หล่อโลหะ

วิศ วิ วกรรม การหล่อโลหะ

จุดประสงค์การเรียนรู้ 1.รู้จักเครื่องมือและอุปกรณ์ทำ แบบหล่อ 2.รู้จักเครื่องจักรทำ แบบหล่อฝ 3.มีความรู้เรื่องกระสวน 4.มีความรู้เรื่องกล่องไส้แบบ 5.มีความรู้เรื่องเตาหลอมโลหะ 1

1.1.1 เครื่อ รื่ งมือ มื ทำ แบบหล่อ (MOLDING HAND TOOLS) การทำ แบบหล่อทรายเบื้องต้นที่ทำ ด้วยมือนั้น อาศัยเครื่องมือหลายชนิดด้วยกัน ดังแสดงใน รูปที่ 1.1 เครื่องมือตัวแรกคือ ที่กระทุ้งทรายหรือที่ตำ ทราย (RAMMER) โดยหน้าที่ของที่กระทุ้งทราย คือใช้กระทุ้ง ทรายให้แน่นสม่ำ เสมอ ซึ่งมีด้วยกันหลายแบบ ได้แก่ ที่กระทุ้งทรายแบบลิ่ม ที่กระทุ้งทรายด้วยมือ ที่กระทุ้ง ทรายบนพื้นและที่กระทุ้งทรายอัตโนมัติ 1 เครื่อ รื่ งมือ มื เครื่อ รื่ งจัก จั ร ทำ แบบหล่อและ เตาหลอมโลหะ ชิ้นงานหล่อที่สมบูรณ์ปราศจากจุดบกพร่องและรอยตำ หนิ เริ่มจากการหล่อด้วยแบบหล่อที่ดีแบบหล่อที่ดี จะได้จากการมีเครื่องมือ เครื่องจักร ในการทำ แบบหล่อที่ดี ดังนั้นการมีเครื่องมือเครื่องจักรในการทำ แบบหล่อที่ดี พร้อมจึงเป็นเรื่องที่จำ เป็น กระบวนการหล่อแต่ละชนิดจะใช้เครื่องมือเครื่องจักรที่แตกต่างกันออกไป โดยเฉพาะ การทำ แบบหล่อในยุคปัจจุบัน อย่างไรก็ตาม ในที่นี้จะกล่าวถึงเครื่องมือเครื่องจักรที่ใช้ในการทำ แบบหล่อทราย ที่ เป็นพื้นฐานการหล่อโดยทั่วๆ ไป ซึ่งประกอบด้วยเครื่องมือทำ แบบหล่อ หีบหล่อ เครื่องจักรทำ แบบหล่อ กระสวน กล่องไส้แบบ และสิ่งที่สำ คัญอีกอย่างหนึ่งของกระบวนการหล่อโลหะคือ เตาหลอมโลหะ ในบทนี้จะได้กล่าวถึงชนิด และลักษณะการทำ งานของเตาหลอมโลหะแต่ละชนิด 1.1 เครื่อ รื่ งมือ มื และอุปกรณ์ทำ ณ์ ทำ แบบหล่อ (MOLDING HAND TOOLS AND EQUIPMENTS) เครื่อรื่งมือมืและอุปกรณ์ทำณ์ ทำ แบบหล่อโลหะมีดั มีงนี้ 2

ที่กระทุ้งทรายแบบลิ่ม จะใช้ในการกระทุ้งทรายให้เข้าซอกมุมของแบบหล่อ และหีบหล่อได้ดี ที่กระทุ้งทรายด้วยมือ จะมีขนาดสั้นใช้ทำ แบบหล่อบนโต๊ะปฏิบัติงาน ที่กระทุ้งทรายบนพื้น จะใช้เมื่อต้องทำ แบบหล่อบนพื้นโรงงานแบบหล่อขนาดใหญ่ ซึ่งจะมีขนาดความ ยาวมาก สามารถยืนจับด้ามและกระทุ้งทรายให้แน่นได้ ที่กระทุ้งทรายอัตโนมัติ ที่ทำ งานด้วยระบบนิวเมติกส์จะใช้ในขณะที่หากต้องการทำ งานที่รวดเร็วช่วยใน การกระทุ้งทรายให้แน่นและสามารถเปลี่ยนหัวกระทุ้งที่มีรูปร่างที่แตกต่างกันได้ตามเหมาะสม เครื่องมือที่สำ คัญถัดมาที่ใช้ในการตกแต่งแบบหล่อทรายคือ เกรียง (TOWELS) นอกจากจะใช้ในการตกแต่งแบบหล่อแล้ว เกรียงยังใช้ในการตัดทางเข้าน้ำ โลหะด้วยเกรียงโดยมาก จะทำ จากสแตนเลสและเหล็กกล้าแต่ปัญหาของเกรียงที่ทำ จากเหล็กกล้าคือ มักเป็นสนิมในกรณีที่ใช้ ทำ แบบหล่อทราย ชื้น ช้อนใบไม้ (HEART AND SQUARE) เป็นซ้อนที่ด้านหนึ่งรูปร่างคล้ายใบไม้หรือรูปหัวใจ อีกด้านหนึ่งมีลักษณะเป็นรูป สี่เหลี่ยม ช้อนใบไม้ใช้สำ หรับแต่งผิวแบบหล่อภายหลังถอดกระสวนออกแล้ว เหล็กตักทราย (LIFTER) มีลักษณะปลายงอเป็นมุมฉากใช้ตักเศษทรายออกจากแบบหล่อและใช้ซ่อมแบบหล่อ กรณีที่ เกิดการแตกของทรายแบบโดยเฉพาะอย่างยิ่งแบบหล่อที่มีชอกลึก 3 รูปที่ 1.1 เครื่องมือทำ แบบหล่อทราย

แท่งปาดทราย (STRAIGHT EDGE) ส่วนมากเป็นแท่งเหล็กหรืออาจทำ จากไม้รูปสี่เหลี่ยมผืนผ้าใช้ปาดทรายผิวหน้าส่วน เกินออกเพื่อให้ผิวหน้าทรายได้ระดับ กระสวนรูเท (RUNNER PEG) ส่วนมากเป็นแท่งไม้กลม ตัน ผิวลาดเอียงเป็นเทเปอร์ ใช้วางบนหีบหล่อชั้นบนแล้วใส่ทราย ลงไปรอบๆ กระทุ้งให้แน่น แล้วดึงแท่งไม้นี้ออกจะทำ ให้ได้รูเทที่ต้องการ ที่ตัดรูเท (SPRUE CUTTER) เป็นท่อกลวงยาวทำ จากพลาสติกหรือท่อเหล็ก ใช้ตอกลงบนแบบหล่อชั้นบนเพื่อดึงทราย ออกโดยจะติดมาในรูของท่อทำ ให้เกิดรูเท ตัวตัดร่องทางเข้า (GATE CUTTER) มีลักษณะเป็นแห่งโลหะงอเป็นรูปตัวยู ใช้ตัดร่องจากรูเท เป็นทางเข้าน้ำ โลหะสู่ โพรงแบบหล่อ เหล็กยึดทราย (GAGGERS) เป็นแท่งเหล็กกลมหรือแบนที่มีปลายงอ 2 ด้าน ใช้ยึดทรายส่วนบนของแบบหล่อให้ ติดอยู่กับหีบหล่อ ยังมีเครื่องมือที่ใช้ในการทำ แบบหล่ออีกหลายชนิดด้วยกัน ได้แก่ แปรงขนอ่อน ถุงฝุ่นผง ตะแกรง ร่อนทราย ระดับน้ำ และเหล็กแทงรูไอ เป็นต้น สลีก (SLEEK) ใช้สำ หรับตกแต่งแบบให้เรียบ 4 รูปที่ 1.1 (ต่อ) เครื่องมือทำ แบบหล่อทราย

