การออกแบบแม่พิมพ์ดัดลึกมีความหมายอย่างไรต่อการผลิตที่มีความแม่นยำ

เมื่อคุณมีภาระหน้าที่ผลิตถ้วยทรงกระบอกที่ไร้รอยต่อ ถังออกซิเจน หรือชิ้นส่วนยานยนต์ที่มีอัตราส่วนความลึกต่อเส้นผ่านศูนย์กลางที่โดดเด่น การออกแบบแม่พิมพ์ดัดลึกจะกลายเป็นปัจจัยความสำเร็้ที่สำคีงยิ่ง ต่างจากการตัดหรืองอโลหะแบบทั่วทั่ว กระบวนการดัดลึกจะเปลี่ยนแผ่นโลหะเรียบเป็นรูปร่างกลวงสามมิติผ่านการไหลพลาสติกที่ควบคุมได้ รูปทรงเรขาคณิตของแม่พิมพ์ที่คุณกำหนดจะเป็นตัวชี้ว่าวัสดุจะอัดเข้ารูปได้อย่างเรียบลื่น หรือจะฉีกขาดจากความเค้นที่มากเกิน

การนิยามการออกแบบแม่พิมพ์ดัดลึกในการผลิตยุคปัจจุบัน

การดัดลึกคืออะไรโดยที่แท้? มันคือกระบวนการขึ้นรูปโลหะที่ลูกตอกดันแผ่นเรียบผ่านช่องของแม่พิมพ์เพื่อสร้างความลึกที่เกินเส้นผ่านศูนย์กลางของชิ้นงาน ตาม ผู้สร้าง , หนึ่งในความเข้าใจผิดที่พบบ่อยที่สุดคือการที่โลหะยืดออกเพื่อให้ได้รูปร่างตามต้องการ แต่ในความเป็นจริง การขึ้นรูปแบบดรอว์ลึก (deep draw) ที่ถูกต้องจะเกี่ยวข้องกับการยืดตัวของโลหะในระดับต่ำมาก โลหะจะหนาขึ้นจริงๆ จากการไหลพลาสติก เนื่องจากแรงอัดดันวัสดุให้เคลื่อนที่เข้าหาลูกสูบ

ความแตกต่างนี้มีผลต่อแนวทางการออกแบบแม่พิมพ์ของคุณ โดยคุณกำลังออกแบบเครื่องมือที่ควบคุมการอัดและการไหล ไม่ใช่การยืดตัว ทุกรัศมี ช่องว่าง และค่าผิวสัมผัสจะมีอิทธิพลต่อประสิทธิภาพในการเปลี่ยนแผ่นโลหะแบนเรียบให้กลายเป็นรูปทรงเป้าหมายของคุณ

เหตุใดการออกแบบแม่พิมพ์จึงกำหนดคุณภาพของชิ้นงาน

เรขาคณิตของแม่พิมพ์โดยตรงเป็นตัวควบคุมผลลัพธ์สำคัญสามประการ:

• รูปแบบการไหลของวัสดุ - รัศมีของลูกสูบและแม่พิมพ์เป็นตัวกำหนดตำแหน่งที่โลหะจะถูกอัดหรือยืด
• ความแม่นยำของรูปร่างชิ้นงาน - ช่องว่างและมุมร่าง (draft angles) เป็นตัวกำหนดความสม่ำเสมอของขนาด
• ประสิทธิภาพการผลิต - การออกแบบที่เหมาะสมจะช่วยลดขั้นตอนการดรอว์ และหลีกเลี่ยงงานแก้ไขซ้ำที่มีค่าใช้จ่ายสูง

ความสัมพันธ์ระหว่างตำแหน่งของหัวดัดและขอบแผ่นวัสดุมีความสำคัญอย่างยิ่ง โลหะที่อยู่ภายใต้แรงอัดจะต้านทานการไหล หากหัวดัดอยู่ไกลจากขอบแผ่นวัสดุเกินไป พื้นที่ที่ถูกอัดจะใหญ่เกินไป ทำให้แรงต้านการไหลเกินกว่าความต้านทานแรงดึง ส่งผลให้เกิดการฉีกขาดใกล้กับปลายหัวดัด

อัตราส่วนการดัดลึก (draw ratio) ซึ่งเป็นความสัมพันธ์ระหว่างเส้นผ่านศูนย์กลางแผ่นวัสดุกับเส้นผ่านศูนย์กลางหัวดัด เป็นหลักการพื้นฐานที่กำหนดความสำเร็จของการดัดลึก หากค่าอัตราส่วนการดัดเกินกว่าขีดจำกัดของวัสดุ ไม่ว่าจะปรับปริมาณสารหล่อลื่นหรือแรงกดของเครื่องจักรอย่างไร ก็ไม่สามารถป้องกันความล้มเหลวได้

เอกสารอ้างอิงทางเทคนิคนี้ให้พารามิเตอร์เฉพาะ สูตร และแนวทางการแก้ปัญหาที่คุณต้องการสำเร็การออกแบบแม่พิมพ์ ไม่ว้คุณกำลังสำรวจแนวคิดการดึงลึกสำหรับการพัฒนาผลิตภัณฑ์ใหม่ หรือการเพิ่มประสิทธิภาพของเครื่องมือที่มีอยู่แล้ว คุณจะพบแนวทางที่สามารถดำเนินการได้ ซึ่งอิงจากหลักวิศวกรรมที่ได้รับการพิสูจน์แล้ว ส่วนต่อไปจะครอบคลุมขีดจำกัดอัตราการดึงตามวัสดุ การคำนวณขนาดแผ่นเริ่มต้น ข้อกำหนดรัศมี การวางแผนหลายขั้นตอน และกลยุทธ์การแก้ไขข้อบกพร่อง ที่จะเปลี่ยนการออกแบบของคุณจากแนวคิดทฤษฎีเป็นเครื่องมือที่พร้อมสำหรับการผลิต

ขีดจำกัดอัตราการดึงและเปอร์เซ็นการลดตามวัสดุ

คุณทราบแล้วว่าอัตราการดึงควบคุมความสำเร็จในการดำเนินงานการดึงลึก แต่ขีดจำกัดเฉพาะใดที่ใช้กับการดึงลึกของเหล็กกล้า เทียบกับการดึงลึกของอลูมิเนียม หรือการดึงลึกของสแตนเลสสตีล? โดยไม่มีพารามิเตอร์ตัวเลขที่แม่นยำ คุณจะเหลือแคการคาดเดา ส่วนนี้ให้ค่าตัวเลขที่แน่นอน ที่คุณต้องการในการคำนวณความต้องการของการจัดขั้นตอน และป้องกันความล้มเหลวของวัสดุ

อัตราส่วนการดึงสูงสุดตามประเภทของวัสดุ

สูตรอัตราส่วนการดึงที่จำกัด (LDR) มีความเรียบง่ายดังนี้:

LDR = D / d โดยที่ D เท่ากับเส้นผ่านศูนย์กลางแผ่นวัตถุดิบ และ d เท่ากับเส้นผ่านศูนย์กลางหัวดัน (เส้นผ่านศูนย์กลางภายในของถ้วย)

อัตราส่วนนี้บ่งชี้ว่าแผ่นวัตถุดิบขนาดใหญ่เพียงใดที่สามารถขึ้นรูปได้สำเร็จด้วยขนาดหัวดันที่กำหนดไว้ เมื่ออ้างอิงจาก Toledo Metal Spinning สูตรนี้ถือเป็นจุดเริ่มต้นในการพิจารณาว่าจำเป็นต้องใช้จำนวนรอบการดึงกี่ครั้ง อย่างไรก็ตาม ประเด็นสำคัญคือ ค่า LDR จะแตกต่างกันอย่างมากในแต่ละชนิดของวัสดุ

