วิชาลับคมเครื่องมือตัด บทที่ 1

เอกสารประกอบการสอน

รหสั วิชา 2102-2105

ลับคมเครือ่ งมือตดั

หลักสูตรประกาศนยี บัตรวชิ าชีพ พทุ ธศักราช 2556
ส านกั งานคณะกรรมการการอาชีวศึกษา กระทรวงศึกษาธกิ าร

จดั ท าโดย นายสรุ ชยั บุญโสภณ
ต าแหน่ง ครูช านาญการ

1

หน่วยที่ 1

ชนดิ และวสั ดุเครอื่ งมือตัด

สาระส าคญั

อุตสาหกรรมการผลิตช้ินส่วนในปัจจุบัน มีความก้าวหน้าของเทคโนโลยีอย่างรวดเร็ว ในการผลิต
ชิ้นส่วนหรือชนิ้ งานจ าเป็นต้องค านงึ ถึง คุณภาพช้นิ งานท่กี าหนด เชน่ ความละเอียดของผิวงาน ความเท่ียงตรง
ของขนาดงาน เป็นต้น ท้ังนี้ยังจะต้องค านึงถึง กระบวนการในการผลิต ต้นทุนการผลิต ดังนั้นการเลือก
เครอ่ื งมือตดั ใหเ้ หมาะสมกับวสั ดงุ านและเครือ่ งจกั รท่ใี ช้ในการผลติ นั้น เป็นปัจจยั ท่ีส าคญั เป็นอยา่ งยงิ่ นกั ศกึ ษา
ต้องมีความรู้พื้นฐานเก่ียวกับคุณสมบัติของวัสดุท่ีน ามาใชเ้ ป็นเคร่ืองมือตัดว่ามีคุณสมบัติอยา่ งไร เพ่ือท่ีจะ
เลือกใช้ให้ถูกต้อง วัสดเุ ครอื่ งมือตัดทน่ี ิยิ มใชใ้ นอุตสาหกรรมการผลติ ชนิ้ ส่วนสามารถแบ่งออกไดเ้ ป็นกลมุ่
ดังน

1. เหล็กกล้าคาร์บอนสงู (High Carbon Steel)
2. เหลก็ กลา้ ความเรว็ สงู (High Speed Steel)
3. โลหะผสมหลอ่ นอกกลุ่มเหล็ก (Cast Nonferrous Alloys)
4. ซเี มนตค์ าร์ไบต์ (Cemented Carbide)
5. เซรามิคส์ (Ceramic)
6. เซอร์เมท (Cermet)
7.เพชร สังเคราะห์ (Synthetic Diamond)
8.CBN (Cubic Boron Nitride) วัสดุคมตัดแต่ละชนดิ จะใช้กบั เง่ือนไขในการตัดตาม
คณุ ภาพและคณุ ลกั ษณะตา่ งๆ กัน

เนื้อหาการเรียนรู้

1.1 คณุ สมบตั ขิ องวัสดุทีผ่ ลิตเป็นเครื่องมือตดั
1.2 ชนดิ ของวสั ดเุ ครอื่ งมอื ตัด

จุดประสงค์การเรยี นรู้

1. บอกคุณสมบัตหิ ลกั ของของวัสดเุ ครื่องมือตัดได้
2. บอกความสัมพันธร์ ะหว่างอณุ หภมู ิและวัสดเุ ครือ่ งมือตัดได้
3. บอกคุณสมบตั ิของวัสดขุ องเครอื่ งมือตัดชนิดตา่ งๆ ได้

4

1.1 คุณสมบตั ิขิ องวัสดทุ ่ีผลิตเป็นเครอ่ื งมอื
ตัด

วสั ดทุ ี่น ามาผลิตเป็นเคร่ืองมือในการตัดเฉือนวัสดุในงานเคร่ืองมือกลปัจจุบันได้มีการพัฒนาไปอย่าง
กว้างขวาง เพ่ือใหต้ อบสนองกบั เทคโนโลยกี ารผลิตท่ีทนั สมัยในปัจจุบนั ซง่ึ การปฏิบตั ิงานตัดเฉือนวสั ดุเองก็มี
อยู่หลายระดับคุณภาพท่ีแตกต่างกันไปตามแต่ลักษณะกระบวนการและวัสดุงาน หรอื การใช้เคร่อื งมือตดั ส
าหรบั งานเฉพาะดา้ น เชน่ การตัดเฉือนวสั ดทุ ม่ี ีความแขง็ มาก ราคาของเคร่ืองมอื ตดั มักจะสงู กวา่ เครื่องมือตัด ส
าหรบั งานทั่วๆ ไป แตก่ ไ็ ม่ไดห้ มายความวา่ การที่เราเลือกใช้เคร่ืองมือตัดราคาแพงจะให้ผลของการตัดที่มี
คุณภาพดีตามราคาที่สูงเสมอไป แต่การตัดเฉือนช้ินงานนั้นจ าเป็นต้องเลือกวัสดุของเคร่ืองมือตัดตามความ
เหมาะสม เพื่อให้เกดิ ความคุ้มคา่ ในแงข่ องคา่ ใช้จ่ายตา่ งๆ ในกระบวนการผลิต โดยยงั สามารถก าหนดให้มี
คุณภาพงานทดี่ ีในระดับทีต่ ้องการได้

วสั ดทุ ่นี ามาผลิตเป็นเครื่องมือตัดที่ใช้กันอยู่ในปัจจุบันมีอยู่หลากหลายชนิด วัสดทุ ี่พบได้ท่ัวไปใน
ท้องตลาด เชน่ เหล็กกล้าคารบ์ อนสงู (High Carbon Steel) หรอื เหล็กกลา้ ความเรว็ สูง (High Speed Steel)
ไปจนถึงวัสดุพิเศษท่ีใช้เป็นเครื่องมือตัดในอุตสาหกรรมเฉพาะ เช่น เซรามิกส์ (Ceramics) หรือ เพชร
(Diamond) ด้วยความหลากหลายของผลิตภัฑณ์ในปัจจุบันที่สามารถน าวัสดุต่างๆ มาใช้ในการผลิตของ
อตุ สาหกรรมปัจจบุ นั สิง่ ส าคัญคือ การเขา้ ใจวา่ วสั ดเุ ครอื่ งมือตดั แต่ละชนดิ มีคุณสมบัตแิ ตกต่างกนั อยา่ งไร และ
จะเลือกเครื่องมอื ตดั ให้เหมาะสมกับงานตดั เฉือนใหม้ ีคุณภาพได้อย่างไร

1.1.1 คุณสมบตั หิ ลกั ทีส่ าคญั ของวัสดุทจี่ ะน ามามาผลิตเป็นเครื่องมอื ตดั ไดแ้ ก่

1) ความเหนยี ว (Toughness)
2) ความแข็งแรงเมอื่ อณุ หภมู ิสงู (Hot hardness)
3) ความตา้ นทานการสกึ หรอ (Wear resistance)

1) ความเหนียว (Toughness)
พเเคคงั รรห่อืื่อรงงือมมแือือตตตกดััดหทกั ี่มเคสคี วยีวรหามเมปาีลยแ็นักขคสษ็งุณาณแมสราะมงรทจบถ่ีผะตัวสสัดิขามไอมดกงจ้าวันราสั รถกดะรพทุ หับลสวภังา่าามางนราทะรถหค่ซี จวรับีะือาไวมแท้ไรแดนงข้รทท็งะ่ีเแาหกนรวดิ แง่าจรงางถ(กทsูกกtมี่แrาารeรกงnตกรgดัะรtะทแhทล) ะาาอคแโยวลดา่าะยมงควเเวฉหสั าียนดมบทุียเพหวี่จลจนะนัะนียไวดาม้โด(าชTยใว่oชไยuมท้ ตgเ่ กา้hานิดnเปกทeน็าsารsน)
การเปล่ียนรปู การแตกหักเสียหายได้

2) ความแข็งแรงเม่ือมีอณุ หภูมิสูง (Hot hardness)
เปน็ คุณสมบัตขิ องวัสดุทส่ี ามารถจะยังรักษาความแข็งไว้ไดเ้ ม่อื วัสดุเครื่องมือตดั มีอุณหภูมสิ งู

ในขณะตัดเฉือน โดยวัสดุท่ีจะน ามาใช้ท าเป็นเครือ่ งมอื ตดั ควรรกั ษาคณุ สมบตั ทิ ่ีเป็นลักษณะผสมระหวา่ ง
ความแขง็ (hardness) และความแข็งแรง (strength) ของตัวเคร่อื งมือตัดได้ดี เพราะในขณะที่ท าการตดั เฉอื น
เนอ้ื วสั ดุงานนัน้ เครื่องมือตัดจะเกิดอุณหภูมิสูงขึ้นเป็นอย่างมาก ความสามารถในการคงความแข็งแรงที่
อุณหภูมสิ งู จงึ ส าคญั อยา่ งยิง่ เนื่องจากวสั ดุเครอื่ งมอื ตดั ไมเ่ กิดการอ่อนตวั จากความแขง็ ทล่ี ดลงเพราะอุณหภูมิ

3) ความตา้ นทานการสึกหรอ (Wear resistance)
เป็นคุณสมบัติของวัสดุท่ีสามารถทนต่อการสึกกร่อนในขณะตัดเน้ือวัสด ุิ

