจัดเป็นพวกเหล็กเหนียวผสมมีคุณสมบัติด้านความแข็งสูง ทนทานต่อการสึกหรอ ชุบแข็งแล้วสามารถอบให้เหนียว เพื่อมีความเหนียวขณะใช้งาน
เหล็กหล่อ (Cast iron) ส่วนใหญ่จะเป็นชิ้นงานสำเร็จที่ได้จากการหล่อ จะถูกนำมาใช้ทำลำตัวของอุปกรณ์นำเจาะและจับงาน (Jig or Fixture Bodies) ฐานอุปกรณ์จับงาน (Fixture Base) ที่ต้องทนต่อแรงกระแทกซึ่งมีความเค้นมาก
การออกแบบสร้างอุปกรณ์นำคมตัดและอุปกรณ์จับยึดให้ประหยัดค่าใช้จ่ายควรพิจารณาปัจจัย ดังนี้
1. จำนวนชิ้นงานในการผลิตขนาดรุ่นในการผลิต
(1) จำนวนน้อย< 40 ชิ้น
(2) จำนวนปานกลาง 40–100 ชิ้น
(3) จำนวนมาก 100–1000 ชิ้น
(4) จำนวนมาก ๆ 1000 ชิ้นขึ้นไป
2. เกณฑ์ความคลาดเคลื่อนของชิ้นงาน
3. เครื่องมือกลที่ใช้งาน
4. คุณภาพของคนงานที่มีอยู่
วิธีการคิดแบบธรรมดาและโดยทางตรงที่สุดในการพิจารณาค่าใช้จ่ายต่าง ๆ ของการออกอุปกรณ์นำคมตัดและอุปกรณ์จับยึดก็คือ การรวมค่าใช้จ่ายของวัสดุทั้งหมดกับค่าใช้จ่ายเกี่ยวกับค่าแรงงานในการทำอุปกรณ์นำคมตัดและอุปกรณ์จับยึด
ค่าแรงการทำงานนี้เป็นค่าใช้จ่ายที่แพงมากที่สุดกรณีหนึ่งในงานอุตสาหกรรม ถ้าค่าใช้จ่ายเกี่ยวกับแรงงานสามารถลดลงได้ ก็สามารถทำให้ค่าใช้จ่ายในการผลิตทั้งหมดลดลงด้วย อุปกรณ์นำคมตัดและอุปกรณ์จับยึดจะช่วยลดเวลาในการตกแต่งหรือทำงานลงได้ทำให้ได้ประโยชน์อย่างมาก
ตัวอย่าง ต้องการผลิตชิ้นงานจำนวน 6,500 ชิ้น โดยกรรมวิธีการไสอุปกรณ์จับยึดที่ใช้จับงานสามารถผลิตชิ้นงานได้ 55 ชิ้นต่อชั่วโมง หากต้องการเสียค่าจ้างคนงานชั่วโมงละ 40 บาท จงหาค่าใช้จ่ายเกี่ยวกับค่าแรงในการผลิตงานนี้
การเปรียบเทียบระหว่างค่าใช้จ่ายของเครื่องมือ หรือค่าใช้จ่ายที่เกี่ยวกับแรงงานไม่สามารถให้ข้อแนะนำหรือข้อพิจารณาอย่างเพียงพอต่อนักออกแบบอุปกรณ์นำคมตัดและอุปกรณ์จับยึด สำหรับสูตรที่ใช้ในการหาค่านี้คือ
ตัวอย่าง การผลิตชิ้นงานโดยการใช้เครื่องกัดจำนวน 8,500 ชิ้น ค่าแรงงานทั้งหมด 17,520 บาท ค่าใช้จ่ายในการสร้างอุปกรณ์จับยึด 1,900 บาท จงคำนวณหาค่าใช้จ่ายต่อชิ้นในการผลิตชิ้นงานนี้
ในการพิจารณาหาวิธีการที่จะทำการผลิตโดยประหยัดมากที่สุดนั้น นักออกแบบอุปกรณ์นำคมตัดและอุปกรณ์จับยึดจะต้องเปรียบเทียบวิธีการผลิตหลาย ๆ วิธี สำหรับการคำนวณแบบนี้นั้นสามารถที่จะทำได้อยู่สองลักษณะซึ่งจะขึ้นอยู่กับสถานการณ์หรือความสะดวกในการใช้เครื่องมือนั้น ๆ
สำหรับแบบแรกนี้จะคิดว่าวิธีการผลิตทั้งสองวิธีต้องใช้เครื่องมือพิเศษช่วยเหมือนกัน ในการออกแบบชิ้นงานเราจะใช้สูตรดังนี้คือ
