PMO20-1

การปรบปรงคณภาพเหลกหลอดวยการหาสวนผสมทเหมาะสมของแบบหลอทราย Quality Improvement of Cast Iron by Determining

the Optimal Sand Mold Mixture Components

เสรมศกด เวยงวเศษ (Sermsak Wiangwiset)* ชาญณรงค สายแกว (Charnnarong Saikaew)**

บทคดยอ งานวจยนมวตถประสงคเพอหาอตราสวนผสมแบบหลอทรายทเหมาะสมทสดในการนาทรายทผานการใช

งานแลวและวสดประสานอนๆ มาเปนสวนผสม แลวทาใหสมบตของแบบหลอทรายตรงตามความตองการทกาหนด โดยททาใหสมบตเชงกลของเหลกหลอตรงตอความตองการของลกคา สวนผสมของแบบหลอทรายม 3 สวนผสม คอ ทรายทผานการใชงานแลวครงท 1 เบนโทไนต และน า ผลตอบสนองทใชชวดคณภาพของแบบหลอทรายคอความแขงแรงอดในสภาพเปยก ความสามารถในการปลอยซมอากาศ และตนทนวตถดบ การศกษานใชหลกการออกแบบการทดลองแบบสวนผสมและวธพนผวผลตอบสนองเพอนามาใชในการหาสวนผสมของแบบหลอทรายทเหมาะสมทสด อตราสวนผสมทเหมาะสมทสดของแบบหลอทรายทาใหความแขงแรงอดในสภาพเปยกและความสามารถในการปลอยซมอากาศตรงตามความตองการทกาหนดในราคาตนทนวตถดบตาทสด นอกจากน ผประกอบการสามารถนาผลการศกษาทไดไปใชเปนขอมลในการตดสนใจเกยวกบความพงพอใจของลกคาทมตอคณภาพของผลตภณฑทเปนเหลกหลอ

ABSTRACT This research aims to determine the optimal mixture components of recycled sand and other adhesive

materials in order to meet the desired properties of sand mold leading to customers’ satisfaction on the mechanical properties of the iron casting products. The components of a mixture for making a sand mold consist of the first time recycled sand, bentonite, and water. The responses for quality characteristics of sand mold include green compressive strength and permeability. This study uses mixture experiments and response surface methodology to determine the optimal sand mold mixture components. The optimal sand mold mixture components meet the desired properties of green compressive strength and permeability of sand mold at the lowest cost. Furthermore, the manufacturer can use this study to make decisions regarding customers’ satisfaction on the quality iron casting products.

คาสาคญ: อตสาหกรรมเหลกหลอ แบบหลอทราย การออกแบบการทดลองสวนผสม ความแขงแรงอดในสภาพเปยก ความสามารถในการปลอยซมอากาศ

Key Words: Iron casting industry, Sand mold, Mixture Experiments, Green compressive strength, Permeability * มหาบณฑต หลกสตรวศวกรรมศาตรมหาบณฑต สาขาวศวกรรมอตสาหการ คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยขอนแกน ** ผชวยศาสตราจารย ภาควชาวศวกรรมอตสาหการ คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยขอนแกน

377

PMO20-2

บทนา อตสาหกรรมเหลกหลอจดเปนอตสาหกรรม

พนฐานทสนบสนนหรอเกยวของกบอตสาหกรรมการผลตอนๆ เชน อตสาหกรรมยานยนต อตสาหกรรมการเกษตร อตสาหกรรมการผลตเครองจกรกล เปนตน และเปนอตสาหกรรมการผลตทถอไดวามบทบาทสาคญอยางมากตอเศรษฐกจของประเทศไทย เนองจากขอมลการสงออกในป พ.ศ.2538 ถงป พ.ศ. 2541 มแนวโนมสงขนตามลาดบคอ 1,137 ลานบาท 1,232 ลานบาท 1,598 ลานบาท และ 1,682 ลานบาท (สมาคมอตสาหกรรมหลอโลหะไทย, 2549) ซงถอไดวาอตสาหกรรมเหลกหลอเปนอตสาหกรรมทมสวนสาคญตอการพฒนาเศรษฐกจของประเทศ

ในอตสาหกรรมการผลตเหลกหลอ คณภาพของชนงานถอวามความสาคญมาก เนองจากการผลตโดยสวนใหญเปนการผลตตามความตองการของลกคาเปนหลก ดงนน การสรางความพงพอใจใหกบลกคาจงเปนสงสาคญ การผลตชนงานใหไดชนงานทมคณภาพ และตรงตามความตองการของลกคา ตองมการควบคมกระบวนการผลตใหมประสทธภาพโดยจะตองใหความสาคญกบตวแปรในทกขนตอนของการผลต กระบวนการผลตงานหลอโดยทวไปจะใชแบบหลอเปนแบบสาหรบหลอโลหะใหไดผลตภณฑหลอตามตองการ กรรมวธการผลตงานหลอโดยใชแบบหลอทราย เ ปน ท นยมกนมาก ท สด ในปจ จบน มโรงงานผลตเหลกหลอจากแบบหลอทรายเปนจานวนมาก เนองจากการหลอโดยใชแบบหลอทรายมขอดคอ ตนทนในการผลตตา และสามารถนาทรายหลอกลบมาใชซ าไดหลายรอบ อยางไรกตาม การนาทรายหลอนากลบมาใชซ าจะตองมการเตมตวประสานเพมเขาไป เนองจากแรงประสานของดนเหนยวในแบบหลอทรายจะมคาลดลง ซงทาใหสมบต เ ชงกลในดานความแขงแรงและการปลอยซมของแบบหลอทรายมคาลดลง ซงเปนสาเหตทาใหเกดจดเสยในชนงาน เชน เกดทรายแทรกเขาไปในเนอโลหะ และเกดรพรนทผวของ

