×
คำว่าความกว้างของรอยตัด (kerf width) โดยพื้นฐานแล้วอธิบายถึงปริมาณวัสดุที่ถูกตัดออกไปในระหว่างกระบวนการกลึง ซึ่งส่งผลทั้งต่อประสิทธิภาพในการใช้วัสดุและขนาดของชิ้นส่วนที่ผลิตออกมา เมื่อพิจารณาถึงเครื่องจักรสำหรับการตัดแบบแม่นยำ เราจะพบโดยทั่วไปว่าความกว้างของรอยตัดมีความแตกต่างกันมากขึ้นอยู่กับเทคโนโลยีที่ใช้งาน ระบบเลเซอร์ขั้นสูงสามารถตัดได้ในระดับแคบมากจนถึงประมาณ 0.1 มม. ในขณะที่เครื่องตัดด้วยลำน้ำมักทิ้งรอยตัดที่กว้างกว่า ประมาณ 1.0 มม. การวิจัยที่เผยแพร่เมื่อเร็ว ๆ นี้แสดงให้เห็นว่า การลดความกว้างของรอยตัดสามารถช่วยลดของเสียจากวัสดุได้จริงราว 18% เมื่อทำการตัดโลหะแผ่น ตามผลการศึกษาปี 2023 ของ Kechagias และคณะ สำหรับผู้ผลิตที่มุ่งเน้นควบคุมต้นทุนการผลิตให้ต่ำลงโดยไม่ลดทอนคุณภาพ การเข้าใจและปรับแต่งมิติของรอยตัด (kerf) ให้เหมาะสมจึงมีความสำคัญอย่างยิ่ง
เครื่องจักรรุ่นใหม่สามารถรักษารอยตัดที่มีความสม่ำเสมอ ±0.02 มม. ได้ด้วยชิ้นส่วนที่ทำงานประสานกัน:
ผลการวิจัยจากวารสาร Journal of Materials Mechatronics แสดงให้เห็นว่าการออกแบบเครื่องจักรที่เหมาะสมสามารถเพิ่มความสม่ำเสมอของความกว้างรอยตัดได้ดีขึ้น 15–20% เมื่อเทียบกับระบบแบบดั้งเดิม
คุณสมบัติของวัสดุกำหนดข้อกำหนดรอยตัดที่เหมาะสม:
| วัสดุ | ความกว้างรอยตัดที่แนะนำ | ข้อควรพิจารณาหลัก |
|---|---|---|
| เหล็กกล้าไร้สนิม | 0.15–0.25mm | การจัดการการนำความร้อน |
| สายใยคาร์บอน | 0.3–0.5mm | การป้องกันการลอกชั้น |
| อะคริลิก | 0.08–0.12mm | การควบคุมการละลายถอยน |
ผลการวิจัยล่าสุดจาก Der et al. (2023) ระบุว่า ทองเหลืองต้องการรอยตัดที่กว้างกว่าอลูมิเนียมถึง 22% เพื่อชดเชยคุณสมบัติการกระจายความร้อน
รอยตัดยิ่งแคบเท่าไร ก็ยิ่งช่วยประหยัดวัสดุได้มากขึ้นในการผลิต ตามรายงานวิจัยที่เผยแพร่เมื่อปีที่แล้ว พบว่าการลดความกว้างของรอยตัดลงเพียง 0.15 มม. สามารถเพิ่มประสิทธิภาพการใช้วัสดุได้ตั้งแต่ 8 ถึง 12 เปอร์เซ็นต์ เมื่อทำการตัดแผ่นโลหะ เทคโนโลยีเลเซอร์ขั้นสูงในปัจจุบันสามารถควบคุมความกว้างของรอยตัดให้อยู่ที่ประมาณ 0.1 มม. สำหรับโลหะผสมเหล็ก ซึ่งช่วยให้ผู้ผลิตสามารถวางชิ้นส่วนบนแผ่นวัสดุให้ชิดกันมากขึ้น และประหยัดค่าวัสดุประมาณ 7 เหรียญสหรัฐและ 40 เซ็นต์ต่อพื้นที่หนึ่งตารางเมตรในกรณีส่วนใหญ่ เทคนิคการตัดด้วยความร้อนแบบดั้งเดิม เช่น การตัดด้วยหัวพลาสมา มักทิ้งเศษวัสดุไว้มากกว่าการใช้เลเซอร์เส้นใย เนื่องจากให้รอยตัดที่กว้างกว่าอย่างเห็นได้ชัด ความแตกต่างนั้นค่อนข้างมาก โดยการตัดด้วยพลาสมาจะทิ้งรอยตัดไว้ระหว่าง 0.8 มม. ถึง 1.6 มม. ในขณะที่การตัดด้วยเลเซอร์เส้นใยสามารถควบคุมรอยตัดให้อยู่ในช่วงแคบระหว่าง 0.1 มม. ถึง 0.3 มม.