น ามาใช้ท าเป็นเคร่ืองมือตดั ควรทนทานต่อการขัดสกี บั ชิ้นงานในขณะตัดเฉือนโดยไม่สูญเสียโดเนย้ือววัสสัดดุทุขี่จอะง
เคร่ืองมือตัด และมคี วามเหนยี วแนน่ ของเนอื้ วสั ดุ เพียงพอท่ีจะตา้ นทานการแตกร้าวได้ ซงึ่ คุณสมบตั ิทีส่ าคัญ
ท่สี ดุ ในการต้านทานการสึกหรอคอื ความแข็ง (Hardness) เครื่องมือตัดทีม่ กี ารสึกหรอน้อย จะท าให้มีอายุการ
ใช้งานนานขึ้น การสึกหรอของเครื่องมือตัดในทางกายภาพ เกดิ จากสาเหตหุ ลกั ๆ 4 ประการ คอื

5

(1) การยึดติดของเนื้อวสั ดุ (Adhesion)
การติดกันของเศษช้นิ งานกบั เครือ่ งมือตัด (Build up Edge) เนอื่ งจาก เมอ่ื อยู่ภายใต้

สภาวะที่เกดิ แรงกดของชน้ิ งานท่กี ระท าตอ่ เคร่อื งมือตัดและมีอุณหภูมสิ ูง มักจะเกิดข้นึ ท่ีคมตัดของมดี ตัด เป็น
สาเหตุให้ผวิ ชิ้นงานไมเ่ รียบ หรือผวิ เป็นสะเก็ด

เศษชน้ิ งานหลอมติดปลายมีดตดั
เศษตดั

ช้นิ งาน

รูปท่ี 1.1 แสดงลกั ษณะการยึดติดของเน้ือวสั ดุและเคร่ืองมือตัด
(ที่มา : http://www.viboon.org/, วนั เข้าถึง 10 พฤษภาคม 2559)
(2) การขีดขว่ น (Abrasion) เกดิ จากการขัดถเู สยี ดสีระหวา่ งเนอ้ื ช้นิ งานกับขอบของ

เครือ่ งมือตดั ท าใหเ้ กดิ การ
สูญเสียเนื้อวสั ดขุ องเครอ่ื งมือตัดในจดุ ทส่ี ัมผัสกบั ช้ินงาน (Flank wear)

(3) การแพร่ (Diffusion)
เกิดจากการแลกเปล่ียนอะตอมระหว่างผิวสัมผัสของเศษตัด (Chip) และผิวของ

เครอื่ งมอื ตดั (Cutting Tool) เน่ืองจากการขดั สรี ะหวา่ งเศษตดั กบั ผวิ ของเคร่อื งมือตัดและอณุ หภมู ิทีส่ ูงข้นึ จาก
การตัดท าให้เกิดการสญู เสียอะตอมบางสว่ นท่ผี ิวสมั ผสั ของเครื่องมือตดั ไปกับเศษตดั ที่หลุดออกไป มผี ลท าให้
เครอื่ งมือตดั สญู เสยี ความแข็ง หากการสึกหรอนเ้ี กดิ อย่างรุนแรงจะมีการสญู เสียอะตอมท่เี ครื่องมือตัดมากจน
เกิดการสกึ หรอแบบหลุม (Crater wear) เนื่องจากจากการไถลของเศษตัดขูดกบั ผวิ หนา้ ของมีดตัดที่ผิวคายเศษ

การสกึ หรอแบบหลุม

การสกึ หรอแบบขดี ขว่ น
รูปที่ 1.2 แสดงลักษณะของการสึกหรอของเคร่ืองมือตัด
(ทม่ี า : เทคโนโลยีเครื่องมือตดั (CUTTING TOOL TECHNOLOGY.ppt), วนั เขา้ ถงึ 20 เมษายน

2559)

6

(4) การเปลีย่ นรูป แบบพลาสตกิ (Plastic deformation)

เกิดจากการที่มีแรงมากระท ากับเคร่ืองมือตัดมากเกินไป จนถึงจดุ ทีเ่ กนิ พิกัดทจี่ ะ
สามารถทนอย่ใู นสภาพนัน้ ๆ ได้ เครอื่ งมือตัดจะเกดิ การเปล่ยี นแปลงทั้งขนาดและรปู รา่ งไปจากเดิมอย่างถาวร
จนไมอ่ าจจะกลับคืนสูส่ ภาพเดมิ ได้ ท าใหค้ มตดั ของมดี ตดั เปล่ยี นรูปอย่างถาวรในช่วง plastic deformation
เนื่องจาก แรงและอณุ หภมู สิ งู ในขณะตัดเฉือน

1.1.2 ความสมั พนั ธร์ ะหว่างความแข็งและอุณหภูมิของวสั ดุเคร่ืองมือตัด

วสั ดทุ นี่ ามาใช้ท าเครือ่ งมอื ตัดจะมีลักษณะของคุณสมบัติในแต่ละดา้ นแตกตา่ งกัน ขน้ึ อยู่กบั วสั ดุ
ท่เี ลอื กมาใช้ เชน่ คา่ ความแข็งและความแข็งแรงของวัสดุชนดิ ตา่ งๆ ดงั ตารางท่ี 1-1 (ความสามารถในการซับ
แรงกอ่ นชิน้ งานเสียหาย (Transverse rupture strength) เป็นค่าทีใ่ ช้พจิ ารณา ความเหนยี ว (toughness)
ของวัสดุ ถ้ามคี ่ามากแสดงว่ามคี ่าความเหนียวมาก)

ตารางท่ี 1.1 ค่าความแข็งทีอ่ ณุ หภูมหิ ้องและคา่ ความแข็งแรงของวัสดุ

วัสดุ (Material) ความแข็ง ความสามารถในการซบั แรง
(Hardness) (Transverse Rupture

เหล็กกลา้ คารบ์ อน (Plain carbon steel ) 60 HRC Strength)
Ib/in.2 (MPa)
เหล็กกล้าความเร็วสงู (High-speed steel-HSS) 65 HRC
750,000 (5200)
โลหะผสมนอกกลุ่มเหลก็ (Cast cobalt alloys) 65 HRC
600,000 (4100)

325,000 (2250)

ซีเมนตค์ ารไ์ บด์ (Cemented Carbide -WC)

ผสมต่ า(Low Co content) 93 HRA, 1800 HK 200,000 (1400)
350,000 (2400)
ผสมสงู (High Co content) 90 HRA, 1700 HK 250,000 (1700)
60,000 (400)
เซอร์เมต (Cermet -TiC) 2400 HK 100,000 (700)
150,000 (1000)
เซรามิกส์ (Alumina -Al2O3) 2100 HK 215,000 (1500)

คิวบิกโบรอนไนไตรต์ (Cubic boron nitride-CBN) 5000 HK

เพชร สังเคราะห์ (Polycrystalline diamond-PCD) 6000 HK

เพชรธรรมชาติ (Natural diamonds) 8000 HK

(ทีม่ า: เทคโนโลยีเครอื่ งมอื ตัด.pdf, วนั เข้าถึง 20 เมษายน 2559, หน้า 8)

จากตาราง จะเหน็ วา่ เหล็กกลา้ คารบ์ อน มคี า่ ความแข็ง (Hardness) ท่ปี ระมาณ 60 HRC ซึ่งมีความ
แข็งนอ้ ยทีส่ ดุ ในตาราง แตม่ ีค่าความสามารถในการซับแรงก่อนช้ินงานเสียหายสูงที่สุด แสดงว่ามคี ่าความ
เหนียว (toughness) ของวสั ดุมากทส่ี ดุ เมื่อเปรียบเทียบกับวสั ดุเหล็กกลา้ ความเรว็ สูง ทม่ี ีค่าความแขง็ สูงกว่า
คอื ประมาณ 65 HRC แต่ก็มีคุณสมบัติด้านความเหนียวน้อยกวา่ เหลก็ กล้าคารบ์ อน โดยวสั ดุท่ีน ามาใช้ผลิต
เครอ่ื งมือตัดต่างชนดิ กัน กจ็ ะมคี ุณสมบตั ดิ า้ นตา่ งๆ แตกต่างกันดว้ ย เชน่ คุณสมบัตดิ ้านความแข็งและความ
เหนียวของวสั ดทุ ี่น ามาท าเครื่องมือตดั

โดยส่วนใหญ่แลว้ คา่ ความแข็งของวัสดุทใี่ ช้ท าเครื่องมือตัดจะลดลงเม่ืออุณหภูมิเพิ่มข้นึ ดังนั้น เม่ือน า
เครือ่ งมอื ตดั มาตดั เฉอื นชิน้ งาน จะเกิดการเสียดสีจากแรงกดของช้ินงานและแรงเฉือนจนท าให้อุณหภมู ทิ ี่เกิด
จากการตดั เฉือนเพมิ่ ข้นึ อย่างมาก ซง่ึ จะมผี ลท าใหอ้ ายกุ ารใชง้ านของเครื่องมือตดั ลดลง โดยความรอ้ นท่เี กดิ ข้ึน

7

จากการตัดเฉือนชิ้นงานสว่ นใหญป่ ระมาณ 80% จะสะสมและถูกพาออกไปโดยเศษวสั ดุ (Chips) ทห่ี ลดุ ออกไป