ชนงาน เปนตน (หรส, 2543) ดงนน การทจะทาการปรบปรงสมบตเชงกลของผลตภณฑทเปนเหลกหลอจะตองมการปรบปรงสมบตตางๆ และเตรยมสวนผสมทเหมาะสมของแบบหลอทรายใหมกอน โรงงานกรณศกษาเปนหนงในโรงงานทผลตเหลกหลอจากแบบหลอทรายและมการนาทรายกลบมาใชซ าซงมปญหาทสาคญคอไมสามารถกาหนดปรมาณของสวนผสมทเหมาะสมของทรายทนากลบมาใชซ าและตวประสานอนๆได จงทาใหแบบหลอทรายทไดมสมบตเชงกลลดลง สงผลใหคณภาพของชนงานไมเปนไปตามความตองการ

จากการศกษางานวจยพบวามวธการทใชในการหาสดสวนทเหมาะสมของสวนผสมแบบหลอทรายมหลากหลายวธ อาท เชน Makino et al. (2003) ใชการจาลองสถานการณโดยใชคอมพวเตอรและพฒนารปแบบทางคณตศาสตรในการหาคาความเหมาะสมของทรายทเตมเขาไปในแบบหลอ ในขณะท Karunakar and Datta (2007) ศกษาหาสวนผสมทเหมาะสมของแบบหลอทรายโดยใชวธ artificial neural network และวธ genetic algorithm วธการหาคาความเหมาะสมทกลาวมานเปนวธการทยงยากซบซอนและตองอาศยขอมลทถกตองเพอใชในการประมวลผล การหาคาทเหมาะสมดวยวธการออกแบบการทดลองเปนวธการทเขาใจงายและไมสลบซบซอนและสามารถนามาใชปฎบตไดจรง Guharaja et al. (2006) ไดทาการออกแบบการทดลองโดยใชวธ Taguchi’s method ในการหาคาความเหมาะสมของตวแปรของแบบหลอทรายเพอใหไดผลตภณฑจากการหลอเหลกหลอแกรไฟตกอนกลมทเหมาะสมทสด ตวแปรทนามาใชในการทดลองคอ ความแขงแรงขณะเปยกชน ปรมาณความชน การปลอยซมอากาศ และความแขงของแบบหลอ Kundu and Lahiri (2008) ไดศกษาหาคาความเหมาะสมของแบบหลอทรายโดยใชวธการออกแบบการทดลองแบบ central composite rotatable design (CCRD) สมบตทถกนามาประเมนหาคาความเหมาะสมไดแก ความหนาแนนรวม ความสามารถในการกดอด การปลอยซม

378

PMO20-3

อากาศและแรงอด จากการศกษาดงกลาว จะเหนวาวธการออกแบบการทดลองสามารถนามาควบคมและหาคาความเหมาะสมของสมบตแบบหลอทรายได อยางไรกตาม เทคนคการออกแบบการทดลองดงกลาวเปนเพยงการศกษาหาคาความเหมาะสมของแบบหลอทรายของแตละปจจยทกาหนดในแตละกระบวนการ ปจจบนมการนาว ธการออกแบบการทดลองสวนผสมมาใชประโยชนในการหาอตราสวนผสมของวสดวศวกรรมเพอใหไดผลตภณฑตรงตามความตองการ Duèe et al. (2009) ศกษาการหาสวนผสมทเหมาะสมทสดในการผลตแกวทางชวภาพ โดยใชวธการออกแบบการทดลองแบบสวนผสมแบบ D-optimal สมบตทใชในการทดสอบแกวทนามาใชในการพจารณาคอ การทาปฏกรยาทางชวภาพ (bioactivity) และคว ามหนาแ นนขอ งไฮดรอก ซ แอป า ไทต (Hydroxyapatite) ในขณะท Marcia et al. (1997) ทาการออกแบบการทดลองแบบสวนผสมโดยใชวธการออกแบบสวนผสมแบบมเงอนไข เพอวเคราะหหาสดสวนทเหมาะสมของคอนกรต โดยสมบตของคอนกรตทใชทดสอบไดแก การยบตวของคอนกรต ความแขงแรงกดอด การแทรกซมของสารคลอไรด และตนทนทตาทสด ชาญณรงคและพนตา (2552) ประยกตการออกแบบการทดลองแบบสวนผสม วธ พนผวผลตอบสนองรวมถงการวเคราะหการแพรกระจายความคลาดเคลอน โดยหาอตราสวนผสมของชนสวนพลาสตกระหวางสวนผสมพลาสตกโพลคารบอเนตรไซเคลและพลาสตกโพลคารบอเนตใหมทเหมาะสมทสด เ พอใหสมบตความตานทานตอแรงดง และอณหภมการบดงอดทสด จากการศกษางานวจยทผานมา จะเหนไดวาการออกแบบการทดลองแบบสวนผสมสามารถนามาประยกตใชกบวสดทางวศวกรรมได อยางไรกตาม จากการสารวจงานวจยทผานมายงไมพบวามการนาว ธ ก า รออกแบบการทดลองแบบ สวนผสมมาประยกตใชในการหาอตราสวนผสมแบบหลอทราย ดงนน งานวจยนจงใชวธการออกแบบการทดลองแบบ