ตัวอย่าง ต้องการเจาะรูขนาด φ 5 มิลลิเมตรจำนวน 5 รู ค่าใช้จ่ายต่อชิ้นในการเจาะสำหรับอุปกรณ์นำคมตัดตัวแรก 4.50 บาท ค่าใช้จ่ายต่อชิ้นในการเจาะรูสำหรับอุปกรณ์นำคมตัดตัวที่สอง 3.25 บาท �ถ้าต้องการผลิตชิ้นงานจำนวน 1,500 ชิ้น โดยอุปกรณ์นำคมตัดตัวที่สองจะประหยัดค่าใช้จ่ายเท่าไร
สำหรับแบบที่สองนี้เป็นกรณีที่วิธีการผลิตแบบหนึ่งแบบใดต้องการเครื่องมือพิเศษช่วยในการผลิตด้วยโดยเราจะใช้สูตรว่า
ตัวอย่าง การเจาะรูบนชิ้นงานโดยไม่ใช้อุปกรณ์นำคมตัดเจาะรูจะเสียค่าใช้จ่าย 4.50 บาทต่อชิ้น หากใช้อุปกรณ์นำคมตัดช่วยในการเจาะรูจะเสียค่าใช้จ่าย 2.50 บาทต่อชิ้นโดยมีค่าใช้จ่ายในการสร้างอุปกรณ์นำคมตัด 2,400 บาท ถ้าต้องการผลิตชิ้นงาน 2,500 ชิ้น จะประหยัดค่าใช้จ่ายเท่าไร
จุดคุ้มทุน (Break-even point) เป็นจุดที่แสดงค่าของจำนวนชิ้นงานที่อุปกรณ์นำคมตัดหรืออุปกรณ์จับยึด ต้องการผลิตได้อย่างน้อยที่สุดเท่าไรจึงจะคุ้มกับค่าใช้จ่ายที่ลงทุนไป ถ้าผลิตชิ้นงานได้น้อยกว่าจุดคุ้มทุนก็หมายถึงการขาดทุนแต่ถ้าผลิตชิ้นงานได้มากกว่าจุดคุ้มทุนก็หมายถึงการได้กำไรสูตรที่ใช้สำหรับการหาจุดคุ้มทุน คือ
ตัวอย่าง อุปกรณ์นำคมตัดตัวหนึ่ง ราคา 2,200 บาท ใช้ผลิตชิ้นงานที่มีราคา 5 บาทต่อชิ้น จงหาจำนวนชิ้นงานที่ผลิตแล้วไม่ขาดทุน เมื่อเปรียบเทียบกับการผลิตชิ้นงานโดยไม่ใช้อุปกรณ์นำคมตัด แต่เสียค่าใช้จ่าย 9.50 บาท ต่อชิ้น
นักออกแบบเครื่องมือที่ดีจะต้องพิจารณาและหาค่าต่าง ๆ หลายวิธีด้วย กันก่อนที่จะเลือกใช้วิธีการผลิตชิ้นงานโดยใช้เครื่องมือพิเศษอย่างใดอย่างหนึ่งโดยการเปรียบเทียบวิธีการในแต่ละวิธีนั้นว่ายากง่ายเพียงใด
ตัวอย่าง ชิ้นงานจำนวน 500 ชิ้น ต้องการตกแต่งโดยใช้เครื่องกัด (Milling) นักออกแบบเครื่องมือมีวิธีการที่สามารถทำงานนี้ได้ 3 วิธี ดังนี้คือ
1. ใช้คนงานที่ชำนาญการใช้เครื่องกัด ซึ่งได้ค่าจ้าง 160 บาท/ชั่วโมง โดยสามารถทำงานได้ �25 ชิ้น/ชั่วโมง
2. ใช้เครื่องมือพิเศษหรืออุปกรณ์จับยึดราคา 700 บาท ช่วยในการทำงานโดยใช้คนงานในการควบคุมซึ่งได้ค่าจ้าง = 75 บาท/ชั่วโมง และสามารถผลิตชิ้นงานได้ 1 ชิ้น ในเวลา 1 นาที 20 วินาที
3. ใช้อุปกรณ์จับยึดราคาแพงมากขึ้น = 2200 บาท แต่สามารถผลิตชิ้นงานได้ 1 ชิ้นทุก ๆ �24 วินาทีและใช้คนงานควบคุมการทำงานในค่าจ้าง 75 บาท/ชั่วโมง
จากวิธีดังกล่าว นักออกแบบเครื่องมือควรจะเลือกใช้แบบไหน
