สรุปสั้นๆ

การขึ้นรูปแผ่นรองเบรกคือกระบวนการผลิตแบบแม่นยำที่ใช้สร้างโครงสร้างพื้นฐานจากเหล็กสำหรับผ้าเบรก กระบวนการนี้ใช้เครื่องอัดแรงสูง โดยทั่วไปมีแรงอัดตั้งแต่ 400 ถึง 1,000 ตัน เพื่อขึ้นรูปลวดเหล็กเป็นแผ่นแข็งที่ต้องทนต่อแรงเฉือนและแรงเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิอย่างรุนแรง อุตสาหกรรมนี้พึ่งพาสองวิธีหลัก คือ การตอกแบบทั่วไป ซึ่งให้ความเร็วและประสิทธิภาพด้านต้นทุนสำหรับชิ้นส่วนมาตรฐาน และ การตัดเฉือนละเอียด การตัดเฉือนละเอียด ซึ่งให้คุณภาพผิวตัดและความเรียบระดับสูง (มีค่าความคลาดเคลื่อนเพียง ±0.0005 นิ้ว) สำหรับการใช้งานที่ซับซ้อนและต้องการสมรรถนะสูง

นอกจากการขึ้นรูปพื้นฐานแล้ว การผลิตแผ่นรองเบรกในยุคปัจจุบันยังรวมระบบความปลอดภัยที่สำคัญ เช่น ระบบล็อกยึดเชิงกล (NRS) เข้าสู่กระบวนการตัดขึ้นรูปโดยตรง เพื่อป้องกันการหลุดลอกของวัสดุผ้าเบรก ไม่ว่าจะเป็นการรับประกันความเรียบสมบูรณ์แบบที่จำเป็นสำหรับการเบรกที่ไร้เสียง หรือการเคลือบสังกะสีเพื่อต้านทานปัญหา "สนิมดัน" คุณภาพของการตัดขึ้นรูปมีผลโดยตรงต่อความปลอดภัยและความทนทานของผ้าเบรกสำเร็จรูป

กระบวนการผลิต: จากคอยล์สู่ชิ้นส่วน

การเดินทางของแผ่นรองผ้าเบรกเริ่มต้นขึ้นก่อนที่มันจะเข้าสู่เครื่องกดอย่างมาก กระบวนการนี้ประกอบด้วยขั้นตอนการทำงานที่แม่นยำซึ่งออกแบบมาเพื่อเปลี่ยนเหล็กดิบให้กลายเป็นชิ้นส่วนที่มีความสำคัญต่อความปลอดภัย และสามารถทนต่อวงจรการเบรกได้หลายพันครั้ง

1. การเตรียมวัสดุและการป้อนวัสดุ

การผลิตเริ่มต้นด้วยคอยล์เหล็กกล้ารีดร้อนหรือรีดเย็นที่มีความแข็งแรงสูง โดยทั่วไปมีความหนาตั้งแต่ 2 มม. ถึง 6 มม. ขึ้นอยู่กับการใช้งานในยานพาหนะ (ยานพาหนะเพื่อการพาณิชย์แบบหนักอาจต้องใช้ความหนาได้สูงถึง 12 มม.) คอยล์ดังกล่าวจะถูกป้อนผ่านเครื่องปรับตรง/เครื่องทำให้เรียบ เพื่อกำจัดลักษณะโค้งของคอยล์และความเค้นภายใน ทำให้วัสดุมีความเรียบสมบูรณ์ก่อนเข้าสู่แม่พิมพ์ ความเรียบเป็นสิ่งที่จำเป็นอย่างยิ่ง เพราะหากมีความโค้งแม้เพียงเล็กน้อย จะส่งผลให้เกิดเสียงรบกวนขณะเบรก (NVH) ในขั้นตอนการประกอบสุดท้าย

2. ขั้นตอนการขึ้นรูปด้วยแรงกด

ในขั้นตอนสำคัญนี้ แถบเหล็กจะถูกป้อนเข้าสู่เครื่องอัดแรงสูง—มักใช้ระบบแม่พิมพ์แบบโปรเกรสซีฟ หรือเครื่องอัดแบบทรานสเฟอร์เฉพาะทาง ซึ่งเป็นขั้นตอนที่กำหนดรูปร่างเรขาคณิตของแผ่น ตัวเครื่องอัดจะดำเนินการหลายขั้นตอนในหนึ่งจังหวะเดียว:

• แบล็งกิ้ง (Blanking): ตัดเส้นรอบนอกของแผ่น
• การเจาะ (Piercing): เจาะรูสำหรับหมุดคาลิเปอร์หรือเซ็นเซอร์
• การขึ้นรูป: ขึ้นรูปลักษณะต่างๆ เช่น คลิปยึดอุปสรรค หรือลวดลายยึดตรึง