สวนผสมและวธพนผวผลตอบสนองมาประยกตใชในการหาอตราสวนผสมทเหมาะสมของแบบหลอทราย ซงเปนการนาทรายหลอทผานการใชงานแลวนากลบมาใชใหม โดยทสมบตเชงกลคอ ความแขงแรงอดในสภาพเปยก และความสามารถในการปลอยซมอากาศมคา ท เหมาะสมทสดโดยททาใหสมบต เ ชงกลของเหลกหลอตรงตอความตองการของลกคา

อปกรณและวธการวจย วตถดบ สวนผสมของแบบหลอทรายทใชในงานวจยคอ

ทรายทผานการใชงานแลวครงท 1 เบนโทไนตและน า ซงไดมาจากโรงงานกรณศกษา ทรายทนามาใชเปนทรายจากจงหวดระยองหรอเรยกวาทรายระยอง ตวประสานทใชคอโซเดยมเบนโทไนต (Na-bentonite) เปนตวประสานทเหมาะสมสาหรบใชในการสรางแบบหลอ ซงเ มอผสมเขากบน าจะทาใหเ กดแรงดงดดสามารถทจะยดเกาะแบบหลอและทาใหแบบหลอมความแขงแรง

ขนตอนการเตรยมสวนผสมของแบบหลอทราย นาทรายทผานการใชงานแลวครงท 1 ทผาน

กระบวนการทาใหทรายเยน (sand cooling) ทมการควบคมความชนของทรายท 3% ใสลงในภาชนะสาหรบเตรยมผสม ตอจากนนนาสวนผสมของเบนโทไนตและน าเตมเขาไปในปรมาณสดสวนตามแผนการทดลองสวนผสม แลวคลกเคลาสวนผสมใหเขากนเปนเวลานาน 5 นาท จากนนนาทรายทผสมแลวนามาเตรยมเปนตวอยางชนงานทดสอบและทาการทดสอบสมบตเชงกลและความสามารถในการปลอยซมอากาศทนท การทดสอบสมบตเชงกลคอความแขงแรงอดในสภาพเปยกและความสามารถในการปลอยซมอากาศ ชนงานตวอยางทใชในการทดสอบมลกษณะและรปรางเหมอนกน โดยมลกษณะเปนรปทรงกระบอกตามมาตรฐานของสมาคม A.F.S. (American Foundry’ men Society) ซงมขนาดเสนผานศนยกลาง 2 นว และสง 2 นว

379

PMO20-4

การทดสอบความแขงแรงอดในสภาพเปยก สาหรบเครองมอทใชในการทดสอบนคอ เครอง

Universal sand strength ซงเปนการทดสอบการรบแรงอดของชนงานตวอยาง โดยการเพมแรงกระทาไปยงชนตวอยางดวยอตราความเรวสม าเสมอ (อตราความเรวของแรงกดอดประมาณ 7.5 lb/n2 ในระยะเวลา 15 วนาท) จนกระทงชนงานตวอยางเกดการแตก แลวทาการบนทกคาความแขงแรงอดในหนวยปอนดตอตารางนว (lb/in2)

การทดสอบความสามารถในการปลอยซมอากาศ การทดสอบความสามารถในการปลอยซมอากาศ

เ ค รอง มอ ท ใชในการทดสอบคอ เค ร อง Electric permeability meter การทดสอบนเปนดชนชวดแสดงใหเหนถงปรมาณอากาศภายใตความดนอากาศคงทสามารถไหลผานชนงานตวอยางมาตรฐาน ซงคาตวเลขของการปลอยซมอากาศสามารถอานคาจากหนาปทมเครองมอทดสอบไดเลย โดยมหนวยวดเปนตวเลขของการปลอยซม

การออกแบบการทดลองแบบสวนผสม ในงานวจย นใชว ธการออกแบบการทดลอง

สวนผสมแบบ D-optimal ซงเปนการออกแบบการทดลองสวนผสมแบบมขอจากด (constrained mixture designs) สวนผสมของแบบหลอทรายม 3 สวนผสมประกอบไปดวย ทรายทผานการใชงานแลวครงท 1 แทนดวยสญลกษณ A เบนโทไนต แทนดวยสญลกษณ B และน า แทนดวยสญลกษณ C โดยมการกาหนดขอจากดของแตละสวนผสมททาการศกษาในหนวยเปอรเซนตโดยน าหนกอยในชวงของการผลตจรงของโรงงานกรณศกษา ตามงานวจยของ Toussaint et al. (2000) ซงแสดงดงตารางท 1 ตารางท 2 แสดงตารางการทดลองพรอมขอมลทไดจากการทดลองโดยแตละตวอยางการทดสอบจะทดสอบซ า 3 ครง แลวนามาหาคาเฉลย

