เศษตัดที่ดีกับเศษตัดที่ไม่ดี — อ่านรูปร่างและสีของเศษเพื่อปรับค่าการตัดงาน

ช่างที่มีประสบการณ์มองเศษตัดก่อนมองหน้าจอ เพราะเศษบอกสิ่งที่เกิดขึ้นที่คมตัดได้ทันที เศษที่ดีหักเป็นท่อนสั้น ตกจากชิ้นงานเอง และพาความร้อนออกไป เศษที่ไม่ดีพันชิ้นงาน ขูดผิว ทำให้เม็ดมีดบิ่น และเป็นอันตรายต่อผู้ปฏิบัติงาน บทความนี้อธิบายวิธีอ่านรูปร่างและสีของเศษ และวิธีปรับค่าตัดเมื่อเศษไม่ดี ตัวอย่างหลักเป็นงานกลึงเหล็กกล้าด้วยเม็ดมีดคาร์ไบด์ ท้ายบทความมีหัวข้อของวัสดุอื่น งานเจาะ และงานกัด

ทำไมต้องดูเศษ

• ความปลอดภัย เศษเส้นยาวคมเหมือนใบมีดและร้อน พันชิ้นงานที่หมุนแล้วเหวี่ยงออก หรือบาดมือเมื่อดึงออก
• ผิวงาน เศษที่พันกลับมาขูดผิวที่ตัดเสร็จแล้ว
• อายุเม็ดมีด เศษที่ถูกตัดซ้ำ หรือเศษที่อัดแน่นกดคมตัด ทำให้เม็ดมีดบิ่น
• ความร้อน ในการตัดที่ดี ความร้อนส่วนใหญ่ออกไปกับเศษ ไม่ค้างในชิ้นงานและเม็ดมีด
• การเดินเครื่องต่อเนื่อง เศษเป็นก้อนอุดสายพานลำเลียงเศษ และทำให้ต้องหยุดเครื่องมาเคลียร์

รูปร่างของเศษ

รูปร่าง	ประเมิน	สิ่งที่เกิดขึ้น
เส้นยาวตรง หรือพันเป็นก้อน	ไม่ดี	เศษไหลผ่านร่องหักเศษโดยไม่ถูกบังคับให้โค้ง มักเกิดเมื่ออัตราป้อนต่ำหรือตัดตื้น
เกลียวยาวต่อเนื่อง	พอใช้	เศษโค้งแล้วแต่ยังไม่หัก ใช้ได้ถ้าเศษไหลออกจากชิ้นงานและไม่พัน
เกลียวสั้น ยาวไม่กี่เซนติเมตร	ดี	เศษโค้งจนชนชิ้นงานหรือเม็ดมีดแล้วหักเป็นท่อน
รูปตัว C เลข 6 และเลข 9	ดี	เศษม้วนและหักทุกรอบอย่างสม่ำเสมอ เป็นรูปร่างที่ต้องการที่สุด
แตกละเอียด อัดแน่น หรือแบนติดกัน	ไม่ดี	ร่องหักเศษบังคับเศษแรงเกินไป แรงที่คมตัดสูง มักเกิดเมื่ออัตราป้อนสูงเกินช่วงของเม็ดมีด

เศษที่ดีมีลักษณะร่วมกันสามข้อ คือ สั้นพอที่จะตกเอง ไม่อัดแน่นจนแบน และมีขนาดกับรูปร่างเท่ากันทุกชิ้น เศษที่ขนาดเปลี่ยนไปมาแสดงว่าการตัดไม่นิ่ง เช่น ชิ้นงานสั่น หรือเนื้อที่ตัดไม่เท่ากัน

ร่องหักเศษทำงานอย่างไร

เม็ดมีดมี ร่องหักเศษ (Chip breaker) ขึ้นรูปอยู่บนผิวคายเศษ ร่องนี้บังคับให้เศษม้วนงอจนกระทบเข้ากับตัวชิ้นงานหรือบ่าของเม็ดมีดแล้วหักออก