อีกประมาณ 10% จะสะสมอยู่ทช่ี นิ้ งาน (Work piece) และอีกประมาณ 10% จะสะสมอยู่ที่เคร่ืองมือตัด

(Cutting Tool) แต่ที่จุดสัมผัสของคมตดั ในขณะตัดเฉือนน้ันจะเกดิ การเสียดสีและเกิดความร้อนขึ้นทผ่ี วิ ของ

คม

ตัดต าแหน่งเดมิ ตลอดเวลา จึงเกดิ ความร้อนสะสมทเี่ ครือ่ งมือตดั สูงมาก สง่ ผลใหค้ ณุ สมบตั ิต่างๆ ของเครื่องมอื

ตดั ลดลง โดยเฉพาะคุณสมบตั ิดา้ นความแข็งของวัสดุ คทวชี่ านิ้ มงรา้อนน1ส0ะ%สม
เศษตดั พาความร้อน

ออกมา 80%

ความรอ้ นสะสม
ที่เครอ่ื งมอื ตดั
10%
รูปที่ 1.3 แสดงปรมิ าณความรอ้ นสะสมจากการตดั เฉอื น
(ทีม่ า : http://www.ptsc.co.th/, วนั เขา้ ถงึ 20 เมษายน
2559)

เศษตดั
เครื่องมอื ตัด

ชน้ิ งาน
รูปที่ 1.4 แสดงอณุ หภูมิเปน็ องศาเซลเซยี ส, oC ณ จุดท่ีเกดิ การตัดเฉือน

(ท่ีมา : http://www.ptsc.co.th/, วันเข้าถงึ 20 เมษายน 2559)

เมื่อพิจารณาจากวสั ดทุ ี่ใช้ในการท าเคร่ืองมือตัด จากกราฟในรูปท่ี 1.5 แสดงถึงการลดลงของความ
แขง็ ในวัสดุตา่ งๆ ตามการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมทิ ี่เพิ่มข้ึน เช่น เหลก็ กลา้ คารบ์ อนจะสูญเสียความแขง็ อยา่ ง
รวดเรว็ เมอื่ อุณหภูมสิ งู ถึงประมาณ 300 องศาเซลเซยี ส เหล็กกลา้ ความเร็วสงู จะสญู เสยี ความแข็งอย่างรวดเร็ว
เมื่ออุณหภมู สิ งู ถึงประมาณ 500 องศาเซลเซยี ส ส่วนเซรามกิ สแ์ ละซีเมนตค์ าร์ไบดจ์ ะยงั สามารถคงค่าความ
แข็งได้มากแมจ้ ะมอี ุณหภมู สิ ูงกวา่ 500 องศาเซลเซียส

ความแข็ง (HRA) 8
ความแ ็ขง (HRC)
อณุ หภมู ิ (องศาเซลเซียส, oC)

อุณหภูมิ (องศาฟาเรนไฮต์, oF)
รปู ท่ี 1.5 แสดงความสมั พันธร์ ะหวา่ งความแข็งกบั อุณหภูมขิ องวสั ดุทใี่ ช้ท าเคร่ืองมอื ตัดชนดิ ตา่ งๆ

(ทม่ี า : http://site.iugaza.edu.ps/ pdf, วนั เข้าถงึ 9 มถิ นุ ายน 2559)

1.1.3 การเพมิ่ คุณสมบัติใหว้ ัสดุเคร่ืองมอื ตัด

จากคุณสมบตั ิหลกั ของเครื่องมือตัด 3 ประการข้างตน้ ในการพัฒนาการผลิตเคร่อื งมอื ตัดที่ใช้
ในอุตสาหกรรม มีการเพิ่มคุณสมบัตทิ ีด่ ตี ่างๆ ใหก้ ับเคร่ืองมือตดั เพื่อผลของการตดั ที่ดีย่งิ ข้ึน โดยน าวัสดุที่มี
คุณสมบัติทนต่อการกัดกร่อน ทนต่อการเสียดสีและทนต่อปฏิกิริยาทางเคมี มาท าการเคลือบผิว (Coating)
ให้กบั เครือ่ งมือตัดแบบต่างๆ เชน่ เมด็ มีดกลึง ดอกสวา่ น หรือดอกกดั เป็นตน้

เทคโนโลยีการเคลอื บผวิ (Coating Technology) ได้ถกู พัฒนามาอย่างต่อเนื่อง แบ่งวิธกี ารเคลอื บผวิ ส
าหรบั เครอื่ งมือตัดมีวิธหี ลักๆ 2 วธิ ี คอื

1) การเคลอื บผิวแบบ CVD (Chemical Vapor Deposition) เป็นการเคลอื บผวิ วัสดุเครอ่ื งมอื
ตัดที่ใช้อุณหภมู ิสงู ประมาณ 1,300 องศาเซลเซียส สารทใ่ี ช้ส าหรับเคลือบผิวในปัจจุบันจะเป็น เซรามิกส์
(Alumina) หรือ ไททาเนยี มคารโ์ บไนไตรด์ (TiCN) โดยจะท าการเคลือบผวิ เป็นชั้นๆ (Multi-Layer) ความหนา
ของผวิ ทีเ่ คลือบจะอยู่ประมาณ 5~15 ไมครอน เครอ่ื งมือตัดจะมคี วามทนทานต่อการสึกหรอที่อุณหภูมสิ งู ได้ดี
ซง่ึ โดยทว่ั ไปเหมาะส าหรับงานกลึง งานเจาะ ใชเ้ คลอื บเม็ดมดี อินเสิร์ท และดอกสว่าน เปน็ ตน้

2) การเคลอื บผิวแบบ PVD (Physical Vapor Deposition) เป็นการเคลือบผิวทีใ่ ช้
วธิ ีการ
เหนยี่ วน าทางไฟฟ้า โดยท าการแยกประจทุ างไฟฟา้ ของสารเคลือบให้ไปเกาะติดบนวัสดเุ ครอ่ื งมอื ตดั อุณหภูมิท่ี
ใชใ้ นการเคลือบผิวจะไม่สงู มากนัก จะอยู่ประมาณ 600 องศาเซลเซียส สารท่ใี ชส้ าหรบั เคลอื บผวิ จะเป็นสาร
ไทเทเนยี ม-อลูมิเนียม-ไนไตร (TiAlN) จะมีความหนาอยู่ประมาณ 1-3 ไมโครเมตร จดุ ประสงคข์ องการเคลอื บ
ผิวแบบนี้เพ่ือต้องการที่จะรักษาความคมของคมตัดไว้ ไม่ใหเ้ สียรปู ทรง เหมาะส าหรบั งานที่ต้องการความ
ละเอยี ด แมน่ ย า เทย่ี งตรงสูง หรอื ช้นิ งานทมี่ ีขนาดเลก็ ๆ

9

1.2 ชนิดของวัสดุเคร่อื งมอื ตดั

ปัจจบุ ันมผี ้ผู ลิตเครื่องมือตัดออกมามากมายหลายชนิด เพ่ือตอบสนองต่ออตุ สาหกรรมการผลติ ชิน้ สว่ น
ซึ่งแตกตา่ งกันไปตามแต่ลกั ษณะกระบวนการท างานและวัสดุงาน เช่น เครื่องมือตดั ท่ใี ช้กบั งานเหลก็ ทัว่ ไปทม่ี ี
ความแข็งไม่มากนัก เครื่องมือตัดส าหรับงานเฉพาะด้าน เครื่องมือตัดส าหรับการตดั วัสดุเหล็กที่มีความแข็ง
มากๆ ท่ีผ่านกรรมวิธีเพื่อให้มีคุณสมบัติเด่นในด้านต่างๆ หรือเครื่องมือตัดส าหรับโลหะท่ีไม่ใช่เหล็ก หรือ
เครอ่ื งมือตดั ท่ีใช้ตัดวสั ดทุ ่ีไมใ่ ช่โลหะ เช่น ยาง พลาสติก คาร์บอนไฟเบอร์ เปน็ ต้น วัสดุเคร่ืองมือตดั ท่ีจะเลือก
น ามาใชใ้ นการตดั เฉือนจึงมีความเหมาะสมแตกต่างกันตามคุณสมบัตขิ องวสั ดงุ านแตล่ ะชนดิ เนื่องด้วยปัจจุบนั
เทคโนโลยีด้านวัสดุ การออกแบบและการผลิตเครื่องมือตัด ได้รับการพัฒนาอยู่ตลอดเวลา จงึ มวี ัสดใุ หม่ๆ
รูปรา่ งใหมๆ่ เกดิ ข้นึ มากมายตามวตั ถุประสงค์ของผู้ผลิตเคร่ืองมือตัด แตใ่ นบทนจี้ ะขอกล่าวถงึ วสั ดุหลกั ๆ ท่ี นิ
ยมน ามาท าเปน็ เคร่อื งมอื ตัดในอุตสาหกรรมปัจจุบัน ไดแ้ ก่

1.2.1 เหลก็ กลา้ คารบ์ อนสงู (Plain High Carbon Steel)
1.2.2 เหลก็ กลา้ ความเร็วสงู (High-Speed Steel, HSS.)
1.2.3 โลหะผสมนอกกล่มุ เหลก็ (Cast Nonferrous Alloys)
1.2.4 ซเี มนตค์ ารไ์ บด์ (Cemented Carbide)
1.2.5 เซรามกิ ส์ (Ceramics)
1.2.6 เซอร์เมต (Cermet)
7. เพชร สงั เคราะห์ (Synthetic Diamond)
8. CBN (Cubic Boron Nitride)

