มันทำงานอย่างไร – การรีดเกลียวอย่างแม่นยำ
ที่ Horst Engineering & Manufacturing Co. ศูนย์กลึงสัญชาติสวิสแบบหลายแกนอายุหนึ่งปีและเครื่องกลึงแบบหลายแกน Eurotech จะผลิตชิ้นส่วนเครื่องจักรที่มีความแม่นยำสูงอย่างสมบูรณ์ พวกเขาหมุน, เจาะ, โรงสี และแม้กระทั่งร้อยด้าย อย่างไรก็ตาม ในโรงงานเล็กๆ แห่งเดียวกันในอีสต์ฮาร์ตฟอร์ด รัฐคอนเนตทิคัต บริษัท Thread Rolling Inc. ซึ่งเป็นบริษัทในเครือของ Horst Engineering ใช้เครื่องต๊าปเกลียว Waterbury, Hartford และ Reed อายุห้าสิบปีเพื่อสร้างเกลียวภายนอกด้วยกระบวนการรองที่พิเศษแต่เรียบง่ายหรูหรา.เครื่องจักรของพวกเขาไม่ใช่ของโบราณทั้งหมด อุปกรณ์ส่วนใหญ่ได้รับการตกแต่งใหม่ และมีเครื่องจักรรุ่นใหม่ผสมกับรุ่นเก่า ดังนั้นจึงเหมาะสมที่พวกเขาจะสร้างบ้านในส่วนที่เก่าแก่ที่สุดของโรงงานเก่า ซึ่งพื้นไม้บล็อกอายุห้าสิบห้าปีเป็นสัญลักษณ์ของธุรกิจครอบครัวที่มีอายุหกสิบปี
การรีดเกลียวเป็นกระบวนการที่มีมายาวนานกว่าร้อยปีและมีเครื่องจักรให้บริการที่ทำให้คนอายุห้าสิบปีดูเด็กเมื่อเปรียบเทียบกัน ลูกกลิ้งเกลียวมีหลายประเภทและขนาด แต่ทั้งหมดใช้กลไกในการจับคู่แม่พิมพ์เหล็กชุบแข็งและตั้งค่าให้เจาะด้วยแรงเพื่อปรับรูปร่างพื้นผิววัสดุที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางทรงกลมให้เป็นรูปแบบเกลียว ชิ้นงานทรงกระบอกหรือชิ้นงานเปล่าจะถูกป้อนเข้าไปในเครื่องจักร (ด้วยตนเองหรือโดยอัตโนมัติ) และแม่พิมพ์จะหมุน (แม่พิมพ์ทรงกระบอก) หรือกลับด้าน (แม่พิมพ์แบน) เพื่อผลิตเกลียวในกระบวนการขึ้นรูป "ไร้เศษ" รูปแบบ รูปร่าง และขนาดเกลียวทุกแบบมีชุดแม่พิมพ์ที่เป็นเอกลักษณ์ ซึ่งโดยทั่วไปจะเจียรจากเหล็กกล้าเครื่องมือที่ผ่านการอบชุบด้วยความร้อน (โดยทั่วไปคือ Rockwell C 58-62) และจัดหามาเอง แทนที่จะผลิตเองภายในบริษัท
การรีดเกลียวโดยพื้นฐานแล้วเป็นกระบวนการขึ้นรูปเย็นที่ทำที่อุณหภูมิห้อง แต่จะมีช่องสำหรับการรีดร้อนเมื่อวัสดุมีขนาดใหญ่กว่า Rockwell C 45 เนื่องจากอายุการใช้งานของแม่พิมพ์จะลดลงอย่างมาก เช่นเดียวกับการเจียรแบบไร้ศูนย์กลาง ซึ่งเป็นกระบวนการในเครือเดียวกัน กระบวนการรีดเกลียวสามารถป้อนเข้าหรือป้อนผ่านได้ การรีดเกลียวเป็นวิธีการทางเลือกสำหรับการใช้งานการทำเกลียวในการผลิตปริมาณมาก