ตารางท 1 สวนผสมและขอจากดของสวนผสมท นาไปใชในออกแบบการทดลอง

สวนผสม สญลกษณ ขอจากด

คาตา คาสง ทรายทผานการใชงานแลวครงท 1

A

90.00

99.9

เบนโทไนต B 0.05 5.0 นา C 0.05 5.0

ตารางท 2 อตราสวนผสมและขอมลจากการทดลอง

run A B C GCS Perm. 1 94.95 0.05 5.00 2.96 55.3 2 92.48 5.00 2.50 7.60 32.3 3 92.47 2.52 5.00 4.53 51.3 4 99.90 0.05 0.05 5.80 63.0 5 94.95 5.00 0.05 7.00 19.3 6 97.42 0.05 2.52 3.00 61.6 7 97.42 2.52 0.05 6.53 38.3 8 94.95 2.52 2.52 5.30 48.0 9 96.18 2.52 1.28 7.03 47.3 10 94.95 3.76 1.28 8.90 33.3 11 90.00 5.00 5.00 4.70 49.6

12* 90.00 5.00 5.00 6.80 55.0 13* 94.95 0.05 5.00 2.20 64.0 14* 97.42 0.05 2.52 2.70 68.0

หมายเหต * สวนผสมท 12, 13, 14 เปนสวนผสมซ าเพอ ทดสอบหาคา Lack of fit

GCS คอความแขงแรงอดในสภาพเปยก มหนวยเปนปอนดตอตารางนว

Perm. คอความสามารถในการปลอยซมอากาศ มหนวยเปนตวเลขของการปลอยซม

380

PMO20-5

ผลการวจยและการอภปรายผล การวเคราะหผลทางสถต ผลการทดลองในตารางท 2 สามารถนามาวเคราะห

เลอกรปแบบจาลองการถดถอยทางสถตของความแขงแรงอดในสภาพเปยกและความสามารถในการปลอย ซมอากาศโดยใชโปรแกรม Design-Expert version 7.0 (Statease, 2005) ซงแสดงดงตารางท 3 และตารางท 4 จากการวเคราะห พบวารปแบบเชงลาดบเ ส น ขอ งคว ามแข ง แ ร งอด ในสภ าพ เ ป ย กและความสามารถในการปลอยซมอากาศ มรปแบบเชงเสนตรง และรปแบบเชงเสนโคง ตามลาดบ โดยพจารณาจากคา p-value ของแตละรปแบบซงมคานอยกวา 0.05 และคา p-value ของการทดสอบ lack of fit มคามากกวา 0.05 ทระดบนยสาคญ 0.05 ซงแสดงใหเหนวา รปแบบจาลองการถดถอยทไดมความเหมาะสมกบขอมลและสามารถยอมรบรปแบบการถดถอยน นได นอกจากนคาคาสมประสทธตวกาหนด (R2) และคา predicted R2 ของแตละรปแบบมคาคอนขางสงใกลเคยง 1 ซงเปนการยนยนใหเหนวารปแบบการถดถอยทไดเปนรปแบบทเหมาะสม

ตารางท 3 ผลการวเคราะหรปแบบทางสถตของ ความแขงแรงอดในสภาพเปยก

model

R2

R2pred.

p-value lack of fit

p-value model

Linear

0.8

0.6

0.44

0.0002

ตารางท 4 ผลทางสถตแบบจาลองของความสามารถใน

การปลอยซมอากาศ

model

R2

R2pred.

p-value lack of fit

p-value model

Quadratic

0.95

0.85

0.85

0.0022

รปแบบสมการถดถอยเปนรปแบบสมการโพลโนเมยลอนดบสอง (second-order polynomial) ซงนาเสนอโดย Scheffe (Scheffé, 1958) รปแบบสมการนไมมจดตดหรอคาคงทและสวนกาลงสอง เนองจากผลรวมของสวนผสมทงหมดมคาเทากบ 1 หรอ 100% รปแบบจาลองการถดถอยของผลตอบสนองในตวแปรสวนประกอบเทยม (pseudo components) คอความแขงแรงอดในสภาพเปยก (GCS) และความสามารถในการปลอยซมอากาศ (Perm.) แสดงดงสมการท (1) และ (2) ตามลาดบ

GCS = 5.07A + 12.13B - 0.19C (1) Perm. = 64.70A -11.95B + 42.25C – 34.92AB + 25.48AC + 143.48BC (2)

จากสมการถดถอยท (1) และ (2) ถกนามาทาการสรางกราฟเสนโครงรางพนผวผลตอบสนอง (contour plot) ของคว ามแข ง แ ร งอด ในสภาพ เ ป ยกและความสามารถในการปลอยซมอากาศ ซงแสดงดงรปท 1 และรปท 2 ตามลาดบ จากการวเคราะหพบวา เมอสวนผสมเบนโทไนต (B) อยในระดบทสงและสวนผสมน า (C) อยในระดบทตา จะทาใหไดคาความแขงแรงอดในสภาพเปยกมคาสงขน ในขณะท เมอสวนผสมเบนโทไนต (B) อยในระดบทตาและสวนผสมนา (C) อยในระดบทสงจะทาใหคาความสามารถในการปลอยซมอากาศมคาทสงขน