1.2.1 เหล็กกลา้ คารบ์ อนสงู (Plain High Carbon Steel)

วัสดุชนิดน้ีเป็นเหล็กกล้าที่มีคาร์บอนเป็นธาตุผสมหลัก ประมาณ 0.8%-1.20% ซึ่งปริมาณ
คารบ์ อนท่สี ูงจะช่วยในเรื่องความสามารถในการอบชุบแข็งเพื่อเพ่มิ ความแข็งและความแขง็ แรงไดด้ ี มธี าตุอืน่
ผสมอยู่น้อยมาก สามารถท าให้มีความแข็งไดถ้ ึง 60 HRC (การทดสอบความแข็งแบบร็อกเวลล์ สเกล C) มี
คณุ สมบตั ิทีด่ ีในหลายด้าน ทงั้ ความแข็งแรง ความเหนยี ว และทสี่ าคญั คือ มีราคาถกู

เหล็กกลา้ คาร์บอนสูง เป็นวสั ดชุ นดิ แรกๆ ที่ถกู พัฒนาใช้ท าเคร่ืองมือตดั แต่มีข้อจ ากัดท่ีส าคญั คือ
เม่ือน าไปชุบแข็งจะแข็งที่ผิวลงไปไม่ลึกนัก และความแข็งจะลดลงอย่างรวดเร็วเม่ือวัสดุมี อุณหภูมิประมาณ
300 องศาเซลเซยี ส ( C) (ดังรปู 1.6) ดงั นนั้ จึงใช้เฉพาะในงานตัดขนาดเลก็ ที่มคี วามเร็วตัดต่ าๆ ไม่เกนิ 9 เมตร
ตอ่ นาที (m/min) ไม่เหมาะกับการตัดด้วยความเร็วตัดสูงหรืองานหนัก ในปัจจุบันไม่ค่อยนิยมใช้ใน
อุตสาหกรรมเนื่องจากท างานได้ไม่ดีในสภาวะการตัดที่เกิดความร้อนสูง แตน่ ิยมใช้ในกระบวนการตดั ที่ไม่
ก่อใหเ้ กดิ ความร้อนในระหวา่ งการตัดมากนัก เช่น ผลิตเป็นใบเลอ่ื ย ตะไบ สว่ิ กลงึ ไม้ เป็นต้น

(ก) ตะไบ (ข) ส่ิวกลงึ ไม้

รปู ท่ี 1.6 แสดงเคร่อื งมือตดั ที่ผลติ จากวัสดเุ หลก็ กลา้ คาร์บอนสงู

(ทมี่ า : http://www.viboon.org/, วันเข้าถงึ 10 พฤษภาคม

2559)

10

1.2.2 เหล็กกลา้ ความเรว็ สงู (High-Speed Steel, HSS.)

เหล็กกล้าความเร็วสูงท่ีใช้ท าเครอ่ื งมือตดั ชนดิ แรกถกู พฒั นาขน้ึ โดย Frederick W. Taylor และ

M. White ในปี ค.ศ. 1900 โดยการน าเหล็กกลา้ คาร์บอนสูงมาเตมิ ทงั สเตน (Tungsten) 18% และโครเมียม

(Chromium) 5.5% ลงเปน็ ธาตุผสม (alloy) เพื่อเพม่ิ ความแข็ง ความแข็งแรง ความสามารถในการต้านการ

สึกหรอ สามารถตา้ นทานต่อการอ่อนตวั ท่อี ุณหภูมิสงู โดยยงั รกั ษาสภาพของคมตดั ทด่ี ีได้ถึงอุณหภูมปิ ระมาณ

550 องศาเซลเซียส ( C) (ดังรปู 1.6) สามารถชุบแข็งได้ดี ให้ความแข็ง (Hardness) สูงถงึ 65 HRC

ปจั จบุ ันเหล็กกลา้ ความเรว็ สงู มสี ว่ นผสมแปรเปลย่ี นไปตามท่ีผผู้ ลิตพฒั นาข้ึน แต่

ส่วนประกอบ

ของธาตุผสมพ้ืนฐานทีน่ ามาปรบั ปรงุ คณุ สมบตั ขิ องเครื่องมอื ตัด ส่วนใหญจ่ ะเปน็ คาร์บอน (Carbon), โครเมียม

(Chromium), ทังสเตน (Tungsten), วานาเดยี ม (Vanadium), โมลบิ ดีนมั (Molybdenum) และโคบอลต์

(Cobalt) สามารถจัดกลุ่มในการใช้งานทั่วๆ ไปออกได้เป็น 3 กลุ่ม คือ

กลมุ่ ท่ี 1 เหล็กกล้าความเร็วสูง 18-4-1 เหล็กกล้าชนิดน้ีประกอบด้วยทังสเตน 18%

โครเมยี ม 4% และวานาเดียม 1% ใช้ในงานเครื่องมือท่วั ไป เชน่ ดอกสวา่ น มดี กลึง มคี วามแข็ง และ

ตา้ นทาน
การสึกหรอได้ต่ าทีส่ ดุ ในทอ้ งตลาดจะแบ่งเป็นเกรดความแขง็

กลุ่มท่ี 2 เหล็กกล้าความเร็วสูงผสมโมลิปดินัม (Molybdenum High Speed Steel)

เหลก็ กล้าความเรว็ สงู แบบเดิมจะใช้ทังสเตนเป็นสว่ นผสมหลัก แตไ่ ดม้ ีการปรบั ปรุงโดยเติมโมลิปดนิ ัมเติมเพมิ่

เนื่องจากหน่ึงส่วนผสมของโมลิปดินมั จะใช้แทนทังสเตนได้ถึงสองส่วน เช่น เหลก็ กล้าความเร็วสงู จากโมลิปดนิ มั 6-

6-4-2 ประกอบด้วยทังสเตน 6% โมลิปดินมั 6% โครเมียม 4% และวานาเดียม 2% มีคณุ สมบตั ิในดา้ น

ความเหนียวแน่นและความสามารถในการตัดท่ีดีกว่าเหล็กกล้าความเรว็ สูง 18-4-1 (โดยเติมโมลิบดินัม 6%

เพอื่ ลดทังสเตน 12%) ในทอ้ งตลาดจะมเี กรดความแขง็ สูงกวา่
กลุ่มที่ 3 เหลก็ กลา้ ความเรว็ สูงพิเศษ ทมี่ กี ารเติมโคบอลต์ (Co) เพ่ือเพิ่มประสิทธิภาพ
ของ

เหลก็ กลา้ รอบสงู โดยเฉพาะอยา่ งย่ิงในการตดั เฉือนทเี่ กิดอุณหภมู สิ งู มากๆ ตัวอยา่ งเช่น เหล็กกลา้ ความเรว็ สงู ที่

ประกอบดว้ ยทังสเตน 20% โครเมียม 4% วานาเดยี ม 2% และโคบอลต์ 12% ซ่ึงจะเหมาะกับการตัดขนาด

หนกั ทจ่ี ะตอ้ งต้านทานกบั แรงดันและอณุ หภูมสิ งู แต่มีราคาคอ่ นข้างสูงกว่าเหลก็ กล้าความเร็วสูงแบบอน่ื ๆ

(ก) มดี กลึง (ข) ดอกสว่าน

รปู ท่ี 1.7 แสดงเครื่องมือตดั ทผ่ี ลิตจากวัสดเุ หล็กกล้าความเร็วสูง
(ทีม่ า : http://www.homemart-thailand.com/, วนั เขา้ ถึง 10 พฤษภาคม 2559)

11

1.2.3 โลหะผสมนอกกลมุ่ เหลก็ (Cast Nonferrous Alloys)