เครื่องต๊าปเกลียวแบบ Planetary Die Roll สามารถสร้างเกลียวบนชิ้นส่วนนับหมื่นชิ้นต่อชั่วโมง เครื่องลูกสูบแม่พิมพ์แบนแนวตั้งหรือเอียงความเร็วสูงสามารถสร้างอัตราการผลิตที่สูงได้ และเครื่องแม่พิมพ์ทรงกระบอกแนวนอนสองเครื่องสามารถผลิตแกนเกลียวที่ยาวหลายพันฟุตได้อย่างรวดเร็ว
สิ่งต่างๆ มากมายที่คุณได้รับจากร้านฮาร์ดแวร์ในพื้นที่ เช่น สกรูไม้ สลักเกลียว และสกรูเครื่องจักร ได้รับการผลิตจำนวนมากโดยใช้เครื่องรีดเกลียว ด้าย Acme, ค้ำยัน, หนอน, สี่เหลี่ยมจัตุรัส และไปป์เป็นเพียงรูปแบบเพียงไม่กี่รูปแบบที่มีเอกลักษณ์เฉพาะซึ่งสามารถผลิตได้โดยการรีดเกลียว อย่างไรก็ตาม เกลียวประเภทสกรูเครื่องจักรเป็นเกลียวที่ผู้คนในอุตสาหกรรมเครื่องจักรที่มีความเที่ยงตรงสูงคุ้นเคยมากที่สุด
ที่ปลายด้านหนึ่งของสเปกตรัม การรีดเกลียวอัตโนมัติในปริมาณมากเป็นเรื่องที่น่าสนใจเนื่องจากความเร็วและความเสถียรของมิติของกระบวนการ แต่การผลิตตัวยึดและชิ้นส่วนเกรดเชิงพาณิชย์ถือเป็นแนวทางปฏิบัติที่ค่อนข้างธรรมดา ในอีกด้านหนึ่งของสเปกตรัม มีช่องเฉพาะของการรีดเกลียวที่มีความแม่นยำสูง โดยเน้นไปที่ชิ้นส่วนขนาดเล็กเป็นหลัก อุตสาหกรรมเทคโนโลยีชั้นสูงบางอุตสาหกรรม รวมถึงการบินและอวกาศและมอเตอร์สปอร์ต ต้องใช้เกลียวที่มีความทนทานสูงเป็นพิเศษพร้อมผิวสำเร็จชั้นยอด และมีความแข็งแกร่งเป็นพิเศษในชิ้นส่วนที่ทำด้วยกระบวนการขึ้นรูป Thread Rolling Inc. ใช้การผสมผสานระหว่างเครื่องจักรสามแม่พิมพ์ทรงกระบอกแนวตั้ง เครื่องลูกสูบตายแบนแนวนอน และเครื่องสองแม่พิมพ์ทรงกระบอกแนวนอนเพื่อผลิตเกลียวที่มีความแม่นยำ
จุดมุ่งเน้นคือการผลิตเกลียวแบบสกรูเครื่องจักรที่มีความแม่นยำสูงหลากหลาย โดยมุ่งเน้นไปที่เกลียวมาตรฐาน 60 องศาแบบรวมและเกลียวเมตริกที่ใช้กันทั่วไปในอุตสาหกรรมการบินและอวกาศ เธรดที่พบบ่อยที่สุดที่นี่คือคลาส 2A และคลาส 3A ในรูปแบบ UNF, UNC, UNJF และ UNJC เกลียวที่มีรูปทรง “J” มีรัศมีของรูทที่ควบคุมได้กว้างขึ้น เพื่อเพิ่มความแข็งแรงในบริเวณที่มีแรงเค้นสูงของเกลียว และเป็นเรื่องปกติในอุตสาหกรรมการบินและอวกาศ การตรวจสอบขนาดเกลียวคุณภาพสูงจะแตกต่างจากการตรวจสอบขนาดเกลียวในเชิงพาณิชย์ ข้อมูลจำเพาะแตกต่างกันไป แต่มาตรฐานการบินและอวกาศและการทหารกำหนดให้ใช้เกจเกลียวชนิดที่ระบุเพื่อตรวจสอบเส้นผ่านศูนย์กลางของพิตช์และขนาดที่เกี่ยวข้อง