สำหรับผู้ผลิตที่ต้องการความสมดุลระหว่างการผลิตจำนวนมากและการออกแบบที่มีความแม่นยำทางวิศวกรรม ผู้ร่วมงานเช่น เทคโนโลยีโลหะเส้าอี้ ใช้เครื่องอัดแรงดันสูงสุดถึง 600 ตัน เพื่อผลิตชิ้นส่วนที่ได้รับการรับรองตามมาตรฐาน IATF 16949 ความสามารถของพวกเขารองรับตั้งแต่การผลิตต้นแบบอย่างรวดเร็ว (เพียง 50 ชิ้น) ไปจนถึงการผลิตจำนวนมาก ทำให้มั่นใจได้ว่าแม้แต่ชิ้นงานที่มีรูปร่างซับซ้อนก็สามารถเป็นไปตามมาตรฐานของผู้ผลิตรถยนต์รายใหญ่ระดับโลก

3. กระบวนการรองและการตกแต่งขั้นสุดท้าย

หลังจากแผ่นโลหะออกจากเครื่องอัด มันจะผ่านกระบวนการรองเพื่อเตรียมพื้นผิว ซึ่งมักจะรวมถึง การยิง การทำให้พื้นผิวหยาบขึ้นเพื่อการยึดติดด้วยกาว (ในกรณีที่ไม่ใช้การยึดด้วยกลไก) การลบคมขอบด้วยการกลิ้ง เพื่อลบขอบคมที่อาจทำให้แผ่นรองเสียหายหรือก่อให้เกิดอันตรายขณะประกอบ จากนั้นแผ่นจะถูกทำความสะอาด และมักจะได้รับการเคลือบป้องกันการกัดกร่อน เช่น การชุบสังกะสี หรือออกไซด์ดำ

การตัดเฉือนละเอียด เทียบกับ การตอกแบบทั่วไป

สำหรับวิศวกรและผู้จัดการฝ่ายจัดซื้อ การเลือกระหว่างการตัดเฉือนละเอียดและการตอกแบบทั่วไปคือการตัดสินใจทางเทคนิคที่สำคัญที่สุดในห่วงโซ่อุปทาน แม้ว่ากระบวนการทั้งสองจะตัดโลหะได้เหมือนกัน แต่กลไกการทำงาน—และผลลัพธ์—นั้นมีความแตกต่างกันโดยสิ้นเชิง

การตอกแบบทั่วไป

ในการตัดด้วยแม่พิมพ์แบบทั่วไป ลูกสูบจะกระแทกโลหะ ทำให้เกิดการเฉือนประมาณหนึ่งในสามของความหนา ก่อนที่วัสดุจะแตกร้าวหรือ "หัก" ผ่านทางที่เหลือ ส่งผลให้ขอบที่ได้มีลักษณะหยาบและมีโซน "die break" ซึ่งมักจะเอียง เมื่อเทียบกับการใช้งานทั่วไป การตัดด้วยแม่พิมพ์แบบทั่วไปมีประสิทธิภาพและคุ้มค่า แต่โดยทั่วไปจำเป็นต้องมีการเจียรหรือไสเพิ่มเติมหากต้องการขอบเรียบที่สมบูรณ์สำหรับการติดตั้งคาลิปเปอร์อย่างแม่นยำ

การตัดเฉือนละเอียด

การตัดละเอียด (Fine blanking) เป็นกระบวนการอัดขึ้นรูปเย็นที่ใช้เครื่องอัดแบบสามแรง ซึ่งประยุกต์ใช้แรงสามชนิดที่แตกต่างกัน ได้แก่ แรงกดลงจากลูกสูบ แรงต้านจากด้านล่าง และแรงยึดแน่นแบบ "V-ring" ที่จับวัสดุให้แน่นก่อนการตัด ซึ่งช่วยป้องกันไม่ให้วัสดุเคลื่อนตัวออกจากลูกสูบ ส่งผลให้ได้ขอบที่ถูกเฉือนอย่างสมบูรณ์ 100% มีลักษณะเรียบ ตั้งฉาก และปราศจากรอยแตกร้าว

ระบบยึดเชิงกล (NRS) เทียบกับการติดด้วยกาว

หนึ่งในฟังก์ชันที่สำคัญที่สุดของแผ่นรองคือการยึดวัสดุเสียดทาน (ก้อนผ้าเบรก) ให้อยู่กับที่อย่างมั่นคง โดยในอดีตจะใช้กาวในการยึดติด แต่วิศวกรรมสมัยใหม่ให้ความชอบในการใช้ ระบบยึดเชิงกล (Mechanical Retention Systems: MRS) ซึ่งมักเรียกกันในชื่อทางการค้าว่า NRS (Nucap Retention System)

