วิธีเลือกระหว่างเครื่องตัดลวดแบบความเร็วปานกลางกับแบบความเร็วต่ำ

การกัดด้วยไฟฟ้าแบบใช้ลวด CNC (Wire EDM หรือ WEDM) เป็นกระบวนการที่ให้ความแม่นยำสูงสำหรับวัสดุที่นำไฟฟ้า โดยขจัดวัสดุชิ้นงานผ่านความร้อนสูงชั่วคราวที่เกิดจากประจุไฟฟ้าแบบเป็นจังหวะ ซึ่งทำให้วัสดุบริเวณนั้นละลายและระเหิดเป็นไอ ส่วนเศษวัสดุที่ถูกกัดออกจะถูกชะล้างออกไปด้วยของเหลวฉนวนไฟฟ้า ทั้งนี้ ตามรูปแบบการเคลื่อนที่ของลวดอิเล็กโทรดและลักษณะเฉพาะของกระบวนการ เครื่อง Wire EDM จึงแบ่งออกได้โดยทั่วไปเป็นสองประเภท คือ เครื่อง Wire EDM ความเร็วปานกลาง (MS-WEDM) และเครื่อง Wire EDM ความเร็วต่ำ (LS-WEDM) ความแตกต่างระหว่างสองประเภทนี้ไม่ได้จำกัดอยู่เพียงแค่อัตราความเร็วในการตัดเท่านั้น แต่ยังครอบคลุมถึงระบบการหมุนเวียนลวด การให้ความแม่นยำในการขึ้นรูป คุณภาพพื้นผิวของชิ้นงาน ต้นทุนการดำเนินงาน และลักษณะการใช้งานที่เหมาะสมด้วย ดังนั้น การเลือกใช้เครื่องจักรให้เหมาะสมจึงจำเป็นต้องประเมินอย่างรอบด้าน ทั้งในด้านความคลาดเคลื่อนที่ยอมรับได้ของชิ้นงาน คุณสมบัติของวัสดุ รูปร่างเรขาคณิตของชิ้นงาน ปริมาณการผลิต และต้นทุนรวมตลอดอายุการใช้งาน

ความแตกต่างหลักระหว่าง MS-WEDM กับ LS-WEDM

ระบบ MS-WEDM ใช้ลวดขั้วไฟฟ้าทังสเตนที่สามารถนำกลับมาใช้ใหม่ได้ โดยลวดเคลื่อนที่แบบหมุนกลับไปกลับมาอย่างต่อเนื่อง ระบบนี้มีต้นทุนการลงทุนครั้งแรกและต้นทุนการผลิตต่อชิ้นค่อนข้างต่ำ จึงเหมาะสำหรับแม่พิมพ์ความแม่นยำทั่วไป แม่พิมพ์ตัดโลหะ ชิ้นส่วนเครื่องจักรทั่วไป และงานอื่นๆ ที่มีข้อกำหนดด้านความแม่นยำในระดับปานกลาง

ระบบ LS-WEDM ใช้ลวดขั้วไฟฟ้าแบบใช้ครั้งเดียวทิ้ง เช่น ลวดทองเหลือง หรือลวดเคลือบสังกะสี ซึ่งเคลื่อนผ่านบริเวณการกัดด้วยความเร็วต่ำแบบทางเดียวและต่อเนื่อง ลวดใหม่จะถูกป้อนเข้าอย่างสม่ำเสมอระหว่างการปฏิบัติงาน ทำให้ประสิทธิภาพของลวดคงที่ตลอดเวลา และให้ผลลัพธ์ที่มีความแม่นยำสูง ความสม่ำเสมอของขนาด และผิวสัมผัสที่ยอดเยี่ยม จึงเป็นทางเลือกอันดับหนึ่งสำหรับแม่พิมพ์แบบก้าวหน้าความแม่นยำสูง แม่พิมพ์ตัดโลหะความแม่นยำสูง ชิ้นส่วนอากาศยานและอวกาศ และชิ้นส่วนเครื่องจักรความแม่นยำสูง

