บ่อยครั้งเราจะพบว่าชิ้นส่วนที่ผ่านการขึ้นรูปทางกลและชิ้นส่วนทางวิศวกรรมมีสภาพของผิวหน้าที่ไม่ต่อเนื่อง (Surface Discontinuities) ที่อาจเกิดขึ้นในระหว่างการซ่อมแซมหรือจากการออกแบบ ซึ่งจุดบกพร่องดังกล่าวจะแสดงตัวเป็นจุดรวมความเค้นในระหว่างการรับภาระทางกลระหว่างใช้งาน ความเข้มของความเค้นที่สูงไม่สามารถหลีกเลี่ยงได้ในบางกรณีและอาจส่งผลต่อความเสียหายของชิ้นส่วนถ้าไม่สามารถควบคุมอย่างเหมาะสม อย่างไรก็ตาม ความเค้นชุมนุมที่เกิดขึ้นบนชิ้นส่วนสามารถลดหรือกำจัดด้วยวิธีการที่เป็นแนวปฏิบัติมาตรฐานสากล 3 แนวทาง โดยการพิจารณาอย่างถี่ถ้วนและควบคุมแนวปฏิบัติเหล่านี้จะสามารถนำไปสู่การเพิ่มอายุการใช้งานของชิ้นส่วนทางวิศวกรรมและเพิ่มประสิทธิภาพของระบบ ดังนี้
1. การออกแบบ (Design) : โดยการทำงานด้านการออกแบบ ซึ่งมีความเป็นไปได้ที่จะปรับเปลี่ยนตัวแปรความเข้มของความเค้น “kt” ในแต่ละแบบที่เราออกแบบ ซึ่งมีเทคนิคหลากหลายในการปรับเปลี่ยนเพื่อลดค่าดังกล่าว
2. การเลือกวัสดุ (Material selection) : แนวปฏิบัติดังกล่าวนี้เป็นสิ่งที่สำคัญมากเพื่อควบคุมลักษณะเฉพาะทางโลหะวิทยาของโลหะที่จะใช้ในการผลิตชิ้นส่วน ซึ่งได้แก่ ส่วนผสมทางเคมี โครงสร้างจุลภาค และปริมาณและการกระจายตัวของสารแปลกปลอมหรือสารฝังใน (inclusion) การพิจารณาปัจจัยดังกล่าวจะมีความสำคัญในการพิจารณามากเพื่อยืดอายุการใช้งานของชิ้นส่วน
3. การผลิตและประกอบชิ้นส่วน (Component fabrication) : การผลิตและประกอบรวมเป็นปัจจัยพื้นฐานที่ส่งผลต่ออายุการใช้งานของชิ้นส่วน ซึ่งไม่เพียงแต่จะพิจารณาจากกระบวนการทางความร้อนหรือทางกล (thermal-mechanical process) เช่น การหล่อ การรีด การทุบ หรือการกลึง เพียงเท่านั้นที่จะส่งผลต่อประสิทธิภาพของวัสดุ เพราะว่าการปัจจัยจากการประกอบ เช่น การเชื่อม หรือจากการปรับปรุงสมบัติทางกลด้วยกระบวนการทางความร้อนที่เกิดขึ้นกับชิ้นส่วนจะส่งผลกระทบต่อสมบัติของชิ้นส่วน
ยกตัวอย่างเช่น ความต้านทานต่อการล้าตัวของชิ้นส่วนจะขึ้นอยู่กับลักษณะของผิวหน้าสำเร็จ (Surface finish) ค่อนข้างมาก เนื่องจากถ้ามีจุดบกพร่องบนผิวหน้าจะส่งผลให้กลายเป็นจุดเริ่มต้นของรอยแตก ทั้งนี้เนื่องจากว่า ผิวหน้าที่ขรุขระส่งเสริมให้เป็นจุดรวมความเค้นในระดับจุลภาค หรือที่เรียกว่าเป็น micro notch ซึ่งจะลดเวลา (รอบ) ต่อการเป็นจุดเริ่มต้นของรอยแตกเมื่อเปรียบเทียบกับผิวหน้าที่เรียบ ดังนั้น สภาพผิวหน้าสำเร็จจึงเป็นปัจจัยที่สำคัญต่อการพิจารณาในระหว่างการออกแบบและกระบวนการผลิตของชิ้นส่วน การเลือกใช้วัสดุก็เป็นอีกปัจจัยหนึ่งที่มีความสำคัญ และการเลือกวัสดุที่ถูกต้องนั้นควรพิจารณาทั้งจากกระบวนการทางกลและความร้อนที่เหมาะสม เพื่อให้มีสมบัติทางกลเป็นไปตามที่ต้องการ
เมื่อชิ้นส่วนอยู่ภายใต้การรับภาระทางกลที่แตกต่างกัน โดยทั่วไปมักทำให้เกิดเป็นจุดเริ่มต้นและการขยายตัวของรอยร้าวด้วยกลไกความล้า โดยรอยร้าวล้า (Fatigue crack) มักเริ่มต้นจากบริเวณที่เป็นจุดรวมความเค้น เช่น ร่อง หลุม บ่า ร่องเกลียว รูหล่อลื่น หรือจุบกพร่องบนผิวหน้า ดังนั้น จึงจำเป็นอย่างยิ่งในการพิจารณาการออกแบบ การเลือกใช้วัสดุ และกระบวนการผลิตชิ้นส่วนเพื่อลดความเสียหายจากการล้าตัว
บทความนี้ได้แสดงให้เห็นถึงความสำคัญของ จุดรวมความเค้น หรือบริเวณที่มีการชุมนุมกันของความเค้น ต่ออายุการใช้งานของชิ้นส่วน ซึ่งได้แสดงแนวทางในการป้องกันความเสียหายที่เกิดจากปัจจัยดังกล่าวทั้งในระหว่างการออกแบบและการผลิต การวิเคราะห์ความเสียหายเป็นศาสตร์ที่สามารถบ่งบอกได้ว่าชิ้นส่วนเกิดความเสียหายจากอิทธิพลของจุดรวมความเค้นหรือไม่ ซึ่งอาจต้องมีการประยุกต์ใช้ไฟไนต์อิลิเมนต์ (ดังรูปที่ 1) เพื่อวิเคราะห์ความเค้นในโครงสร้าง ซึ่งสามารถบอกผลของแรงที่กระทำกับชิ้นส่วนได้ แม้ว่าทั้งการเลือกใช้วัสดุที่เหมาะสมและสภาพผิวหน้าสำเร็จจะสัมพันธ์กับอายุการใช้งานของชิ้นส่วนที่รับแรงล้าแล้วก็ตาม แต่ที่สำคัญอีกประการหนึ่งคือศิลปะในการออกแบบและการผลิตที่สามารถลดการชุมนุมของความเค้นและ/หรือการเปลี่ยนตำแหน่งของจุดรวมความเค้นไปยังพื้นที่ที่มีความเค้นต่ำที่สุดจะเพิ่มอายุการใช้งานของชิ้นส่วนเมื่อรับแรงแบบคาบได้
รูปที่ 1 การประยุกต์ไฟไนต์อิลิเมนต์เพื่อตรวจสอบหาจุดที่มีความเค้นกระทำมากที่สุดหรือเสี่ยงที่จะเกิดการเสียหายของชิ้นส่วนสลักเกลียว
ไม่มีความคิดเห็น:
แสดงความคิดเห็น