อุตสาหกรรมการทดสอบได้แสดงให้เห็นอย่างชัดเจนว่า การปรับแต่งความกว้างของรอยตัด (kerf) สามารถสร้างความแตกต่างได้มากเพียงใดเมื่อทำงานกับอลูมิเนียม ลองพิจารณากรณีศึกษาล่าสุดที่มีการแปรรูปแผ่นอลูมิเนียม 6061-T6 หนา 2 มม. โดยใช้รอยตัดเลเซอร์ที่ 0.2 มม. แทนที่รอยตัดมาตรฐานที่ 0.4 มม. ผลลัพธ์ที่ได้คือ อัตราการใช้ประโยชน์จากวัสดุเพิ่มขึ้นจากประมาณ 86.3% เป็น 92.4% ซึ่งถือว่าสูงมาก สำหรับบริษัทที่ดำเนินการผลิตในระดับปานกลาง การเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยนี้สามารถช่วยประหยัดได้ถึงปีละประมาณ 18,600 ดอลลาร์ แต่ก็มีข้อควรระวังที่ควรรู้ไว้ เมื่อรอยตัดแคบเกินไป โดยเฉพาะเมื่อแคบกว่า 0.15 มม. จะเกิดปรากฏการณ์ที่น่าสนใจขึ้น เครื่องจักรจำเป็นต้องทำงานช้าลงอย่างมากเพื่อรักษาคุณภาพของขอบให้อยู่ในระดับที่ดี ซึ่งจะทำให้เวลาในการทำงาน (cycle time) เพิ่มขึ้นเกือบ 18% ดังนั้นแม้ว่ารอยตัดที่บางจะช่วยประหยัดวัสดุได้ แต่หากทำให้รอยตัดบางเกินไป ก็จะส่งผลเสียต่อประสิทธิภาพในการผลิต
| ประเภทวัสดุ | อัตราการใช้ประโยชน์ที่รอยตัด 0.3 มม. | อัตราการใช้ประโยชน์ที่รอยตัด 0.2 มม. | การปรับปรุง | ระดับคุณภาพการตัด* |
|---|---|---|---|---|
| เหล็กไร้ขัด 304 | 87.1% | 93.6% | +6.5% | 9.2/10 |
| อลูมิเนียม 5052 | 85.9% | 91.7% | +5.8% | 8.8/10 |
| โพลีคาร์บอเนต | 79.4% | 88.3% | +8.9% | 7.5/10 |
*คำนวณจากค่าความหยาบของพื้นผิวและมุมตั้งฉากของขอบตัด
ผู้ปฏิบัติงานต้องปรับแต่งพารามิเตอร์หลักทั้ง 5 อย่างให้เหมาะสม เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพโดยไม่ลดทอนคุณภาพของการตัด:
ผู้ผลิตในอุตสาหกรรมการบินและอวกาศได้ใช้แนวทางการสร้างแบบจำลองด้วยพารามิเตอร์เพื่อสร้างสมดุลระหว่างปัจจัยเหล่านี้จนสามารถได้ผลผลิตจากวัสดุถึงร้อยละ 94 และเป็นไปตามมาตรฐานคุณภาพ AS9100 กลยุทธ์นี้ช่วยลดจำนวนการทดลองเดินเครื่องลงถึงร้อยละ 40 เมื่อเทียบกับวิธีการตั้งค่าแบบดั้งเดิม