ข้อบกพร่องของกาว

ผ้าเบรกแบบดั้งเดิมพึ่งพาการใช้กาวที่แข็งตัวจากความร้อนเพื่อยึดวัสดุเสียดทานเข้ากับแผ่นเหล็ก ถึงแม้ว่าจะได้ผลดีในระยะแรก แต่การยึดนี้มีแนวโน้มที่จะล้มเหลวได้สองประการหลักๆ:

1. แรงเฉือนจากความร้อน: อุณหภูมิที่สูงมากขณะเบรกสามารถทำลายพันธะทางเคมีของกาว ส่งผลให้ผ้าเบรกหลุดออกภายใต้แรงกดที่หนัก
2. การยกตัวจากสนิม: ในสภาพแวดล้อมที่ก่อให้เกิดการกัดกร่อน สนิมจะเกิดขึ้นบนแผ่นเหล็กและค่อยๆ แทรกเข้าไปใน ภายใต้ กาว เมื่อสนิมขยายตัว (มีปริมาตรมากกว่าเหล็ก) จะยกวัสดุเสียดทานออกจากแผ่นโดยตรง ทำให้เกิดการแยกชั้นและการล้มเหลวอย่างรุนแรง

โซลูชันเชิงกล

การยึดติดแบบกลไกเกี่ยวข้องกับการตอกตะปูเหล็กขนาดเล็กหลายร้อยตัวที่มีลักษณะสองทิศทางลงบนพื้นผิวของแผ่นรองเบรกโดยตรง ในระหว่างกระบวนการขึ้นรูป วัสดุเสียดทานจะไหลล้อมรอบและใต้ตะขอเหล่านี้ จากนั้นจะแข็งตัวกลายเป็นคอมโพสิตที่ล็อกกันแน่น ซึ่งสร้างพันธะทางกายภาพที่ไม่สามารถถูกทำลายได้ด้วยความร้อนหรือสารเคมี

เมื่อผสมผสานเข้ากับ เหล็กชุบสังกะสี , การยึดติดแบบกลไกช่วยกำจัดปัญหาแรงยกจากสนิมได้อย่างสิ้นเชิง เนื่องจากไม่มีชั้นกาวที่อาจเสื่อมสภาพ พันธะจึงยังคงมั่นคงจนถึงชั้นวัสดุเสียดทานชั้นสุดท้าย มีผลให้อายุการใช้งานที่ปลอดภัยของผ้าเบรกยาวนานขึ้นอย่างมาก

ข้อกำหนดวัสดุและมาตรฐานคุณภาพ

ความสมบูรณ์ของแผ่นรองเบรกขึ้นอยู่กับคุณภาพของวัสดุดิบอย่างสมบูรณ์ ผู้ผลิตมักใช้เหล็กแผ่นรีดร้อนเกรดเฉพาะ เช่น SAPH440 หรือ Q235 ซึ่งมีความแข็งแรงดึงและความเหนียวตามที่ต้องการ

การป้องกันข้อบกพร่องที่สำคัญ

การควบคุมคุณภาพในการขึ้นรูปเน้นการระบุและกำจัดข้อบกพร่องในระดับจุลภาคที่อาจนำไปสู่ความล้มเหลวในการใช้งานจริง:

• ไดรอลล์ (Die Roll): รอยเว้าบนพื้นผิวด้านบนของขอบที่ถูกขึ้นรูป ไดรอลล์ที่มากเกินไปสามารถลดพื้นที่สัมผัสที่มีประสิทธิภาพสำหรับแผ่นเบรกชิม ซึ่งอาจทำให้เกิดปัญหาเสียงดังได้
• ครีบหรือขอบหยาบ: ส่วนที่ยื่นแหลมคมบนขอบตัด เศษโลหะยื่น (Burrs) ที่เกิน 0.2 มม. อาจไปขัดขวางคลิปกันกระเทือนของคาลิเปอร์ ทำให้ผ้าเบรกไม่สามารถหดกลับได้อย่างเหมาะสม และก่อให้เกิดแรงต้าน
• โซนแตกร้าว (Fracture Zones): ในการขึ้นรูปแบบเดิม รอยแตกร้าวที่ลึกอาจทำให้เกิดรอยแตกเพิ่มเติมภายใต้แรงเครียดแบบหมุนเวียนจากกระบวนการเบรก