1.1.2 หีบหล่อ (FLASK) หีบหล่อหมายถึง กล่องบรรจุทรายที่ใช้ในการทำ แบบหล่อ หีบหล่อจะทำ หน้าที่ล้อมรอบทรายที่บรรจุเข้ามาเพื่อจำ กัด พื้นที่ทรายแบบหล่อให้อยู่เฉพาะในกรอบที่จะทำ แบบหล่อหีบหล่อเมื่อทำ การปั้นแบบหล่อเสร็จแล้วอาจถอดหีบหล่อ ออกจากแบบหล่อทรายหรือในกรณีการทำ แบบหล่อทรายชื้นและแบบหล่อขนาดใหญ่จะไม่ถอดหีบหล่อออกอย่างไร ก็ตามหากเป็นการทำ แบบหล่อทรายขึ้นขนาดเล็กและมีแบบหล่อจำ นวนมากมักถอดหีบหล่อออกแต่ขณะเทโลหะ หลอมเหลวจะต้องสวมกรอบหุ้มอีกครั้งโดยกรอบที่หุ้ม จะเรียกว่าแจ็กเก็ต (JACKET) โดยทั่วไปแล้วหีบหล่อจะประกอบไปด้วย 2 ส่วนคือ หีบหล่อชั้นบน (COPE) และหีบหล่อชั้นล่าง(DRAG) ดัง แสดงในรูปที่3.2และบางครั้งแบบหล่อที่มีความชับซ้อนมากๆอาจต้องมีหีบหล่อชั้นกลางซึ่งเรียกว่าหีบหล่อชั้น กลาง(CHEEK)ส่วนประกอบหลักของหีบหล่อประกอบด้วยกรอบ(FRAME)ที่อาจเป็นรูปทรงสี่เหลี่ยมหรือรูปทรงกลม ถัดมาคือ หูจับ (HANDLE) ติดอยู่ด้านข้างหีบหล่อใช้สำ หรับยกหีบหล่อส่วนสุดท้ายคือสลักนำ ศูนย์ (GUIDE PIN)ทำ หน้าที่นำ ศูนย์เพื่อให้ประกอบหีบหล่อชั้นบนและหีบหล่อชั้นล่างได้ตรงตำ แหน่ง รูปที่ 1.2 ลักษณะหีบหล่อและส่วนประกอบของหีบหล่อ 5 รูปที่ 1.1 (ต่อ) เครื่องมือทำ แบบหล่อทราย

วัสดุที่ใช้ในการทำ หีบหล่อประกอบด้วย ไม้ เหล็กกล้า เหล็กหล่อ อะลูมิเนียมผสม การที่จะเลือกใช้วัสดุชนิดใดนั้น ขึ้นอยู่กับชนิดและจำ นวนของงานหล่อที่จะผลิต และคำ นึงถึงสมบัติที่ดีของหีบหล่อ ได้แก่ ความแข็งแรงไม่บิดตัว ง่ายรับแรงกระแทกที่เกิดจากการกระทุ้งทรายแรงดันจากโลหะหลอมเหลวและต้องทนความร้อนได้สูงหีบหล่อที่ทำ จากไม้จะมีข้อจำ กัดตรงที่ไม่ทนอุณหภูมิสูงและกรณีใช้ทำ แบบหล่อทรายชื้นจะเกิดการดูดความชื้นเข้าไปในเนื้อไม้ ทำ ให้เกิดการบิดงอได้ ส่วนเหล็กกล้านั้นนิยมใช้ทำ หีบหล่อเพราะมีความแข็งแรง ทนอุณหภูมิได้สูงและผลิตเป็นหีบ หล่อได้ง่ายโดยการตัดและเชื่อมประกอบเป็นรูปร่างหีบหล่อ ส่วนเหล็กหล่อนั้นนิยมใช้ทำ หีบหล่อเช่นเดียวกันโดย เฉพาะหีบหล่อขนาดใหญ่เพราะจะให้ความแข็งแรงสูงสำ หรับอะลูมิเนียมผสมนั้นนิยมใช้ทำ หีบหล่อเช่นกันเพราะมี น้ำ หนักเบาและแข็งแรง หีบหล่ออาจจำ แนกออกเป็น 2 ประเภทคือ หีบหล่อชนิดถอดได้ (REMOVABLE FLASKS) และหีบ หล่อชนิดถอดไม่ได้ (PERMANENT FLASKS) ดังแสดงในรูปที่ 1.3 ซึ่งเป็นหีบหล่อที่ทำ จากโลหะ ทั้งหมด หีบหล่อชนิดถอดได้อาจเป็นแบบเปิดที่มุมของหีบห่อ ซึ่งสามารถนำ แบบหล่อทรายที่ทำ เสร็จแล้วถอดออกได้ เรียก หีบหล่อแบบนี้ว่า หีบหล่อสแนป (SHAP FLASK) ดังแสดงในรูปที่ 1.3 (ก) เหมาะสำ หรับใช้ทำ แบบหล่อขบวนการ ชนิดถัดมาเป็นหีบหล่อที่สามารถถอดออกจากแบบหล่อทรายได้โดยการขยายด้านข้างออกเพื่อให้หลวม แล้วยกหีบ หล่อออกด้านบนได้ หีบหล่อชนิดนี้เรียกว่า ป็อป-ออฟ (POP-OFF FLASK) ดังแสดงในรูปที่ 1.3 (ข) หีบหล่อแบบสุดท้ายเป็นหีบหล่อชนิดถอดไม่ได้ ดังแสดงในรูปที่ 1.3 (ค) ต้องใช้หีบหล่อ หนึ่งชุดในการทำ แบบหล่อและเทน้ำ โลหะเสร็จเรียบร้อยแล้วจึงถอดหีบหล่อออกได้หีบหล่อชนิดนี้มักทำ ด้วย เหล็กกล้า เพราะมีความแข็งแรงอีกทั้งยังสามารถเสริมความแข็งแรงในส่วนต่าง ดังแสดงในรูปที่ 1.3 (ง) ของหีบ หล่อได้อีกด้วย รูปที่ 1.3 หีบหล่อชนิดต่างๆ 6

1.2 เครื่องจักรทำ แบบหล่อ (MOLDING MACHIN) เครื่องจักรทำ แบบหล่อมีดังนี้ 1.2.1 เครื่องผสมทราย (MULLING MACHINES) เครื่องผสมทรายทำ หน้าที่ผสมเม็ดทราย ตัวประสานและสารผสมพิเศษให้เข้ากัน เครื่องผสมทราย จะมีขนาดเล็กหรือใหญ่ขึ้นอยู่กับปริมาณทรายแบบที่จะใช้ในการปั้นแบบ ลักษณะของเครื่องผสมทรายที่สามารถทำ งาน ได้ต่อเนื่อง ดังแสดงในรูปที่ 1.4 (ก) โดยทรายที่ผ่านการผสมตัวประสานมาแล้วจะถูกป้อนเข้าสู่เครื่องผสมโดยผ่านทาง ช่องทางเข้าหรือฮอปเปอร์ (HOPPER) ตัวผสมทรายจะมี 2 ตัว ที่เชื่อมติดกันเป็นฝาแผด ขณะที่ทรายถูกป้อนเข้ามา จะ ถูกลูกโม่เหล็กหรือลูกล้อเหล็ก 2 อันหมุนและบดอัดลงบนฐานของถังผสม ในขณะที่ใบปาดทรายจะปาดให้ทรายลอยขึ้น จากฐานของถังเพื่อที่จะถูกบดอัดต่อไปเรื่อยๆ ทรายจากถังผสมถังแรกจะถูกป้อนเข้ามาในถังที่ 2 และถูกผสมอยู่ในถังนี้ จนเข้ากันจากนั้นจะถูกปล่อยออกจากช่องทางออกเพื่อส่งไปยังขั้นตอนการทำ แบบหล่อต่อไป เครื่องผสมทรายแบบต่อเนื่องนี้จะให้อัตราการผสมทรายสูงมากเหมาะกับการหล่อเหล็กหล่อ และเหล็กกล้า หรือโลหะนอกกลุ่มเหล็กที่มีปริมาณการผลิตสูง ส่วนเครื่องผสมที่ไม่ได้มีการผลิตแบบต่อเนื่องจะใช้เครื่อง ผสม ดังแสดงในรูปที่ 1.4 (ข) ซึ่งเป็นที่นิยมใช้ในโรงงานหล่อทั่วๆ ไป สำ หรับเครื่องที่สามารถผสมได้อย่างรวดเร็ว ดัง แสดงในรูปที่ 1.4 (ค )การผสมของเครื่องแบบนี้จะใช้ลูกล้อที่เป็นยางหมุนบดในแนวขนานนอนไปกับขอบของถังผสม และมีใบปาดให้ทรายลอยขึ้นมาจากพื้นของถังผสมขณะเครื่องทำ งาน รูปที่ 1.4 เครื่องผสมทราย 7

