Back

สปริงสำหรับงานแม่พิมพ์

อาจารย์คันธพจน์ ศรีสถิตย์  
อาจารย์ประจำสาขาวิชาวิศวกรรมเครื่องกล  
หัวหน้ากลุ่มวิจัย C3ATIP ​ 
คณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีมหานคร  

25 พฤษภาคม 2557  

1. เกริ่นนำ
       สปริง สำหรับงานทางกลนั้นมีหลายประเภทและมีการนำมาประยุกต์ใช้งานแตกต่างกันออกไป ดังรูปที่ 1 ประเภทของสปริงอาจจะจำแนกได้ด้วยหลายเกณฑ์ เช่น จำแนกจากประเภทของการรับภาระ จำแนกจากขนาดของการรับภาระ จำแนกจากลักษณะทางกายภาพของสปริง เป็นต้น


(ก) สปริงขดรับแรงกด                (ข) สปริงขดรับแรงดึง              (ค) สปริงขดรับแรงบิด

(ง) สปริงจาน                       (จ) สปริงก้นหอย                    (ฉ) สปริงแหนบ

(ช) แหวนสปริง                   (ซ) แหวนล็อกใน/นอก                   (ฌ) แหวนกันคลาย

(ญ) สปริงตาข่าย                (ฎ) สปริงแผ่นหรือสปริงม้วน                  (ฏ) สปริงรัด            

รูปที่ 1 ประเภทของสปริงสำหรับงานทางกล


       แม้สปริงจะมีหลายประเภท แต่ในที่นี้จะพิจารณาเพียงเฉพาะสปริงขดรับแรงกดเท่านั้น เนื่องจากเป็นสปริงที่นิยมใช้กันอย่างแพร่หลายในงานแม่พิมพ์ ดังรูปที่ 2 บ่อยครั้งเลยทีเดียวที่ช่างแม่พิมพ์ที่ไม่ชำนาญ มีการเลือกใช้สปริงอย่างไม่ถูกต้อง เป็นเหตุก่อให้เกิดผลเสียหายตามมาหลายประการไม่ว่าจะเป็น 
       - การเกิดความล่าช้าในการผลิตผลิตภัณฑ์ เมื่อสปริงในแม่พิมพ์พังเสียหายจากการเลือกขนาดของสปริงที่ไม่เหมาะสมมาใช้งาน ทำให้สูญเสียเวลาไปมากในการแก้ไขปัญหาเพียงเล็กน้อย
       - บางครั้งก็เกิดต้นทุนที่สูงขึ้นโดยไม่จำเป็น เมื่อเป็นงานที่รับภาระเบาแต่ช่างแม่พิมพ์กลับเลือกสปริงในงานรับภาระหนักมาใช้งานแทน ก็นับเป็นความสูญเสียได้ แม้ว่าราคาของสปริงจะต่ำกว่าราคาของแม่พิมพ์ก็ตาม
​       - สปริงเกิดความล้าเนื่องจากการรับภาระวัฏจักรที่สูง (High cyclic load) เป็นเวลานานเกินกว่าที่สปริงจะสามารถทนได้ ทำให้ระยะปลดชิ้นงานผิดเพี้ยนไปจากที่ออกแบบไว้เดิม ก่อให้เกิดความล่าช้าในกระบวนการผลิต เนื่องจากต้องปรับตั้งระยะปลดชิ้นงานใหม่ หรือเสียเวลาในการหาสาเหตุความผิดเพี้ยนของระยะปลดชิ้นงานได้
​       - บางครั้งสปริงที่ใช้ในระบบปลดของแม่พิมพ์อาจเกิดความไม่สมดุลของการรับแรง เนื่องจากมีสปริงบางตัวพังเสียหายหรือทำงานผิดปกติไปจากเดิม ทำให้เกิดการขัดหรือเบียดในช่วงปลดชิ้นงานออกจากของแม่พิมพ์ เป็นสาเหตุทำให้เกิดการสึกหรอขึ้นในแม่พิมพ์ได้เช่นกัน
​       - นอกจากนี้ปัญหาอีกอย่างหนึ่ง คือ สปริงเกิดการพังเสียหายจากการเลือกวัสดุทำสปริงที่ไม่เหมาะสมได้ ดังรูปที่ 3