เพื่อให้มั่นใจในความน่าเชื่อถือ ผู้ผลิตชั้นนำจะทำการทดสอบแผ่นอย่างเข้มงวด รวมถึง การทดสอบด้วยละอองเกลือ (เพื่อยืนยันความต้านทานการกัดกร่อนของชั้นเคลือบ) และ การทดสอบแรงเฉือน (เพื่อวัดแรงที่จำเป็นในการแยกวัสดุฉนวนออกจากแผ่น) โดยทั่วไปข้อกำหนดแรงเฉือนมาตรฐานมักเกิน 4-5 เมกะพาสกาล เพื่อให้มั่นใจในความปลอดภัยภายใต้สภาวะการเบรกฉุกเฉิน

ความแม่นยำทางวิศวกรรมสำหรับความปลอดภัย

การผลิตแผ่นรองเบรกนั้นซับซ้อนกว่าการตอกโลหะทั่วไปมากนัก มันคือศาสตร์แห่งไมครอนและโลหะวิทยา ไม่ว่าจะใช้กระบวนการตัดขึ้นรูปแบบเดิมที่มีต้นทุนต่ำหรือกระบวนการตัดละเอียดที่มีความแม่นยำสูงเป็นพิเศษ เป้าหมายก็ยังคงเหมือนเดิม คือ การสร้างพื้นฐานที่แข็งแรงและทนทานสำหรับระบบเบรกของรถ เมื่อรถยนต์มีน้ำหนักเพิ่มขึ้น (โดยเฉพาะรถยนต์ไฟฟ้า EV) และมีเสียงรบกวนลดลง ความต้องการแผ่นรองเบรกที่มีค่าความคลาดเคลื่อนต่ำกว่า เรียบเสมอมากขึ้น และมีระบบยึดเกาะเชิงกลที่ปลอดภัยยิ่งขึ้นก็จะเพิ่มสูงขึ้นตามไปด้วย สำหรับผู้ซื้อและวิศวกร การเข้าใจเทคโนโลยีพื้นฐานเหล่านี้คือก้าวแรกในการรับประกันความปลอดภัยและสมรรถนะบนท้องถนน

คำถามที่พบบ่อย

1. หากแผ่นรองเบรกเกิดสนิมทะลุขึ้นมา จะเกิดอะไรขึ้น

หากแผ่นรองหลังเกิดการกัดกร่อนอย่างรุนแรง อาจนำไปสู่ปรากฏการณ์ที่เรียกว่า "การยกตัวจากสนิม (rust jacking)" ซึ่งชั้นสนิมจะขยายตัวและดันให้วัสดุผิวสัมผัสแยกออกจากแผ่นเหล็ก (การหลุดชั้น) ส่งผลให้เกิดเสียงดัง เสียงเคาะ และการสั่นสะเทือนอย่างรุนแรง รวมถึงอาจทำให้สูญเสียแรงเบรกโดยสมบูรณ์ได้ หากชิ้นส่วนผิวสัมผัสหลุดออก การใช้แผ่นชุบสังกะสีร่วมกับระบบยึดเชิงกลูกถูกออกแบบมาโดยเฉพาะเพื่อป้องกันความล้มเหลวในลักษณะนี้

2. ทำไมการตัดเฉือนละเอียด (fine blanking) จึงเป็นที่นิยมสำหรับชิ้นส่วนเบรกของผู้ผลิตรถยนต์ (OEM)?

ผู้ผลิตรถยนต์ (OEM) นิยมใช้การตัดเฉือนละเอียด (fine blanking) เพราะกระบวนการนี้สามารถผลิตชิ้นส่วนที่มีความเรียบเสมอมาก และขอบที่ตัดเรียบเรียบร้อยตลอด 100% โดยไม่จำเป็นต้องทำการกลึงเพิ่มเติม ซึ่งช่วยให้ชิ้นส่วนพอดีกับคาลิปเปอร์เบรกอย่างแม่นยำ ลดการสั่นสะเทือนและเสียงรบกวน (NVH) ซึ่งเป็นสิ่งสำคัญต่อมาตรฐานคุณภาพของรถยนต์คันใหม่

3. สามารถใช้ตะขอสำหรับยึดเชิงกลกับวัสดุผิวสัมผัสทุกประเภทได้หรือไม่?

ใช่ ตะขอเกี่ยวแบบกลไกสามารถใช้ร่วมกับสูตรแรงเสียดทานส่วนใหญ่ได้ รวมถึงวัสดุประเภทกึ่งโลหะ เซรามิก และสารอินทรีย์ โดยวัสดุแรงเสียดทานจะถูกขึ้นรูปโดยตรงทับตะขอในขั้นตอนการอัดและการอบจนแข็งตัว ทำให้เกิดการล็อกทางกายภาพถาวร โดยไม่ขึ้นกับองค์ประกอบทางเคมีของผ้าเบรก