วสั ดุในกลุม่ น้จี ะเน้นไปทีธ่ าตุโลหะผสมท่ีอยู่นอกกล่มุ เหลก็ (โลหะประเภทที่ไม่ใช่เหล็ก) ส่วน
ใหญเ่ ปน็ ธาตุ โครเมยี ม, โคบอลต,์ิทังสเตน กบั ธาตผุ สมอน่ื ๆ เชน่ แทนทาลมั , โมลิบดนิ มั , หรือโบรอน โดยวัสดุ
โลหะผสมนอกกล่มุ เหลก็ นี้จะไม่มีส่วนผสมของเหล็กอยู่ในวัสดุเลย ส่วนผสมโดยทั่วไปจะมีทังสเตน 12%-
25%, โคบอลต์ 40%-50% และโครเมยี ม 15%-35% รว่ มกับธาตุทที่ าให้เกิดการก่อตัวของคาร์ไบด์ เช่น
คารบ์ อน 1%-4% วสั ดุน้มี ีจุดเดน่ คือสามารถตา้ นทานต่อการออ่ นตวั ท่ีอุณหภมู ิสงู ได้ดีกว่าเหล็กกล้าความเรว็ สูง
(HSS.) ท่ัวไปมาก สามารถรกั ษามุมตัดท่ีดีไว้ไดจ้ นถึงอุณหภมู ิ 925 องศาเซลเซียส เมื่อเปรียบเทียบกับ
เหลก็ กลา้ ความเรว็ สูงแล้ว โลหะผสมนอกกลุม่ เหลก็ จะสามารถใชท้ ี่อัตราความเรว็ ตดั สงู กว่าถงึ 2 เทา่ ทอ่ี ัตรา
การป้อนเดียวกัน มีความเปราะมากกว่าเหล็กกลา้ ความเร็วสูง ส่วนคุณสมบัติในการทนการสึกหรอ (wear
resistance) จะมีคา่ สูงกวา่ เหลก็ กล้าความเร็วสูงแต่ไมด่ เี ท่าซเี มนต์คารไ์ บด์ คุณสมบัตใิ นการตา้ นการสึกหรอ
แบบรอยขีดขว่ น (abrasion) สงู มาก สามารถผลติ ใหม้ ีรปู รา่ งตามท่ตี ้องการด้วยการหล่อในแมพ่ ิมพก์ ราไฟต์
แม่แบบเซรามิคส์ หรือโลหะ แล้วท าการเจียระไนให้มีรูปร่างและความคมตามต้องการ เพราะวัสดุน้ีไม่
ตอบสนองต่อกรรมวิธีทางความร้อนและท าการตัดปาดได้ด้วยการเจียรนัยเพียงวิธีเดียวเท่าน้ัน ส่วน
ประสิทธภิ าพในการตัดจะอยู่ระหว่างเหล็กกล้าความเรว็ สูงและซีเมนต์คาร์ไบด์ เคร่ืองมือตัดชนดิ น้ีเหมาะกับ
การกัดหยาบ (heavy roughing cuts) ท่คี วามเรว็ ตัดสงู กว่ามีดตดั ที่ท าจากเหลก็ กลา้ ความเร็วสงู และทอี่ ตั รา
การป้อนสูงกว่ามีดตัดท่ีท าจากซีเมนต์คาร์ไบด์ สามารถใช้ตัดหรือกัดชิ้นงานได้ทั้งโลหะและอโลหะ รวมถึง
พลาสติกและกราไฟต์ แต่ในปัจจบุ นั มดี ตัดที่ท าจากโลหะผสมนอกกลมุ่ เหลก็ น้ีมนี ยิ มน้อยกวา่ มีดตดั ท่ีท าจาก
เหล็กกลา้ ความเรว็ สงู และซีเมนต์คารไ์ บด์

1.2.4 ซีเมนต์คารไ์ บด์ (Cemented Carbide)

เปน็ กลุม่ ของวสั ดุท่ีท าจากทังสเตนคาร์ไบด์ (WC) โดยใช้เทคนิคการขึ้นรปู ด้วยการใช้โลหะผง
(powder metallurgy technique) โดยมีโคบอลท์ (Co) เปน็ วัสดุประสาน ผา่ นกรรมวิธีอัดข้ึนรปู เย็น (Cold
compacting) ภายใตค้ วามดนั สงู ราว 30,000 psi ใหม้ รี ูปรา่ งตามต้องการ แล้วน าเขา้ สูก่ ระบวนการความ
รอ้ น
ก่ึงยึดเหน่ยี วในเตา ซ่ึงปกคลุมด้วยก๊าสไฮโดรเจนที่อุณหภูมิ 1,370 ถึง 1,600 องศาเซลเซียส ขน้ึ อยู่กับ
ส่วนผสมของช้ินงาน จากนนั้ จงึ ท าผวิ ส าเรจ็ โดยการเจยี รนยั

คณุ สมบตั ิของ ซเี มนตค์ ารไ์ บด์ (Cemented Carbide) ไดแ้ ก่
1) มีคา่ ความทนแรงอดั สงู (high compressive strength) แต่มคี า่ ความทนแรงดงึ ต่ า
ถงึ ปานกลาง (low-to-moderate tensile strength)
2) มคี วามแขง็ สงู (high hardness)
3) คงสภาพความแข็งในการท างานทอ่ี ณุ หภูมสิ งู ได้ดีมาก (high hot hardness)
4) ทนตอ่ การสึกหรอสูง (high wear resistance)
5) มีคา่ การน าความรอ้ นสงู (high thermal conductivity)
6) มคี า่ โมดลู สั ของอีลาสติกสูง (high modulus of elasticity)
7) มีคา่ ความเหนยี ว (toughness) ต่ ากว่าเหลก็ กล้าความเรว็
สูง

ซเี มนต์คารไ์ บด์ สามารถรักษามมุ ตดั ทีด่ ไี วไ้ ด้จนถงึ อณุ หภมู กิ ว่า 1,200 องศาเซลเซยี ส และยังมคี วาม
แขง็ แรงตา้ นทานแรงอดั จากการตดั เฉือนไดส้ ูง แต่มขี อ้ เสยี ท่มี ีความเปราะสูงและต้านทานตอ่ กระแทกได้ต่ า จึง
ตอ้ งมีฐานรองรับอยา่ งมั่นคงแข็งแรงเพอ่ื ป้องกันการแตกรา้ ว ท าการเจยี รนัยลบั คมได้เฉพาะกับล้อขัดซิลิกอน
คารไ์ บต์ หรือเพชรเทา่ น้ัน

12
การเพิ่มคุณสมบตั ิได้ดว้ ยการเคลอื บผวิ ซเี มนต์คารไ์ บด์ (Coated Carbides) ดว้ ยวสั ดุทที่ นต่อการสึก
หรอ เชน่ ไททาเนยี มคารไ์ บด์ (Titanium carbide) อลูมินมั ออกไซต์ (Aluminum Oxide, Al2O3) หรอื ไททา
เนียมไนไตรด์ (Titanium Nitride) เปน็ ต้น

ซเี มนต์คารไ์ บด์

(ก) มีดตัดซีเมนตค์ ารไ์ บด์แบบมีดเลบ็ ที่ต้องใช้การบัดกรียึดกบั ฐานรองรับ
(ทม่ี า : https://machinemechanics.wordpress.com/, วันเขา้ ถงึ 10 พฤษภาคม 2559)

(ข) ดอกส่วานคาร์ไบดแ์ ละดอกสวา่ นคาร์ไบดเ์ คลือบผิวไททาเนียม (สที อง)
(ทีม่ า : http://board.trekkingthai.com/, วนั เข้าถึง 10 พฤษภาคม
2559)

ซเี มนต์คารไ์ บด์

(ค) ดอกสวา่ นที่ใชก้ ารบดั กรีช้ินซีเมนต์คาร์ไบด์เข้ากับฐานรองรับทข้นึ รปู เป็นดอกสวา่ น
(ทีม่ า : 436304 AUTOMOTIVE PRODUCTION ENGINEERING. ppt., วนั เข้าถึง 10 พฤษภาคม 2559)

รูปท่ี 1.8 แสดงเครื่องมือตัดที่ผลิตจากวัสดุซีเมนตค์ าร์ไบด์

13

1.2.5 เซรามกิ ส์ (Ceramics)

เป็นกลุ่มวัสดทุ ่ีมีส่วนผสมหลกั คือ อลูมิเนยี มออกไซด์ (Al2O3) ท่ีมีเกรนละเอียดมาก ประมาณ
99% และอาจมอี อกไซดช์ นิดอ่นื ผสมอยูด่ ว้ ยเลก็ นอ้ ยเชน่ เซอร์โคเนียมออกไซด์ (zirconium oxide), ไททา
เนียม (Titanium), แมกนเี ซียม (Magnesium) หรือโครเมยี มออกไซด์ (Chromium Oxide) เครอ่ื งมือตัดเซรา
มิกสจีะ ผลติ โดยกระบวนการกดอดั ขึ้นรูปท่ีความดนั และอุณหภมู ิสงู โดยไม่ใช้วสั ดุประสาน (sintering process)
สว่ นใหญ่จะผลติ เป็นเมด็ มดี แบบถอดเปล่ยี นกับดา้ มจับได้

คุณสมบัติของ เซรามกิ ส์ (Ceramics) ได้แก่
1) มีค่าความทนแรงอดั สงู มาก (high compressive strength) แตม่ ีคา่ ความทนแรงดงึ ต่ า
(low tensile strength)
2) มคี วามแข็งสงู (high hardness)
3) คงสภาพความแขง็ ในการท างานทีอ่ ณุ หภูมสิ ูงได้ดีมาก (high hot hardness) ดกี วา่ ซีเมนต์
คาร์ไบด์
4) ทนต่อการสึกหรอสูง (high wear resistance)
5) มคี ่าความเหนยี ว (toughness) ต่ ามาก เปราะแตกได้งา่ ย

รูปที่ 1.9 แสดงเคร่ืองมอื ตดั แบบเมด็ มีดท่ีผลติ จากวสั ดุเซรามิกส์
(ทีม่ า : http://renishaw-thai.exteen.com/20140325/turning-inserts, วนั เขา้ ถงึ 10 พฤษภาคม 2559)

รปู ที่ 1.10 แสดงการจับยึดเมด็ มดี เซรามกิ สก์ ับฐานยดึ
(ที่มา : 436304 AUTOMOTIVE PRODUCTION ENGINEERING. ppt., วนั เขา้ ถึง 10 พฤษภาคม 2559)