การตรวจสอบเส้นผ่านศูนย์กลางของระยะพิทช์จะดำเนินการโดยใช้เกจแบบเต็มและแบบชิ้นเดียวซึ่งระบุประเภทเกจที่ตั้งค่าด้วยต้นแบบเกลียว เกจริงเกจแบบเกลียว go/no go ใช้เพื่อการอ้างอิงเท่านั้น ไมโครมิเตอร์เส้นผ่านศูนย์กลางภายนอกมาตรฐานใช้สำหรับตรวจสอบเส้นผ่านศูนย์กลางหลัก และใช้เครื่องเปรียบเทียบเชิงแสงเพื่อตรวจสอบเส้นผ่านศูนย์กลางรองและรัศมีราก ด้วยเกจทั้งหมดนี้มีจำหน่ายที่โรงงาน ผู้ปฏิบัติงานรีดเกลียวจึงสามารถตรวจสอบกระบวนการและทำการปรับเปลี่ยนได้อย่างรวดเร็ว การสึกหรอของแม่พิมพ์และตัวแปรอื่นๆ อาจส่งผลต่อกระบวนการรีด แต่เมื่อตั้งค่าเครื่องจักรแล้ว กระบวนการจะสม่ำเสมอและสามารถทำซ้ำได้
เกลียวที่ขึ้นรูปเป็นที่ต้องการสำหรับการใช้งานที่มีความแข็งแรงสูงและมีความสำคัญเช่นเดียวกับที่พบในอุตสาหกรรมการบินและอวกาศ เกลียวที่รีด โดยเฉพาะบนชิ้นส่วนที่ได้รับความร้อน จะมีแรงดึง แรงเฉือน และความล้าสูงกว่า ไม่มีวัสดุใดถูกเอาออกในระหว่างกระบวนการรีด ซึ่งช่วยขจัดจุดอ่อนโดยธรรมชาติประการหนึ่งของการตัดด้ายหรือด้ายกราวด์ คุณสมบัติการขึ้นรูปเย็นประกอบด้วยความหนาแน่นของเมล็ดวัสดุหรือโมเลกุลที่สูงขึ้น โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อมีการอัดแน่นบริเวณปีกล่างของระยะพิตช์เกลียวแต่ละอันและในโคนของเกลียว
โลหะการบินและอวกาศอาจตัดเฉือนและขึ้นรูปได้ยาก ดังนั้นการติดเกลียวทั่วไปที่ใช้กับเครื่องจักรสกรูและเครื่องกลึงสำหรับงานที่มีปริมาณมากขึ้นจึงต้องดิ้นรนเพื่อให้เป็นไปตามข้อกำหนดด้านคุณภาพของเกลียวที่มีความเที่ยงตรงสูง แรงที่ต้องใช้ในการขึ้นรูปเกลียวบนเหล็กโลหะผสมที่ผ่านการอบชุบด้วยความร้อนหรือบนชิ้นส่วนโลหะผสมพิเศษที่ทำจากInconel® หรือไทเทเนียมนั้นไม่สามารถบรรลุผลได้อย่างมีประสิทธิภาพโดยไม่ต้องใช้อุปกรณ์เฉพาะ Thread Rolling Inc. มุ่งเน้นไปที่เกลียวที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางน้อยกว่า 1.500 นิ้ว แต่เกลียวแบบม้วนนั้นผลิตขึ้นบนตัวยึดที่มีขนาดสูงสุด 5.00 นิ้วและใหญ่กว่านั้นอีก ต้องใช้แรงกดอย่างมากถึงสามสิบหรือสี่สิบตันที่เกิดจากเครื่องจักรขนาดใหญ่มากเพื่อที่จะเคลื่อนย้ายวัสดุจำนวนมากขนาดนั้น เธรดบางรายการถือว่ามีความสำคัญมากจนต้องใช้กระบวนการสุ่มตัวอย่างการทดสอบแบบทำลายเพื่อตรวจสอบแต่ละพิทช์ของเธรดด้วยกล้องจุลทรรศน์ที่ 500X