กล่าวอย่างง่าย วิธี MS-WEDM เหมาะกับสถานการณ์ที่ให้ความสำคัญกับต้นทุนและประสิทธิภาพ โดยมีข้อกำหนดด้านความแม่นยำในระดับปานกลาง ส่วนวิธี LS-WEDM คือทางเลือกหลักเมื่อต้องการความแม่นยำสูง คุณภาพพื้นผิวระดับพรีเมียม และความสม่ำเสมอของชุดงานสูง ทั้งนี้ ควรทราบว่า การเลือกวิธีการไม่ควรพิจารณาเพียงจากสมมุติฐานว่า “MS-WEDM ราคาถูก ส่วน LS-WEDM ราคาแพง” เท่านั้น แต่ต้องขึ้นอยู่กับข้อกำหนดเชิงเทคนิคสุดท้ายของชิ้นส่วน

เกณฑ์หลักในการเลือกเครื่องจักร

ความแม่นยำในการกลึงเป็นเกณฑ์หลัก สำหรับชิ้นส่วนที่มีข้อกำหนดระดับปานกลางด้านความแม่นยำของขนาด ความคลาดเคลื่อนรูปร่างและตำแหน่ง การควบคุมความเอียง และความหยาบของผิว การตัดด้วยลวดไฟฟ้าแบบ MS-WEDM สามารถตอบสนองความต้องการส่วนใหญ่สำหรับแม่พิมพ์และชิ้นส่วนเครื่องจักรได้ โดยการตั้งค่าพารามิเตอร์อย่างเหมาะสมและการตัดแต่งซ้ำหลายรอบ สำหรับชิ้นส่วนที่มีข้อกำหนดเข้มงวดด้านความแม่นยำของขนาด ความตรง ความกลม ความตั้งฉาก ความเอียง และความหยาบของผิว โดยเฉพาะอย่างยิ่งในกรณีที่ต้องการคุณภาพสม่ำเสมอในการผลิตจำนวนมาก การตัดด้วยลวดไฟฟ้าแบบ LS-WEDM จะให้ข้อได้เปรียบที่ชัดเจน ไม่แนะนำให้กำหนดค่าความคลาดเคลื่อนสูงสุดที่ตายตัวเพื่อบังคับใช้ LS-WEDM แต่ควรตัดสินใจตามความคลาดเคลื่อนที่ยอมรับได้ของชิ้นส่วน ความหนาของวัสดุ ความซับซ้อนของโครงสร้าง และข้อกำหนดสุดท้ายด้านผิว

คุณสมบัติของวัสดุชิ้นงานเป็นข้อมูลอ้างอิงที่สำคัญอย่างยิ่ง กระบวนการตัดด้วยลวดไฟฟ้า (Wire EDM) ใช้ได้กับวัสดุที่นำไฟฟ้าได้ดีมาก เช่น เหล็กกล้าสำหรับแม่พิมพ์ เหล็กกล้าสำหรับเครื่องมือ คาร์ไบด์เชื่อม ทองแดง อลูมิเนียม และวัสดุคอมโพสิตที่นำไฟฟ้าบางชนิด ปัจจัยสำคัญเกี่ยวกับวัสดุ ได้แก่ ความสามารถในการนำไฟฟ้า ความสม่ำเสมอของโครงสร้าง ความเสถียรภายใต้การอบร้อน ระดับแรงดันตกค้าง และความสอดคล้องกันระหว่างความหนาของวัสดุกับพื้นที่ที่ต้องการตัด กับขีดความสามารถในการประมวลผลของเครื่องจักร สำหรับวัสดุแม่พิมพ์ที่ผ่านการชุบแข็งหรือการบำบัดด้วยอุณหภูมิต่ำจัดแล้ว จำเป็นต้องปลดปล่อยแรงดันตกค้างให้หมดสิ้นด้วยกระบวนการอบร้อนที่เหมาะสม เพื่อลดความเสี่ยงที่ชิ้นงานจะบิดเบี้ยวหรือแตกร้าวหลังการตัด