กลไกการม้วนตัวและการแตกหักของเศษ

ทางกลศาสตร์การตัดเฉือน ความเครียดดัด ($\varepsilon$) ที่เกิดขึ้นบนผิวนอกของเศษตัด มีความสัมพันธ์กับความหนาของเศษ ($t$) และรัศมีการม้วนงอ ($\rho$):

$$\varepsilon = \frac{t}{2\rho}$$

• การหักของเศษ: เมื่อเศษมีความหนาพอสมควร (จากอัตราป้อน $f$ ที่เหมาะสม) และถูกสันของร่องหักเศษบังคับให้ม้วนงอด้วยรัศมีแคบ ($\rho$ เล็ก) ความเครียดดัดบนผิวเศษจะสูงเกินขีดจำกัดความเครียดแตกหักของวัสดุ เศษจึงหักเป็นท่อนสั้นรูปตัว C หรือเลข 6 ได้อย่างสม่ำเสมอ
• สาเหตุที่เศษบางไม่ยอมหัก: หากอัตราป้อนต่ำเกินไป เศษตัดจะบาง ($t$ เล็ก) ส่งผลให้ความเครียดดัดต่ำมาก เศษจึงโก่งตัวแบบยืดหยุ่นโดยไม่ถึงจุดแตกหัก เศษจึงไหลเลื้อยต่อเนื่องเป็นเส้นยาวและพันรอบชิ้นงานหรือด้ามมีด (Bird nesting)
• ผลกระทบของเศษพันก้อน (Bird nesting): เศษเส้นยาวที่พันรอบตัวงานจะทำหน้าที่เหมือนใบมีดหมุนวนที่ขูดขีดผิวชิ้นงานที่กลึงเสร็จแล้ว บดบังทิศทางน้ำหล่อเย็นไม่ให้เข้าถึงจุดตัด และอาจถูกดึงเข้าไปติดขัดระหว่างหัวจับกับด้ามมีดจนเกิดความเสียหายต่อเครื่องมือตัด

ร่องหักเศษแต่ละแบบทำงานได้ในช่วงของอัตราป้อนกับความลึกตัดช่วงหนึ่งเท่านั้น แค็ตตาล็อกของผู้ผลิตแสดงช่วงนี้เป็นแผนภาพที่แกนนอนคืออัตราป้อนและแกนตั้งคือความลึกตัด

วิธีอ่านคือหาจุดที่อัตราป้อนกับความลึกตัดของงานตัดกัน ถ้าจุดนั้นอยู่ในพื้นที่ของร่องหักเศษแบบใด ร่องแบบนั้นหักเศษได้ ในภาพ จุดที่ 3 ใช้ความลึกตัดของงานปานกลางแต่อัตราป้อนของงานละเอียด จึงไม่อยู่ในช่วงของร่องแบบใดเลย ซึ่งเป็นสาเหตุของเศษยาวที่พบบ่อย

• ต่ำกว่าช่วง เศษบางเกินกว่าร่องจะบังคับได้ เศษจึงไหลออกเป็นเส้นยาว
• ในช่วง เศษหักเป็นท่อนสั้นหรือรูปตัว C
• สูงกว่าช่วง เศษหนาและถูกอัดเข้าไปในร่อง เศษแตกละเอียดและอัดแน่น

เม็ดมีดจึงแบ่งร่องหักเศษตามงาน คือสำหรับงานละเอียด งานปานกลาง และงานหยาบ ร่องสำหรับงานหยาบไม่หักเศษเมื่อใช้ตัดละเอียด และร่องสำหรับงานละเอียดจะหักเศษแรงเกินไปเมื่อใช้ตัดหยาบ ปัญหาเศษจำนวนมากมาจากการใช้เม็ดมีดแบบเดียวกับทุกงาน

ปัจจัยที่กำหนดการหักเศษมีสี่อย่าง คือ อัตราป้อน ความลึกตัด รัศมีปลายมีด และรูปทรงของร่องหักเศษ รัศมีปลายมีดเล็กบังคับเศษได้ดีกว่ารัศมีใหญ่ และเมื่อความลึกตัดน้อยกว่ารัศมีปลายมีด เศษจะหักยากเป็นพิเศษ

วิธีแก้เมื่อเศษไม่ดี

อาการ	ปรับตามลำดับนี้
เศษยาว พันชิ้นงานหรือเครื่องมือ	1. เพิ่มอัตราป้อน 2. เพิ่มความลึกตัด 3. เปลี่ยนเป็นร่องหักเศษที่หักเศษได้ดีกว่าสำหรับงานช่วงนั้น 4. ใช้รัศมีปลายมีดเล็กลง 5. ฉีดน้ำหล่อเย็นแรงดันสูงเข้าที่ร่องหักเศษ
เศษแตกละเอียด อัดแน่น เม็ดมีดบิ่น	1. ลดอัตราป้อน 2. เปลี่ยนเป็นร่องหักเศษสำหรับอัตราป้อนสูงกว่า 3. ใช้รัศมีปลายมีดใหญ่ขึ้น
เศษขนาดไม่สม่ำเสมอ	ตรวจการจับชิ้นงาน ความยาวที่เครื่องมือยื่น และเนื้อที่เหลือจากขั้นตอนก่อน