ด้ายที่มีรูปแบบเหมาะสมนั้นจำเป็นต้องให้แม่พิมพ์เรียงกันพอดีหรือ "เข้ากัน" ไม่ว่ากระบวนการนี้จะใช้แม่พิมพ์สองหรือสามชิ้น จะต้องติดตามอย่างถูกต้องเพื่อหลีกเลี่ยงข้อบกพร่องภายใน เช่น การทับซ้อนกัน รอยแตก รอยพับ ตะเข็บ และหลุมอุกกาบาต วิธีการตรวจสอบเกลียวแบบทำลายใช้เพื่อระบุข้อบกพร่องภายในและเพื่อตรวจสอบว่าได้การไหลของเกรนของวัสดุที่เหมาะสม ตัวอย่างที่เป็นตัวแทนจะได้รับการทดสอบเมื่อเริ่มต้นการตั้งค่าใหม่แต่ละครั้ง และเป็นระยะๆ ในระหว่างดำเนินการผลิต
ขั้นตอนการทดสอบกำหนดให้ต้องตัดเกลียวออกจากส่วนที่เหลือของชิ้นส่วน แบ่งครึ่งตามยาว ติดตั้งในอีพอกซีเรซิน กราวด์และขัดให้ละเอียดถึง 3 ไมครอน แกะสลักเพื่อให้เห็นโครงสร้างจุลภาค และตรวจสอบด้วยกล้องจุลทรรศน์ กระบวนการทั้งหมดใช้เวลามากกว่าหนึ่งชั่วโมงเล็กน้อย แต่ต้องใช้อุปกรณ์ในการเตรียมและตรวจสอบโลหะวิทยาแบบพิเศษ เนื่องจากการผลิตหยุดชั่วคราวเพื่อการทดสอบ จึงจำเป็นต้องใช้เครื่องจักรจำนวนหนึ่ง ดังนั้นช่างเครื่องจึงทำงานหลายอย่างพร้อมกัน สลับกันระหว่างกระบวนการเจียร การกลึงเกลียว และการทดสอบ
หลายครั้งที่ชิ้นส่วนได้รับบริการในบรรจุภัณฑ์จำนวนมาก แต่เมื่อส่งคืนด้วยด้ายที่มีความแม่นยำมันวาว ชิ้นส่วนเหล่านั้นจะถูกบรรจุแยกกันพร้อมตัวป้องกันเพื่อป้องกันความเสียหายระหว่างการขนส่ง วันหนึ่งเมื่อเร็ว ๆ นี้ พนักงานคนหนึ่งกำลังบรรจุภาชนะสีน้ำเงินใบเดียวที่บุด้วยโฟม
เม็ดมีดโฟมถูกตัดด้วยไดคัทสำหรับเพลาต้นแบบเดี่ยว ส่วนขนาดสิบแปดนิ้วนี้ถูกรีดเกลียวที่ปลายทั้งสองข้าง ชิ้นงานได้รับการออกแบบและออกแบบให้สามารถรองรับเกลียวที่ม้วนได้ นั่นหมายความว่าเส้นผ่านศูนย์กลางเกลียวก่อนม้วนถูกลบมุมอย่างเหมาะสมและกราวด์ให้ได้เส้นผ่านศูนย์กลางพิตช์ที่ถูกต้อง ซึ่งเป็นเส้นผ่านศูนย์กลางสมมุติระหว่างเส้นผ่านศูนย์กลางหลักและเส้นผ่านศูนย์กลางรอง ซึ่งใช้ในการกำหนดขนาดเกลียว งานนี้ไม่ต้องการการทดสอบแบบทำลายล้าง แต่ชิ้นงานชุดถูกสร้างขึ้นจากวัสดุที่คล้ายคลึงกันเพื่อที่จะได้ชุดเครื่องจักร ด้วยขนาดล็อตชิ้นเดียว จึงไม่มีที่ว่างสำหรับข้อผิดพลาด และช่างเครื่องที่มีทักษะสูงก็รู้เรื่องนี้