รูปร่างของชิ้นส่วนกำหนดความต้องการรูนำทาง (pilot hole) ในการกลึงรูปทรงภายในที่ปิดสนิท โพรงภายใน รูที่มีผิวโค้ง และรูปทรงอื่นๆ ที่ปิดสนิทโดยทั่วไปจำเป็นต้องมีรูนำทางที่ถูกกลึงไว้ล่วงหน้า เพื่อให้สามารถสอดลวดขั้วไฟฟ้า (electrode wire) เข้าสู่บริเวณที่กำลังกลึงได้ ตำแหน่งของรูนำทางจะขึ้นอยู่กับรูปร่างของชิ้นส่วน เส้นทางการเขียนโปรแกรม และกระบวนการกลึง เนื่องจากส่งผลโดยตรงต่อประสิทธิภาพในการกลึง ความแม่นยำของการเริ่มต้นกลึง และคุณภาพสุดท้ายของชิ้นส่วน สำหรับรูปทรงที่เปิดซึ่งสามารถตัดได้โดยตรงจากขอบด้านนอกของชิ้นงาน จึงไม่จำเป็นต้องเจาะรูนำทางแยกต่างหาก

การเลือกลวดขั้วไฟฟ้าต้องสอดคล้องกับข้อกำหนดของกระบวนการ ระบบ MS-WEDM มักใช้ลวดโมลิบดีนัมที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางระหว่าง 0.12 มม. ถึง 0.20 มม. เส้นผ่านศูนย์กลางเฉพาะของลวดขึ้นอยู่กับโครงสร้างเครื่อง ความหนาของชิ้นงาน และความต้องการในการกลึง — ลวดโมลิบดีนัมขนาด 0.18 มม. ไม่เหมาะสมสำหรับการใช้งาน MS-WEDM ทุกประเภทอย่างเป็นสากล ขณะที่ระบบ LS-WEDM ส่วนใหญ่ใช้ลวดทองเหลืองหรือลวดโลหะผสมพิเศษ โดยมีเส้นผ่านศูนย์กลางทั่วไปที่ 0.10 มม. 0.15 มม. 0.20 มม. และ 0.25 มม. การเลือกลวดที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางเล็กกว่าไม่ได้รับประกันผลลัพธ์ที่ดีกว่าเสมอไป จึงจำเป็นต้องพิจารณาโดยรวมถึงความเสถียรของการปล่อยประจุ ช่องว่างระหว่างการกลึง ความหนาของชิ้นงาน ประสิทธิภาพการผลิต และความเสี่ยงที่ลวดจะขาด ข้ออ้างที่ว่า “เส้นผ่านศูนย์กลางลวดต้องไม่น้อยกว่า 0.2 มม. เพื่อความเร็วในการตัดสูง” นั้นไม่ถูกต้อง ทั้งนี้ เส้นผ่านศูนย์กลางลวดควรเลือกตามความสามารถของเครื่อง สภาพของชิ้นงาน และข้อกำหนดด้านความแม่นยำ