เมื่อกระบวนการตีขึ้นรูปโลหะแผ่นดำเนินเกินขีดจำกัดเหล่านี้ แรงอัดตามแนววงกลมจะเกินกว่าที่วัสดุจะทนทานได้ เนื่องจาก Macrodyne Press อธิบายไว้ว่า หากการลดขนาดในขั้นตอนการดึงลึกเกินขีดจำกัดของวัสดุ แผ่นวัตถุดิบจะยืดออกหรือฉีกขาดบริเวณปลายหัวดัน เนื่องจากแรงต้านการไหลมีค่าสูงเกินกว่าความต้านทานแรงดึงของวัสดุ

นี่คือสิ่งที่คุณควรรู้เกี่ยวกับพารามิเตอร์เฉพาะวัสดุ:

ประเภทวัสดุ	ขีดจำกัดอัตราการดึงครั้งแรก	เปอร์เซ็นต์การลดลงในการดึงครั้งต่อๆ ไป	เกณฑ์ขั้นแนะนำสำหรับการอบอ่อน
เหล็กกล้าคาร์บอนต่ำ (แผ่นเหล็กสำหรับการดึงลึก)	2.0 - 2.2	25% - 30%	หลังจากการลดลงสะสม 40%
เหล็กสเตนเลส (304/316)	1.8 - 2.0	20% - 25%	หลังการลดลงสะสม 30%
โลหะผสมอลูมิเนียม (1100, 3003)	1.9 - 2.1	20% - 25%	หลังการลดลงสะสม 35%
โลหะผสมทองแดง (C11000, C26000)	2.0 - 2.3	25% - 30%	หลังการลดลงสะสม 45%

โปรดสังเกตว่าการขึ้นรูปสเตนเลสสตีลแบบดึงลึกมีพารามิเตอร์ที่ท้าทายที่สุด คุณสมบัติการแข็งตัวจากการทำงานของมันหมายถึงอัตราการดึงครั้งแรกที่ต่ำกว่า และความจำเป็นในการอบอ่อนตัวเร็วกว่าเมื่อเทียบกับเหล็กกล้าคาร์บอนหรือทองแดง

การคำนวณเปอร์เซ็นต์การลดขนาดสำหรับการทำงานหลายขั้นตอน

เมื่อความต้องการการลดขนาดรวมของคุณเกินกว่าที่การดึงเพียงครั้งเดียวจะทำได้ คุณจะต้องใช้หลายขั้นตอน กระบวนการคำนวณนี้มีลำดับขั้นตอนอย่างเป็นระบบ ซึ่ง The Fabricator อธิบายว่าเป็นสิ่งจำเป็นเพื่อหลีกเลี่ยงการแยกชั้น การย่น และข้อบกพร่องบนผิว

นี่คือวิธีการคำนวณเปอร์เซ็นต์การลดขนาดของคุณ:

เปอร์เซ็นต์การลด = (1 - Dc/Db) × 100

โดยที่ Dc เท่ากับเส้นผ่านศูนย์กลางถ้วย และ Db เท่ากับเส้นผ่านศูนย์กลางแผ่นต้นแบบ

สมมุติว่าคุณกำลังผลิตถ้วยที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 4 นิ้ว จากแผ่นต้นแบบขนาด 10.58 นิ้ว การคำนวณของคุณจะแสดงให้เห็นว่าต้องลดขนาดลงประมาณ 62% โดยรวม อย่างไรก็ตาม เนื่องจากขีดจำกัดของการดึงขั้นแรกส่วนใหญ่มักไม่เกิน 50% สำหรับวัสดุส่วนใหญ่ คุณจึงจำเป็นต้องใช้หลายขั้นตอน

พิจารณาตัวอย่างเชิงปฏิบัตินี้จาก Macrodyne Press :

1. การดึงขั้นแรก - ใช้การลดขนาด 50% (LDR 2.0) ทำให้แผ่นต้นแบบขนาด 10.58 นิ้ว ลดลงเหลือเส้นผ่านศูนย์กลางช่วงกลางที่ 5.29 นิ้ว
2. การดึงขั้นที่สอง - ใช้การลดขนาดได้สูงสุด 30% (LDR 1.5) เพื่อให้ได้เส้นผ่านศูนย์กลาง 3.70 นิ้ว
3. การดึงขั้นที่สาม - หากจำเป็น ให้ใช้อัตราการลดขนาด 20% (LDR 1.25) สำหรับมิติสุดท้าย

เนื่องจากเป้าหมายเส้นผ่านศูนย์กลาง 4 นิ้ว อยู่ระหว่างความสามารถในการดึงขั้นที่สองกับขนาดแผ่นต้นแบบ การขึ้นรูปสองขั้นตอนจึงสามารถผลิตชิ้นงานได้สำเร็จ

ความหนาของวัสดุมีผลต่ออัตราส่วนเหล่านี้อย่างไร

วัสดุที่หนากว่าโดยทั่วไปจะยอมให้อัตราการดึงที่สูงกว่าเล็กน้อย เนื่องจากต้านทานการโก่งตัวได้มีประสิทธิภาพมากกว่า อย่างไรก็ตาม วัสดุเหล่านี้ยังต้องการแรงยึดแผ่นที่มากขึ้น และแม่พิมพ์ที่ทนทานมากกว่า แผ่นเหล็กขึ้นรูปลึกเบามักจะทำได้เพียงค่า LDR ที่ปลายล่างของช่วงที่ระบุไว้เท่านั้น

หลักการสำคัญที่ต้องจำไว้: พื้นที่ผิวทั้งหมดที่ต้องการสำหรับชิ้นงานสุดท้ายจะต้องมีอยู่ในขั้นตอนการดึงครั้งแรกแล้ว อย่างที่ The Fabricator ชี้ให้เห็น หลังจากสถานีการดึงเริ่มต้น พื้นที่ผิวจะคงที่ตลอดกระบวนการ คุณกำลังจัดสรรวัสดุที่มีอยู่เดิมไปใหม่ ไม่ใช่การสร้างวัสดุใหม่ผ่านขั้นตอนต่อไป

เมื่อกำหนดขีดจำกัดอัตราการดึงแล้ว ขั้นตอนต่อไปคือการคำนวณขนาดแผ่นต้นแบบอย่างแม่นยำ เพื่อให้มั่นใจว่ามีวัสดุเพียงพอสำหรับรูปทรงเรขาคณิตเป้าหมายของคุณ

วิธีการและสูตรการคำนวณขนาดแผ่นเปล่า

คุณทราบขีดจำกัดอัตราส่วนการดึงของคุณ คุณเข้าใจเปอร์เซ็นต์การลดขนาด แต่คุณจะกำหนดเส้นผ่านศูนย์กลางแผ่นเปล่าที่แน่นอนได้อย่างไร เพื่อผลิตชิ้นงานถ้วยหรือเปลือกตามเป้าหมายของคุณ หากแผ่นเปล่ามีขนาดเล็กเกินไป วัสดุจะไม่เพียงพอ แต่หากใหญ่เกินไป คุณจะสูญเสียวัสดุ และยังสร้างขอบตูมที่มากเกินไป ทำให้ขั้นตอนการตัดแต่งซับซ้อนขึ้น กระบวนการดึงลึกต้องการความแม่นยำตั้งแต่ขั้นตอนแรก

หลักการพื้นฐานที่ใช้ในการคำนวณขนาดแผ่นเปล่าคือ ความคงที่ของปริมาตร SMLease Design อธิบายว่า พื้นที่ผิวของแผ่นเปล่าจะต้องเท่ากับพื้นที่ผิวของชิ้นงานสำเร็จรูป เนื่องจากโลหะจะไม่หายไปหรือเพิ่มขึ้นระหว่างกระบวนการขึ้นรูป แต่จะมีการกระจายตัวใหม่จากแผ่นกลมแบน ไปเป็นรูปทรงเรขาคณิตสามมิติของคุณ

วิธีการหาพื้นที่ผิวสำหรับการพัฒนาแผ่นเปล่า

สำหรับถ้วยทรงกระบอก ซึ่งเป็นชิ้นส่วนโลหะแผ่นแบบไดร์ดราว์ที่พบบ่อยที่สุด การคำนวณทางคณิตศาสตร์มีความเรียบร้อยอย่างยิ่ง คุณกำลังเทียบพื้นที่ผิวสองส่วนเข้าด้วยกัน ได้แก่ แผ่นวัตถุดิบรูปวงกลมแบน กับถ้วยที่ขึ้นรูปแล้วที่ประกอบด้วยก้นและผนังด้านข้าง