อุปกรณ์ตัดที่มีความแม่นยำในปัจจุบันใช้ทั้งเทคโนโลยีเลเซอร์และวอเตอร์เจ็ท ซึ่งแต่ละชนิดมีคุณสมบัติของรอยตัด (kerf) ที่แตกต่างกัน เครื่องตัดเลเซอร์สามารถผลิตรอยตัดที่แคบมากประมาณ 0.1 มม. เมื่อตัดแผ่นโลหะบาง ๆ แต่ต้องใช้กำลังไฟฟ้ามากขึ้นเมื่อตัดวัสดุที่มีพื้นผิวสะท้อนแสง ส่วนวอเตอร์เจ็ทใช้หลักการที่แตกต่างโดยสิ้นเชิง โดยทั่วไปจะสร้างรอยตัดที่กว้างกว่าระหว่าง 0.2 ถึง 0.4 มม. แต่วิธีนี้สามารถตัดวัสดุหลากหลายชนิดได้ดี เช่น หินธรรมชาติ หรือแผ่นคอมโพสิต โดยไม่ก่อให้เกิดความเสียหายจากความร้อนมากนัก ข้อเสียที่ต้องพิจารณาคือความเหมาะสมกับวัตถุประสงค์การตัดและความสำคัญของความแม่นยำที่ต้องการสำหรับผลิตภัณฑ์สุดท้าย
| พารามิเตอร์ | การตัดเลเซอร์ | การตัดด้วยน้ำแรงดันสูง |
|---|---|---|
| ความกว้างรอยตัดเฉลี่ย | 0.1–0.3 มม. | 0.2–0.4 มม. |
| ความยืดหยุ่นของวัสดุ | โลหะ พลาสติก | โลหะ หิน คอมโพสิต |
| ผลกระทบจากความร้อน | แรงสูง | ไม่มี |
การศึกษาในปี 2023 โดยสถาบันการผลิตระบุว่า ระบบวอเตอร์เจ็ทสามารถลดของเสียจากวัสดุได้ 18%เมื่อเปรียบเทียบกับเครื่องเลเซอร์ในการตัดวัสดุหลายชนิดที่นำมาผสมกัน
การผสานระบบควบคุมเชิงตัวเลขด้วยคอมพิวเตอร์ (CNC) ช่วยให้สามารถควบคุมความคลาดเคลื่อนของรอยตัดให้อยู่ในระดับ ±0.02 มม. ด้วยการปรับแบบเรียลไทม์ ระบบสมัยใหม่ใช้อัลกอริทึมการปรับเส้นทางขับเคลื่อนด้วยปัญญาประดิษฐ์ (AI) ที่สามารถชดเชยการสึกหรอของเครื่องมือและคุณสมบัติวัสดุที่ไม่สม่ำเสมอ ทำให้บรรลุ ความสม่ำเสมอในการตัดที่ระดับ 98.7% ในชิ้นส่วนอลูมิเนียมสำหรับอุตสาหกรรมการบินและอวกาศ (วารสารการผลิตขั้นสูง ปี 2024)
ความก้าวหน้าล่าสุด ได้แก่
นวัตกรรมเหล่านี้ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการใช้วัสดุโดยรวม 22%ในอุตสาหกรรมที่ต้องการความแม่นยำสูง เช่น การผลิตไมโครอิเล็กทรอนิกส์
ความกว้างของรอยตัด (Kerf width) หมายถึง ปริมาณวัสดุที่ถูกตัดออกไปในการกระบวนการผลิต ซึ่งกำหนดประสิทธิภาพในการใช้วัสดุและขนาดของผลิตภัณฑ์สำเร็จรูป
การลดความกว้างของรอยตัดช่วยประหยัดวัสดุและเพิ่มประสิทธิภาพการทำงาน การตัดที่มีความกว้างรอยตัดแคบจะให้รอยตัดที่แม่นยำและลดปริมาณวัสดุที่เสียไป ซึ่งมักช่วยลดต้นทุนการผลิต
ความแม่นยำมีความสำคัญอย่างมากในการรับประกันคุณภาพของผลิตภัณฑ์ที่สม่ำเสมอ ลดของเสีย และเพิ่มประสิทธิภาพด้านต้นทุนการผลิต
เทคโนโลยีต่าง ๆ เช่น การตัดด้วยเลเซอร์ วอเตอร์เจ็ท การผสานรวมระบบ CNC และความก้าวหน้าในการออกแบบหัวฉีดและใบมีด ช่วยควบคุมความกว้างของรอยตัดและเพิ่มประสิทธิภาพการใช้วัสดุ
