เหล็กเส้นสำหรับงานทุบขึ้นรูปร้อนประมาณร้อยละ 80 เป็นกลุ่มเหล็กกล้าคาร์บอนที่อ้างอิงตามมาตรฐาน JIS G 4051: Carbon  Steel for Machine Structural Use นอกจากกลุ่มดังกล่าวแล้ว จะมีกลุ่มเหล็กกล้าเจือ JIS G 4105 : Chromium Molybdenum Steels และเหล็กกล้าสำหรับงานกลึงไส JIS G 4804: Free Cutting Carbon Steels เป็นต้น ซึ่งวัตถุดิบเหล็กเส้นชนิดดังกล่าว ผู้ประกอบการอุตสาหกรรมทุบขึ้นรูปในไทยจะนำเข้าเกือบทั้งหมด ซึ่งประเทศผู้ผลิตหลักได้แก่ ประเทศญี่ปุ่น เกาหลี  ไต้หวัน และจีน ตามลำดับ โดยการนำเข้าจะดำเนินการผ่านบริษัท Toyota Tsusho, Sumitomo, Mitsui, Mitsubishi, Marubeni

        ข้อกำหนดของผลิตภัณฑ์เหล็กเส้นอ้างอิงตาม JIS G4051 เพื่อใช้เป็นวัตถุดิบในอุตสาหกรรมทุบขึ้นรูปร้อนที่สำคัญมีดังนี้

          1. ส่วนผสมทางเคมี (Chemical Composition) ที่สำคัญ คือ ปริมาณฟอสฟอรัส (P) และซัลเฟอร์ (S) โดยในกลุ่มงานทั่วไปจะกำหนดไม่เกินร้อยละ 0.030 และ 0.035 สำหรับงานพิเศษกำหนดไว้ที่ไม่เกินร้อยละ 0.025 และ 0.025 ตามลำดับ

         2. Flaw Dressing จุดบกพร่องที่ผิวและในเนื้อของเหล็กอาจเกิดได้จากหลายสาเหตุ เช่น เกิดจากอโลหะในเนื้อเหล็ก ช่องว่างในเนื้อเหล็ก หรือจากกระบวนการรีด เป็นต้น ซึ่งบกพร่องดังกล่าวจะเป็นจุดเริ่มต้นของการเสียหายระหว่างการแปรรูป

         3. ค่ายอมรับได้ของรูปร่างและขนาด (Shape and Dimension Tolerance) ข้อกำหนดดังกล่าวจะเข้มงวดกว่าของกลุ่มเหล็กสำหรับงานก่อสร้าง เนื่องจากในกระบวนการทุบขึ้นรูปร้อนโดยเฉพาะในกลุ่มแม่พิมพ์แบบปิด (Closed Die Forging) ขนาดของเส้นที่ไม่ได้ตามข้อกำหนดอาจก่อให้เกิดการเสียหายของชิ้นงานหรือแม่พิมพ์

       กระบวนการทุบขึ้นรูปร้อน
       กระบวนการทุบขึ้นรูป (Forging) เป็น หนึ่งในกระบวนการแปรรูปโลหะให้ได้รูปร่างตามที่กำหนดเป็นจำนวนมาก ชิ้นงานที่ผ่านการทุบขึ้นรูปร้อนมีความหนาแน่นและคุณสมบัติทางกายภาพที่ดีขึ้น เช่น ความแข็งแรงความสามารถในการรับแรงกระแทก (Toughness) เป็นต้น ทั้งนี้ Forging อาจแบ่งออกตามลักษณะของอุณหภูมิที่ใช้ในการขึ้นรูป ซึ่งจะแบ่งออกได้เป็น Cold Forging ซึ่งเป็นการขึ้นรูปที่อุณหภูมิห้อง Warm Forging เป็นการขึ้นรูปชิ้นงานที่อุณหภูมิที่ยังไม่มีการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างหลักในทางโลหะวิทยา และ Hot Forging เป็นการขึ้นรูปที่อุณหภูมิสูง โลหะมีการเปลี่ยนแปลงรูปร่างได้ง่าย