เซรามิกส์มคี ุณสมบตั ทิ ่แี ขง็ มากและทนความร้อนในขณะตดั เฉอื นไดส้ ูง (จุดหลอมเหลวประมาณ
2,200 องศาเซลเซีบส) จึงสามารถใช้งานได้ดีในการกลึงเหลก็ หล่อ เหล็กกล้า หรือโลหะท่ีมคี วามแข็งมากๆ ที่
ความเรว็ รอบสูงๆ แต่อัตราป้อนนอ้ ยๆ โดยไมต่ อ้ งการการหล่อเย็น สามารถกลงึ ผวิ ละเอยี ดซง่ึ จะใหผ้ ิวชิ้นงานที่ ดี
มาก แต่กม็ ีจดุ ด้อย คอื เปราะมาก เนอื่ งจากมีคณุ สมบัติความเหนียวต่ ามาก ท าให้เปราะแตกได้ง่าย ไม่
สามารถทนต่อแรงกระแทกและการเปลยี่ นแปลงของอุณหภมู ิแบบฉับพลันได้ (จงึ ท าใหไ้ มต่ ้องการการหลอ่ เย็น)

14

และตอ้ งจับยึดกับด้ามอย่างมน่ั คงแข็งแรง วสั ดุเซรามิกส์นีไ้ ม่เหมาะอยา่ งยิ่งในการกดั หยาบ และงานท่ีมีการ
กระแทก เนอ้ื งานไมต่ อ่ เนื่อง

ในอุตสาหกรรมการผลติ ก่อนทีจ่ ะมีการน าวัสดุเซรามิกสม์ าใช้เป็นเครอ่ื งมือตดั นน้ั การตดั
เฉอื น
งานแข็งๆ ไมส่ ามารถใชค้ วามเร็วรอบสูงมากๆ ได้ เพราะจะเกดิ ความร้อนทจ่ี ดุ สัมผัสชน้ิ งานสูงมาก ส่งผลให้
อายุของเครอ่ื งมือตดั ลดลงอย่างมาก และถ้าอุณหภูมิสูงถึง 1,200 องศาเซลเซียส ก็จะถึงจุดหลอมเหลวของ
ซเี มนตค์ ารไ์ บต์ ท าให้ต้องลดความเรว็ รอบลง เพ่ือให้การใช้งานเครื่องมือตดั มีอายุการท างานจนจบผิวงาน แต่
เซรามิคมคี ณุ สมบตั ิทสามีา รถคงสภาพความแข็งในการท างานที่อุณหภูมสิ งู และไม่น าความร้อน เมื่อกลงึ
หรือ กดั งานทีค่ วามเรว็ สงู มากๆ จะช่วยท าใหว้ สั ดชุ ้นิ งานมคี วามอ่อนตัวลงเนื่องจากอุณหภูมสิ ูง ท าใหต้ ัดงานได้
ง่าย ข้ึน คณุ สมบัติอันนี้ท าให้เกิดการเปลี่ยนในกระบวนการผลิตชิ้นส่วนเครื่องบินที่มีชิ้นส่วนวัสดุแข็งๆ
หรือใน กระบวนการผลติ อุปกรณท์ างการแพทย์ ทีท่ ามาจากวัสดุ ไททาเนียม (titanium) เป็นต้น

1.2.6 เซอร์เมท (Cermet)

วัสดุชนิดนี้เป็นส่วนผสมของเซรามิกส์และโลหะบางชนิด เนื่องจากในวงการอุตสาหกรรมใด้
พยายามท่ีจะน าข้อดีของวัสดุเซรามิกส์ท่ีสามารถคงสภาพความแข็งในการท างานที่อุณหภูมิสูง (Hot
Hardness) และข้อดีของโลหะทีม่ คี ุณสมบัติความเหนียว (Toughness) สูงกว่ามารวมเข้าด้วยกัน จนเกิดเป็น
วัสดุ เซอรเ์ มท (Cermet) ทแี่ ม้จะแตกหักได้ง่ายกวา่ ซีเมนตค์ ารไ์ บดแ์ ต่ก็ยังเหนียวกวา่ เซรามิกส์ โดยมสี ว่ นผสม
ของไททาเนยี มคารไ์ บด์ (TiC) แทนทาลมั คาร์ไบด์ (TaC) และไททาเนียมคารโ์ บไนไตรด์ (TiCN) มนี ิกเกิลและ
โมลิบดีนัมหรือโคบอลท์ เป็นวัสดุประสาน เหมาะกับการกัดชิ้นงานท่ีท าจาก เหล็กกล้า สแตนเลส และ
เหลก็ หลอ่ ท่คี วามเร็วตัดสูงและอัตราการปอ้ นต่ าซ่ึงจะท าใหผ้ วิ ของชิ้นงานเรยี บมากโดยอาจไม่จ าเป็นต้องมีการ
เจียระไน

รูปที่ 1.11 แสดงเคร่อื งมอื ตดั แบบเมด็ มีดที่ผลิตจากวสั ดเุ ซอร์เมท
(ท่มี า : https://toolingcafe.com/2015/11/29/cermet grade/, วนั เข้าถึง 10 พฤษภาคม 2559)

เครอื่ งมือตดั เซอร์เมท มีคณุ สมบตั ิที่ดี ท่จี ะไมค่ ่อยเกิดปัญหาการยึดติดของเน้ือวัสดกุ ับมดี ตดั
(BUE, Build Up Edge) (รูปที่ 1.1) ซง่ึ จะท าให้ผวิ งานท่ีกลงึ ออกมามีคุณภาพผิวงานดีกวา่ การใชซ้ ีเมนต์คาร์
ไบด์ ภายใต้ปัจจยั การกลึงทเี่ หมอื นกนั และสามารถตดั เฉือนช้ินงานไดโ้ ดยใช้ความเรว็ ตัดสูงกว่าซีเมนตค์ ารไ์ บด์
เพราะมีคุณสมบัติทนความร้อนสูงได้ดีกว่า แต่ว่าเครื่องมือตัดวัสดุเซอร์เมทนั้นก็สามารถแตกหักได้ง่ายกวา่
ซีเมนตค์ าร์ไบด์ แต่กย็ งั เหนยี วกวา่ เซรามกิ ส์ จึงเหมาะกบั งานทตี่ ้องการเกบ็ ขนาดและผวิ ละเอยี ด งานทเี่ น้นผิว
งานออกมนั วาว และงานท่ีใชค้ วามเร็วตดั สูงเพือ่ ช่วยลดเวลาในกระบวนการผลิต

ในปัจจุบนั มีเทคโนโลยีทใี่ ช้การเคลอื บผวิ เม็ดมดี เซอร์เมทเพอ่ื เพิ่มแรงยดึ เกาะผวิ ใหส้ ามารถทน
ตอ่ การกระแทกและหกั บิ่นได้ดียงิ่ ขึน้ จากเดิมที่เหมาะกับงานกลงึ แบบไมม่ ีการกระแทก ปัจจบุ ันเม็ดมีดเซอร์
เมทบางชนดิ ไดถ้ กู ผลิตมาเพอ่ื ใชใ้ นงานกดั ทีม่ กี ารกระแทกตลอดเวลา และยังใหผ้ วิ งานออกมามีคุณภาพ เพราะ
คุณสมบตั ิทไี่ ด้รับการพฒั นาใหส้ ามารถรับแรงกระแทกไดด้ ีขึน้ และมคี วามเหนียวมากข้ึน

15

1.2.7 เพชร สังเคราะห์ (Synthetic Diamond)

นักวัสดุศาสตร์มพี ยายามท่ีจะหาวสั ดทุ ม่ี ีความแขง็ ใกล้เคยี งเพชรหรอื มากกวา่ เพื่อน ามาใช้ใน
งานอุตสาหกรรม โดยเฉพาะอตุ สาหกรรมการตดั เฉือนวัสดุ จากการวดั ค่าความแข็งพบว่า เพชรมคี ่าความแข็ง
มากกวา่ ทังสเตนคาร์ไบด์และเซรามกิ สปรีะ มาณ 3 – 4 เทา่ (ดังตารางที่ 1.1) เนื่องจากความแข็งเป็นคุณสมบัติ
ทส่ี าคัญประการหน่ึงของเครือ่ งมือตัดทีด่ ี ท าใหเ้ พชรเป็นหนึ่งในวัสดุทีถ่ กู พจิ ารณาน ามาใช้ในงานตัดเฉือน
วัสดุ ปัจจบุ นั มีผผีลิ ตเพชรสังเคราะห์ (Synthetic Diamond) ส าหรับงานอุตสาหกรรมขึ้นมาได้ โดยท าการ
อบวสั ดุ ประเภทท่ีสามารถให้ธาตคุ าร์บอนในปริมาณสูง (carbon-rich) ภายใต้ความดันและอุณหภูมิสูง แต่
อยา่ งไรก็ ตามความแข็งของเพชรท่ีสังเคราะห์ไดก้ ็ยังถือวา่ ด้อยกวา่ ความแข็งของเพชรในธรรมชาติอยู่มาก