พิจารณาถ้วยทรงกระบอกง่ายๆ ที่มีรัศมี Rf และความสูง Hf สามารถคำนวณรัศมีของแผ่นวัตถุดิบ (Rb) ได้โดยใช้สมการพื้นฐานนี้:

Rb = √[Rf × (Rf + 2Hf)]

สูตรนี้ได้มาจากการเท่ากันของพื้นที่แผ่นวัตถุดิบ (πRb²) กับพื้นที่ถ้วย (πRf² + 2πRfHf) เมื่อแก้สมการเพื่อหา Rb คุณจะได้ความสัมพันธ์ตามที่แสดงไว้ข้างต้น

ลองพิจารณาตัวอย่างเชิงปฏิบัติ สมมุติว่าคุณต้องผลิตถ้วยที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 50 มม. และลึก 60 มม. โดยทำตามขั้นตอนการคำนวณงานตอกด้วยแม่พิมพ์ไดร์:

• รัศมีถ้วย (Rf) = 25 มม.
• ความสูงถ้วย (Hf) = 60 มม.
• รัศมีแผ่นวัตถุดิบ = √[25 × (25 + 120)] = √[25 × 145] = √3625 = 60.2 มม.
• เส้นผ่านศูนย์กลางแผ่นต้นแบบ = 60.2 × 2 = 120.4 มม.

การคำนวณนี้จะให้ขนาดแผ่นต้นแบบขั้นต่ำตามทฤษฎี อย่างไรก็ตาม ในทางปฏิบัติคุณจะต้องใช้วัสดุเพิ่มเติมสำหรับการตัดแต่งและชดเชยผลกระทบจากการบางตัวของวัสดุ

การพิจารณาส่วนเผื่อสำหรับการตัดแต่งและการบางตัวของวัสดุ

ความต้องการในกระบวนการผลิตจริงสำหรับการขึ้นรูปลึกเกินกว่าขนาดต่ำสุดตามทฤษฎี คุณจำเป็นต้องมีส่วนเผื่อสำหรับของเสียเพื่อให้ได้ขอบที่เรียบร้อย รวมถึงการชดเชยการเปลี่ยนแปลงความหนาของผนังระหว่างขั้นตอนการขึ้นรูป

ทำตามขั้นตอนตามลำดับต่อไปนี้เพื่อให้ได้ขนาดแผ่นต้นแบบที่พร้อมสำหรับการผลิต

1. คำนวณพื้นที่ผิวของชิ้นงานสำเร็จรูป - ใช้สูตรเรขาคณิตสำหรับรูปร่างเฉพาะของคุณ สำหรับทรงกระบอก: πd²/4 + πdh สำหรับรูปร่างซับซ้อน ซอฟต์แวร์ CAD จะให้ค่าพื้นที่ผิวที่แม่นยำ
2. เพิ่มส่วนเผื่อสำหรับการตัดแต่ง - แนวทางปฏิบัติในอุตสาหกรรมแนะนำให้เพิ่มความหนาของโลหะสองเท่าเข้าไปในความสูงของถ้วยก่อนการคำนวณ สำหรับวัสดุหนา 0.010 นิ้วที่ขึ้นรูปเป็นถ้วยสูง 4 นิ้ว ความสูงที่คุณใช้ในการคำนวณจะกลายเป็น 4.020 นิ้ว
3. พิจารณาการบางตัวของวัสดุ - โดยทั่วไปผนังด้านข้างของถ้วยจะบางลงประมาณ 10-15% ผู้ปฏิบัติงานบางรายจึงเพิ่มพื้นที่แผ่นวัสดุที่คำนวณได้อีก 3-5% เพื่อชดเชยการบางตัวนี้
4. กำหนดเส้นผ่านศูนย์กลางแผ่นวัสดุสุดท้าย - ใช้สูตรพื้นที่ผิวโดยใช้มิติที่ปรับแล้ว จากนั้นปัดขึ้นเป็นขนาดที่เหมาะสมต่อการตัด

ตาม ผู้สร้าง , การเพิ่มความหนาของโลหะสองเท่าเป็นวัสดุสำรองสำหรับการตัดแต่งเพิ่มเติมนั้นถือเป็นแนวทางปฏิบัติที่ดี เพื่อให้มั่นใจว่าขนาดสุดท้ายหลังการขึ้นรูปจะเรียบร้อยสมบูรณ์

เมื่อสูตรแบบง่ายไม่เพียงพอ

สมการข้างต้นใช้งานได้ดีกับถ้วยทรงกระบอกธรรมดา แต่ในกรณีเส้นผ่านศูนย์กลางแบบขั้นบันได ชิ้นส่วนที่มีขอบหน้าแปลน หรือหน้าตัดที่ไม่สมมาตรล่ะ? รูปทรงเรขาคณิตที่ซับซ้อนจำเป็นต้องใช้วิธีการที่แตกต่างออกไป

คุณควรเปลี่ยนมาใช้การคำนวณพื้นที่ผิวจากโปรแกรม CAD เมื่อ

• ชิ้นส่วนของคุณมีการเปลี่ยนแปลงเส้นผ่านศูนย์กลางหลายจุด หรือมีส่วนที่เป็นกรวย
• รัศมีมุมมีผลอย่างมีนัยสำคัญต่อพื้นที่ผิว (สูตรทั่วมักไม่คำนึงถึงรัศมีของหัวดัน)
• รูปร่างที่ไม่สมมาตรต้องใช้รูปต้นแบบที่พัฒน์ขึ้น แทนการใช้แผ่นกลม
• ค่าความคลาดที่แคบต้องการความแม่นยำที่เกินกว่าการปรับตามกฎนิ้วหัวแม่มือ

สำหรับชิ้นส่วนที่ขึ้นรูปลึกในรูปร่างสี่เหลี่ยมผืนผ้าหรือรูปร่างไม่สมมาตร รูปร่างของแผ่นต้นแบบเองอาจไม่เป็นวงกลม แผ่นต้นแบบที่พัฒน์ขึ้นเหล่านี้จำเป็นต้องใช้การวิเคราะห์ด้วย CAD หรือการจำลองด้วยไฟไนต์เอลีเมนต์เพื่อกำหนดรูปร่างเริ่มต้นที่เหมาะสมที่สุด ความไม่สมมาตรของวัสดุจากทิศทางการกลึงก็มีอิทธิพลต่อการเพิ่นประสิทธิภาพของแผ่นต้นแบบสำหรับชิ้นส่วนที่ไม่กลม

เมื่อขนาดของแผ่นต้นแบบได้ถูกคำนวณและเลือกวัสดุแล้ว พาราเมเตอร์การออกแบบที่สำคัญถัดคือข้อกำหนดของรัศมีดันและรัศมีแม่พิมพ์ ที่ควบคุมการไหลของโลหะอย่างเรียบลื่นในระหว่างกระบวนการขึ้นรูป

ข้อกำหนดรัศมีดันและแม่พิมพ์สำหรับการไหลของวัสดุที่เหมาะสมที่สุด

คุณได้คำนวณขนาดแผ่นต้นแบบและทราบอัตราการดึงของคุณแล้ว ตอนนี้มาถึงพารามิเตอร์ที่อาจทำให้กระบวนการขึ้นรูปโลหะแบบดึงลึก (deep draw) ประสบความสำเร็จหรือล้มเหลว: รัศมีแม่พิมพ์ อัตราส่วนโค้งที่ปลายหมัด (punch nose radius) และรัศมีทางเข้าแม่พิมพ์ (die entry radius) เป็นตัวกำหนดว่าโลหะจะงออย่างรุนแรงเพียงใดในขณะที่เปลี่ยนจากส่วนขอบแผ่นไปยังผนังด้านข้าง หากกำหนดค่าพารามิเตอร์เหล่านี้ผิด คุณอาจพบกับปัญหารอยฉีกขาดจากความเค้นที่กระจุกตัวเกินไป หรือปัญหารอยย่นจากควบคุมวัสดุไม่เพียงพอ

