จุลสารนวัตกรรม ฉบับที่ 80 – นวัตกรรมจากสถาบัน : เรื่อง การวิเคราะห์เชิงตัวเลขของการไหลและการถ่ายเทความร้อนของเหล็กหลอมในการตรวจหาข้อบกพร่องการหล่อท่อประปา โดยใช้วิธีการติดตามแบบแยกย่อย (Split Tracking)

        งานวิจัยนี้มีเป้าหมายเพื่อพัฒนาประสิทธิภาพของกระบวนการหล่อทรายด้วยแรงโน้มถ่วง ซึ่งเป็นเทคนิคที่ได้รับความนิยมและถูกนำมาใช้อย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมการผลิตชิ้นส่วนท่อประปา เนื่องจากสามารถผลิตชิ้นงานโลหะได้ในปริมาณมากและมีต้นทุนที่คุ้มค่า อย่างไรก็ตาม ปัญหาที่พบบ่อยคือการเกิดข้อบกพร่องทั้งภายในและบนพื้นผิวชิ้นงาน เช่น การเกิดโพรงอากาศ รอยแตกร้าว และการแข็งตัวที่ไม่สม่ำเสมอ ซึ่งส่งผลต่อคุณภาพและความแข็งแรงของผลิตภัณฑ์

        เพื่อตอบโจทย์ปัญหาดังกล่าว งานวิจัยนี้ได้นำวิธีการคำนวณพลศาสตร์ของไหล (Computational Fluid Dynamics: CFD) มาประยุกต์ใช้ร่วมกับซอฟต์แวร์ FLOW-3D CAST โดยใช้วิธี Volume of Fluid (VOF) ในการวิเคราะห์พฤติกรรมการไหลของโลหะหลอมตั้งแต่ขั้นตอนการเท การกระจายตัวในแม่พิมพ์ ไปจนถึงการแข็งตัวและการเย็นตัวของชิ้นงาน ผลการจำลองพบว่าการออกแบบและการกำหนดตำแหน่งของรันเนอร์ และสปรู ที่เหมาะสมมีบทบาทสำคัญอย่างยิ่งต่อการลดความสูญเสีย ป้องกันการเกิดข้อบกพร่อง และเพิ่มคุณภาพของการหล่อโลหะ
        การควบคุมอุณหภูมิการตกผลึก รวมถึงการบริหารจัดการช่วงเวลาการแข็งตัวที่สำคัญระหว่าง 100–600 วินาที ถูกระบุว่าเป็นปัจจัยหลักที่มีผลต่อคุณภาพชิ้นงานและประสิทธิภาพของกระบวนการ โดยการเทที่อุณหภูมิ 1550 °C ภายในเวลาเพียง 20 วินาที ส่งผลต่อกระบวนการแข็งตัวที่ใช้เวลารวมประมาณ 740 วินาที ซึ่งเป็นข้อมูลเชิงลึกที่สามารถนำไปใช้กำหนดเงื่อนไขการผลิตที่เหมาะสมได้

คำอธิบายรายละเอียดของรูปที่ 2 ( a – d)

(a) เวลา 5 วินาที: แสดงการเริ่มต้นของการไหล โลหะหลอมที่มีอุณหภูมิสูงสุด ~1550 °C ไหลเข้าจากทางสปรู (Sprue)

(b) เวลา 10 วินาที: โลหะหลอมเริ่มกระจายไปตามทางวิ่ง (runner) และเข้าสู่โพรงแบบหล่อ แต่ยังคงมีความแตกต่างของอุณหภูมิในบางจุด

(c) เวลา 15 วินาที: พบความแตกต่างของอุณหภูมิสูง (~200 °C) ระหว่างจุดร้อนและจุดเย็นในแม่พิมพ์ ทำให้เกิดความเสี่ยงของการแข็งตัวไม่สม่ำเสมอ

(d) เวลา 20 วินาที: บริเวณปลายสุดของโพรงแม่พิมพ์มีอุณหภูมิต่ำสุด (1350–1380 °C) ซึ่งอาจเป็นจุดเสี่ยงต่อการเกิดข้อบกพร่อง เช่น การเกิดโพรงอากาศ (porosity) หรือ cold shut

        งานวิจัยนี้ยังมีคุณค่าอย่างยิ่งต่อการเรียนการสอนในรายวิชาต่าง ๆ ของ สถาบันนวัตกรรมการเรียนรู้ (IL) เนื่องจากเป็นตัวอย่างของการบูรณาการองค์ความรู้ด้านวิศวกรรม การคำนวณเชิงตัวเลข และการใช้ซอฟต์แวร์จำลองขั้นสูง เข้ากับการออกแบบและการแก้ปัญหาในสถานการณ์จริง จากวิชา ILSE 617 Emerging Technology for Learning สามารถเรียนรู้การใช้ซอฟต์แวร์จำลองเพื่อวิเคราะห์การไหลของของไหลและการถ่ายเทความร้อน ฝึกการคิดวิเคราะห์เชิงระบบ และพัฒนาทักษะด้านการออกแบบเชิงวิศวกรรม (Engineering Design) ซึ่งสอดคล้องกับการจัดการเรียนการสอนเชิงนวัตกรรมที่ IL ให้ความสำคัญ

        ในมิติของการเชื่อมโยงกับ เป้าหมายการพัฒนาที่ยั่งยืน (SDGs) งานวิจัยนี้ตอบสนองต่อหลายประเด็นสำคัญ ได้แก่

• SDG 4 การศึกษาที่มีคุณภาพ โดยนำผลวิจัยมาใช้เป็นสื่อการเรียนการสอนเชิงปฏิบัติการในรายวิชาด้านวิศวกรรมและนวัตกรรมการเรียนรู้
• SDG 9 อุตสาหกรรม นวัตกรรม และโครงสร้างพื้นฐาน ผ่านการพัฒนากระบวนการผลิตที่มีคุณภาพ ลดข้อบกพร่อง และสร้างมูลค่าเพิ่ม
• SDG 12 การผลิตและการบริโภคที่ยั่งยืน โดยลดการสูญเสียและการใช้ทรัพยากรเกินจำเป็นผ่านการนำชิ้นงานที่มีตำหนิกลับมาใช้ใหม่และเพิ่มประสิทธิภาพการผลิต
• SDG 13 การรับมือการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ ด้วยการปรับปรุงกระบวนการผลิตให้ลดพลังงานสิ้นเปลืองและลดผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม

        ดังนั้น งานวิจัยนี้จึงไม่เพียงแต่มีคุณค่าทางวิชาการและอุตสาหกรรมเท่านั้น แต่ยังเป็นตัวอย่างเชิงรูปธรรมของการบูรณาการงานวิจัยเข้ากับการเรียนการสอน และการสนับสนุนเป้าหมายการพัฒนาที่ยั่งยืนในระดับโลก ซึ่งเหมาะสมอย่างยิ่งต่อการนำไปใช้ประโยชน์โดยตรงในรายวิชาของสถาบันนวัตกรรมการเรียนรู้ และเป็นฐานต่อยอดสำหรับการวิจัยและการพัฒนาเชิงบูรณาการต่อไปในอนาคต

อ้างอิง
Namchanthra, S., Phirommark, P., Phengpom, T., Priyadumkol, J., Wijitdamkerng, W., Chookaew, W., Suvanjumrat, C., & Promtong, M. (2025). Numerical analysis of molten iron flow and heat transfer in plumbing casting defect detection using split tracking approach. Case Studies in Thermal Engineering, 72, 106287. https://doi.org/10.1016/j.csite.2025.106287