เพชรสังเคราะหส์ ามารถใช้เป็นเครื่องมือตัดคมเดี่ยว ส าหรบั การตัดวสั ดทุ ่มี คี วามแข็งจนยากต่อ
ท างานดว้ ยเคร่ืองมือตัดอืน่ ๆ ให้ความแม่นย าและผวิ ส าเร็จที่ดีเย่ียม หรือส าหรับการตดั ขนาดเบา (อัตรา
ป้อน
น้อย การปอ้ นลึกนอ้ ย) ทอ่ี ัตราความเร็วรอบสูงๆ ส าหรบั วัสดุอ่อน เชน่ การตัดปาดพลาสตกิ ยางแข็ง คารบ์ อน
อัดและอลูมเิ นยี มทีอ่ ตั ราความเรว็ ตัด 5-25 เมตรตอ่ วนิ าที จงึ จ าเป็นต้องมีฐานการรองรบั ในการจบั ยึดอย่าง
ม่นั คงแข็งแรง เนอื่ งจากเพชรมคี วามแขง็ และความเปราะสงู มากเป็นพิเศษ

ขอ้ จ ากัดที่ส าคัญของเคร่ืองมือตดั ที่ท าจากเพชรสังเคราะห์กค็ ือ ไมส่ ามารถใช้ตดั เฉอื นโลหะ
กลุ่ม เหลก็ ได้ แม้วา่ เพชรสังเคราะห์จะมีความแขง็ มากก็ตาม แตด่ ว้ ยคุณสมบัติของตวั วัสดุเพชรสังเคราะห์เองท่ี
เป็น ธาตุประกอบมาจากคาร์บอน เมอ่ื ท าการตัดเฉือนโลหะในกลุ่มเหล็ก วัสดุเพชรสังเคราะห์จะเกิดความ
ร้อนท่ี หนา้ ผวิ สัมผสั สูงมาก ซึ่งวัสดุเพชรสังเคราะห์นี้จะสามารถทนความร้อนได้ไม่เกิน 700 องศาเซลเซยี ส
เม่ือมี อุณหภูมทิ ีส่ ูงเกินจะท าใหค้ าร์บอนในเพชรเกดิ การแพร่เขา้ ไปยงั เน้อื วัสดขุ องเหล็ก และท าให้เกิด
โครงสร้างของ เหลก็ คาร์ไบด์ (Fe3C หรอื Iron carbide) ท่ผี ิววสั ดงุ าน ท าใหค้ ุณสมบัตขิ องเพชรสงั เคราะห์
เปล่ยี นไปและด้อย ลง จนสูญเสียสภาพของคมตดั ไป (เนื้อวสั ดุสึกหรอไปอยา่ งรวดเรว็ ) มดี ตัดชนิดท่ีผลิตจาก
เพชรสังเคราะห์จึง เหมาะกบั วัสดุทีไ่ ม่ใช่เหล็ก (Non Ferrous)

เครื่องมือตัดชนดิ เพชรสังเคราะห์ แบง่ เป็น 2 ประเภท ใหญ่ๆ ดังน
1) เพชรสงั เคราะหร์ ูปแบบโพลีคริสตันลนี (Polycrystalline Diamond: PCD) ใน

อุตสาหกรรมจะเรียกกันว่า PCD เป็นกรรมวิธีการน าผลึกผงเพชรเล็กๆมาท
าให้
เกิดปฏิกิริยาบนแผ่นซีเมนต์คารไ์ บด์ ซึ่งโคบอลท์ที่เป็นตัวประสานในคาร์ไบด์จะออกไปจับประสานระหว่าง
อนุภาคเลก็ ๆ ของผลึกเพชร และอบภายใต้อุณหภมู แิ ละความกดดันทีเ่ หมาะสม เกดิ เป็นฟิล์มสีด า เคลือบอยู่
ทบอนงแแผด่นงซีเทมอนงตเห์คลาอืรง์ไบพด์ลมาสคี ตุณิกสมไฟบเตั บทิ อน่ี ร์กาลคาวสามเปร็น้อนและน าไฟฟ้าได้ดี สามารถน าไปผลิตเแคผร่น่ืองPมCือDตัดต่างๆ
ตสน้ าหรับตดั วสั ดทุ ไ่ี มใ่ ชเ่ หลก็ (Non Ferrous) เหมาะกับวัสดุท่ีตัดแล้วไม่เกิดความร้อนสูง เชน่ อลมู เิ นียม

ซเี มนต์คาร์ไบด์

(ก) ผงผลึกเพชร (ข) แทง่ ซเี มนต์คารไ์ บดท์ ่มี ีผลึกเพชร

ประสานดว้ ยโคบอลทเ์ กิดเป็นแผ่นฟิลม์ สดี

รปู ท่ี 1.12 แสดงลกั ษณะของเพชรสาังเคราะห์แบบโพลีคริสตนั ลีน (PCD)

(ทม่ี า : http://ussbearings.com/bearings_site/research_article/947/, วันเข้าถงึ 10 พฤษภาคม 2559)

16

เม่ือไดแ้ ผ่นวสั ดุ PCD จะน ามาตัดเป็นชิ้นเล็กๆ ด้วยกรรมวิธีการใช้ลวดจ่ายประจุไฟฟ้า

(Wire Cut) ใหไ้ ดตามร้ ิปู รา่ งทีต่ ้องการแลว้ ยดึ ตดิ กับฐานเครื่องมือตัด ซ่งึ มักจะเป็น ซีเมนต์คารไ์ บดห์ รือเหล็กลา้

โดยจะยึดไว้ในจดุ ที่จะใชเ้ ป็นคมตัด ส่วนฐานจะผลิตใหเ้ ป็นรปู รา่ งตามที่ต้องการ เช่น มีดกลงึ ดอกสวา่ น ดอก
กัด เปน็
ตน้ ตดั ดว้ ยลวดจ่ายประจุ
ไฟฟ้า (Wire Cut)

รูปท่ี 1.12 แสดงลักษณะของแผน่ PCD ทตี่ ดั เป็นรูปร่างต่างๆ เพ่ือใชเ้ ป็นคมตดั
(ทมี่ า : https://www.diytrade.com/, วนั เขา้ ถงึ 13 พฤษภาคม 2559)

วัสดุ PCD
(ก) แสดงลักษณะของชน้ิ ส่วนแผ่น PCD น ามายดึ กบั เมด็ มีดแบบถอดเปล่ยี นได้
(ทีม่ า : http://cuttingtoolchina.com/2-3-pcd-special-insert.html, วันเขา้ ถงึ 13 พฤษภาคม 2559)

วสั ดุ PCD

(ข) แสดงลกั ษณะของช้นิ ส่วนแผ่น PCD น ามายดึ กบั ปลายดอกสวา่ น
(ทมี่ า : http://www.onsrud.com/, วันเข้าถึง 13 พฤษภาคม
2559)

วสั ดุ PCD

(ค) แสดงลักษณะของชน้ิ ส่วนแผ่น PCD น ามายดึ กับดอกกัด (ทม่ี า
: http://razikhah.com/, วนั เข้าถึง 13 พฤษภาคม 2559)

รูปท่ี 1.13 แสดงเคร่อื งมือตัดท่ีใช้วัสดุเพชรสังเคราะหร์ ูปแบบโพลีคริสตันลีน (PCD) ยดึ เป็นคม
ตดั

17

2) เพชรสงั เคราะห์รปู แบบซงิ เกิลคริสตัลลนี (Single Crystalline Diamond: SCD) ใน

อุตสาหกรรมจะเรียกกันว่า SCD ลกั ษณะของวัสดุชนิดนีค้ ือเป็นผลึกคริสตัลแบบเพชร
ส่วนใหญ่จะมาจากกระบวนการสรา้ งดว้ ยการใชแ้ รงกดดันสูงและอุณหภูมสิ ูง (High Pressure, High

Temperature: HPHT) มลี ักษณะเหมอื นเพชร เปน็ เม็ดคลา้ ยแกว้ อาจมีสใี ส หรอื สีเหลือง (ผลจากไนโตรเจน

ในกระบวนการผลิต)

(ก) ผลกึ SCD แบบใส (ข) ผลึก SCD แบบสเี หลือง

รูปที่ 1.14 แสดงลกั ษณะของเพชรสังเคราะห์แบบซิงเกิลครสิ ตันลีน (SCD)
(ท่มี า : http://www.e6.com/, วนั เข้าถึง 13 พฤษภาคม 2559)

ในอดีตเคร่ืองมือตัดเพชรได้มาจากธรรมชาติ เป็นเศษเพชรที่ไม่ได้เอาไปท าเคร่อื งประดับ

การลับคมจะข้ึนอยกู่ บั กับชา่ งท่ีเจียระไนว่าจะเลือกเหลย่ี มมุมไดถ้ กู ตอ้ งหรือไม่ ท าใหอ้ ายกุ ารใช้งานไม่แน่นอน

มากบ้างน้อยบ้าง ส่วนเพชรทไ่ี ด้จาการสงั เคราะห์หรือที่เรยี กกนั วา่ โมโนไดร์ (Monodia) นั้น เหล่ยี มมุมจะถูก ก

าหนดมาแล้วจากโรงงานที่ผลิต โดยใช้เลเซอรใ์ นการตัดแต่งมุมของเครื่องมือตดั จงึ มคี วามเทย่ี งตรงเทา่ ๆ กนั
มากข้ึน และทาให้อายุการใชง้ านเสถียรข้นึ
วัสดุ SCD

รปู ที่ 1.15 เพชรสังเคราะห์แบบ SCD ยึดติดกบั ฐานส าหรบั เปน็ มีด
ตดั (ทมี่ า : http://www.sonicvd.com/และ

http://www.zy-superhardtools.com/, วันเขา้ ถงึ 13 พฤษภาคม 2559)