1.2.2 เครื่องทำ แบบหล่อ (MOLDING MACHINES) การทำ แบบหล่อปริมาณมาก หากใช้แรงงานของพนักงานเพียงอย่างเดียวอาจไม่เพียงพออีกทั้งการทำ แบบหล่อนั้น เป็นงานที่ต้องใช้แรงงานมาก โดยเฉพาะอย่างยิ่งการกระทุ้งทรายให้แน่น หากปริมาณของแบบหล่อมีมากพนักงานจะเกิดความเหนื่อยล้าส่งผลให้ได้แบบหล่อที่ไม่สมบูรณ์เครื่องจักรมาช่วยใน การทำ แบบหล่อจึงเป็นเรื่องที่จำ เป็น เครื่องจักรที่ใช้ทําหลายชนิด แต่ละชนิดมีหลักการทำ งานที่ต่างกัน ดังนี้ 1. เครื่องทำ แบบหล่อแบบกระแทก (JOLT MOLDING MACHINE) เครื่องชนิดนี้อาศัยการกระแทกโดยการยกหีบหล่อให้ลอยขึ้น แล้วปล่อยให้ตกลงกระแทกช้ำ ๆ ดังแสดงใน รูปที่ 1.5 (ก) แรงที่ใช้ยกหีบหล่อให้ลอยสูงขึ้นจะใช้ระบบนิวเมติกส์ ความแน่นของทรายหล่อจะขึ้นอยู่กับจำ นวนครั้งของการกระแทก กระสวนที่ใช้ในการทำ แบบหล่อจะเป็นกระสวนโลหะยึดติดกับแผ่นโลหะ แบบทรายได้จากเครื่องชนิดนี้จะมีความแน่นของ ทรายบริเวณที่ติดกับกระสวน ส่วนทรายที่ผิวบนจะแน่นน้อยกว่า 2. เครื่องทำ แบบหล่อแบบอัด (SQUEEZE MOLDING MACHINE) วิธีนี้จะใช้แรงอัดกดอัดให้ทรายแบบแน่น ดัง แสดงในรูปที่ 1.5 (ข) การอัดในลักษณะนี้จะทำ ให้ความแน่นของทรายไม่สม่ำ เสมอ โดยทรายจะมีความแน่นเพียง ส่วนบนและส่วนล่างเท่านั้น ส่วนบริเวณกึ่งกลางจะไม่แน่นดังแสดงในรูปที่ 1.5 (ค) จึงมีการออกแบบหัวอัดใหม่ หลากหลายรูปแบบ เพื่อให้ทรายมีความแน่นเท่ากัน ดังแสดงในรูปที่ 1.6 โดยอาจใช้หัวอัดที่มีส่วนยื่นสูงต่ำ ที่ไม่เท่า กันออกมาเพื่อกดอัดในตำ แหน่งที่ต้องการให้แน่นที่แตกต่างกัน ดังแสดงในรูปที่ 1.6 (ก) หรืออาจใช้หัวกระทุ้งที่ส่วน กระทุ้งด้านบนแรงกระทุ้งแต่ละบริเวณจะแตกต่างกัน ขึ้นอยู่กับความสูงต่ำ ของกระสวน ดังแสดงในรูปที่ 1.6 (ข)การกระทุ้งแบบนี้จะทำ ให้ทรายแบบมีความแน่นที่สม่ำ เสมอ วิธีถัดมาจะใช้แผ่นไดอะแฟรมที่มีความ ยืดหยุ่น แล้วอัดลงบนทรายแบบหล่อด้านบนด้วยหัวอัด ดังแสดงในรูปที่ 1.6 (ค) แรงอัดจะดันแผ่นไดอะแฟรมให้อัดทรายลง ไป และเนื่องจากแผ่นไดอะแฟรมมีความยืดหยุ่น แรงอัดที่ส่งผ่านแต่ละบริเวณจึงแตกต่างกันทำ ให้ทรายมีความแน่น สม่ำ เสมอ หลักการเดียวกันนี้ยังสามารถใช้การอัดอากาศผ่านแผ่นไดอะแฟรม ดังแสดงในรูปที่ 1.6 (ง) พร้อมทั้งให้ แรงอัดด้วยไฮดรอลิกส์จากแผ่นกระสวนด้านล่างด้วย รูปที่ 1.5 หลักการทำ งานของเครื่องแบบหล่อ 8

3.เครื่องทำ แบบหล่อแบบเหวี่ยงทราย (SAND SLINGER MACHINE) เครื่องชนิดนี้จะมีชุดเหวี่ยงทรายความเร็วสูงเหวี่ยงทรายหล่อออกมาคล้ายพ่นทราย ดังแสดงในรูปที่ 1.7 แรงเหวี่ยงจะ ทำ ให้ทรายอัดตัวกันแน่นสม่ำ เสมอทั่วทั้งแบบหล่อ เหมาะกับการทำ แบบหล่อขนาดใหญ่ โดยหัวดหวี่ยงจะสามารถ เคลื่อนที่ไปตามตำ แหน่งต่างๆ ที่ต้องการได้ 4.เครื่องทำ แบบหล่อแบบกระแทก-อัด-หมุนกลับ (JOLT-SQUEEZE-ROLLOVER MOLDING MACHINE) เป็นเครื่องแบบหล่อที่รวมการทำ งานแบบกระแทกและแบบอัเข้าด้วยกัน ทำ ให้สามารถทำ งาน 2 แบบในเครื่องเดียว ลักษณะของการทำ งานของเครื่องชนิดนี้ ดังแสดงในรูปที่ 1.8 โดยเครื่องจะมีกลไกที่ใช้เข้ามาช่วยในการยกหีบหล่อและ กระสวนให้กลับทางได้พร้อมกัน โดยการทำ งานขั้นตอนแรกจะเติมทรายลงในหีบหล่อแล้วใช้แรงกระแทกอัดทรายให้แน่น จากนั้นใช้กลไกช่วยในการหมุนหีบหล่อให้กลับด้าน จากนั้นวางหีบหล่อชุดบนลงและเติมทรายแล้วกดด้วยแผ่นอัดด้านบน ในขณะที่เครื่องกระแทด้านล่างก็ทำ งานไปพร้อมกันด้วย รูปที่ 1.6 หัวอัดแบบต่างๆ สำ หรับเครื่องทำ แบบหล่อแบบอัด รูปที่ 1.7 เครื่องทำ แบบหล่อแบบเหวี่ยงทราย 9

5. เครื่องทำ แบบหล่อแบบไร้หีบหล่อ (FLASKLESS MOLDING MACHINE) วิธีการทำ แบบหล่อวิธีนี้ไม่ต้องใช้หีบหล่อ อาศัยการอัดแบบหล่อเข้าหากันในแนวราบ ดังแสดงในรูปที่ 1.9 โดย ขั้นตอนแรกทรายจะถูกเติมเข้ามาทางด้านบนผ่านฮอปเปอร์ จากนั้นทำ การอัดแบบหล่อซีกบนกับซีกล่าง เข้าหากันในแนวราบ ทำ ให้เกิดรูปร่างที่แตกต่างกันในแบบหล่อทรายทั้ง 2 ด้าน จากนั้นเคลื่อนแบบหล่อทรายที่อัดเสร็จ แล้วออกมา แล้วทำ การอัดทรายแบบหล่อชุดใหม่ เมื่ออัดเสร็จแล้วเลื่อนออกมาประกบกันจะได้โพรงแบบหล่อที่พร้อม เทน้ำ โลหะ กระบวนการทำ แบบหล่อจะเกิดอย่างต่อเนื่องเหมาะสำ หรับการหล่อชิ้นงานจำ นวนมาก รูปที่ 1.10 แสดงให้ เห็นกระบวนการหล่อที่ครอบคลุมตั้งแต่การทำ แบบหล่อแบบไร้หีบหล่อ ต่อเนื่องไปถึงการเทน้ำ โลหะหลอมเหลว การรื้อแบบหล่อ การแยกชิ้นงานหล่อ การร่อนทราย ไปถึงการผสมทรายและนำ กลับมาทำ แบบหล่อใหม่อย่างต่อเนื่อง รูปที่ 1.8 ขั้นตอนการทำ แบบหล่อด้วยเครื่องทำ แบบหล่อแบบกระแทก-อัด-หมุนกลับ รูปทีี่ 1.9 การทำ แบบหล่อโดยเครื่องทำ แบบหล่อแบบไร้หีบหล่อ 10