หลักการพื้นฐานคือ โลหะที่ไหลผ่านมุมแหลมจะเกิดความเครียดเฉพาะที่ซึ่งเกินขีดจำกัดความเหนียว ในทางกลับกัน รัศมีที่ใหญ่เกินไปจะไม่สามารถนำแนววัสดุได้อย่างเหมาะสม ส่งผลให้วัสดุโก่งตัวเนื่องจากแรงอัด หน้าที่ของคุณคือการหาค่าที่เหมาะสมที่สุดสำหรับแต่ละชุดวัสดุและความหนา

แนวทางสำหรับรัศมีปลายหมัดตามวัสดุต่างๆ

รัศมีมุมปลายหมัดเป็นตัวกำหนดการกระจายความเครียดที่ตำแหน่งที่เสี่ยงที่สุดในชิ้นงานที่ถูกดึง โดยอ้างอิงจาก การวิเคราะห์ DFM ของ Wikipedia สำหรับกระบวนการ deep drawing , มุมของด้ามพันซ์ควรอยู่ที่ 4-10 เท่าของความหนาแผ่นโลหะ ความลดลงของความหนาจะสูงสุดใกล้กับมุมพันซ์ เนื่องจากการไหลของโลหะลดลงอย่างมากในบริเวณนี้ หากมุมแหลมเกินไป จะทำให้เกิดรอยแตกร้าวใกล้ฐานพันซ์

ทำไมตำแหน่งนี้ถึงมีความสำคัญมาก? ในระหว่างกระบวนการขึ้นรูปแบบดึง วัสดุจะยืดตัวผ่านปลายพันซ์ ขณะเดียวกันก็ถูกอัดตัวตามแนววงกลม สถานะความเครียดแบบสองทิศทางนี้จะรวมตัวกันที่บริเวณเปลี่ยนมุมโค้ง รัศมีที่เล็กเกินไปจะทำให้เกิดจุดความเครียดสูง ซึ่งเป็นสาเหตุเริ่มต้นของการฉีกขาด ก่อนที่การดึงจะเสร็จสมบูรณ์

พิจารณาสิ่งที่เกิดขึ้นกับค่ารัศมีที่แตกต่างกัน:

• เล็กเกินไป (ต่ำกว่า 4t) - การกระจุกตัวของแรงดึงอย่างรุนแรง ทำให้เกิดการฉีกขาดที่ปลายพันซ์ โดยเฉพาะในวัสดุที่เกิดการแข็งตัวจากการขึ้นรูป เช่น เหล็กสเตนเลส
• ช่วงที่เหมาะสม (4-10t) - ความเครียดกระจายตัวในพื้นที่ที่กว้างขึ้น ทำให้เกิดการบางตัวอย่างควบคุมได้โดยไม่เกิดการเสียหาย
• ใหญ่เกินไป (มากกว่า 10t) - การยึดเกาะไม่เพียงพอ ทำให้ด้านล่างโค้งนูนหรือเกิดรอยย่น และผนังด้านข้างมีรูปร่างไม่ชัดเจน

สำหรับการประยุกต์ใช้งานโลหะแบบดรอว์ลึกที่เกี่ยวข้องกับวัสดุความแข็งแรงสูง ควรเลือกรัศมีที่ปลายสูงของช่วงนี้ วัสดุที่อ่อนกว่า เช่น อลูมิเนียม และทองแดง สามารถทนต่อรัศมีที่ใกล้เคียงกับ 4t ได้

ข้อกำหนดรัศมีปากตายและผลกระทบของมัน

รัศมีมุมของแม่พิมพ์ควบคุมการเปลี่ยนผ่านของโลหะจากบริเวณฟแลนจ์แนวนอนเข้าสู่โพรงแนวตั้งของแม่พิมพ์ ซึ่งเป็นบริเวณที่ความเครียดอัดของฟแลนจ์เปลี่ยนไปเป็นความเครียดดึงของผนัง โดยตามที่ อ้างอิงการดรอว์ลึกจากวิกิพีเดีย ระบุไว้ รัศมีมุมของแม่พิมพ์โดยทั่วไปควรอยู่ที่ 5-10 เท่าของความหนาแผ่นโลหะ หากเรเดียสนี้มีขนาดเล็กเกินไป จะทำให้เกิดรอยย่นบริเวณใกล้กับฟแลนจ์มากขึ้น และเกิดรอยแตกเนื่องจากการเปลี่ยนทิศทางอย่างฉับพลันของการไหลของโลหะ

รัศมีของแม่พิมพ์มีความท้าทายที่ต่างออกไปจากรัศมีของพั้นช์ ในกรณีนี้ โลหะจะโค้งรอบมุมภายนอกในขณะที่อยู่ภายใต้แรงอัดจากแรงกดของบลังก์โฮลเดอร์ รัศมีที่ไม่เพียงพอจะก่อให้เกิด:

• แรงเสียดทานและกำเนิดความร้อนมากเกินไป
• รอยขีดข่วนและพื้นผิวเสียหาย
• การฉีกขาดเฉพาะที่บริเวณรอยต่อของรัศมี
• ความต้องการแรงดึงเพิ่มขึ้น

อย่างไรก็ตาม รัศมีแม่พิมพ์ที่มากเกินไปจะลดพื้นที่สัมผัสของแผ่นยึดให้มีประสิทธิภาพน้อยลง และทำให้วัสดุหลุดออกจากโซนขอบแผ่นเร็วเกินไป ส่งผลให้เกิดรอยย่น

ข้อกำหนดรัศมีตามความหนาของวัสดุ

ตารางต่อไปนี้ให้คำแนะนำเฉพาะสำหรับกระบวนการขึ้นรูปดึงลึกในช่วงความหนาของวัสดุทั่วไป

ช่วงความหนาของวัสดุ	รัศมีปากดัดที่แนะนำ	รัศมีแม่พิมพ์ที่แนะนำ	หมายเหตุการปรับแต่ง
0.010" - 0.030" (0.25-0.76mm)	6-10 × ความหนา	8-10 × ความหนา	แผ่นบางต้องใช้รัศมีที่มากขึ้นหลายเท่าเพื่อป้องกันการฉีกขาด
0.030" - 0.060" (0.76-1.52mm)	5-8 × ความหนา	6-10 × ความหนา	ช่วงมาตรฐานสำหรับการใช้งานส่วนใหญ่
0.060" - 0.125" (1.52-3.18mm)	4-6 × ความหนา	5-8 × ความหนา	วัสดุที่หนากว่าสามารถทนต่อพหุคูณที่เล็กลงได้
0.125" - 0.250" (3.18-6.35mm)	4-5 × ความหนา	5-6 × ความหนา	ความหนาของแผ่นโลหะมาก; พิจารณาการขึ้นรูปหลายขั้นตอนสำหรับชิ้นส่วนที่มีความลึก

ประเภทวัสดุก็มีผลต่อข้อกำหนดเหล่านี้ด้วย เช่น เหล็กกล้าไร้สนิมโดยทั่วไปจำเป็นต้องใช้รัศมีที่ปลายด้านบนของช่วงแต่ละช่วงเนื่องจากพฤติกรรมการเกิดพื้นผิวแข็งจากการขึ้นรูป ส่วนอลูมิเนียมอ่อนและทองแดงสามารถใช้ค่าที่อยู่ใกล้ปลายด้านล่างของช่วงได้

ความสัมพันธ์ระหว่างช่องว่างของแม่พิมพ์กับความหนาของวัสดุ

นอกเหนือจากรัศมีแล้ว ช่องว่างระหว่างปากตายและแผ่นพิมพ์มีผลสำคัญต่อการไหลของวัสดุ ตามแนวทาง DFM จาก Wikipedia ช่องว่างควรจะมากกว่าความหนาของโลหะเพื่อหลีกเลี่ยงการรวมตัวของโลหะที่ด้านบนของโพรงแม่พิมพ์ อย่างไรก็ตาม ช่องว่างไม่ควรมากเกินไปจนทำให้การไหลของโลหะไร้การควบคุม ซึ่งอาจนำไปสู่การเกิดรอยย่นที่ผนัง

