สรุปสั้นๆ

การแตกร้าวของแม่พิมพ์ดึงขึ้นรูปเป็นข้อผิดพลาดที่ร้ายแรงในการผลิต ซึ่งเกิดจากความเค้นที่มากเกินไป ข้อบกพร่องของวัสดุ ข้อผิดพลาดในการดำเนินงาน และการออกแบบเครื่องมือที่ไม่ดี สาเหตุหลัก ได้แก่ ความเค้นอัดเฉพาะที่ซึ่งทำให้วัสดุแข็งตัวจากการเปลี่ยนรูปร่าง การปลดปล่อยความเค้นภายในวัสดุ และข้อบกพร่องทางโลหะวิทยาในแม่พิมพ์หรือชิ้นงาน อีกทั้งการหล่อลื่นไม่เพียงพอ การจัดตำแหน่งอุปกรณ์ที่ผิดพลาด และรูปร่างของแม่พิมพ์ที่ไม่เหมาะสม เช่น รัศมีหรือช่องว่างที่ไม่ถูกต้อง ก็เป็นปัจจัยสำคัญที่ทำให้แม่พิมพ์เสียหายก่อนกำหนด

เข้าใจความแตกต่างที่สำคัญ: การแตกร้าว แตกต่างจากการแยกตัว

ก่อนการวินิจฉัยข้อบกพร่อง จะต้องแยกให้ออกระหว่างการแตกร้าว (cracking) และการแยกชั้น (splitting) เนื่องจากสาเหตุรากและแนวทางแก้ไขนั้นแตกต่างกันโดยสิ้นเชิง การระบุประเภทความล้มเหลวผิดมักนำไปสู่การดำเนินการแก้ไขที่ผิดพลาดและไม่ได้ผล แม้ว่าทั้งสองกรณีจะส่งผลให้ชิ้นงานถูกปฏิเสธ แต่กลับมีที่มาจากภาวะความเครียดที่ตรงข้ามกัน

การแบ่งแยก เป็นข้อบกพร่องจากการรับแรงดึง มักเกิดขึ้นเมื่อโลหะถูกยืดออกจนเกินขีดจำกัดความสามารถในการยืดตัวสูงสุด โดยกระบวนการนี้มักมีอาการนำคือ การบางตัวของวัสดุอย่างเห็นได้ชัด ซึ่งเรียกว่า "การเกิดคอ (necking)" ลองนึกภาพการดึงขนมทาร์ฟี่จนตรงกลางบางลงและในที่สุดก็ขาดออกจากกัน ในกระบวนการขึ้นรูปแบบดึง (drawing process) การแยกชั้นมักปรากฏเป็นรอยฉีกแนวนอนใกล้บริเวณรัศมีของหมัดเจาะ (punch radius) ซึ่งวัสดุถูกยืดจนบางเกินไป แนวทางแก้ไขที่พบบ่อย ได้แก่ การเพิ่มรัศมีของหมัดเจาะ การปรับปรุงการหล่อลื่น หรือการใช้วัสดุที่มีคุณสมบัติการยืดตัวได้ดีกว่า

เกิดรอยแตกร้าว , ในทางกลับกัน เป็นการล้มเหลวจากแรงอัด มันเกิดจากแรงอัดที่กระจุกตัวมากเกินไป ซึ่งทำให้วัสดุมีความเปราะและแข็งเกินไปในบริเวณเฉพาะจุด เหมือนที่ได้อธิบายไว้ในการวิเคราะห์โดย ผู้สร้าง , รูปแบบการล้มเหลวนี้ส่งผลให้โลหะบริเวณที่แตกมีความหนาเพิ่มขึ้นเมื่อเทียบกับสภาพเดิม รอยแตกมักปรากฏเป็นการล้มเหลวในแนวตั้ง และพบได้บ่อยขึ้นเรื่อย ๆ กับเหล็กกล้าความแข็งแรงสูงและเหล็กกล้าไร้สนิม การพยายามแก้ไขรอยแตกด้วยวิธีที่ออกแบบมาสำหรับการฉีกขาด จะยิ่งทำให้ปัญหาแย่ลง