1.3.1 วัสดุทำ กระสวน (MATERIALS FOR PATTERN MAKING) วัสดุทำ กระสวนมีหลากหลายชนิดจะเลือกใช้ชนิดใดนั้นขึ้นอยู่กับกรรมวิธีการทำ แบบหล่อจำ นวนชิ้นงานที่ต้องการจะ หล่อ รวมถึงคุณภาพของผิวขึ้นงานหล่อด้วย วัสดุที่ใช้ทำ แบบหล่อนั้น มีข้อดีข้อเสียแตกต่างกันไป ดังแสดงในตารางที่ 3.1 วัสดุที่นิยมทำ กระสวนคือ ไม้ เพราะมีน้ำ หนักเบาเป็นกระสวนได้ง่ายเพราะเนื้อไม่แข็งเหมือนโลหะ ตกแต่งผิวให้ เรียบได้ง่ายด้วยกระดาษทรายแต่ไม้จะมีข้อจำ กัดอยู่ที่ไม่แข็งแรงเหมือนโลหะอาจแตกหักได้เมื่อกระทบกับโลหะและ อาจเกิดการบิดงอเสียรูปหากได้รับความชื้นจากทรายแบบสำ หรับโลหะเมื่อนำ มาทำ กระสวนจะมีความทนทานกว่าไม้ไม่ ดูดความชื้นเหมือนไม้เหมาะกับการนำ มาทำ แบบหล่อจำ นวนมากโลหะที่นิยมใช้ทำ กระสวน ได้แก่อะลูมิเนียม เหล็กกล้า เหล็กหล่อ และทองเหลือง อะลูมิเนียมเหมาะที่จะนำ มาทำ กระสวน เพราะมีน้ำ หนักเบา มีความแข็งแรงพอสมควร และ สามารถตัดแต่งได้ง่ายเพราะไม่แข็งมากนัก วัสดุทำ แบบหล่ออีกชนิดที่นิยมใช้คือ พลาสติก เพราะมีน้ำ หนักเบา ทนสาร เคมี ไม่ดูดความชื้น ตัดแต่งได้ง่ายแต่อาจจะมีข้อจำ กัดเรื่องของการไม่ทนต่ออุณหภูมิสูง เป็นต้น 1.3 กระสวน (PATTERNS) กระสวนหรือแบบจำ ลองหมายถึง แบบที่มีขนาดและรูปร่างคล้ายชิ้นงานจริง โดยมีขนาดที่ใหญ่ กว่าเพราะมีการเผื่อการหดตัวของโลหะและเผื่อการตัดแต่งด้วยเครื่องจักรไว้ กระสวนอาจมีรูปร่างที่แตกต่างจากชิ้น งานจริง เพราะบางส่วนที่มีการเสริมขึ้นมาหรือสามารถหลุดออกจากตัวกระสวนหลักได้ เช่น กระสวนหลุด เพื่อ ทำ ให้การปั้นแบบทำ ได้ง่ายและสะดวกขึ้นกรณีมีส่วนที่ก่อให้เกิดปัญหาขณะทำ การถอดแบบ กระสวนบางชนิดอาจ ทำ ขึ้นมาเพียงรูปร่างหรือเค้าโครงภายนอกโดยไม่จำ เป็นที่จะต้องทำ เป็นชิ้นขนาดใหญ่เท่ารูปร่างของชิ้นงานจริง เช่น กระสวนโครง กระสวนกวาด เพราะการทำ เท่าขนาดจริงต้องใช้วัสดุและเวลามากทำ ให้เกิดความสิ้นเปลือง กระสวน บางชนิดเมื่อใช้ในการทำ แบบหล่อแล้วจะต้องมีการทำ ลายให้สูญหายไปโดยไม่สามารถถอดออกมาใช้ได้ซ้ำ อีก เช่น กระสวนโฟมที่ใช้ในกระบวนการแบบหล่อโฟมหาย หรือกระสวนขี้ผึ้งที่ใช้ในกระบวนการหล่ออินเวสต์เมนต์ เป็นต้น รูปที่ 1.10 กระบวนการหล่อโลหะครบวงจรตั้งแต่ระบบทำ แบบหล่อ การรื้อแบบหล่อการ แยกทรายและชิ้นงานหล่อจนถึงขั้นตอนการผสมทรายทำ แบบหล่อ 11

1.3.2 ชนิดของกระสวน (TYPE OF PATTERNS) กระสวนที่ใช้ในการทำ แบบหล่อมีหลายชนิด การเลือกใช้ชนิดใดนั้นขึ้นอยู่กับจำ นวนของชิ้นงานๆหล่อ และความซับซัอนของรูปร่างของชิ้นงานหล่อ ชนิดของกระสวนที่สำ คัญๆ มีดังนี้ 1. กระสวนชิ้นเดียว (ONE PIECE PATTERN) บางครั้งเรียกว่า กระสวนแท่งตัน (SOLIDPATTER) เป็นกระสวนที่มีรูปร่างง่ายๆ ไม่ซับซ้อน ดังแสดงในรูปที่ 1.11 (ก) อาจมีส่วนของบ่าไส้แบบเพิ่มขึ้นมา กระสวนชนิดนี้จะมีต้นทุนในการสร้างต่ำ และใช้ในการทำ แบบหล่อได้ช้า จึงเหมาะ กับการผลิตชิ้นงานจำ นวนน้อยชิ้น 2. กระสวนแยกชิ้น (SPLIT PATTERN) บางครั้งเรียกว่า กระสวน 2 ชิ้น (TWO PIECE PATTERN) กระสวนจะถูกแยกออกเป็น 2 ซีก โดยมีแนวต่อระหว่าง แบบอยู่กึ่งกลาง ลักษณะของกระสวนชนิดนี้ ดังแสดงในรูปที่ 1.11 (ข) กระสวนส่วนล่างเวลาทำ แบบหล่อจะอยู่หีบ หล่อชั้นล่าง ส่วนอีกชีกหนึ่งจะอยู่หีบหล่อชั้นบน โดยมีแนวต่อระหว่างแบบอยู่คั่นกลางระหว่างหีบบนและหีบล่าง เนื่องจากกระสวนสามารถแยกออกจากกันได้ ดังนั้นในขณะทำ แบบหล่อจะต้องประกอบกระสวน 2 ส่วนเข้าหากันเพื่อ ป้องกันการเลื่อนหรือเยื้องกันของกระสวนจึงต้องมีการติดสลักหรือหมุดไว้ที่กระสวนชั้นบนและกระสวนชั้นล่างต้องมีรู ที่สลักสวมได้พอดี รูปที่ 3.2 เปรียบเทียบสมบัติของวัสดุ รูปที่ 1.11 ลักษณะของกระสวน 12

3. กระสวนคู่ติดแผ่น (MATCH PLAT PATTERN) กระสวนจะถูกแยกออกเป็น 2 ส่วนและนำ มาติดไว้บนแผ่นไม้หรือโลหะ โดยมากจะเป็นอะลูมิเนียมเพราะมีน้ำ หนักเบา ตำ แหน่งของการติดกระสวนทั้ง 2 ด้าน จะสมดุลกันหรือมีตำ แหน่งที่ตรงกันทั้งด้านบนและด้านล่าง ดังแสดงในรูปที่ 1.12กระสวนชนิดนี้จะติดทางวิ่งและทางเข้าของน้ำ โลหะไว้ด้วย กระสวนชนิดนี้เหมาะสำ หรับการทำ แบบหล่อด้วยเครื่องจักร และการหล่อชิ้นงานหล่อปริมาณมาก รูปที่ 1.12 ลักษณะของกระสวนคู่ติดแผ่น 4. กระสวนแผ่นบนและด่าง (Cope and Drag Pattern Plate) เป็นกระสวนที่มีกระสวนซีกบนและซีกล่างติดอยู่บนแผ่นยึดกระสวนด้านละแผ่น ดังแสดงในรูปที่ 1.13 กระสวนแบบนี้เหมาะกับ การผลิตขึ้นงานหล่อจำ นวนมากและผลิตด้วยเครื่องจักร รวมถึงขนาดชิ้นงานหล่อที่มีขนาดใหญ่ 5. กระสวนหลุด (Loose Pattern) กรณีที่รูปร่างของชิ้นงานหล่อชับซ้อนการทำ แบบหล่อทำ ได้ยากกระสวนจึงต้องออกแบบให้มีส่วนที่สามารถหลุดออกจากกระสวน หลักได้ดังแสดงในรูปที่1.14กระสวนส่วนหลักจะออกแบบให้มีร่องที่กระสวนส่วนที่หลุดได้เลื่อนถอดออกไหรืออาจเป็นรูที่สลักหรือ หมุดสวมเข้าและถอดออกได้ในขณะทำ แบบหล่อ ส่วนที่เป็นกระสวนหลุดจะติดอยู่ในแบบหล่อทรายก่อน เมื่อถอดกระสวนส่วน หลักออกแล้ว จึงถอดกระสวนหลุดออกจากแบบหล่อได้ รูปที่ 1.13 ลักษณะกระสวนแผ่นบนและล่าง รูปที่ 1.14 ลักษณะของกระสวนหลุด 13