หลักปฏิบัติทั่วไปสำหรับช่องว่างในการขึ้นรูปแบบดึง

ช่องว่าง = ความหนาของวัสดุ + (10% ถึง 20% ของความหนาของวัสดุ)

สำหรับวัสดุที่มีความหนา 0.040 นิ้ว ช่องว่างของคุณควรอยู่ในช่วง 0.044 ถึง 0.048 นิ้ว ซึ่งจะช่วยให้มีพื้นที่เพียงพอสำหรับผนังด้านข้างที่หนาขึ้นตามธรรมชาติ ขณะเดียวกันก็ยังคงมีการจำกัดที่เพียงพอเพื่อป้องกันการโก่งตัว

บางกระบวนการมีจุดประสงค์เพื่อลดช่องว่างเพื่อ "รีดอัด" ผนังด้านข้าง ทำให้ความหนาสม่ำเสมอมากขึ้นและผิวเรียบเนียนดีขึ้น ตามที่ฮัดสัน เทคโนโลยี อธิบายไว้ อุปกรณ์เครื่องมืออาจถูกออกแบบมาเพื่อรีดให้ผนังด้านข้างบางลงมากกว่าแนวโน้มตามธรรมชาติ โดยเพิ่มความมั่นคงของมิติ และผลิตชิ้นงานที่มีลักษณะภายนอกสวยงามมากขึ้น

พิจารณาเรื่องรัศมีมุมสำหรับชิ้นส่วนที่ไม่ใช่ทรงกระบอก

ชิ้นส่วนที่ขึ้นรูปลึกแบบสี่เหลี่ยมผืนผ้าและสี่เหลี่ยมจัตุรัสมีความซับซ้อนเพิ่มเติม เรื่องรัศมีภายในของมุมจะกลายเป็นพารามิเตอร์การออกแบบที่สำคัญที่สุด ตามหลักทั่วไปที่ Hudson Technologies ระบุไว้ กฎทั่วไปคือ ความหนาของวัสดุคูณสอง จะเท่ากับรัศมีมุมที่เล็กที่สุดที่สามารถทำได้ รัศมีมุมที่ใหญ่ขึ้นจะดีกว่า และอาจช่วยลดจำนวนขั้นตอนการขึ้นรูปลงได้

สามารถทำข้อยกเว้นได้โดยเพิ่มขั้นตอนการดึงเพิ่มเติมเพื่อลดรัศมีมุมให้เล็กลงอีก แต่ควรระมัดระวัง เพราะอาจเกิดการบางตัวของวัสดุเพิ่มขึ้น และผนังด้านข้างที่อยู่ติดกันอาจโค้งงอได้หากผลักดันรัศมีมุมเกินขีดจำกัด

สำหรับชิ้นส่วนที่ไม่ใช่ทรงกลม ควรพิจารณาแนวทางต่อไปนี้:

• รัศมีมุมด้านในขั้นต่ำ = 2 × ความหนาของวัสดุ (ค่าต่ำสุดโดยเด็ดขาด)
• รัศมีมุมด้านในที่แนะนำ = 3-4 × ความหนาของวัสดุ (ลดจำนวนขั้นตอนการขึ้นรูป)
• รัศมีมุมด้านล่าง = ปฏิบัติตามแนวทางรัศมีของปากพั๊งซ์ (4-10 × ความหนา)

การปรับเปลี่ยนรัศมีสำหรับขั้นตอนการขึ้นรูปต่อเนื่อง

เมื่อชิ้นงานของคุณต้องใช้หลายขั้นตอนในการขึ้นรูป ข้อกำหนดเกี่ยวกับรัศมีจะเปลี่ยนแปลงไปในแต่ละขั้นตอน โดยเครื่องมือสำหรับขั้นตอนแรกมักใช้รัศมีที่ใหญ่ขึ้นเพื่อลดการเกิดงานแข็งตัวและให้มั่นใจถึงการไหลของวัสดุอย่างเหมาะสม ในขณะที่ขั้นตอนการขึ้นรูปต่อๆ ไปสามารถใช้รัศมีที่แคบลงเรื่อยๆ เมื่อชิ้นงานเข้าใกล้ขนาดสุดท้าย

ลำดับที่นิยมใช้กัน:

• การดึงขั้นแรก - รัศมีไดอี 8-10 × ความหนา; รัศมีปากพั๊งซ์ 6-8 × ความหนา
• การดึงขั้นที่สอง - รัศมีของไดอีที่ 6-8 × ความหนา; รัศมีของพันซ์ที่ 5-6 × ความหนา
• ดรอว์ขั้นสุดท้าย - รัศมีของไดอีที่ 5-6 × ความหนา; รัศมีของพันซ์ที่ 4-5 × ความหนา

หากมีการอบอ่อนระหว่างการดรอว์ คุณสามารถตั้งค่ารัศมีที่รุนกว่าได้อีกครั้ง เนื่ององความแข็งจากการทำงานได้ถูกปลดแรงไปแล้ว โดยไม่มีการอบอ่อนระหว่างกลาง แต่ละขั้นตอนดรอว์ต่อไปจะทำงานบนวัสดุที่เพิ่มความแข็งขึ้นเรื่อยๆ ซึ่งต้องการรัศมีที่ระมัดระวังมากขึ้นเพื่อป้องกันการแตกร้า

เมื่อคุณได้ระบุรัศมีและช่องว่างของเครื่องมูลอยด์แล้ว พิจารณาถัดมาคือการวางแผนจำนวนขั้นตอนดรอว์ที่ชิ้นงานต้องการจริงๆ และการจัดลำดับเปอร์เซ็นต์การลดขนาดผ่านขั้นตอนการดำเนินงานเหล่านี้

การวางแผนการดรอว์หลายขั้นตอนและการจัดลำดับการลดขนาด

คุณได้กำหนดอัตราส่วนการดึงของคุณ คำนวณขนาดแผ่นวัตถุดิบ และระบุรัศมีของเครื่องมือแล้ว ตอนนี้มีคำถามสำคัญที่จะแยกแยะโครงการขึ้นรูปโดยการดึงลึก (deep draw stamping) ที่ประสบความสำเร็จออกจากความล้มเหลวที่สูญเสียค่าใช้จ่าย: ชิ้นงานของคุณต้องใช้จำนวนขั้นตอนการดึงกี่ขั้นตอน? หากประเมินต่ำเกินไป วัสดุจะฉีกขาด แต่หากประเมินสูงเกินไป คุณจะสูญเสียการลงทุนในเครื่องมือและเวลาไซเคิล

คำตอบอยู่ที่การวางแผนการลดขนาดอย่างเป็นระบบ โดยตามที่ ห้องสมุดการผลิต อธิบายไว้ หากเปอร์เซ็นต์การลดขนาดเกิน 50% คุณจำเป็นต้องวางแผนดำเนินการดึงซ้ำ แต่นี่เป็นเพียงจุดเริ่มต้นเท่านั้น คุณสมบัติของวัสดุ รูปร่างของชิ้นงาน และข้อกำหนดในการผลิต ล้วนมีผลต่อการตัดสินใจจัดลำดับขั้นตอนของคุณ

การคำนวณจำนวนขั้นตอนการดึงที่ต้องการ

อัตราส่วนความลึกต่อเส้นผ่านศูนย์กลางให้ข้อมูลเบื้องต้นเกี่ยวกับความซับซ้อนของการจัดขั้นตอน ชิ้นงานที่มีความลึกตื้นซึ่งมีอัตราส่วนต่ำกว่า 0.5 มักสามารถขึ้นรูปได้ในขั้นตอนการดึงเพียงครั้งเดียว แต่จะเกิดอะไรขึ้นเมื่อคุณผลิตเปลือกทรงกระบอกที่มีความลึกมาก เคสแบตเตอรี่ หรือภาชนะความดัน ที่มีอัตราส่วนความลึกต่อเส้นผ่านศูนย์กลางเกิน 2.0?