เพื่อช่วยในการวินิจฉัยอย่างถูกต้อง โปรดพิจารณาความแตกต่างสำคัญเหล่านี้:

สาเหตุที่เกี่ยวข้องกับวัสดุและความบกพร่องโดยธรรมชาติ

คุณสมบัติทางกายภาพและเคมีของชิ้นงานและแม่พิมพ์เอง มักเป็นสาเหตุสำคัญของการแตกร้าว ความล้มเหลวที่เกิดจากวัสดุมักสังเกตได้ยาก แต่มีผลกระทบอย่างมากต่ออัตราผลผลิตและอายุการใช้งานของเครื่องมือ ปัญหาเหล่านี้สามารถจัดแบ่งได้เป็นสองกลุ่มใหญ่ๆ คือ ปัญหาจากวัสดุดิบที่ใช้ขึ้นรูป และความบกพร่องในวัสดุที่ใช้สร้างแม่พิมพ์

สำหรับชิ้นงาน การเลือกวัสดุดิบที่ไม่เหมาะสมถือเป็นสาเหตุหลัก โดยเฉพาะวัสดุที่มีความเหนียวต่ำหรือดัชนีการแข็งตัวจากความเย็นสูง เช่น เหล็กสเตนเลสแบบออกเทนไนติก ซึ่งมีแนวโน้มที่จะเกิดการเปลี่ยนเฟสระหว่างการเปลี่ยนรูปร่าง จนก่อให้เกิดโครงสร้างมาร์เทนไซต์ที่เปราะและทำให้วัสดุแตกร้าวง่าย ตามที่ผู้เชี่ยวชาญจาก Kanou Mould . นอกจากนี้ ความบกพร่องบนพื้นผิวของชิ้นงานต้นแบบ เช่น รอยขีดข่วนหรือการสึกหรอจากการเสียดสี อาจทำให้วัสดุไหลเข้าสู่แม่พิมพ์ได้ไม่เรียบ นำไปสู่การแตกร้าว ซึ่งเป็นปัญหาที่พบได้บ่อยและถูกกล่าวถึงโดย การขึ้นรูปอย่างแม่นยำ .

ในด้านเครื่องมือ อุปกรณ์ การเลือกวัสดุแม่พิมพ์ที่มีคุณภาพถือเป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่ง ตัวอย่างเช่น แม่พิมพ์ที่ผลิตจากคาร์ไบด์คุณภาพต่ำ อาจนำไปสู่ความล้มเหลวที่รุนแรงได้ การวิเคราะห์สาเหตุอย่างละเอียดใน The Fabricator's Tube & Pipe Journal ชี้ให้เห็นว่าข้อบกพร่องทางโลหะวิทยา เช่น รูพรุนที่เกิดจากการเผาไม่เหมาะสม เป็นสาเหตุหลักประการหนึ่ง เมื่อผงคาร์ไบด์ไม่ได้รับการเผาอย่างถูกต้อง ส่วนประกอบทังสเตนและโคบอลต์จะไม่ประสานกันอย่างเหมาะสม ทำให้โครงสร้างของแม่พิมพ์อ่อนแอลง และไม่สามารถทนต่อแรงดึงในกระบวนการรีดได้ ส่งผลให้เกิดจุดอ่อนที่รอยแตกสามารถเริ่มต้นและขยายตัวได้ง่าย

เพื่อลดปัญหาความล้มเหลวที่เกี่ยวข้องกับวัสดุ ควรมีการใช้กลยุทธ์หลายประการที่ได้ผล:

• การเลือกวัสดุ: เลือกวัสดุที่มีความเหนียวและความสามารถในการขึ้นรูปที่ดีสำหรับการใช้งานตามวัตถุประสงค์ สำหรับวัสดุที่เกิดการแข็งตัวจากแรงงานอย่างมีนัยสำคัญ ควรวางแผนดำเนินการอบอ่อนระหว่างกระบวนการเพื่อกู้คืนความเหนียว
• การควบคุมคุณภาพ: ดำเนินการตรวจสอบอย่างเข้มงวดต่อวัตถุดิบที่ได้รับ เพื่อตรวจหาข้อบกพร่องบนผิวหรือความไม่สม่ำเสมอของความหนา
• ข้อกำหนดวัสดุดาย ยืนยันการใช้วัสดุคาร์ไบด์คุณภาพสูงที่เผาจนได้คุณภาพเหมาะสม หรือเหล็กเครื่องมือชนิดอื่นที่เหมาะสม จากผู้จัดจำหน่ายที่น่าเชื่อถือ ตรวจสอบให้แน่ใจว่าวัสดุดายเหมาะสมกับแรงเครียดที่เกิดขึ้นในกระบวนการดึงวัสดุชิ้นงานเฉพาะ

ความล้มเหลวจากการปฏิบัติงาน: ความเครียดของกระบวนการ, การหล่อลื่น และการจัดแนว

แม้ว่าวัสดุและแบบดายจะสมบูรณ์แบบ แต่ข้อผิดพลาดในกระบวนการดึงเองก็ยังคงเป็นสาเหตุสำคัญของการแตกร้าว ความล้มเหลวเชิงปฏิบัติการเหล่านี้มักเกิดจากปฏิสัมพันธ์ที่ซับซ้อนระหว่างแรงเครียด แรงเสียดทาน และการตั้งค่าทางกล การแก้ไขปัญหาเหล่านี้จำเป็นต้องมีการตรวจสอบและควบคุมสภาพแวดล้อมการผลิตอย่างรอบคอบ

หนึ่งในสาเหตุพื้นฐานที่สุดคือ การปลดปล่อยแรงเครียดภายใน . ตามที่แหล่งข้อมูลในอุตสาหกรรมหลายแห่งระบุ ความเครียดภายในเป็นผลพลอยได้ที่หลีกเลี่ยงไม่ได้จากการผลิตโลหะ ระหว่างกระบวนการดึง ความเครียดที่สะสมเหล่านี้จะถูกปลดปล่อยออกมา ซึ่งอาจปรากฏเป็นรอยแตก บางครั้งเกิดขึ้นทันทีหลังการขึ้นรูป หรือแม้แต่หลังจากเก็บรักษาไว้เป็นระยะเวลาหนึ่ง ซึ่งเป็นเรื่องที่พบได้บ่อยโดยเฉพาะกับวัสดุที่มีดัชนีการแข็งตัวสูง

การหล่อลื่นไม่เพียงพอ เป็นอีกหนึ่งความล้มเหลวในการดำเนินงานที่สำคัญ น้ำหล่อเย็นช่วยสร้างฟิล์มป้องกันระหว่างแม่พิมพ์กับชิ้นงาน ลดแรงเสียดทานและความร้อน เมื่อฟิล์มนี้เสื่อมสภาพ จะเกิดการสัมผัสโดยตรงระหว่างโลหะกับโลหะ ส่งผลให้เกิดการติดกันของผิว (galling) แรงดึงเพิ่มสูงขึ้น และในที่สุดนำไปสู่การแตกหัก การเลือกใช้น้ำหล่อเย็นจึงมีความสำคัญอย่างยิ่ง สำหรับวัสดุที่ขึ้นรูปยาก เช่น เหล็กกล้าไร้สนิม อาจจำเป็นต้องใช้น้ำหล่อเย็นพิเศษ เช่น ฟิล์ม PVDF เพื่อรักษากำแพงกั้นที่มีประสิทธิภาพ