6. กระสวนโครงร่าง (Skeleton Pattern) ชิ้นงานหล่อที่มีขนาดใหญ่และมีการหล่อจำ นวนน้อยชิ้น อาจไมคุ้มทุนในการ สร้างกระสวนตามรูปทรงจริงของชิ้นงาน ดังนั้นการทำ กระสวนจะสร้างเพียงส่วนของโครงร่างที่สำ คัญๆ ดังแสดงในรูป ที่1.15 เมื่อทำ แบบหล่อจะใส่ทรายลงในช่องว่างของโครงร่าง แล้วอัดให้แน่น จากนั้นปาดทรายส่วนเกินออก จะได้รูปร่าง ของกระสวนที่สามารถใช้ทำ แบบหล่อได้ รูปที่ 1.15 ลักษณะของกระสวนโครงร่าง และการทำ แบบหล่อทรายด้วยกระสวนโครงร่าง 7. กระสวนกวาด (Sweep Pattern) ชิ้นงานหล่อที่มีขนาดใหญ่ที่มีลักษณะรูปทรงสมมาตร ซึ่งมีลักษณะโค้งหรือตรง อาจไม่จำ เป็นจะต้องสร้างกระสวนแท่งต้นขนาดใหญ่โดยสามารถใช้แผ่นไม้หรือแผ่นโลหะ ตัดให้มีลักษณะเป็นรูปร่างรอบนอก ของชิ้นงาน เมื่อนำ มาติดกับแกนหมุน ดังแสดงในรูปที่ 1.16 และหมุนกวาดไปรอบๆ แนจะเกิดโพรงแบบหล่อที่มีรูปร่างตาม ต้องการได้ รูปที่ 1.1ุ6 ลักษณะของกระสวนกวาด 14

1.3.3 การเผื่อขนาดกระสวน (Pattern Allowances) กระสวนจะมีขนาดที่โตกว่าชิ้นงานจริง เพราะต้องมีการเผื่อในหลายๆ ส่วน ได้แก่ การเผื่อเพื่อชดเชย การเผื่อเพื่อชดเชยการตัดแต่ง และการเผื่อเพื่อการถอดแบบ โลหะแต่ละการเผื่อขนาดกระสวนในแต่ละส่วนที่ต่างกัน ดังนี้ 1.เผื่อชดเชยการหดตัว(Shrinkage Allowance) การหดตัวของโลหะแบ่งการหดตัวออกเป็น 3 สภาวะคือ การหดตัวที่สภาวะ หลอมเหลว การหดตัวในสภาวะของเเข็ง การหดตัวในสภาวะหลอมเหลว เกิดขึ้นหลังจากน้ำ โลหะหลอมเหลวถูกเทลงในแบบหล่อ จนเต็ม และเกิดการเย็นตัวลง ทำ ให้อุณหภูมิของน้ำ โลหะลดลงอุณหภูมิที่ลดลงถึงแม้ว่าจะยังไม่ถึงอุณหภูมิการแข็งตัว ก็เกิดการ หดตัวได้ เพราะอุณหภูมิที่ลดลงทำ ให้ปริมาตรของน้ำ โลหะลดลง หลังจากนั้นเมื่ออุณหภูมิลดลงจนถึงจุดแข็งตัวโลหะจะเปลี่ยนสถานะจากของเหลวไปเป็นของแข็ง โดยกระบวนการแข็งตัว ในช่วงนี้จะเกิดการหดตัวเกิดขึ้นเพราะโลหะหลอมเหลวจะป้อนเติมส่วนที่มีการแข็งตัว การหดตัวช่วงนี้จะใช้ไรเซอร์ช่วยในการ ป้อนเติม และภายหลังจากโลหะแข็งตัวหมดแล้ว แต่อุณหภูมิยังคงลดลงเรื่อยๆ การหดตัวจะยังคงดำ เนินต่อไปเรียกว่า การหดตัว ในสภาวะของแข็ง ซึ่งต้องมีการเผื่อขนาดการหดตัวไว้ที่กระสวน โดยค่าเผื่อการหดตัวของโลหะแต่ละชนิดแสดง ในตารางที่ 1.2 และเพื่อความสะดวกในการปฏิบัติมักใช้การเผื่อการหดตัวเป็นเปอร์เซ็นต์ของความยาว ดังแสดงในตารางที่ 1.3 โดยโลหะที่ต้องมีการเผื่อการหดตัวมากที่สุดคือ เหล็กกล้า ตารางที่ 1.2 ค่าเผื่อชดเชยการหดตัวของกระสวนสำ หรับโลหะชนิดต่างๆ 15

ตารางที่ 1.2 (ต่อ) ค่าเผื่อชดเชยการหดตัวของกระสวนสำ หรับโลหะชนิดต่างๆ ตารางที่ 1.3 เปอร์เซ็นต์การหดตัวของความยาวของโลหะชนิดต่างๆ 16

2.การเผื่อตัดแต่งด้วยเครื่องจักร (Machining Allowance) ชิ้นงานหล่อโดยมากจะต้องมีการเผื่อขนาด เพื่อการตัดแต่งด้วยเครื่องจักรไม่ว่าจะเป็นการกลึงหรือการกัด ค่าเผื่อสำ หรับการตัดแต่งด้วยเครื่องจักร แสดงในตารางที่ 1.4 ซึ่งเป็นค่าเผื่อที่ใช้สำ หรับการหล่อโลหะด้วยแบบหล่อทราย สำ หรับการหล่อด้วย กรรมวิธีการหล่อแบบอื่นจะมีค่าเผื่อที่แตกต่างกันออกไป ตารางที่ 1.4 ค่าเผื่อการตัดแต่งด้วยเครื่องจักรสำ หรับโลหะชนิดต่างๆ 17

3.การเผื่อลาดเอียง (Draft Allowance) ในการทำ แบบหล่อทราย หากส่วนของแบบหล่อในแนวดิ่งมีความลึกมาก ขณะดึง กระสวนออกจากทรายมักเกิดการแตกร้าวบริเวณขอบ ดังแสดงในรูปที่ 1.17 (ก) ดังนั้นจึงต้องมีการเผื่อความลาดเอียงที่บริเวณ ขอบของกระสวนไว้เพื่อให้ง่ายในการถอดแบบ การเผื่อส่วนลาดเอียงจะมีลักษณะเป็นเทเปอร์ ดังแสดงในรูปที่ 1.17 (ข) ในกรณีทำ แบบหล่อด้วยมือ ค่าเผื่อลาดเอียงที่ผิวนอกปกติจะมีค่า 1.5 มิลลิเมตร/30 เชนติเมตร แต่กรณีทำ แบบหล่อด้วยเครื่องจักร ค่าเผื่อ ความลาดเอียงจะมีค่า 10 องศา ส่วนผิวของงานหล่อที่เป็นรูด้านในต้องกำ หนดให้มีความลาดเอียงมากขึ้นถึง 60 มิลลิเมตร/เมตร รูปที่ 1.1ุ7 การเผื่อลาดเอียง 1.3.4 สัญลักษณ์สีของกระสวน (Pattern Color Symbols) เพื่อให้มีความเข้าใจที่ตรงกันในการนำ กระสวนไปใช้งานในการทำ แบบหล่อ ว่าส่วนประกอบ ของกระสวนส่วนไหนทำ หน้าที่อะไร จึงมีการกำ หนดสัญลัษณ์สีของกระสวนบริเวณต่างๆ ไว้ ตาม มาตรฐานของ AFS ดังนี้ สีดำ พื้นที่ที่ไม่ต้องการตกแต่ง สีแดง พื้นที่ที่ต้องการตกแต่ง สีเหลือง พื้นที่ที่เป็นบ่าไส้แบบ สีดำ บนพื้นเหลือง ส่วนที่ไม่ต้องการให้มีในงานจริง สีแดงบนพื้นเหลือง ส่วนที่แยกชิ้นได้ (กระสวนหลุด) 18