ปัจจุบันอุตสาหกรรมฮาร์ดดิสค์และอุตสาหกรรมยานยนต์ ใช้วัสดุอลูมิเนียมในช้ินส่วน
ประกอบหลายๆ อย่าง และเริ่มมีการน าวัสดุประเภท คาร์บอนไฟเบอร์ (Carbon Fiber Reinforced
Polymer: CFRP) ท่ใี ชใ้ นอุตสาหกรรมการบิน น ามาประยุกตใ์ ชใ้ นอุตสาหกรรมยานยนต์ เพ่ือลดน้ าหนกั ของตวั
รถให้สง่ ผลในการประหยดั พลงั งานส าหรับรถยนต์ไฟฟา้ และในหลายๆ อตุ สาหกรรมกเ็ ริม่ จะลดการพ่งึ พาเหลก็
ลง โดยเปลี่ยนมาใช้วสั ดุทมี่ นี ้ าหนกั เบาทดแทน เชน่ วัสดุงานอลูมิเนียม ซง่ึ เดมิ อตุ สาหกรรมสว่ นใหญจ่ ะใช้มดี
ตัดคารไ์ บด์ (Carbide) หรอื เหล็กกล้าความเรว็ สูง (HSS.) ในการขนึ้ รปู อลูมิเนียม ระยะหลังมีการน าเครื่องมือ
ตดั เพชรสังเคราะห์แบบ PCD มาใช้ เนื่องจากคุณสมบัติของเพชรทไี่ ม่เกดิ การหลอมลบคม (Built Up Edge)
โดยเฉพาะกบั วัสดงุ านอลูมิเนยี มซึง่ หลอมเหลวและเกาะคมตดั จนบนิ่ ไดง้ ่าย แม้จะมรี าคาท่สี ูงกวา่ แต่อายกุ าร

18

ใช้งานตามเง่ือนไขทถี่ ูกต้องนั้น สูงกว่าคาร์ไบด์ประมาณ 5 เทา่ และจะให้ผิวท่ีเรียบกว่าการตัดด้วยคาร์ไบด์
มาก ดังน้ันจึงเป็นตัวเลือกหนึ่งที่สามารถช่วยให้ลดต้นทุนได้ โดยต้องค านึงถึงเงื่อนไขอื่นๆ ดว้ ย เพราะ
เครื่องมอื ตัดแบบเพชรนน้ั ตอ้ งการเครอ่ื งจกั รท่มี ีความเรว็ รอบสงู มัน่ คง แขง็ แรง ไมส่ น่ั คลอน เช่น เครื่องจักร
ประเภท CNC เนอื่ งจากคณุ สมบตั ิทแ่ี ข็งมากแตก่ ็เปราะมากเช่นกนั จงึ มโี อกาสทีจ่ ะแตกหกั ได้สงู

1.2.8 ควิ บิกโบรอนไนไตรด์ (Cubic Boron Nitride: CBN)

วัสดุน้มี ชี ่ือทางโครงสร้างของวัสดุว่า ควิ บิก โบรอน ไนไตรด์ แต่ในอตุ สาหกรรมเครอ่ื งมอื ตดั จะ
เรยี กวัสดนุ ้ีทบั ศัพทไ์ ปเลยว่า ซบี เี อ็น (CBN) เป็นวัสดทุ ี่น ามาใช้แทนเพชรสังเคราะห์ ในการเทยี บคา่ ความแขง็
ของวสั ดตุ า่ งๆ ในปจั จุบนั ยังถือวา่ เพชร เปน็ วสั ดทุ ี่แข็งที่สุด แตโ่ ดยพนื้ ฐานแล้ว องค์ประกอบของเพชร กค็ ือ
คาร์บอน (Carbon) เช่นเดยี วกับก้อนถา่ น ไส้ดินสอ หรือกราไฟต์ แต่ความแตกตา่ งอยู่ท่ีการจัดเรียงตัวของ
โครงสรา้ งผลกึ ซ่ึงในโครงสรา้ งผลึกของเพชรจะมีอะตอมคารบ์ อนอยูใ่ กลก้ ันมากถึงระดบั นาโนเมตร จึงมีความ
แข็งแรงของพันธะโคเวเลนต์ (covalent) ท่ีจับกันส้ันๆ มีผลให้เพชรมีความแข็งที่มากข้ึนกว่าคาร์บอน
โครงสรา้ งอ่ืนๆ

นกั วัสดุศาสตรไ์ ด้ทดลองน าวสั ดุชนดิ โบรอน (Boron) ทม่ี โี ครงสรา้ งใกล้เคยี งกบั คาร์บอนมาก
ชนดิ หนงึ่ มาปรบั ปรุงใหส้ ามารถน ามาใชแ้ ทนเพชรได้ โดยโบรอนไนไตรท์ (Boron Nitride) เปน็ สารสังเคราะห์
ที่มีความต้านทานความร้อนและปฏกิ ริ ิยาเคมีสูงมาก ประกอบด้วยโบรอนและไนโตรเจนในอัตราส่วน 1:1 มี
หลายโครงสรา้ งผลกึ เหมือนกับคารบ์ อน ซึง่ โครงสรา้ งท่ีน ามาใชค้ อื Cubic form (c-BN) มีลกั ษณะโครงสรา้ ง
ผลึกฟอร์มตัวเป็นลูกบาศกค์ ลา้ ยกบั โครงสร้างผลึกของเพชร

CBN มคี ณุ สมบตั ิดา้ นความแขง็ นอ้ ยกว่าเพชร แตม่ คี ณุ สมบัติเด่นทจี่ ะไม่เปลย่ี นแปลงง่ายเมอื่
เจออุณหภมู สิ ูงๆ ซึ่งเพชรสามารถทนความร้อนได้ไม่เกิน 700 องศาเซลเซยี ส ในขณะที่ CBN สามารถคงค่า
ความแข็งได้แม้อุณหภูมจิ ะสูงถึง 1,000 องศาเซลเซยี ส CBN จึงเหมาะกับการตัดเฉือนวัสดทุ มี่ คี วามแข็งสงู ไดด้ ี
นยิ มน ามาใช้ในการตัดเฉือนวัสดทุ ี่มคี วามแข็งมากๆ และเหลก็ ทผ่ี า่ นการอบชบุ แข็งมาแล้ว

การผลิตวัสดุสังเคราะห์ CBN จะมีกระบวนการผลิตแบบซินเตอร์ภายใต้อุณหภูมิและความ
กดดนั สงู คลา้ ยการผลติ เพชรสงั เคราะห์ และมีรูปรา่ งลกั ษณะ เปน็ แผ่นฟิลม์สดี าคล้ายกบั เพชรสังเคราะห์แบบ
PCD จงึ มลี ักษณะการน ามาใช้เป็นคมตัดลักษณะเดียวกัน คอื ตัดเปน็ ชน้ิ เล็กๆ รูปรา่ งตามตอ้ งการดว้ ยลวดจา่ ย
ประจุไฟฟ้า (Wire Cut) แล้วน ามายดึ กับฐานในสว่ นท่ีตอ้ งการใช้เปน็ คมตัด

รูปท่ี 1.16 แสดงลักษณะของแผน่ CBN และช้นิ ส่วนทีต่ ัดเป็นรปู ร่างตา่ งๆ เพือ่ ใช้เป็นคมตดั
(ท่มี า : httpswww.europages.co.uk, วนั เข้าถึง 13 พฤษภาคม 2559)

19
วสั ดุ CBN

(ก) วัสดุ CBN ยึดกับฐานเปน็ คมตดั (ข) วสั ดุ CBN ยึดกับฐานเป็นคมตดั
แบบแผน่ ติด 2 ชั้น แบบแทรกเข้ามมุ

รูปท่ี 1.17 แสดงเครอ่ื งมือตัดแบบเม็ดมีดท่ีใช้วสั ดุ ควิ บกิ โบรอนไนไตรด์ (CBN) ยึดเป็นคมตัด
(ท่ีมา : https://toolingcafe.com/และ http://th.advanced-tool.com/, วันเข้าถึง 13 พฤษภาคม 2559)

วสั ดมุ ีดตัด CBN สามารถน ามากลึงงานเหล็กแข็งประเภทต่างๆ ไดด้ ี เหมาะส าหรบั งานกลึง
โลหะทมี่ ีความแข็งสูง เช่น เหลก็ ชุบแข็ง, เหลก็ หล่อ หรอื กลึงตัดคาร์ไบต์ สามารถใชง้ านไดด้ ีท่คี วามเรว็ ตัดสูง
และอัตราป้อนต่ า มีคุณสมบัติทนต่อการสึกหรอและมีความเหนียวในการกัดวัสดุพวกเหล็กชุบแข็งและ
เหลก็ หล่อด้วยวิธีการใชเ้ กรน CBN ยึดเกาะกับผงเซรามิคพเิ ศษ สามารถน าไปใช้กับงานกลึงต่อเน่ือง งานกลึง
ความเรว็ สงู และงานกลึงกระแทกเบาได้

รปู ที่ 1.18 แสดงเคร่ืองมอื ตดั แบบเม็ดมีดทใ่ี ชว้ สั ดุ ควิ บกิ โบรอนไนไตรด์ (CBN) กลึงงานชบุ แขง็
(ท่ีมา : https://toolingcafe.com/, วันเขา้ ถึง 13 พฤษภาคม 2559)