381

PMO20-6

รปท 1 เสนโครงรางของคาความแขงแรงอดใน

สภาพเปยก

รปท 2 เสนโครงรางของคาความสามารถในการปลอย

ซมอากาศ

การหาอตราสวนผสมทเหมาะสมทสดโดยใหผลตอบสนองของความแขงแรงอดในสภาพเปยกและความสามารถในการปลอยซมอากาศมคาผลตอบสนองทเหมาะสมทสดรวมกน โดยการใชเทคนคการซอนทบกนของกราฟเสนโครงรางของผลตอบสนองแตละตวมาวางซอนทบกน (overlay plot) โดยกาหนดเงอนไข

ของคาความแขงแรงอดในสภาพเปยกอยในชวงประมาณ 7–8 lb/n2 (คมสน, 2548) และคาความสามารถในการปลอยซมอากาศอยในชวงระหวาง 30-68 ซงเปนคามาตรฐานของแบบหลอทรายทใชสาหรบงานหลอของโรงงานกรณศกษา จากการวเคราะหพบวา อตราสวนผสมทเหมาะสมทสดอยทระดบของสวนผสม A คอ X1 รอยละ 93.2 สวนผสม B คอ X2 รอยละ 5 และสวนผสม C คอ X3 รอยละ 1.8 ซงทาใหไดคาความแขงแรงอดในสภาพเปยก (GCS) ประมาณ 7.6 lb/in2 คาและความสามารถในการปลอยซมอากาศประมาณ 31.3 ซงแสดงดงรปท 3

A: A99.9

B: B9.95

C: C9.95

0.05 0.05

90

Overlay Plot

GCS: 7

GCS: 8

permeability: 30

permeability: 60

22

22

22

GCS: 7.63148permeability : 31.2923X1 93.1753X2 4.98172X3 1.84297

รปท 3 โครงรางพนผวผลตอบสนองทง 2 ผลตอบ

สนองมาวางซอนทบกน

อยางไรกตาม ในการดาเนนกระบวนการผลตหรอกระบวนการทดลองใดๆ อาจเกดคาความคลาดเคลอนของขอมล เ นองจากการทดลองซ า และค าความคลาดเคลอนของขอมลนควรทจะมคานอยทสด การวเคราะหการแพรกระจายความคลาดเคลอนของขอมล (propagation of error: POE) สามารถหาคาสวนผสมทเหมาะสมทสดททาใหคาความเบยงเบนมาตรฐานของผลตอบสนองมคานอยทสด (Anderson and Whitcomb, 2005; ชาญณรงค, 2553) การวเคราะหการแพรกระจาย

382

PMO20-7

ความคลาดเคลอนสามารถวเคราะหไดจากความผนแปรของสวนเบยงเบนมาตรฐานของแตละสวนผสมและคาผลตอบสนองตางๆ โดยกาหนดคาความเบยงเบนมาตรฐานของแตละสวนผสม A, B และ C เปน 1, 0.25, 0.20 ตามลาดบ (Anderson and Whitcomb, 2005) แสดงดงตารางท 5 ตารางท 5 สวนเบยงเบนมาตรฐานของแตละสวนผสม

component unit std. dev. low high A % 1.00 90.00 99.9 B % 0.25 0.05 5.0 C % 0.20 0.05 5.0

การวเคราะหการแพรกระจายความคลาดเคลอนให

มคาความคลาดเคลอนตาทสด โดยการกาหนดใหคาการแพรกระจายความคลาดเคลอนของความแขงแรงอดในสภาพเปยก และความสามารถในการปลอยซมอากาศมคานอยทสด ซงแสดงดงตารางท 6 ผลจากการกาหนดสวนเบยงเบนมาตรฐานแตละสวนผสมทาใหไดคาความคลาดเคลอนของความแขงแรงอดในสภาพเปยกอยในชวง 1.05-1.06 และความสามารถในการปลอยซมอากาศอยในชวง 3.85-4.74

ตารางท 6 การกาหนดคาเปาหมายของการแพรกระจายความคลาดเคลอนทง 2 ผลตอบสนอง

goal lower limit

upper limit

GCS max 7.00 8.00 perm. range 30.00 68.00

POE (GCS) minimize 1.05 1.06 POE (Perm.) minimize 3.85 4.74

จ า กก า ร ว เ ค ร า ะ ห ก า ร แพ ร ก ร ะ จ า ย ค ว า ม

คลาดเคลอน (Myers and Montgomery, 2002; Anderson and Whitcomb, 2005; StatEase, Inc., 2005) ผลของอตราสวนผสมทเหมาะสมในการวเคราะหการแพรกระจายความคลาดเคลอนแสดงดงรปท 4 การวเคราะห พบวาอตราสวนผสมทเหมาะสมทสดททาใหก า รแพ ร ก ระจ า ยคว ามคล าด เ ค ล อนนอ ย ท ส ดประกอบดวย สวนผสมของ A รอยละ 93.3 สวนผสมของ B รอยละ 5 และสวนผสมของ C รอยละ 1.7 ซงทาใหไดค าของความแขงแรงอดในสภาพเปยกและความสามารถในการปลอยซมอากาศททานายไดเทากบ 7.7 และ 30 ตามลาดบ