       สำหรับการทุบขึ้นรูปร้อน ชิ้นส่วนที่จะผลิตโดยวิธีนี้ส่วนใหญ่จะมีน้ำหนักตั้งแต่ 1 กิโลกรัมต่อชิ้น ถึง 3 กิโลกรัมต่อชิ้น ซึ่งปัจจุบันนี้ เครื่องจักรขึ้นรูปร้อนสามารถจะผลิตชิ้นงานได้ถึง 10 กิโลกรัมต่อชิ้นขึ้นไป ส่วนแม่พิมพ์ (Die) ของการขึ้นรูปร้อนนั้น หากเป็นชิ้นงานขนาดใหญ่แล้วส่วนใหญ่จะเป็นการนำเข้าจากต่างประเทศ ทั้งนี้เนื่องจากการออกแบบแม่พิมพ์ จำเป็นจะต้องคำนึงการไหลของเนื้อเหล็กในขณะมีการขึ้นรูปร้อน และจำนวนครั้งในการทุบขึ้นรูป ซึ่งจำเป็นต้องอาศัยความรู้ทางโลหะศาสตร์ซึ่งประเทศไทยยังขาดแคลนบุคลากรอีก มาก

       กระบวนการทุบขึ้นรูปร้อนเริ่มจาก การเตรียมวัตถุดิบที่อยู่ในรูปของเหล็กเส้นรีดร้อน หรือในกรณีที่ต้องการให้มีขนาดหน้าตัดที่แน่นอนและคุณภาพผิวที่สูงขึ้นจะทำ การดึงเย็นเพื่อลดขนาดเล็กเส้นรีดร้อนให้อยู่รูปเพลาขาว (Bright Bar, Cold Drawn Bar) แล้วจึงทำการตัด (Cutting to Length) ให้ได้ขนาดตามต้องการ จากนั้นจึงให้ความร้อน ซึ่งสำหรับเหล็กกล้าทั่วไปจะให้ความร้อนจนมีอุณหภูมิประมาณ 1,150 – 1,260 องศาเซลเซียส ซึ่งลักษณะการให้ความร้อนของผู้ผลิตในประเทศไทย จะเป็นการใช้เตาเผาซึ่งใช้น้ำมันเตา รองลงมาคือ เตาแก๊สและเตา Induction

       กระบวนการการทุบขึ้นรูปร้อน แบ่งออกได้เป็น กระบวนการขึ้นรูปเบื้องต้น (Pre-forming) เช่น ในการทำเพลาขับ จะทำการขยายขนาดของหน้าตัด (Upset Forging) เหล็กเส้นก่อนเข้าสู่กระบวนการทุบขึ้นรูปในแม่พิมพ์ (Closed-die Forging) จนได้รูปร่างตามที่ต้องการ และสุดท้ายจึงเป็นการตัดขอบที่เกินออกมา (Flash Trimming)

       พิกัดค่าความละเอียดของงานทุบขึ้นรูปโลหะหรือขนาดที่ยอมให้ผิดพลาดได้ โดยทั่วไปจะอยู่ในช่วง 0.1 มม. แต่หากเป็นงานที่ต้องการคุณภาพสูงเช่นงานชิ้นส่วนรถยนต์แล้ว ค่าความละเอียดจะอยู่ที่ 0.001 มม. ซึ่งปัจจัยสำคัญสำหรับการควบคุมคุณภาพความละเอียดก็คือ การควบคุมอุณหภูมิของชิ้นงาน อุณหภูมิของแม่พิมพ์และระยะเวลาที่ให้ชิ้นงานเย็นตัวลง

      บทความโดย...สุวิชชา บุญยะรัตเวช
      แผนกศึกษาวิเคราะห์ สถาบันยานยนต์