ข้อควรรู้เมื่อปรับ

• อัตราป้อนมีผลต่อผิวงาน ในงานละเอียด การเพิ่มอัตราป้อนทำให้ผิวหยาบขึ้น ถ้าเพิ่มไม่ได้ ให้เปลี่ยนเป็นเม็ดมีดที่มีร่องหักเศษสำหรับงานละเอียดและรัศมีปลายมีดเล็ก แทนการเพิ่มอัตราป้อน
• ปรับทีละอย่าง แล้วดูเศษใหม่ ถ้าปรับหลายอย่างพร้อมกันจะไม่รู้ว่าอะไรได้ผล
• ความเร็วตัดมีผลต่อการหักเศษน้อยกว่าอัตราป้อน การลดความเร็วตัดช่วยได้บ้างในวัสดุบางกลุ่ม แต่ไม่ควรเป็นสิ่งแรกที่ปรับ
• ถ้าหักเศษด้วยค่าตัดไม่ได้ โปรแกรมช่วยได้ เช่น แบ่งการตัดยาวเป็นช่วง หรือหยุดป้อนเป็นจังหวะให้เศษขาด

สีของเศษเหล็กกล้า

เศษเหล็กกล้าเปลี่ยนสีเพราะผิวที่ร้อนทำปฏิกิริยากับอากาศเกิดชั้นออกไซด์บางๆ สีจึงบอกอุณหภูมิของเศษโดยประมาณ

สีของเศษ	อุณหภูมิโดยประมาณ
เงินขาว	ต่ำกว่า 200 °C
เหลืองอ่อนถึงเหลืองฟาง	ประมาณ 220 °C
น้ำตาลถึงม่วง	ประมาณ 250–280 °C
น้ำเงินเข้ม	ประมาณ 300 °C
เทาอ่อน	ประมาณ 400 °C
ม่วงดำ	สูงกว่า 500 °C

ความหมายของสีขึ้นกับชนิดของเครื่องมือ

• เม็ดมีดคาร์ไบด์ ตัดแห้ง เศษสีน้ำเงินถึงน้ำเงินอมม่วงเป็นสัญญาณที่ดี ความร้อนออกไปกับเศษ ถ้าเศษเป็นสีเงินขาว ความเร็วตัดอาจต่ำเกินไปสำหรับเม็ดมีด ถ้าเศษเป็นสีเทาหรือม่วงดำ ความเร็วตัดสูงเกินไปและเม็ดมีดจะสึกเร็ว
• เครื่องมือเหล็กกล้ารอบสูง (HSS) ทนความร้อนได้น้อยกว่า เศษควรเป็นสีเงินขาวถึงเหลืองอ่อน เศษสีน้ำเงินหมายความว่าร้อนเกินไป ให้ลดความเร็วตัด
• เมื่อใช้น้ำหล่อเย็น เศษถูกทำให้เย็นก่อนเปลี่ยนสี สีจึงอ่อนกว่าการตัดแห้งมาก และใช้ตัดสินอุณหภูมิไม่ได้

สีใช้ได้กับเหล็กกล้าเท่านั้น อะลูมิเนียม ทองเหลือง และเหล็กหล่อไม่เปลี่ยนสีแบบนี้ ส่วนสเตนเลสเปลี่ยนเป็นสีเหลืองทองเมื่อร้อน

ผิวของเศษ ก็บอกได้เช่นกัน ด้านที่ไถลบนผิวคายเศษควรเรียบและเงา ถ้าด้านนี้ด้านหรือมีรอยฉีก เนื้อวัสดุกำลังพอกติดคมตัด ซึ่งมักเกิดเมื่อความเร็วตัดต่ำเกินไป