ปฏิบัติตามแนวทางอย่างเป็นระบบดังต่อไปนี้เพื่อกำหนดความต้องการในการจัดเรียงขั้นตอนของคุณ:

1. กำหนดการลดขนาดรวมที่ต้องการ - คำนวณเปอร์เซ็นต์การลดขนาดจากเส้นผ่านศูนย์กลางแผ่นต้นแบบเป็นเส้นผ่านศูนย์กลางชิ้นงานสุดท้าย โดยใช้สูตร: เปอร์เซ็นต์การลด = (1 - Dp/Db) × 100 ตัวอย่างเช่น แผ่นขนาด 10 นิ้ว ขึ้นรูปเป็นถ้วยเส้นผ่านศูนย์กลาง 4 นิ้ว จะต้องมีการลดขนาดรวม 60%
2. ใช้ขีดจำกัดการลดขนาดตามวัสดุในแต่ละขั้นตอน - อ้างอิงขีดจำกัดการดึงครั้งแรกของวัสดุคุณ (โดยทั่วไปอยู่ที่ 45-50% สำหรับเหล็กกล้า และ 40-45% สำหรับสแตนเลส) การดึงครั้งถัดไปจะอนุญาตให้ลดขนาดได้น้อยลงเรื่อยๆ: 25-30% สำหรับการดึงครั้งที่สอง, 15-20% สำหรับการดึงครั้งที่สาม
3. วางแผนการทำอบอ่อนระหว่างขั้นตอนหากจำเป็น - เมื่อการลดขนาดสะสมเกินค่าขีดจำกัดการแข็งตัวเนื่องจากการเย็น (work-hardening threshold) ของวัสดุคุณ (30-45% ขึ้นอยู่กับโลหะผสม) ควรจัดกำหนดการอบเพื่อลดแรงเครียดระหว่างขั้นตอน เพื่อฟื้นฟูความเหนียวของวัสดุ
4. ออกแบบสถานีแม่พิมพ์แบบก้าวหน้า - วางผังแต่ละขั้นตอนการลดขนาดให้สอดคล้องกับสถานีแม่พิมพ์เฉพาะเจาะจง โดยคำนึงถึงการจัดการวัสดุ ความต้องการหล่อลื่น และจุดตรวจสอบคุณภาพ

พิจารณาตัวอย่างการดึงขึ้นลึก (deep drawing) ที่ใช้ในทางปฏิบัติ: คุณต้องการถ้วยเส้นผ่านศูนย์กลาง 3 นิ้ว ลึก 6 นิ้ว จากเหล็กกล้าคาร์บอนต่ำ ความหนา 0.040 นิ้ว อัตราส่วนความลึกต่อเส้นผ่านศูนย์กลางของคุณคือ 2.0 ซึ่งเกินขีดจำกัดของการดึงเพียงครั้งเดียวไปมาก เมื่อพิจารย้อนกลับจากมิติสุดท้าย คุณอาจวางแผนดำเนินการสามขั้นตอน โดยมีการลดขนาดตามลำดับร้อยละ 48, 28 และ 18

การวางแผนการลดขนาดในการดำเนินการแบบก้าวหน้า

เมื่อคุณกำหนดจำนวนขั้นตอนแล้ว การเรียงลำดับการลดขนาดอย่างเหมาะสมจึงมีความสำคัญอย่างยิ่ง ขั้นตอนแรกจะทำหน้าที่ดึงวัสดุหลัก ในขณะที่ขั้นตอนถัดไปจะปรับแต่งรูปทรงเรขาคณิตและให้มิติสุดท้าย

นี่คือสิ่งที่การดำเนินงานการผลิตแบบ deep drawing ที่ประสบความสำเร็จจะพิจารณาในแต่ละขั้นตอน:

• การดึงขั้นแรก - สร้างพื้นที่ผิวทั้งหมดที่จำเป็นสำหรับชิ้นส่วนสำเร็จรูป การลดขนาดสูงสุดจะเกิดขึ้นที่ขั้นตอนนี้ (โดยทั่วไปร้อยละ 45-50) รัศมีของแม่พิมพ์จะกว้างที่สุดเพื่อลดการเกิด work hardening
• ขั้นตอนที่สอง (redraw) - ลดเส้นผ่านศูนย์กลางลง 25-30% พร้อมกับเพิ่มความลึก วัสดุมีการแข็งตัวจากการขึ้นรูปในขั้นตอนแรก ทำให้แรงที่ใช้เพิ่มขึ้นแม้อัตราการลดขนาดจะน้อยลง
• การดึงขึ้นรูปขั้นที่สามและขั้นต่อๆ ไป - ลดเส้นผ่านศูนย์กลางเพิ่มเติม 15-20% ต่อแต่ละขั้นตอน ควรพิจารณาว่าจำเป็นต้องทำการอบอ่อนหรือไม่ โดยพิจารณาจากแรงรวมสะสมที่เกิดขึ้น

ตาม ห้องสมุดการผลิต , เมื่อออกแบบรูปร่างระหว่างขั้นตอน คุณควรกำหนดพื้นที่ผิวของแผ่นต้นแบบ ชิ้นงานระหว่างขั้นตอน และชิ้นงานขั้นสุดท้ายให้มีค่าเท่ากัน หลักการคงปริมาตรนี้จะช่วยให้มั่นใจได้ว่าวัสดุถูกจัดสรรใหม่ แทนที่จะพยายามสร้างพื้นที่ผิวเพิ่มเติม

เมื่อมีการนำกระบวนการไอนิ่งมาใช้

บางครั้งข้อกำหนดในการผลิตแบบดึงลึกต้องการความหนาของผนังที่บางกว่าที่ได้จากกระบวนการดึงทั่วไป นี่คือจุดที่กระบวนการไอนิ่ง (ironing) เข้ามามีบทบาท ในระหว่างการดึงลึกตามปกติ ผนังด้านข้างจะหนาขึ้นเล็กน้อยเนื่องจากวัสดุถูกบีบเข้าด้านใน กระบวนการไอนิ่งจะกลับผลนี้โดยการลดช่องว่างระหว่างพันซ์กับไดอย่างตั้งใจ เพื่อให้ผนังบางลง

พิจารณาใส่กระบวนการไอนิ่งเมื่อ:

• ความสม่ำเสมอของความหนาผนังมีความสำคัญสำหรับการใช้งานของคุณ
• คุณต้องการผนังที่บางกว่าความหนาของวัตดิบต้นฉบับ
• ข้อกำหนดพื้นผิวผ้าเรียบต้องการผลของการเรียบผิวที่กระบวนการ ironing สามารถให้
• ความสอดคล้องของมิติตลอดการผลิตมีความสำคัญสูงสุด

กระบวนการ ironing โดยทั่วมักเกิดในขั้นตอนการดึงสุดท้าย หรือเป็นขั้นตอนเพิ่มเติมหลังการดึง โดยกระบวนการนี้เพิ่มความมั่นคงของมิติและสร้างพื้นผิวที่ดูสวยงามมากขึ้น แต่ต้องการการลงทุนเพิ่มในเครื่องมือและการคำนวณแรงอย่างระมัดระวัง

การเปรียบเทียบระหว่าง Progressive Die กับ Transfer Die

แผนการจัดเรียงขั้นตอนของคุณต้องสอดคล้องกับการตั้งค่าเครื่องกดของคุณ มีสองตัวเลือกหลักสำหรับการตีขึ้นลึกแบบหลายขั้นตอน คือ progressive dies และ transfer dies แต่ละชนิดมีข้อได้เปรียบต่างหาก ขึ้นต่อรูปร่างชิ้นส่วนและปริมาณการผลิตของคุณ

ตามข้อมูลจาก Die-Matic การตัดด้วยแม่พิมพ์แบบพรอเกรสซีฟ (progressive die stamping) ใช้แถบโลหะยาวต่อเนื่องที่ป้อนผ่านสถานีหลายจุด โดยแต่ละสถานีจะดำเนินการพร้อมกัน วิธีนี้เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการผลิตปริมาณมากของชิ้นงานที่มีรูปร่างเรียบง่าย แถบโลหะช่วยรักษาตำแหน่งของชิ้นงานโดยอัตโนมัติ ลดความซับซ้อนในการจัดการ