รปท 4 ผลของโปรแกรมในการวเคราะหการแพรกระจายความคลาดเคลอน

383

PMO20-8

อยางไรกตาม เพอเปนการตรวจสอบความถกตองของอตราสวนผสมทเหมาะสมทไดจากการทานาย มสมบตของคาความแขงแรงอดในสภาพเปยกและคาความสามารถในการปลอยซมอากาศตรงตามการทดลองจรงหรอไม จาเปนตองตองทาการยนยนผลการทดลอง พรอมคานวณหาชวงความเชอมนทระดบ 95 เปอรเซนตของผลตอบสนอง จากการทดลองอตราสวนผสมทเหมาะสมทสดททาใหคาการแพรกระจายความคลาดเคลอนนอยทสด ประกอบไปดวยสวนผสม ทรายทผานการใชงานแลวครงท 1 เบนโทไนต และน า รอยละ 93.3, 5.0 และ 1.7 ตามลาดบ โดยทาการทดลองซ าเปนจานวน 10 ซ า ผลจากการทดลองยนยนผลและผลการคานวณหาชวงความเชอมนแสดงดงตารางท 7 ตารางท 7 ผลการยนยนผลการทดลองและหาชวงความ

เชอมนท 95 % ของแตละผลตอบสนอง

ผลตอบสนอง

ชวงความเชอมน ท 95%

คาเฉลย

คาตา คาสง ความแขงแรงอดในสภาพเปยก (lb/n2)

7.68

7.92

7.80

ความสามารถในการปลอยซมอากาศ

29.76

31.44

30.6

เมอนาอตราสวนผสมทเหมาะสมทสดและมการ

แพรกระจายความคลาดเคลอนนอยทสดมาแปลงเปนคาของสวนผสมเทยม (pseudo components) จะไดสวนผสมของทรายทผานการใชงานแลวครงท 1 เบนโทไนต และน า เทากบ 0.34, 0.50 และ 0.16 ตามลาดบ เมอแทนคาในสมการถดถอยของคาความแขงแรงอดในสภาพเปยกและคาความสามารถในการปลอยซมอากาศของสวนประกอบเทยมในสมการท (1) และ (2) พบวาคาความแขงแรงอดในสภาพเปยกททานายไดมคาเทากบ 7.75 ปอนดตอตารางนว และคาความสามารถใน

การปลอยซมอากาศมคาเทากบ 30.2 ซงเมอนามาเทยบในตารางท 7 พบวาคาททานายไดของคาความแขงแรงอดในสภาพเปยกอยในชวงความเ ชอมน และคาความสามารถในการปลอยซมอากาศททานายมคาอยในชวงความเชอมนท 95 เปอรเซนต

การว เคราะหล กษณะสภาพผวภายนอกของชนงานหลอ

ในสวนของการตรวจสอบสภาพผวภายนอกของชนงานหลอทไดจากการหลอในแบบหลอทรายทมอตราสวนผสมของแบบหลอทราย 2 ประเภทอตราสวนผสมคอ อตราสวนผสมแบบเดมของโรงงานกรณศกษา และอตราสวนผสมของการแพรกระจายความคลาดเคลอนนอยทสดของ 2 ผลตอบสนอง การตรวจสอบลกษณะสภาพผวภายนอกของชนงานหลอสามารถกระทาภายใตกลองจลทรรศนกาลงขยายตา แ บ บ ก ล อ ง จ ล ท ร ร ร ศ น ส เ ต อ ร โ อ ซ ม ( zoom steriomicroscope) รน SZX 9 กาลงขยายทเลนสวตถ 10 เทา จากการพจารณาถงสภาพผวภายนอกของชนงานทไดจากอตราสวนผสมแบบหลอทรายแบบเดมของโรงงานกรณศกษา ซงแสดงดงรปท 5 พบวาสภาพผวภายนอกของชนงานมลกษณะผวทไมราบเรยบและผวของชนงานมลกษณะรอยนนหรอเรยกวาการเกดสะเกดแผล (scabbing) ซงมสาเหตมาจากแบบหลอทรายมความแขงแรงตาเมอถกความรอนของน าเหลกทเตมลงไปในแบบหลอเปนผลทาใหผวทรายเกดการขยายตวทาใหน าเหลกไหลซมไปตามรอยนนๆ (บญชา และคณะ, 2544) จากการตรวจสอบสภาพผวภายนอกเปนการยนยนใหเหนวาอตราสวนผสมแบบเดมของโรงงานกรณศกษามคาความแขงแรงของแบบหลอทรายไมไดตามมาตรฐานทกาหนด เ มอพจารณาถงสภาพผวภายนอกของชนงานทไดจากอตราสวนผสมแบบหลอทรายของการแพรกระจายความคลาดเคลอนนอยทสดของ 2 ผลตอบสนอง ซงแสดงดงรปท 6 พบวาสภาพผวภายนอกของชนงาน มลกษณะผวทราบเรยบกวาชนงานทไดจากอตราสวนผสมแบบหลอทรายแบบเดมของโรงงาน