1.4 กล่องไส้แบบ (Core Boxes) โดยทั่วไปแล้วหน้าที่หลักของไส้แบบหรือคอร์คือ ทำ ให้เกิดรูหรือโพรงภายในชิ้นงานหล่อ วัสดุที่ใช้ทำ ไส้แบบโดยมากจะทำ จาก ทรายที่ต้องมีความแข็งแรงและมีความสามารถในการยุบตัวเพื่อรื้อออกจากชิ้นงานหล่อได้ง่าย การทำ ไส้แบบทรายโดยมากจะต้อง ใช้กล่องไส้แบบในการขึ้นรูป ซึ่งมีทั้งกล่องไส้แบบที่ใช้ทำ ด้วยมือและเครื่องจักรที่ทำ ไส้แบบโดยมีรายละเอียดดังนี้ 1.4.1 ชนิดของกล่องไส้แบบ (Type of Core Boxes) กล่องไส้แบบมีหลายชนิดเช่นเดียวกับกระสวนและมีทั้งที่ทำ จากไม้และ โลหะ กล่องไส้แบบที่ทำ จากไม้อาจให้ผิวเรียบไม่ดีเท่ากับกล่องโลทะแต่สามารถขึ้นรูปได้ง่ายกว่า กล่องไส้แบบที่มีรูปร่างง่ายๆจะ เป็นกล่องแบบซีกเดียวหรือครึ่งเดียว (Half Core Box) ดังแสดงในรูปที่ 1.18 (ก) กล่องไส้แบบนี้จะใช้ทำ ไส้แบบทีละซีก แล้วนำ มาประกอบกันโดยใช้กาวทา ดังแสดงในรูปที่ 1.19 บางกรณีที่ไส้แบบมีลักษณะที่สมมาตรทั้ง 2 ด้านและมีรูปร่างที่ไม่ซับซ้อน จะใช้กล่องไส้แบบแบบแยกชิ้น 2 ด้านประกบกันแล้วอัดทรายไส้แบบเป็นชิ้นเดียวสำ เร็จ ดังแสดงในรูปที่ 1.18 (ข) กรณีที่ไส้แบบมี รูปร่างซับซ้อนอาจใช้กล่องไส้แบบแยกชิ้นประกบบนและล่าง ดังแสดงในรูปที่ 1.18 (ค) วิธีนี้จะต้องใส่ปริมาณทรายให้เพียงพอเพื่อ อัดทรายเป็นรูปร่างได้อย่างสมบูรณ์ รูปที่ 1.1ุ8 ลักษณะกล่องไส้แบบ รูปที่ 1.1ุ9 การทำ ไส้แบบด้วยกล่องไส้แบบซีกเดียว 19

1.4.2 เครื่องจักรทำ ไส้แบบ (Core Making Machines) กรณีที่ต้องใช้ไส้แบบจำ นวนมาก การใช้เครื่องจักรทำ ไส้แบบเข้ามาช่วยเป็นเรื่องที่จำ เป็นของเครื่องจักรที่ใช้ทำ ไส้แบบชนิดต่างๆ แสดงในรูปที่ 1.20 เครื่องจักรแบบแรกเป็นเครื่องเป๋าไส้แบบ(Core Blowing Machine) ดังแสดงในรูปที่ 1.20 (ก) การทำ งานของเครื่องอาศัยการอัดอากาศความดันสูงระหว่าง 560-700 กิโลนิวตัน/ตารางเมตร (KN/m2) (80-100 Ib/in2) เป่าทรายเข้าไปในกล่องไส้แบบด้วยความเร็วสูง ทรายที่วิ่งด้วยความเร็วสูงจะอัดกันแน่นภายในกล่องไส้แบบ โดยกล่องไส้แบบ จะต้องมีรูระบายอากาศอยู่รอบๆ เพื่อให้อากาศที่ปล่อยเข้ามาไหลผ่านออกไปได้ เมื่อเป่าทรายเต็มกล่องไส้แบบแล้วจึงถอด ไส้แบบออก ส่วนเครื่องทำ ไส้แบบอีกชนิดหนึ่งเรียกว่า เครื่องยิงไส้แบบ (Core Shooting Machine) ดังแสดงในรูปที่ 1.20 (ข) การทำ งานของเครื่องชนิดนี้อาศัยการอัดอากาศให้ทรายวิ่งด้วยความเร็วไปอัดกับทรายในกล่องไส้แบบ รูปที่ 1.20 ลักษณะของเครื่องทำ ไส้แบบ 1.5 เตาหลอมโลหะ (Melting Furnaces)เตาหลอมโลหะมีหลายชนิดด้วยกันบางชนิดหลอมโลหะได้เพียงชนิดเดียว บางชนิดหลอมโลหะได้หลายชนิด หากแบ่งเตาหลอมตามแหล่งให้พลังงานความร้อนในการหลอมอาจแบ่งเป็น 2 กลุ่มด้วยกัน คือ กลุ่มที่ได้พลังงานความร้อนจากเชื้อเพลิง และกลุ่มที่ได้พลังงานความร้อนจากไฟฟ้าดังแสดงในตารางที่ 1.5 กลุ่มที่ได้พลังงาน ความร้อนจากเชื้อเพลิงซึ่งประกอบไปด้วย เชื้อเพลิงจากถ่านโค้ก น้ำ มัน และแก๊ส ได้แก่ เตาคิวโพลา เตาโรตารี และเตาครูซิเบิล ส่วนกลุ่มที่ได้พลังงานความร้อนจากไฟฟ้า ได้แก่ เตาอาร์ก เตาความต้านทาน และเตากระแสเหนี่ยวนำ เตาแต่ละชนิด จะมีลักษณะและการทำ งานที่แตกต่างกัน ดังรายละเอียดต่อไปนี้ ตารางที่ 1.5 ชนิดและการใช้งานเตาหลอมแบบต่างๆ 20

1.5.1 เตาหลอมที่ใช้พลังงานความร้อนจากเชื้อเพลิง (Melting Furnace Using Fuel Fired) แหล่งที่มาของเชื้อเพลิงที่ใช้ความร้อนของเตาหลอมกลุ่มนี้ ได้แก่ ถ่านโค้ก แก๊ส และน้ำ มันเตากลุ่มนี้มีทั้งขนาดเล็กและขนาดใหญ่ และใช้หลอมโลหะที่หลากหลาย 1.เตาคิวโพลา (Cupola) เตาชนิดนี้เป็นเตาที่มีใช้มาแต่สมัยโบราณ คำ ว่า "Cupola" มาจากภาษาลาตินของคำ ว่า "Cupa" แปลว่า "ถัง" ที่เป็นเช่นนี้เพราะในสมัยเริ่มแรกเตามีลักษณะคล้ายถังที่บุผนังด้วยวัสดุทนไฟ ลักษณะของเตาคิวโพลาปัจจุบันมีรูปทรง กระบอกสูง ดังแสดงในรูปที่ 1.21 ผนังภายนอกเป็นเหล็กแผ่นแล้วภายในบุด้วยอิฐทนไฟ บริเวณกันเตาจะมีฝาปิดกันเตาซึ่งทำ ด้วย เหล็ก เมื่อปิดกันเตาแล้วจะปูด้วยทรายหรือวัสดุทนไฟทับอีกครั้ง แล้วทำ ให้เกิดความลาดเอียงเพื่อให้น้ำ โลหะที่หลอมเหลวไหล ออกมาทางรูออกของน้ำ โลหะ (Tap Hole) แล้วไหลไปตามรางน้ำ เหล็ก (Spout) ไหลลงสู่เบ้ารองรับน้ำ โลหะเพื่อนำ ไปเทลง แบบหล่อต่อไป ด้านบนบริเวณกึ่งกลางเตาจะมีประตูที่ใช้ในการบรรจุวัตถุดิบในการหลอม การบรรจุวัตถุดิบในการหลอมเรียกว่าชาร์จ (Charge) วัตถุดิบ ที่ใช้ในการให้ความร้อนคือ ถ่านโค้กซึ่งจะบรรจุอยู่บริเวณก้นเตา เรียกถ่านโค้กที่ก้นเตานี้ว่า โค้กเบด (Coke Bed)ถัดจากโค้กเบด ขึ้นมาจะบรรจุโลหะ(Metals) ฟลักซ์ (Flux) และถ่านโค้ก สลับกันเป็นชั้นๆ ขึ้นไปเรื่อยๆ ขณะหลอมเหลววัตถุดิบจะ เลื่อนลงสู่กันเตาเข้าสู่บริเวณสันดาปและเขตหลอมเหลวของเตา ขณะเดียวกันลมที่เป่าเข้ามาในเตาจะพาความร้อนขึ้นสู่ด้านบน ทำ ให้วัตถุดิบที่อยู่ส่วนบนได้รับความร้อนและเกิดการ หลอมละลาย ลมที่เป่าเข้ามาจะทำ หน้าที่เป็นแก๊สที่เกิดการ สันดาปอยู่ในบริเวณสันดาป (Combustion Zone) จะมีอุณหภูมิที่สูงระหว่าง 1,650-2,000 ํC ปฏิกิริยา ที่เกิดขึ้นเป็นปฏิกิริยาการคายความร้อน (Exo-thermic) จึงทำ ให้ภายในเตามีความร้อนสูงขึ้นทำ ให้เหล็กหลอมละลาย และไหลลงสู่ก้นเตาในขณะที่ฟลักซ์ที่ใส่เข้าไปจะหลอมละลาย กลายเป็นสแลก (Slag) หรือขี้ตะกรันลอยอยู่บนผิวหน้า ของน้ำ เหล็ก เมื่อเหล็กหลอมเหลวไหลลงมาอยู่ที่กันเตา มีปริมาณมากพอแล้วจะเจาะรูเพื่อให้น้ำ เหล็กไหลลงมาสู่เบ้า รองรับน้ำ โลหะเพื่อนำ ไปเทลงแบบหล่อที่เตรียมไว้ เตาคิวโพลามีหลายขนาดโดยแบ่งออกเป็นเบอร์ตั้งแต่เบอร์ 0 ถึงเบอร์ 12 ขนาดเบอร์ 0 มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 27 นิ้ว (68.58 เซนติเมตร) และขนาดเบอร์ 12 มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 108 นิ้ว (274.32 เซนติเมตร) ความสามารถในการหลอม ของเตาคิวโพลาจะคิดออกมาเป็นอัตราการหลอม (Met-ing Rate) ซึ่งเป็นอัตราส่วนของน้ำ หนักเหล็กหลอมเหลวต่อเวลา 1 ชั่วโมง โดยความสามารถในการหลอมจะมีตั้งแต่ 1 ตัน/ชั่วโมง ไปจนถึง 35 ตัน/ชั่วโมง(1,000-35,000 กิโลกรัม/ชั่วโมง) รูปที่ 1.21 โครงสร้างและส่วนประกอบของเตาคิวโพลา 21