ในทางตรงกันข้าม การตัดด้วยแม่พิมพ์แบบทรานสเฟอร์ (transfer die stamping) จะเคลื่อนย้ายแผ่นเปล่ารายชิ้นระหว่างสถานีโดยใช้ระบบถ่ายโอนเชิงกลหรือไฮโดรลิก ตามคำอธิบายของ Die-Matic วิธีนี้เหมาะที่สุดสำหรับชิ้นส่วนที่ซับซ้อนและต้องการกระบวนการขึ้นรูปหลายขั้นตอนหรือการดึงลึก ลักษณะการหยุดและดำเนินการใหม่ในแต่ละครั้งทำให้สามารถควบคุมการไหลของวัสดุได้อย่างแม่นยำในแต่ละสถานี

การตั้งค่า	ดีที่สุดสําหรับ	ข้อจำกัด	การใช้งานทั่วไป
แม่พิมพ์กดแบบก้าวหน้า	ปริมาณการผลิตสูง รูปร่างเรียบง่าย วัสดุบาง	จำกัดความลึกของการดึง ข้อจำกัดของความกว้างแถบ	ส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์ โครงหุ้มขนาดเล็ก ถ้วยตื้น
แม่พิมพ์แบบถ่ายลำ	ชิ้นส่วนซับซ้อน การดึงลึก ความคลาดเคลื่อนแคบ	รอบการทำงานช้าลง ความซับซ้อนของแม่พิมพ์สูงขึ้น	แผงรถยนต์ ภาชนะความดัน เปลือกทรงกระบอกลึก

สำหรับการดึงลึกที่มีอัตราส่วนความลึกต่อเส้นผ่านศูนย์กลางเกิน 1.0 การจัดเรียงแม่พิมพ์แบบถ่ายโอน (transfer die) โดยทั่วไปจะให้ผลลัพธ์ที่ดีกว่า ความสามารถในการจัดตำแหน่งแผ่นงานอย่างแม่นยำในแต่ละสถานี ช่วยให้ควบคุมการไหลของวัสดุได้อย่างเหมาะสม ซึ่งเป็นสิ่งจำเป็นในการดำเนินการหลายขั้นตอน ส่วนแม่พิมพ์แบบโปรเกรสซีฟ (progressive dies) จะทำงานได้ดีเมื่อขั้นตอนการดึงครั้งแรกสามารถทำให้ได้ความลึกส่วนใหญ่ที่ต้องการแล้ว และสถานีถัดไปจะทำหน้าที่ตัดแต่ง ตอกรู หรือขึ้นรูปขั้นเล็กน้อย

เมื่อวางแผนลำดับขั้นตอนและกำหนดรูปแบบแม่พิมพ์ได้แล้ว ปัจจัยสำคัญถัดไปคือการคำนวณแรงยึดแผ่นงาน (blank holder forces) ที่จะป้องกันการเกิดรอยย่น พร้อมทั้งหลีกเลี่ยงแรงเสียดทานที่มากเกินไปซึ่งอาจทำให้วัสดุฉีกขาด

ข้อกำหนดแรงยึดแผ่นงานและการควบคุมแรงดัน

คุณได้วางแผนขั้นตอนการดึงขึ้นรูปและเลือกชุดแม่พิมพ์ของคุณแล้ว ตอนนี้มาถึงพารามิเตอร์ที่ต้องการการปรับเทียบที่แม่นยำ นั่นคือ แรงยึดแผ่นว่าง (blank holder force) หากใช้แรงกดต่ำเกินไป ความเค้นแบบอัดจะทำให้ขอบแผ่นโก่งตัวเป็นรอยย่น แต่หากใช้แรงสูงเกินไป แรงเสียดทานจะขัดขวางการไหลของวัสดุ ส่งผลให้ชิ้นงานฉีกขาดบริเวณใกล้ปลายหัวดัน (punch nose) การหาจุดสมดุลนี้จำเป็นต้องเข้าใจทั้งหลักฟิสิกส์ที่เกี่ยวข้องและตัวแปรที่คุณสามารถควบคุมได้

หน้าที่หลักของตัวยึดแผ่นว่าง (blank holder) คือ การยึดบริเวณขอบแผ่นไว้ โดยอนุญาตให้วัสดุไหลเข้าสู่โพรงแม่พิมพ์ได้อย่างควบคุมได้ ตาม โมเดลต้นทุนการขึ้นรูปลึกของ FACTON พื้นที่ตัวยึดแผ่นว่างแสดงถึงปริมาณวัสดุที่ต้องถูกยึดไว้ในระหว่างกระบวนการขึ้นรูปลึก เพื่อป้องกันการเกิดรอยย่น แรงดันที่ใช้กับพื้นที่นี้ เมื่อรวมกับแรงเสียดทาน จะสร้างแรงต้านทานที่ควบคุมการไหลของโลหะเข้าสู่กระบวนการขึ้นรูปของคุณ

สูตรและตัวแปรของแรงดันตัวยึดแผ่นว่าง

การคำนวณแรงกดหัวเปล่าที่เหมาะสมไม่ใช่การเดาสุ่ม ความสัมพันธ์ระหว่างความดัน คุณสมบัติของวัสดุ และเรขาคณิตยึดหลักการที่ได้รับการยอมรับอย่างแน่นหนา ต่อไปนี้คือแนวทางพื้นฐาน:

แรงกดหัวเปล่า = พื้นที่หัวเปล่า × ความดันหัวเปล่า

ฟังดูง่ายใชไหม? ความซับซ้อนอยู่ในการกำหนดค่าความดันที่ถูกต้อง ปัจจัยหลายอย่างมีอิทธิพลต่อความดันหัวเปล่าที่คุณต้องการ:

• ความแข็งแรงของวัสดุ - วัสดุที่มีความต้านแรงดึงสูงต้องการแรงยึดที่มากขึ้นเพื่อควบคุมการไหล ตามที่ FACTON ระบุ ความต้านแรงดึงมีผลโดยตรงต่อการคำนวณความดันหัวเปล่า
• เส้นผ่านศูนย์กลางแผ่นต้นแบบ - แผ่นเปล่าขนาดใหญ้จะสร้างแรงอัดที่มากขึ้นในเขตชายขอบ ทำให้ต้องการแรงยึดที่สูงขึ้นตามสัดส่วน
• ความลึกของการขึ้นรูป - การดัดลึกต้องการความดันที่คงที่ตลอดระยะ stroke ที่ยาวกว่า ซึ่งส่งผลต่อทั้งขนาดของแรงและความออกแบบของระบบ
• สัมประสิทธิ์แรงเสียดทาน - คุณภาพของสารหล่อลื่นมีผลโดยตรงต่อปริมาณแรงที่ถูกแปลงเป็นแรงยึดวัสดุ เทียบกับการผลิตความร้อน
• อัตราดัด - อัตราส่วนที่สูงขึ้นจะทำให้ความเครียดแบบอัดรวมตัวกันมากขึ้นที่ขอบแผ่น (flange) ซึ่งจำเป็นต้องใช้แรงยึดที่สูงขึ้น

สูตรเริ่มต้นทั่วไปสำหรับแรงดันของตัวยึดแผ่น (blank holder pressure) มีช่วงตั้งแต่ 0.5 ถึง 1.5 เมกะปาสกาล สำหรับเหล็กกล้าคาร์บอนต่ำ โดยสามารถปรับเปลี่ยนได้ตามวัสดุและรูปทรงเรขาคณิตเฉพาะของคุณ เหล็กสเตนเลสมักต้องการแรงดันที่ปลายสูงกว่าเนื่องจากคุณสมบัติการเกิดแข็งตัวขณะขึ้นรูป (work-hardening) ขณะที่โลหะผสมอลูมิเนียมและทองแดงมักทำงานได้ดีที่แรงดันต่ำกว่า