และสุดท้าย การจัดตำแหน่งเครื่องจักรไม่ถูกต้อง สามารถทำให้เกิดแรงเครียดไม่สม่ำเสมอที่ก่อให้เกิดความล้มเหลวของหัวดายอย่างรวดเร็วได้ ตัวอย่างเช่น รอกที่สึกหรอซึ่งป้อนลวดเข้าสู่หัวดายในมุมที่ผิด จะสร้างรูปแบบการสึกหรอที่ไม่สม่ำเสมอ ส่งผลให้เกิดการรวมตัวของแรงเครียดที่จุดเฉพาะภายในหัวดาย ทำให้เกิดการสึกหรอและแตกร้าวเป็นบริเวณๆ อย่างที่กรณีศึกษาหนึ่งแสดงให้เห็น ปัญหาไม่ได้อยู่ที่หัวดาย แต่อยู่ที่รอกที่มีร่องด้านบนซึ่งอยู่ก่อนหน้าหัวดายที่ทำให้เกิดการจัดแนวที่ผิด

ผู้ปฏิบัติงานสามารถใช้รายการตรวจสอบต่อไปนี้เพื่อวินิจฉัยและป้องกันความล้มเหลวจากการดำเนินงาน:

• การตรวจสอบการหล่อลื่น: ตรวจสอบให้แน่ใจว่าระบบหล่อลื่นทำงานอย่างถูกต้อง และใช้น้ำหล่อลื่นที่เหมาะสมกับวัสดุและกระบวนการที่ใช้อยู่
• การตรวจสอบการจัดแนว ตรวจสอบชิ้นส่วนต่างๆ ของเครื่องดึงลวดอย่างสม่ำเสมอ รวมถึงรอกและตัวนำทาง เพื่อดูการสึกหรอ และตรวจสอบให้มั่นใจว่าชิ้นงานถูกจัดแนวอย่างถูกต้องก่อนเข้าสู่หัวดาย
• การควบคุมพารามิเตอร์ ตรวจสอบให้แน่ใจว่าความเร็วในการดึงและอัตราการลดขนาดอยู่ในขีดจำกัดที่แนะนำสำหรับวัสดุที่กำลังประมวลผล
• การจัดการแรงเครียด: สำหรับวัสดุที่มีแนวโน้มเกิดการแตกร้าวตามเวลา ควรพิจารณาทำ Heat Treatment เพื่อลดความเครียดโดยเร็วที่สุดหลังจากการขึ้นรูป

การออกแบบแม่พิมพ์ที่ผิดพลาดและการก่อสร้างคุณภาพต่ำ

คุณภาพการออกแบบและงานก่อสร้างของแม่พิมพ์ดึงขึ้นรูปมีความสำคัญพื้นฐานต่อประสิทธิภาพและการใช้งานระยะยาว ข้อบกพร่องในด้านใดด้านหนึ่งสามารถก่อให้เกิดจุดรวมความเครียดและปัญหาการไหลของวัสดุ ซึ่งนำไปสู่การแตกร้าวได้โดยตรง แม้ว่าวัสดุจะมีคุณภาพดีหรือการดำเนินงานมีความแม่นยำก็ตาม แม่พิมพ์ที่ออกแบบดีจะช่วยให้วัสดุไหลอย่างราบรื่น ในขณะที่แม่พิมพ์ที่ออกแบบไม่ดีจะขัดขวางการไหลนั้น

ข้อบกพร่องในการออกแบบทั่วไป ได้แก่ รูปร่างเรขาคณิตที่ไม่เหมาะสม ตัวอย่างเช่น หาก รัศมีของหัวดันและแม่พิมพ์ (punch and die radii) มีขนาดเล็กเกินไป (คมเกินไป) อาจจำกัดการไหลของวัสดุเข้าสู่โพรงแม่พิมพ์ ส่งผลเพิ่มความเครียดแบบดึง และก่อให้เกิดการแตกหัก ในทางกลับกัน หากขนาดรัศมีใหญ่เกินไป อาจทำให้วัสดุเกิดรอยย่น ตามข้อมูลจาก CNstamping , การมีช่องว่างที่ไม่เหมาะสมระหว่างตัวดันและแม่พิมพ์อีกสาเหตุหนึ่งที่ทำให้เกิดการแตกร้าวได้บ่อยครั้ง ในทำนองเดียวกัน มุมนำเข้าที่สั้นเกินไปจะทำให้แรงดึงกระจุกตัวอยู่ในพื้นที่เล็กๆ ส่งผลให้น้ำหล่อเย็นถูกบีบออกและก่อให้เกิดการสึกหรือเสียหาย