384

PMO20-9

รปท 5 ลกษณะผวภายนอกชนงานหลอของอตรา

สวนผสมของแบบหลอทรายแบบเดมของโรงงานกรณศกษา

รปท 6 ลกษณะผวภายนอกชนงานหลอของอตรา

สวนผสมของแบบหลอทรายทเหมาะสม โดยการวเคราะหการ แพรกระจายความคลาดเคลอนนอยทสด

การว เคราะห เปรยบเท ยบคาความแข งของ

ชนงานหลอ ตารางท 8 แสดงความแขงของชนงานเหลกหลอท

หลอจากแบบหลอทราย 2 ประเภทของสวนผสม (ประเภทท 1: อตราสวนผสมของแบบหลอทรายแบบเดมของ

โรงงานกรณศกษา และประเภทท 2: อตราสวนผสมของแบบหลอทรายท เหมาะสม โดยการว เคราะหการ แพรกระจายความคลาดเคลอนนอยทสด) ตารางท 8 ความแขงของชนงานเหลกหลอทหลอจากแบบ

หลอทราย 2 ประเภทของสวนผสม

ประเภทท 1 ประเภทท 2

16.57 18.53

17.00 18.70

17.57 17.57

17.80 18.90

16.63 18.30

รปท 7 การวเคราะหความแตกตางของคาเฉลยความแขง

ของชนงานเหลกหลอทหลอจากแบบหลอทราย 2 ประเภทของสวนผสมโดยใช Microsoft® Excel

385

PMO20-10

การทดสอบความแตกตางของคาเฉลยความแขงใน 2 ประเภทของสวนผสมสามารถกระทาไดโดยการทดสอบสมมตฐานแบบ t-test โดยมสมมตฐานในการทดสอบคอ

0or:

0or:

21211

21210

H

H

โดยท 1 แทนคาเฉลยความแขงของชนงานเหลกหลอทหลอจากแบบหลอทรายแบบเดมของโรงงานกรณศกษา และ 2 แทนคาเฉลยความแขงของชนงานเหลกหลอทหลอจากแบบหลอทรายทมอตราสวนผสมทเหมาะสม โดยการวเคราะหการแพรกระจายความคลาดเคลอนนอยทสด การวเคราะหสามารถแสดงดงรปท 7 ซงเปนผลการวเคราะหความแตกตางของคาเฉลยความแขงของชนงานเหลกหลอทหลอจากแบบหลอทราย 2 ประเภทของสวนผสมโดยใช Microsoft® Excel ผลการวเคราะหชใหเหนวา ความแขงของชนงานเหลกหลอทหลอจากแบบหลอทรายทง 2 ประเภทมความแตกตางกนอยางมนยสาคญ โดยทดสอบทระดบนยสาคญ 0.05 นนคอ ความแขงโดยเฉลยของชนงานเหลกหลอทหลอจากแบบหลอทรายท มอตราสวนผสมทเหมาะสม โดยการวเคราะหการแพรกระจายความคลาดเคลอนนอยทสดมคาสงกวาความแขงโดยเฉลยของชนงานเหลกหลอทหลอจากแบบหลอทรายแบบเดมของโรงงานกรณศกษา

สรปผลการวจย งานวจยนเปนการประยกตใชวธการออกแบบการ

ทดลองแบบสวนผสมและการวเคราะหผลทางสถตมาประยกตใชในการหาอตราสวนผสมทเหมาะสมของแบบหลอทราย แลวทาใหสมบตของแบบหลอทรายตรงตามความตองการทกาหนด โดยททาใหสมบตเชงกลของเหลกหลอตรงตอความตองการของลกคา สวนผสมของแบบหลอทรายททาการทดลองคอ ทรายทผานการใชงานแลวครงท 1 เบนโทไนต และน าโดยมเงอนไขขอจากดอยในหนวยเปอรเซนตโดยน าหนกคอ 90 99.9A , 0.05 5B และ 0.05 5C โดยท A, B และ C คอ ทรายทผานการใชงานแลวครงท

1 เบนโทไนต และนา ตามลาดบ ผลตอบสนองทถกนามาประเมนหาสวนผสมทเหมาะสมของแบบหลอทรายไดแก ความแขงแรงอดในสภาพเปยก และความสามารถในการปลอยซมอากาศ นอกจากน การวเคราะหลกษณะสภาพผวภายนอกของชนงานหลอและ การวเคราะหเปรยบเทยบคาความแขงของชนงานหลอยงถกนามาพจารณาเปรยบเทยบความแตกตางระหวางชนงานเหลกหลอทหลอจากแบบหลอทรายทมอตราสวนผสมทเหมาะสม โดยการวเคราะหการแพรกระจายความคลาดเคลอนนอยทสดและชนงานเหลกหลอทหลอจากแบบหลอทรายแบบเดมของโรงงานกรณศกษา

ผลการวเคราะหพบวา อตราสวนผสมทเหมาะสมทสดททาใหการแพรกระจายความคลาดเคลอนนอยทสดประกอบดวย สวนผสมของทรายทผานการใชงานแลวครงท 1 รอยละ 93.3 เบนโทไนตรอยละ 5 และนารอยละ 1.7 ซงทาใหไดคาของความแขงแรงอดในสภาพเปยกและความสามารถในการปลอยซมอากาศททานายไดเทากบ 7.7 และ 30 ตามลาดบ เมอพจารณาถงสภาพผวภายนอกของชนงานทไดจากอตราสวนผสมแบบหลอทรายของการแพรกระจายความคลาดเคลอนนอยทสดของ 2 ผลตอบสนอง พบวาสภาพผวภายนอกของชนงาน มลกษณะผวทราบเรยบกวาชนงานทไดจากอตราสวนผสมแบบหลอทรายแบบเดมของโรงงาน นอกจากน ความแขงโดยเฉลยของชนงานเหลกหลอทหลอจากแบบหลอทรายทมอตราสวนผสมทเหมาะสม โดยการวเคราะหการแพรกระจายความคลาดเคลอนนอยทสดมคาสงกวาความแขงโดยเฉลยของชนงานเหลกหลอทหลอจากแบบหลอทรายแบบเดมของโรงงานกรณศกษา ผลการศกษานสามารถใชเปนขอมลประกอบการตดสนใจของผประกอบการได