รูปที่ 2 สปริงขดรับแรงกดที่ใช้ในงานแม่พิมพ์

รูปที่ 3 ความเสียหายของสปริง


2. ข้อพิจารณาเบื้องต้นเกี่ยวกับสปริงสำหรับงานแม่พิมพ์
       ปัญหาที่เกิดขึ้นกับแม่พิมพ์โดยมากแล้วมักจะเกิดจากสิ่งที่เป็นเรื่องพื้นฐานเสมอๆ ดังนั้นบทความนี้ จึงนำเสนอข้อพิจารณาเบื้องต้นเกี่ยวกับการใช้งานสปริงสำหรับงานแม่พิมพ์ดังต่อไปนี้
​       - ก่อนที่จะสร้างแม่พิมพ์ ควรคำนวณหรือหาขนาด ตำแหน่ง และจำนวนที่ถูกต้องเหมาะสมของสปริงที่จะใช้งานเสมอ
​       - สปริงที่จะใช้งานแต่ละตัวควรมีการติดตั้งให้อยู่ในระบบ โดยการใส่ภาระเบื้องต้น (Preload) ก่อนเสมอ เพื่อให้แน่ใจได้ว่าปลายของสปริงสัมผัสกับจุดรองรับ ในกรณีที่รับภาระแรงกระแทก (Shock loading) อาจจะทำให้สปริงเกิดปรากฏการณ์การสั่นพ้อง (Surge of spring) และเมื่อความถี่ของภาระนั้นไปพ้องกับความถี่ธรรมชาติของสปริง จะก่อให้เกิดความเสียหายตามมาภายหลังได้
​       - ในกรณีที่จำเป็นต้องติดตั้งสปริงในห้องเปิด จะต้องมีกำบังให้กับสปริงเสมอ เพื่อป้องกันปัญหาจากความร้อน การกัดกร่อนจากสภาพอากาศ (Corrosive atmosphere) เศษโลหะ และสิ่งกีดขวางอื่นๆ
​       - หากมีการใช้งานสปริงที่มีความยาวมากๆ หรือความยาวอิสระตั้งแต่ 4 เท่าของขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางเฉลี่ยของขดลดสปริง จะต้องระวังปัญหาเรื่องการยุบตัวจากการโก่ง (Buckling) เพื่อป้องกันปัญหาดังกล่าว จะต้องติดตั้งสปริงภายในช่องบังคับหรืออาจจะมีการสอดแท่งไกด์ภายในสปริง หรืออาจจะใช้สปริงสองตัวซ้อนกัน แต่ให้วางให้ขดของสปริงวนสวนทางกัน เพื่อป้องกันการขัดตัวของสปริง
​       - เบ้าวางสปริง (Spring pockets) ทั้งสองฝั่งควรเรียบและมีความลึกมากพอที่จะรักษาการยุบตัวของสปริงเมื่อมีภาระแรงกดมากระทำ และเพื่อให้ความเค้นที่เกิดขึ้นในแต่ละขดของสปริงมีค่าเท่ากัน หรือใกล้เคียงกัน
​       - ควรจดบันทึกจำนวนการใช้งานสปริงทุกครั้ง เพื่อให้แน่ใจว่ามีจำนวนการใช้งานมากน้อยเพียงใด และเพื่อให้สามารถวางแผนในการปรับตารางเวลาที่จะต้องเปลี่ยนสปริงชุดใหม่ในแม่พิมพ์ ในกรณีที่มีจำนวนการใช้งานถึงเกณฑ์ที่กำหนดแล้ว
​       - ในกรณีที่จำเป็นต้องเปลี่ยนสปริงเก่าออก ควรเปลี่ยนใหม่ทั้งชุด ไม่ควรเปลี่ยนสปริงออกเพียงตัวใดตัวหนึ่งเท่านั้น เนื่องจากจะก่อให้เกิดปัญหาการไม่สมดุลของระบบแม่พิมพ์ได้ และต้องระลึกไว้ในใจเสมอว่า สปริงใหม่ที่นำมาทดแทนสปริงเก่านั้น จะต้องมีขนาดและสมบัติเช่นเดิมเสมอ เพื่อหลีกเลี่ยงปัญหาการไม่สมดุลกันในระบบแม่พิมพ์ (สมมุติว่าการออกแบบและคำนวณสปริงถูกต้องเหมาะสมแล้ว)
​       - ไม่ควรปรับเปลี่ยนหรือดัดแปลง (Modifying) สปริงขึ้นใหม่ เช่น ตัดขนาดให้สั้นลง หรือเจียระไนผิวนอกและผิวในของสปริงออก เพื่อให้ได้ขนาดที่ต้องการ เนื่องจากสปริงที่มีการปรับเปลี่ยนดัดแปลงใหม่จะมีความสามารถในการรับภาระต่างไปจากเดิม ดังนั้นควรเลือกใช้ขนาดของสปริงตามมาตรฐาน เพื่อให้เป็นการรักษาคุณภาพของผลิตภัณฑ์
​       - หากไม่มีสปริงสำรองไว้ ควรหลีกเลี่ยงการใช้งานสปริงที่เป็นขีดจำกัดสูงสุด เพียงเพื่อที่จะให้ได้มาซึ่งจำนวนผลิตภัณฑ์ที่มากขึ้นเท่านั้น เนื่องจากที่ขีดจำกัดสูงสุดดังกล่าว สปริงจะรับความเค้นสูงสุดด้วยเช่นกัน การจะเกิดความเสียหายขึ้นในสปริงได้ กระบวนการผลิตอาจจะล่าช้าหรือหยุดชะงักได้
​       - เมื่อติดปัญหาขัดข้องใดๆ ในการออกแบบและเลือกใช้งานสปริง ให้สอบถามจากที่ปรึกษา ท่านผู้รู้ หรือบริษัทผู้ผลิต เพื่อหาแนวทางแก้ไขปัญหาที่บางครั้งเสมือนเล็กน้อย แต่อาจจะสร้างปัญหาใหญ่โตตามมาในภายหลังได้


3. เอกสารอ้างอิง
[1] Yoshiro Yamada, Materials for Springs. Japan: Springer, 2007.
[2] K. Lingaiah, Machine design databook. 2nd ed., Michigan: McGraw-Hill, 2003.
[3] Ronald Huston and Harold Josephs, Practical Stress Analysis in Engineering Design. 3rd ed., the United States of America: CRC Press, 2009.
[4] Associated Spring Raymond, “Raymond Die Springs,” [Online Documentations]. Available from: .    Jun 27, 2013.