การสร้างที่มีคุณภาพต่ำสามารถทำลายการออกแบบที่สมบูรณ์แบบได้ พื้นที่สัมผัสระหว่างเม็ดคาร์ไบด์และเปลือกเหล็กมีความสำคัญอย่างยิ่งทั้งในด้านการรองรับเชิงกลและการระบายความร้อน หากเม็ดคาร์ไบด์ไม่ได้รับการรองรับอย่างเต็มที่ เช่น เนื่องจากเส้นผ่านศูนย์กลางด้านในของเปลือกมีลักษณะเป็นทรงกรวย ก็จะไม่สามารถทนต่อแรงดึงได้และจะเกิดการแตกร้าว การหดตัวด้วยความร้อนอย่างเหมาะสมของเม็ดคาร์ไบด์ลงในเปลือกจึงเป็นสิ่งจำเป็น เพื่อให้มั่นใจว่ามีพื้นที่สัมผัสสูงสุด ซึ่งจะทำให้เปลือกทำหน้าที่เป็นตัวกระจายความร้อนและป้องกันไม่ให้เม็ดคาร์ไบด์ร้อนเกินไป

เพื่อหลีกเลี่ยงปัญหาเหล่านี้ การร่วมมือกับผู้ผลิตแม่พิมพ์ที่มีความรู้และประสบการณ์เป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่ง ผู้เชี่ยวชาญสามารถรับประกันได้ว่าแม่พิมพ์จะได้รับการออกแบบและสร้างขึ้นอย่างถูกต้องสำหรับการใช้งานเฉพาะนั้น โดยคำนึงถึงคุณสมบัติของวัสดุ มุมร่น และแรงเครียดในการใช้งาน ตัวอย่างเช่น ผู้เชี่ยวชาญอย่าง Shaoyi (Ningbo) Metal Technology Co., Ltd. ใช้การจำลองด้วย CAE ขั้นสูงเพื่อปรับแต่งการออกแบบแม่พิมพ์ และนำความเชี่ยวชาญด้านการบริหารโครงการมาใช้ เพื่อส่งมอบแม่พิมพ์ที่มีคุณภาพสูงและเชื่อถือได้ สำหรับการใช้งานที่ต้องการสูง เช่น การขึ้นรูปชิ้นส่วนยานยนต์

ประเด็นสำคัญที่ต้องพิจารณาในการออกแบบและสร้างแม่พิมพ์ ได้แก่:

• เรขาคณิตที่เหมาะสมที่สุด: ตรวจสอบให้มั่นใจว่า รัศมี ช่องว่าง และมุมเข้าสู่แม่พิมพ์ ได้รับการปรับให้เหมาะสมกับวัสดุและรูปทรงของชิ้นงานเฉพาะ
• การรองรับแผ่นใส่แม่พิมพ์อย่างเหมาะสม: ใช้แผ่นใส่แม่พิมพ์แบบเจียร์ไร้ศูนย์ (centerless-ground inserts) และตรวจสอบว่าแผ่นดังกล่าวได้รับการรองรับอย่างเต็มที่ภายในโครงแม่พิมพ์ เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการถ่ายเทความร้อนและความแข็งแรงทางกล
• การไหลของวัสดุ: สำหรับวัสดุที่ไม่มีลักษณะเป็นสี่เหลี่ยมจัตุรัส พิจารณาออกแบบมุมกรวยเว้าเพื่อป้องกันมุมแหลมจากการฝังตัวลงบนพื้นผิวเรียบของแม่พิมพ์
• การทำงานร่วมกับผู้เชี่ยวชาญ: ทำงานร่วมกับผู้จัดจำหน่ายเครื่องมืออย่างใกล้ชิดเพื่อยืนยันแบบการออกแบบและให้มั่นใจว่าปฏิบัติตามแนวทางการก่อสร้างที่มีคุณภาพสูง