2.เตาโอเพนฮาร์ค (Open Hearth Furnace) เตาชนิดนี้เป็นเตาขนาดใหญ่หลอมเหล็กตั้งแต่ 10 ต้นไปจนถึง 100 ต้น (10,000- 100,000 กิโลกรัม) ลักษณะเตาเป็นแอ่งลึกคล้ายขนาดใหญ่ ดังแสดงในรูปที่ 1.22 โลหะที่หลอมเหลวแล้วจะขัง อยู่ในแอ่งกระทะ ส่วนบนจะเป็นตัวเตาที่มีหลังคาปิด เชื้อเพลิงที่ให้ความร้อนจะใช้น้ำ มันหรือแก๊สธรรมชาติ เตาที่มีขนาด ใหญ่มากๆ จะใช้ในการหลอมเหล็กแท่งจำ พวกบลูมหรือบิลเล็ต เพื่อนำ ไปใช้รีดเป็นเหล็กเส้นหรือเหล็กรูปพรรณชนิดอื่นๆการ ทำ งานของเตาชนิดนี้จะมีการเผาอากาศและแก๊สที่จะพ่นเข้าไปให้ความร้อนเสียก่อน โดยให้กลายเป็นแก๊สร้อน (Hot Gas) ชุดที่ทำ หน้าที่เผาอากาศและแก๊สให้ร้อนคือ ชุดเจเนเรเตอร์ (Generator) ซึ่งจะติดตั้งอยู่ทั้ง 2 ด้านของเตาโดยใช้อิฐทนไฟก่อ เรียงสลับกัน เพื่อให้แก๊สเสียหลังการเผาไหม้แล้วไหลผ่านออกมาและถ่ายเทความร้อนไปสู่อิฐทนไฟ ก่อนที่จะออกไปยังปล่อง แก๊ส หลังจากอิฐทนไฟได้รับความร้อนจนมีอุณหภูมิสูงเพียงพอแล้ว จึงเปิดให้แก๊สและอากาศผ่านเข้ามายังอิฐที่มีความร้อน เพื่อเพิ่มความร้อนให้กับแก๊สและอากาศก่อนปล่อยเข้าสู่เตาเพื่อเผาไหม้ แก๊สและอากาศที่ร้อนจะทำ ให้การเผาไหม้ภายในเตา มีความร้อนที่สูงขึ้น การเผาอิฐและอากาศจะทำ งานสลับกันโดยเปลี่ยนแปลงทางเดินอากาศและแก๊สสลับกันทุกๆ 15-20 นาที การนำ น้ำ โลหะหลอมเหลวออกจากเตาชนิดนี้หากเป็นเตาขนาดใหญ่จะใช้การเจาะรูให้น้ำ โลหะไหลออกมา แต่หากเป็นเตาขนาดเล็กจะใช้การเอียงเทน้ำ โลหะลงสู่เบ้ารองรับน้ำ โลหะ 3. เตาครูซิเบิล (Crucible Furnaces) เตาหลอมชนิดนี้นิยมใช้เพราะราคาถูกและประหยัด เนื้อที่กว่าเตาชนิดอื่นๆ ใช้หลอมโลหะได้หลายชนิดเพียงเปลี่ยนเบ้าหลอม ซึ่งมีทั้งเบ้าขนาดเล็กที่ใช้ในปริมาณที่ไม่มาก สามารถยกเบ้าหลอมออกมาเพื่อเทน้ำ โลหะได้ หากหลอมโลหะ มารถใช้เบ้าขนาดใหญ่ที่เป็นชนิดเอียงเทได้ เชื้อเพลิงให้ความร้อนของเตาชนิดนี้ประด้วย น้ำ มัน แก๊ส หรือถ่านโค้ก ดังแสดง ในรูปที่ 1.23 เตาหลอมชนิดนี้ไม่สามารถหลอมต่อเนื่องได้จะต้องหลอมทีละเบ้า สำ หรับเข้าหลอมมีหลายชนิด ได้แก่ เคลย์- แกรไฟต์ (Clay-graphite) ซูเปอร์-แกรฟต์ (SuperClay-graphite) และคาร์บอนบอนด์ซิลิคอนคาร์ไบด์ (CarboSilicon Carbide) เบ้าหลอมชนิดแรกจะมีส่วนผสมของ แกรไฟต์ 35% และมีดินเหนียวทนไฟเป็นตัวประสานใช้หลอมอะลูมิเนียมผสมได้ดี ส่วนเบ้าหลอมชนิดที่ 2 จะมีส่วนผสมของ แกรไฟต์ 35% และSiC 12% ใช้ดินเหนียวทนไฟเป็นตัวประสานมีสมบัติที่ดีกว่าชนิดแรกใช้หลอมอะลูมิเนียมผสม ทองแดง ผสม และเหล็กหล่อได้ดี ส่วนชนิดที่ 3 มีส่วนผสมของแกรไฟต์ 30% และ SiC 45% ใช้คาร์บอน เป็นตัวประสานมีสมบัติที่ดีกว่าชนิดที่ 2 ใช้หลอมอะลูมิเนียมผสม ทองแดงผสม และเหล็กหล่อได้ดี 22