การจับยึดและปรับแนวชิ้นงานมีผลโดยตรงต่อคุณภาพของการกลึง วิธีการจับยึดต้องรับประกันการจัดตำแหน่งที่เชื่อถือได้และการยึดจับที่มั่นคง พร้อมหลีกเลี่ยงการบิดเบี้ยวที่เกิดจากแรงจับยึดที่ไม่เหมาะสม หลังจากการตั้งค่าแล้ว ต้องตรวจสอบพื้นผิวอ้างอิงของชิ้นงาน ความเรียบ ความตั้งฉาก และการจัดแนวระหว่างระบบพิกัดของชิ้นงานกับระบบพิกัดของเครื่องจักร ในกระบวนการ LS-WEDM แบบความแม่นยำสูง ความแม่นยำในการจัดแนวชิ้นงานจะกำหนดความแม่นยำสุดท้ายของขนาดและรูปทรงเรขาคณิตอย่างตรงไปตรงมา สำหรับชิ้นส่วนที่มีผนังบาง ชิ้นส่วนที่ยาวและบาง รวมทั้งชิ้นงานที่มีแรงเครียดตกค้างสูง จำเป็นต้องให้ความสนใจเป็นพิเศษต่อการบิดเบี้ยวที่อาจเกิดขึ้นจากการคลายแรงเครียดระหว่างการกลึง

การสอดลวด การตั้งค่าแนวตั้ง และการจัดตำแหน่งลวดเป็นขั้นตอนสำคัญก่อนการตัดฉนวนด้วยไฟฟ้า หลังจากสอดลวดแล้ว ให้ตรวจสอบความมั่นคงของการเคลื่อนที่ของลวด และปรับแรงตึงของลวด ระบบนำทางลวด และสภาพของของเหลวไดอิเล็กทริกตามข้อกำหนดของเครื่องจักร ก่อนเริ่มการตัด ให้สอบเทียบความตั้งฉากของลวดอิเล็กโทรด โดยทั่วไปทำผ่านเครื่องหาขอบ (edge finder) การจัดแนวด้วยประกายไฟ (spark alignment) หรือการตั้งค่าแนวตั้งอัตโนมัติของเครื่องจักร การจัดตำแหน่งลวดสามารถทำได้ด้วยการสังเกตด้วยตาเปล่า การจัดแนวด้วยประกายไฟ การสัมผัสเพื่อหาขอบ การตรวจจับขอบอัตโนมัติ หรือการระบุศูนย์กลางอัตโนมัติ เครื่องตัดฉนวนด้วยไฟฟ้าแบบ CNC รุ่นใหม่ส่วนใหญ่มีฟังก์ชันการจัดแนวอัตโนมัติแบบครบวงจร ซึ่งช่วยเพิ่มประสิทธิภาพและความแม่นยำในการจัดตำแหน่งอย่างมาก

หลักการคัดเลือกขั้นสุดท้าย

แก่นแท้ของการเลือกระหว่าง MS-WEDM กับ LS-WEDM ไม่ใช่การพิจารณาว่าเครื่องจักรตัวไหน “ทันสมัยกว่า” แต่เป็นการประเมินว่าข้อกำหนดทางเทคนิคของชิ้นส่วนนั้นสอดคล้องกับศักยภาพของกระบวนการหรือไม่ ถ้าข้อกำหนดด้านความแม่นยำ คุณภาพผิว และความสม่ำเสมออยู่ในขอบเขตความสามารถที่เหมาะสมของ MS-WEDM วิธีนี้จะให้ประสิทธิภาพต้นทุนที่ดีกว่า สำหรับแม่พิมพ์ความแม่นยำสูง ชิ้นส่วนที่ผลิตด้วยการตีขึ้นรูปแบบแม่นยำ หรือ ผลิตภัณฑ์ ชิ้นส่วนที่มีข้อกำหนดด้านมิติ รูปร่างเรขาคณิต และผิวหน้าอย่างเข้มงวด ควรให้ความสำคัญกับ LS-WEDM เป็นอันดับแรก การตัดสินใจขั้นสุดท้ายต้องพิจารณาควบคู่กันทั้งความแม่นยำในการกลึง ชนิดและขนาดความหนาของวัสดุ รูปร่างของชิ้นส่วน ปริมาณการผลิต เวลาที่ใช้ในการจัดส่ง ศักยภาพของเครื่องจักร และต้นทุนรวมของการกลึง เพื่อให้ได้ทางออกที่เหมาะสมที่สุด