เศษของวัสดุแต่ละกลุ่ม

วัสดุ	ลักษณะเศษปกติ	สิ่งที่ต้องระวัง
เหล็กกล้าคาร์บอนต่ำ เช่น SS400	เหนียว เศษยาว หักยาก	ต้องใช้ร่องหักเศษที่หักเศษได้ดี และอัตราป้อนสูงพอ
เหล็กกล้าคาร์บอนปานกลางและเหล็กกล้าผสม เช่น S45C SCM440	หักเศษได้ดี	เป็นกลุ่มที่อ่านเศษตามบทความนี้ได้ตรงที่สุด
สเตนเลส 304 316	เหนียว เศษยาวและแข็งขึ้นขณะตัด	อัตราป้อนต่ำเกินไปทำให้คมตัดถูกับผิวที่แข็งขึ้น ใช้ร่องหักเศษสำหรับสเตนเลส
อะลูมิเนียม	เศษยาว นุ่ม พอกติดคมตัดง่าย	ใช้เม็ดมีดคมที่ผิวขัดเงา ความเร็วตัดสูง และน้ำหล่อเย็น
เหล็กหล่อเทา	ผงและเกล็ดสั้น	เป็นเศษปกติ ไม่ต้องหักเศษ แต่ผงเหล็กหล่อกัดกร่อนรางเลื่อน ต้องทำความสะอาด
ทองเหลืองกลึงง่าย	เกล็ดเล็กและเข็มสั้น กระเด็นไกล	เป็นเศษปกติ ใช้ฝาครอบและแว่นตา

เศษที่ “ดี” จึงไม่เหมือนกันทุกวัสดุ ผงของเหล็กหล่อเป็นเศษที่ดี แต่เศษละเอียดอัดแน่นของเหล็กกล้าเป็นสัญญาณว่าอัตราป้อนสูงเกินไป

เศษในงานเจาะและงานกัด

งานเจาะ

• เศษควรออกจากร่องดอกสว่าน ทั้งสองร่องเท่ากัน ถ้าออกร่องเดียวหรือขนาดต่างกัน คมตัดสองข้างลับไม่เท่ากัน รูจะโตและเบี้ยว
• เศษเกลียวสั้นหรือเป็นท่อนดีที่สุด เศษเกลียวยาวพันดอกสว่านและอุดร่อง
• ถ้าเศษอัดแน่นในร่องเมื่อรูลึก ให้ใช้คำสั่งเจาะถอนเศษ G83 หรือดอกสว่านที่มีรูน้ำหล่อเย็น

งานกัด

• เศษสั้นอยู่แล้วเพราะคมตัดเข้าและออกจากเนื้องานทุกรอบ สิ่งที่ต้องดูคือความหนาและสี
• เศษบางเหมือนผงหรือฝุ่น แสดงว่าอัตราป้อนต่อฟันต่ำเกินไป คมตัดถูผิวแทนที่จะตัด เครื่องมือจะสึกเร็ว
• เศษที่ถูกตัดซ้ำในร่องลึกทำให้คมตัดบิ่น ใช้ลมเป่าหรือน้ำหล่อเย็นไล่เศษออก

ความปลอดภัยเมื่อจัดการเศษ

• ห้ามดึงเศษด้วยมือ แม้สวมถุงมือ ใช้ตะขอเกี่ยวเศษหรือคีม
• หยุดสปินเดิลก่อนเคลียร์เศษที่พันชิ้นงาน เศษที่พันอยู่ดึงมือเข้าไปได้
• ไม่สวมถุงมือใกล้ชิ้นส่วนที่หมุน
• ไม่ใช้ลมเป่าเศษเข้าหาตัวหรือเข้าหาคนอื่น และสวมแว่นตาเสมอ

สรุป

• เศษที่ดีสั้นพอที่จะตกเอง ไม่อัดแน่น และมีรูปร่างเท่ากันทุกชิ้น ในงานกลึงเหล็กกล้าคือเกลียวสั้นและรูปตัว C เลข 6 หรือเลข 9
• เศษยาวพันเป็นก้อนหมายความว่าหักเศษไม่ได้ ให้เพิ่มอัตราป้อนก่อน แล้วจึงเพิ่มความลึกตัดหรือเปลี่ยนร่องหักเศษ
• เศษแตกละเอียดอัดแน่นหมายความว่าหักเศษแรงเกินไป ให้ลดอัตราป้อนหรือใช้ร่องหักเศษสำหรับอัตราป้อนสูงกว่า
• ร่องหักเศษแต่ละแบบทำงานในช่วงของอัตราป้อนกับความลึกตัดช่วงหนึ่ง เลือกเม็ดมีดให้ตรงกับงานหยาบ ปานกลาง หรือละเอียด
• สีของเศษเหล็กกล้าบอกอุณหภูมิ กับเม็ดมีดคาร์ไบด์ที่ตัดแห้ง เศษสีน้ำเงินเป็นสัญญาณที่ดี กับเครื่องมือ HSS เศษสีน้ำเงินคือร้อนเกินไป
• เศษที่ดีต่างกันตามวัสดุ เหล็กหล่อและทองเหลืองให้เศษละเอียดเป็นปกติ