รูปที่ 1.22 ลักษณะและการทำ งานของเตาโอเพนฮาร์ต รูปที่ 1.23 ลักษณะเตาครูซิเบิล 23

1.5.2 เตาหลอมที่ใช้พลังงานความร้อนจากไฟฟ้า (Melting Furnace Using Electrical) เตาหลอมที่ใช้ไฟฟ้าในการให้ความร้อนนั้นอาจแบ่งออกเป็น 3 ชนิดใหญ่ๆ ด้วยกันคือ ความร้อนจากการอาร์ก ความร้อนจาก ความต้านทาน และความร้อนจากกระแสเหนี่ยวนำ เตาไฟฟ้านี้มีทั้งขนาดเล็กที่หลอมโลหะเพียงไม่กี่กิโลกรัมไปจนถึงเตาขนาด ใหญ่ ที่หลอมโถหะได้หลายพันกิโลกรัมเตาไฟฟ้าจะมีข้อดีตรงที่สามารถควบคุมณหภูมิในการหลอมได้ค่อนข้างง่าย สามารถเก็บ น้ำ โลหะให้มีอุณหภูมิคงที่ได้เป็นเวลานาน ปรับปรุงส่วนผสมทางเคมิได้ง่ายและสามารถหลอมโลหะได้อย่างต่อเนื่อง แต่ข้อจำ กัด ของเตาไฟฟ้าคือ ราคาของค่าไฟที่ใช้จะค่อนข้างสูง 1.เตาอาร์ก (Arc Furnace) เตาชนิดนี้ได้ความร้อนจากอาร์กของแท่งอิเล็กโทรดทำ ให้เกิดความร้อนในการหลอมโลหะ นิยมใช้ใน การหลอมโลหะที่มีจุดหลอมเหลวสูงอย่างเช่น เหล็กกล้าการอาร์กแบ่งออกเป็น 2 แบบคือ การอาร์กทางตรง (Direct Arc) และกา รอาร์กทางอ้อม (IndirectArc) ดังแสดงในรูปที่ 1.24 การอาร์กทางตรง โดยมากมักเป็นเตาขนาดใหญ่ที่มีแท่งอิเล็กโทรดที่ทำ จาก แกรไฟต์ 3 แท่ง อาร์กกับโลหะที่จะทำ การหลอม ความร้นที่เกิดจากอาร์กซึ่งอาจมีอุณหภูมิสูงถึง 6.000 ํC ทำ ให้โลหะหลอมได้ รวดเร็วลักษณะของเตาอาร์กแบบนี้จะมีลักษณะกันเตาเป็นแองลึกลงไป ดังแสดงในรูปที่ 1.24 (ก) ตัวเตาสามารถเอียงเพื่อเทน้ำ โลหะหลอมเหลวได้ โดยไหลผ่านออกมาตามรางน้ำ เหล็ก สำ หรับเตาหลอม ที่เป็นการอาร์กทางอ้อมจะอาศัยการอาร์กของแท่งอิเล็กโทรดด้วยกันเองและแผ่รังสีความร้อนมาเพื่อหลอมโลหะ ดังแสดงในรูปที่ 1.24 (ข) เตาชนิดนี้จะมีลักษณะเป็นถังกลมและมีแท่งอิเล็กโทรด 2 แท่งยื่นออกมาใกล้กันแล้วเกิดการอาร์กแผ่รังสีความหลอม โลหะ เตาหลอมชนิดนี้มักมีขนาดเล็ก โดยมากใช้หลอมโลหะนอกกลุ่มเหล็ก เช่น ทองแดงผสมเพราะมีพลังงานความร้อนต่ำ กว่า เตาหลอมที่อาร์กโดยตรง รูปที่ 1.24 ลักษณะของเตาอาร์ก 24

2. เตาเหนี่ยวนำ กระแสไฟฟ้า (Induction Furnace) เตาเหนี่ยวนำ กระแสไฟฟ้าเป็นเตา ที่นิยมใช้กันอย่างแพร่หลายเพราะหลอมโลหะได้ทุกชนิด ควบคุมอุณหภูมิได้แน่นอน ควบคุมปริมาณธาตุผสมได้ง่าย และสูญเสีย โลหะขณะทำ การหลอมน้อย เตาหลอมกระแสเหนี่ยวนำ แบ่งออกเป็น 2 ชนิดคือ เตาแบบมีแกนเหนี่ยวนำ (Core Induction) และเตาแบบไม่มีแกนเหนี่ยวนำ (CorelessInduction) ดังแสดงในรูปที่ 1.25 เตาหลอมที่มีประสิทธิภาพมากที่สุดคือ เตาหลอมที่ มีแกนเหนี่ยวนำ ดังแสดงในรูปที่ 1.25 (ก) ลักษณะของเตาแบบมีแกนเหนี่ยวนำ เตาจะมีขดลวดเหนี่ยวนำ อยู่ตรงกึ่งกลางเบ้าหลอมทำ หน้าที่เป็นขดลวดปฐมภูมิ (Primary Coil) และมีโลหะที่ล้อมรอบอยู่ทำ หน้าที่ เป็นขดลวดทุติยภูมิ(Secondary Coil) ของทรานฟอร์เมอร์ เมื่อปล่อย ไฟฟ้ากระแสสลับผ่านขดลวดเหนี่ยวนำ จะทำ ให้เกิดสนามแม่เหล็กรอบๆ ขดลวด สนามแม่เหล็กที่เกิดขึ้นจะผ่านเข้าไปยังโลหะที่ อยู่รอบๆ ขดลวดทำ ให้เกิดกระแสไฟเอ็ดดี้ (Eddy Current) ขึ้นภายในเนื้อโลหะที่มีความต้านทานทำ ให้พลังงานไฟฟ้าที่ผ่านโลทะ เปลี่ยนเป็นพลังงานความร้อนและจะสูงขึ้นเรื่อยๆ จนเกิดการหลอมละลาย อิทธิพลของการเหนี่ยวนำ กระแสไฟฟ้าจะทำ ให้โลหะที่มีความร้อนเคลื่อนที่ขึ้นด้านบนในขณะที่โลหะหลอมเหลวจะเคลื่อนที่ลงสู่ ด้านล่าง ส่งผลให้โลหะที่อยู่ในเบ้าหลอมได้รับการถ่ายเทความร้อนอย่างทั่วถึงและสม่ำ เสมอ อย่างไรก็ตาม เตาหลอมชนิดนี้หาก จะทำ ให้ได้ประสิทธิภาพการทำ งานของเตาที่ดี จะต้องมีการคงเหลือน้ำ โลหะหลอมเหลวไว้ภายในเตาหลังจากการเทน้ำ โลหะ ออกไปแล้วส่วนหนึ่ง หรือใช้เป็นแหล่งกำ เนิดความร้อนในการหลอมครั้งถัดไป เตาชนิดนี้เหมาะกับการหลอมโลหะที่ไม่ต้องการ เปลี่ยนแปลงส่วนผสมบ่อยๆ เตาเหนี่ยวนำ กระแสไฟฟ้าแบบที่ 2 เป็นแบบไม่มีแกนเหนี่ยวนำ เตาชนิดนี้จะไม่มีแกนขดลวดอยู่ตรงกลางเบ้า แต่จะใช้ขดลวดพัน อยู่รอบเตา ดังแสดงในรูปที่ 1.25 (ข) และมีโลหะอยู่ภายในเบ้าหลอมเมื่อกระแสไฟฟ้าผ่านขดลวดจะทำ ให้เกิดสนามแม่เหล็กขึ้น รอบๆ เตา และทำ ให้เกิดกระแสเอ็ดดี้ภายในเนื้อโลหะที่บรรจุอยู่ในเบ้าหลอมและเกิดความร้อนขึ้นจนกระทั่งเกิดการหลอมละลาย เตาเหนี่ยวนำ ชนิดนี้มีอยู่ด้วยกัน 2 แบบคือ เตาเหนี่ยวนำ ความถี่สูง และเตาเหนี่ยวนำ ความถี่ต่ำ เตาเหนี่ยวนำ ความถี่สูงจะมี ความถี่มากกว่า 1,000 เฮิรตซ์ขึ้นไป ใช้ในการหลอมโลหะได้ทุกชนิดและมีอัตราการหลอมสูง ส่วนเตาหลอม ที่มีความถี่ต่ำ จะใช้ ความถี่ 60 เฮิรตช์ เตาแบบนี้จะประหยัดกว่าเตาความถี่สูง แต่ทุกครั้งที่มีการหลอมจากเตาต้องเหลือน้ำ โลหะหลอมเหลวไว้ 30% เพื่อช่วยในการหลอมครั้งต่อไป รูปที่ 1.25 ลักษณะเตาเหนี่ยวนำ กระแสไฟฟ้า 25

แบบทดสอบ เครื่องมือเครื่องจักรทำ แบบหล่อและเตาหลอมโลหะ ตอนที่ 1 จงเลือกคำ ตอบที่ถูกต้องที่สุดเพียงข้อเดียว 1.ข้อใดต่อไปนี้เป็นลักษณะของกระสวนรูเท ก.เป็นมุมฉาก ข.รูปร่างคล้ายใบไม้ ค.เป็นแท่งโลหะงอ จ.เป็นแท่งไม้กลมตัน 2.วัสดุชนิดใดใช้ในการทำ แท่งปาดทราย ก.ทองแดง ข.เงิน ค.เหล็ก ง.ทองเหลือง 3.กระสวนชนิดใดถูกแยกออกเป็น 2 ซีก ก.กระสวนแยกชิ้น ข.กระสวนหลุด ค.กระสวนโครงร่าง ง.กระสวนกวาด ตอนที่ 2 จงตอบคำ ถามให้ถูกต้องสมบูรณ์ 1.หีบหล่อจำ แนกออกเป็นกี่ประเภท อะไรบ้างจงอธิบาย 2.เตาหลอมโลหะมีกี่ประเภท อะไรบ้างจงอธิบาย 26

27 อ้างอิง ณรงค์ศักดิ์ ธรรมโชติ,2562