ขอเสนอแนะ สาหรบแนวทางในการทางานวจยตอไปคอหลอ

ชนงานในแบบหลอทรายทมอตราสวนผสมทเหมาะสมทสด เพอนามาพจารณาตนทนการผลตระหวางการหลอ

386

PMO20-11

เหลกหลอทหลอจากแบบหลอทรายทมอตราสวนผสมทเหมาะสม โดยการว เคราะหการแพรกระจายความคลาดเคลอนนอยทสดและจากแบบหลอทรายแบบเดมของโรงงานกรณศกษา

กตตกรรมประกาศ งานวจย นไดรบการสนบสนนจากสานกงาน

กองทนสนบสนนการวจยทนวจยมหาบณฑต สกว. สาขาวทยาศาสตรและเทคโนโลยภายใตโครงการเ ช อมโย งภ าคก ารผ ลตกบ ง านว จ ย ( ทนสกว .-อตสาหกรรม หรอ MAG-Window I) ประจาป 2552

เอกสารอางอง คมสน จระภทรศลป. 2548. การวเคราะหและปรบปรง

ความสามารถกระบวนการการทาแบบหลอทรายชนเพอพฒนาคณภาพงานหลอโลหะ.งานวจยภาควชาครศาสตรอตสาหการ คณะครศาสตร อตสาหกรรมและเทคโนโลย มหาวทยาลยเทคโนโลยพระจอมเกลาธนบร.

ชาญณรงค สายแกว. 2553. สถตและการออกแบบการทดลองเชงวศวกรรม. ขอนแกน: คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยขอนแกน.

ชาญณรงค สายแกว และพนตา ศรประยา. 2552. การปรบปรงคณภาพชนสวนพลาสตกในการผลตอปกรณไฟฟา. วารสารวชาการพระจอมเกลาพระนครเหนอ, 19(3): 394-406.

บญชา ธนบญสมบต, ธนาภรณ โกราษฎร, วลาสน วฒถรสกล, อภชาต เหลกงาม, ธรพงษ หาญวโรจนกล . 2544. ขอบกพรองในงานหลอโลหะ สาเหตและวธการแกไข. ปทมธาน: ศนยเทคโนโลยโลหะและวสดแหงชาต สานกงานพฒนาวทยาศาสตรและเทคโนโลยแหงชาต.

สมาคมอตสาหกรรมหลอโลหะไทย. 2549. รายงานการศกษารวบรวมขอมลจากโรงงานเหลกทวทกภาคของของประเทศไทย. กรงเทพฯ.

หรส สตะบตร และเคนย จยอวา. 2543. หลอโลหะ. พมพครงท 5. กรงเทพฯ: สานกพมพดวงกมล.

Anderson, M.J. and Whitcomb, P.J. 2005. RSM Simplified: Optimizing Process Using Response Surface Methods for Design of Experiments. Productivity Press, New York.

Duèe, C., Dèsanglois, F., Lebecq, I., Moreau, G., Leriche, A., and Follet-Houttemane C. 2009. Mixture designs applied to glass bioactivity evaluation in the Si-Ca-Na system. Journal of Non-Crystalline Solids. 355: 943-950.

Guharaja, S., Noorul Haq, A., and Karuppannan, K.M. 2006. Optimization of green sand casting process parameters by using Taguchi’s method. International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 30: 1040-1048.

Karunakar, D. and Datta, G.L. 2007. Controlling green sand mould properties using artificial neural networks and genetic algorithms-A comparison. Applied Clay Science. 37: 58-66.

Kundu, R.R., and Lahiri, B.N. 2008. Study and statistical modelling of Green Sand Mould properties using RSM. International Journal of Materials and Product Technology. 31(2/3/4): 143-158.

Makino, H., Hirata M., and Hadano Y. 2003. Computer simulation and optimization of sand filling using the distinct element method. WFO Technical Forum 2003.

Marcia, J., Eric, S., and Kenneth, A. 1997. Concrete Mixture Optimization using statistical mixture design methods. International Symposium on High Performance Concrete. New Orleans, Louisiana, October 20-22.

387

PMO20-12

Myers, R.H. and Montgomery, D.C. 2002. Response Surface Methodology: Process and Product Optimization Using Designed Experiments. 2nd Edition, John Wiley and Sons, New York.

Scheffé, H. 1958. Experiments with mixtures. Journal of the Royal Statistical Society. Series B. 20: 344-366

StatEase, Inc., 2005. Design Expert 7 User’s Guide. Minneapolis, USA: StatEase.

Toussaint, P.M., Boscherville, S.M., and Queval, P.R. 2000. Method of improving the properties of reclaimed sand used for the production of foundry moulds and cores. United States Patent.

388