เกลียวม้วนคุณภาพสูงสุดผลิตจากช่องว่างคุณภาพดีที่สุด ด้วยเหตุผลดังกล่าว ชิ้นส่วนส่วนใหญ่ที่ส่งไปยัง Thread Rolling Inc. จึงมีขนาดใหญ่เกินไป เพื่อให้กระบวนการกำหนดขนาดสุดท้ายสามารถควบคุมได้ด้วยการเจียรแบบไร้ศูนย์กลาง เมื่อกราวด์ขนาดที่ถูกต้องแล้ว โดยทั่วไปโดยช่างทำเกลียวและช่างเจียรที่ทำงานร่วมกัน ชิ้นส่วนต่างๆ จะถูกกราวด์ให้ได้ขนาดสุดท้ายภายใน.0004 นิ้ว ในขณะที่คงความกลมไว้ภายใน.000050 ก่อนการรีดเกลียว ผิวสำเร็จบนเส้นผ่านศูนย์กลางจะดีกว่า 32 ไมโครนิ้วเสมอ ด้วยการขัดเงาของแม่พิมพ์ พื้นผิวที่ได้หลังจากการรีด โดยเฉพาะอย่างยิ่งที่สีข้าง อาจมีความหนาได้ถึง 4 ไมโครนิ้ว ขึ้นอยู่กับวัสดุและความแข็ง การเสร็จสิ้นเป็นอีกเหตุผลหนึ่งสำหรับการเลือกการกลิ้งบนกระบวนการทำเกลียวอื่นๆ
การขาดการควบคุม CNC ในอุปกรณ์ส่วนใหญ่หมายความว่ากระบวนการนี้ไม่เป็นมิตรกับผู้ใช้เหมือนกับการกลึงเกลียว การกลึง หรือการกัด เป็นการยากที่จะอธิบายให้ลูกค้าทราบว่าเส้นผ่านศูนย์กลางหลักจะเพิ่มขนาดจริง ๆ เมื่อรีด บางคนไม่อยากจะเชื่อว่าพวกเขาสามารถกลึงช่องว่างให้ต่ำกว่าเส้นผ่านศูนย์กลางหลักได้ และชิ้นส่วนจะไม่เป็นเศษซาก ตัวอย่างเช่น เกลียว.250-28 UNF-3A มีเส้นผ่านศูนย์กลางพิทช์.2268-.2243 และมีเส้นผ่านศูนย์กลางหลัก.2500-.2435 ขนาดว่างก่อนการทำเกลียวแบบม้วนจะอยู่ใกล้กับเส้นผ่านศูนย์กลางพิทช์สูงสุด และวัสดุที่ถูกแทนที่โดยแม่พิมพ์จะก่อตัวจนอยู่ภายในค่าความคลาดเคลื่อนของเส้นผ่านศูนย์กลางหลัก
พนักงานที่ Thread Rolling Inc. มักได้ยินว่าลูกค้าเบือนหน้าหนีจากงานที่ต้องใช้การรีดเกลียว เนื่องจากกระบวนการดูเหมือนยาก ลึกลับ หรืออยู่นอกเหนือการควบคุม กระบวนการนี้มีเอกลักษณ์เฉพาะตัว แต่ในอุตสาหกรรมการขึ้นรูปที่มีความแม่นยำนั้น มีผู้เชี่ยวชาญจำนวนมากในงานฝีมือ กระบวนการนี้ไม่สามารถทำได้ง่ายอย่างที่ใครๆ คาดหวังในสภาพแวดล้อมปัจจุบันที่เครื่องจักรหลายแกน "ทำทุกอย่าง" จะทำงานโดยอัตโนมัติ "ความรู้สึก" มากมายเป็นสิ่งจำเป็นในการที่จะเป็นผู้รีดเกลียวที่ประสบความสำเร็จ การรีดเกลียวที่มีความแม่นยำสูงเป็นกระบวนการเฉพาะที่ปฏิบัติจริงซึ่งยังคงอยู่ต่อไป