คำถามที่พบบ่อย

1. เหตุใดบล็อกตายจึงเกิดรอยแตกร้าวระหว่างกระบวนการขึ้นรูป

บล็อกตายสามารถแตกร้าวได้จากหลายสาเหตุ โดยส่วนใหญ่เกี่ยวข้องกับความเครียดและความสมบูรณ์ของวัสดุ สาเหตุหลัก ได้แก่ การรวมตัวของแรงเครียดอันเนื่องมาจากการออกแบบตายที่ไม่เหมาะสมหรือการจัดแนวที่ผิดพลาด ซึ่งทำให้เกิดแรงกดมหาศาลในพื้นที่ขนาดเล็ก อีกปัจจัยหนึ่งคือการกระจายคาร์ไบด์ในเหล็กเครื่องมือที่ไม่สม่ำเสมอ ส่งผลให้เกิดจุดอ่อน และในท้ายที่สุด อุณหภูมิสูงระหว่างการทำงานอาจลดความสามารถในการต้านทานการแตกร้าวของวัสดุ โดยเฉพาะหากตัวตายไม่มีการระบายความร้อนที่เหมาะสม

2. อะไรเป็นสาเหตุที่ทำให้โลหะเกิดรอยแตกร้าว

การแตกร้าวในโลหะมักเกิดจากความเค้นที่สูงเกินกว่าความแข็งแรงของวัสดุ ซึ่งสามารถเกิดขึ้นได้หลายวิธี เช่น การรับน้ำหนักเกินจากแรงภายนอก (เช่น ในการขึ้นรูปด้วยแรงดึง) ความเค้นจากอุณหภูมิที่เปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็วทั้งการให้ความร้อนหรือการระบายความร้อน ความเค้นภายในที่เหลือค้างจากขั้นตอนการผลิตก่อนหน้า และปัจจัยจากสิ่งแวดล้อม เช่น การกัดกร่อนที่ทำให้วัสดุอ่อนแอลงตามกาลเวลา ข้อบกพร่องของวัสดุ เช่น รูพรุนหรือสิ่งเจือปน ก็สามารถทำหน้าที่เป็นจุดเริ่มต้นของการแตกร้าวได้

3. อะไรคือสาเหตุหลักที่ทำให้เกิดรอยแตกร้าวในกระบวนการขึ้นรูปโลหะแผ่น

ในกระบวนการขึ้นรูปโลหะแผ่น รอยแตกร้าวส่วนใหญ่มักเกิดจากการเปลี่ยนรูปร่างของวัสดุอย่างมากเกินไปในบริเวณใดบริเวณหนึ่ง ซึ่งมักเกิดจากช่องว่างของแม่พิมพ์ที่ไม่เหมาะสม เช่น ช่องว่างระหว่างพันซ์กับไดอ์มีขนาดเล็กเกินไป ทำให้โลหะต้องรับแรงเฉือนหรือแตก ความไม่สมดุลกันของแม่พิมพ์ก็สามารถสร้างความเค้นที่ไม่สม่ำเสมอ จนนำไปสู่การเกิดความล้มเหลวได้อีกเช่นกัน อีกสาเหตุหนึ่งที่พบบ่อยคือ การรองรับหรือยึดวัสดุไม่เพียงพอ ทำให้โลหะแผ่นยืดตัวอย่างไม่สม่ำเสมอและเกินขีดจำกัดการยืดตัว ส่งผลให้เกิดรอยแยกหรือรอยแตกร้าว