วิธีทำ ขั้นแรกนักออกแบบเครื่องมือจะต้องพิจารณาวิธีการทั้ง 3 วิธี และนำค่าที่ทราบแล้วมาใส่ในตารางการเปรียบเทียบ (Comparison Worksheet) ดังตาราง
ตารางที่ 7.1 ตารางการเปรียบเทียบ
ค่าต่าง ๆ ที่ยังไม่ทราบค่านั้นก็ทำการคำนวณมาใส่ ดังต่อไปนี้
วิธีที่ 1 ค่าที่จะต้องคำนวณก็คือจำนวนของชิ้นงานที่ผลิตได้ใน 1 ชั่วโมง ของวิธีที่ 2 และวิธีที่ 3 โดยการใช้
วิธีที่ 2 แทนค่าได้ดังนี้
วิธีที่ 3 แทนค่าได้ดังนี้
การคำนวณขั้นต่อไปคือ การหาค่าใช้จ่ายเกี่ยวกับแรงงานโดยใช้สูตร
วิธีที่ 1 แทนค่าได้ดังนี้
วิธีที่ 2 แทนค่าได้ดังนี้
วิธีที่ 3 แทนค่าได้ดังนี้
และในการคำนวณขั้นต่อไปคือ การคำนวณหาค่าใช้จ่ายของชิ้นงาน 1 ชิ้นโดยการ
วิธีที่ 1 แทนค่าได้ดังนี้
วิธีที่ 2 แทนค่าได้ดังนี้
วิธีที่ 3 แทนค่าได้ดังนี้
ตารางที่ 7.2 ตารางการเปรียบเทียบ
จากตารางที่ 7.2 จะเป็นตารางการเปรียบเทียบของวิธีการทำงานทั้งสามวิธีที่สมบูรณ์ ซึ่งเพียงพอที่นักออกแบบเครื่องมือจะทำการเสนอถึงฝ่ายจัดการเพื่อเลือกใช้วิธีใดวิธีหนึ่ง และเพื่อที่จะได้มีการเลือกวิธีที่ดีที่สุด
การใช้วิธีที่ 1 นั้นถึงแม้ว่าจะเป็นการประหยัดโดยไม่ต้องเสียค่าใช้จ่ายในการทำเครื่องมือพิเศษ แต่เพราะว่าอัตราการผลิตที่ช้าและค่าแรงงานก็สูง ก็จะทำให้เสียค่าใช้จ่ายได้มากวิธีการแบบนี้อาจจะมีประโยชน์สำหรับการผลิตชิ้นงานที่ไม่มากนักคือน้อยกว่า 50 ชิ้น
สำหรับวิธีการที่ 3 นั้นจะทำการผลิตชิ้นงานได้ในอัตราที่สูงและมีค่าแรงที่ต่ำกว่าการผลิตวิธีการอื่น ๆ แต่ค่าความประหยัดก็จะลดน้อยลงไปเนื่องจากต้องเสียค่าใช้จ่ายในการทำเครื่องมือพิเศษหรืออุปกรณ์จับยึดสูงมาก
ส่วนการผลิตโดยวิธีการที่ 2 นั้น เป็นการเสียค่าใช้จ่ายต่อชิ้นต่ำที่สุดเมื่อเทียบกับอีก 2 วิธี ซึ่งจะทำให้ผลกำไรกลับคืนมามาก จากเหตุผลเหล่านี้การผลิตโดยวิธีการที่ 2 จึงเป็นวิธีการที่นักออกแบบเครื่องมือควรจะเลือกใช้ ดังต่อไปนี้
1. การคำนวณหาค่าความประหยัดทั้งหมด โดยใช้สูตร
ในการคำนวณหาค่าความประหยัดทั้งหมดระหว่างวิธีการที่ 1 และวิธีการที่ 2 จะใช้สูตรที่ 2 และแทนค่าได้ดังนี้
TS = 500 × (6.4 – 3.07) – 700
= 965 บาท
ถ้าค่าความประหยัดทั้งหมดระหว่างวิธีการที่ 2 และวิธีการที่ 3 จะใช้สูตรที่ 1 และแทนค่าได้ดังนี้
TS = 500 × (4.9 – 3.07)
= 915 บาท
2. การคำนวณหาจุดคุ้มทุนโดยใช้สูตร
ถ้าพิจารณาระหว่าง วิธีการที่ 1 และวิธีการที่ 2 แทนค่าแล้วจะได้
ถ้าพิจารณาระหว่าง วิธีการที่ 2 และวิธีการที่ 3 แทนค่าแล้วจะได้