การคำนวณพื้นที่ตัวยึดแผ่น (blank holder area) ขึ้นอยู่กับขนาดแผ่นและรูปทรงเรขาคณิตของแม่พิมพ์ โดยทั่วไปคือการคำนวณพื้นที่วงแหวนระหว่างช่องเปิดของแม่พิมพ์กับขอบแผ่น ในระหว่างกระบวนการขึ้นรูปพื้นที่นี้จะลดลง ซึ่งอธิบายได้ว่าทำไมระบบแรงดันแปรผันจึงมีข้อได้เปรียบสำหรับงานขึ้นรูปลึก

การปรับสมดุลระหว่างการป้องกันการเกิดรอยย่นกับความเสี่ยงจากการฉีกขาด

ตามการวิจัยที่ตีพิมพ์ใน CIRP Annals , รูปแบบการล้มเหลวที่พบบ่อยที่สุดในการขึ้นรูปด้วยแรงดึงลึกคือ การย่นและการแตกหัก และในหลายกรณี ข้อบกพร่องเหล่านี้สามารถกำจัดออกไปได้โดยการควบคุมแรงยึดแผ่นโลหะ (Blank Holding Force) อย่างเหมาะสม ผลการศึกษานี้เน้นย้ำว่าทำไมการปรับตั้งค่าแรงยึดแผ่นโลหะ (BHF) จึงถือเป็นพารามิเตอร์การออกแบบที่มีความสำคัญอย่างยิ่ง

นี่คือหลักฟิสิกส์ที่เกี่ยวข้อง: ระหว่างกระบวนการขึ้นรูปโลหะด้วยแรงดึงลึก จะเกิดความเค้นแบบอัดตามแนวเส้นรอบวงบริเวณขอบแผ่น (flange) ในขณะที่วัสดุไหลเข้ามาทางแนวรัศมี หากรวมยึดน้อยเกินไป ความเค้นเหล่านี้จะทำให้แผ่นวัสดุโก่งตัวขึ้นและเกิดรอยย่น อย่างไรก็ตาม หากมีการยึดแน่นเกินไป วัสดุจะไม่สามารถไหลได้เลย และความเค้นดึงบริเวณใกล้หมัดตอก (punch) จะเกินกว่าความแข็งแรงของวัสดุ ส่งผลให้เกิดการฉีกขาด

งานวิจัยระบุว่า การย่นของผนังมีความท้าทายเป็นพิเศษเนื่องจากแผ่นวัสดุในบริเวณนี้ไม่ได้รับการรองรับจากเครื่องมือ การป้องกันการย่นของผนังด้วยการควบคุมแรงยึดแผ่นวัสดุทำได้ยากกว่าการป้องกันการย่นที่ชายขอบ ซึ่งหมายความว่าค่าความดันของคุณจะต้องคำนึงถึงตำแหน่งที่ข้อบกพร่องมีแนวโน้มจะเกิดขึ้นมากที่สุด

คุณจะรู้ได้อย่างไรว่าความดันยึดแผ่นวัสดุของคุณไม่ถูกต้อง? ให้สังเกตตัวชี้วัดการวินิจฉัยเหล่านี้:

• ลักษณะการย่น - การเกิดรอยย่นแบบวงรอบในโซนชายขอบบ่งชี้ว่าความดันไม่เพียงพอ; การย่นที่ผนังบ่งชี้ถึงปัญหาการไหลของวัสดุที่ซับซ้อนกว่า
• การฉีกขาดที่ขอบ - รอยแตกที่เริ่มจากขอบแผ่นวัสดุบ่งชี้ถึงแรงเสียดทานที่มากเกินไปอันเนื่องมาจากความดันที่สูงเกินไป
• ความหนาผนังไม่สม่ำเสมอ - รูปแบบการบางตัวไม่สมมาตรแสดงให้เห็นถึงการกระจายแรงดันที่ไม่สม่ำเสมอทั่วพื้นผิวยึดแผ่นวัสดุ
• การทำรอยขีดข่วนผิว - รอยขีดข่วนหรือรอยเสียดสีบนชายขอบบ่งชี้ถึงความดันที่สูงเกินไปร่วมกับการหล่อลื่นที่ไม่เพียงพอ
• การฉีกขาดที่ปลายสแตมป์ - รอยแตกใกล้ก้นถ้วยบ่งชี้ว่าวัสดุไม่สามารถไหลอย่างอิสระเพียงพอเพื่อลดความเครียดดึง

หากคุณเห็นรอยย่น ความคิดแรกอาจคือเพิ่มความดันอย่างมาก แต่ควรต้านทานสิ่งนี้ ควรปรับเพิ่มทีละขั้นตอนร้อยละ 10-15 ซึ่งช่วยให้คุณเข้าใกล้ความดันที่เหมาะสมโดยไม่เกินไปจนเกิดการฉีกขาด

ระบบความดันที่ยึดหยุ่นของที่ยึดแผ่นเปล่า

สำหรับชิ้นส่วนโลหะที่ต้องดัดลึกซับซ้อน การใช้ความดันคงที่ตลอด stroke มักไม่เพียงพอ ตามที่ The Fabricator อธิบาย ระบบที่ใช้ shim อิเล็กทรอนิกส์ให้ความยืดหยุ่นสูงสุดในการควบคุมการไหลของแผ่นเปล่าและโลหะสำหรับกระบวนการดัดลึก ระบบนี้ช่วยให้สามารถปรับความดันของที่ยึดแผ่นเปล่าที่จุดต่างๆ รอบขอบของรูปร่างที่ถูกดัด ตลอด stroke ของเครื่องกด

ทำไมความดันตัวแปรจึงสำคัญ? พิจารณิ่งสิ่งที่เกิดขระหว่างกระบวนการดัด:

• ที่จุดเริ่ม stroke พื้นทั้งหมดของแผ่นเปล่าต้องถูกยึดเพื่อป้องกันการเกิดรอยย่น
• เมื่อวัสดุไหลเข้าสู่แม่พิมพ์ พื้นที่ของ flange จะลดลงอย่างต่อเนื่อง
• การรักษากำลังคงที่บนพื้นที่ที่เล็กลงหมายถึงแรงดันที่มีประสิทธิภาพเพิ่มขึ้น
• แรงดันที่เพิ่มขึ้นนี้อาจป้องกันไม่ให้วัสดุไหลเข้าช่วงสุดท้ายของการดึงซึ่งเป็นช่วงสำคัญ

ระบบแรงดันแปรผันสามารถแก้ไขปัญหานี้ได้โดยการลดแรงลงตามความคืบหน้าของการดึง เพื่อรักษาระดับแรงดันที่เหมาะสมแทนที่จะเป็นแรงที่เหมาะสม ตามรายงานของ The Fabricator ระบบนี้ยังสามารถชดเชยการเปลี่ยนแปลงของความหนาของโลหะที่เกิดขึ้นระหว่างกระบวนการดึง ทำให้ไม่จำเป็นต้องใช้จุดรองรับเคลื่อนที่บนตัวยึดแผ่นงาน

ข้อกำหนดของหมอนตายและทางเลือกแทนสปริงไนโตรเจน

แรงยึดแผ่นงานของคุณต้องมาจากแหล่งใดแหล่งหนึ่ง โดยมีอยู่สามทางเลือกหลัก แต่ละแบบมีลักษณะเฉพาะที่แตกต่างกันสำหรับการขึ้นรูปโลหะด้วยวิธีดึงลึก

หมอนกด แสดงถึงแนวทางแบบดั้งเดิม โดยตามที่ The Fabricator ระบุ หมอนน้ำมันสามารถสร้างแรงยึดแผ่นวัสดุที่สูงมาก ซึ่งจำเป็นสำหรับการขึ้นรูปชิ้นงานแบบยืด เช่น ฝากระโปรงรถยนต์และบานประตูด้านนอก ระบบเหล่านี้จ่ายแรงผ่านอากาศหรือหมุดรองรับที่ถ่ายเทพลังงานอย่างสม่ำเสมอไปทั่วพื้นผิวยึดแผ่นวัสดุ

อย่างไรก็ตาม ระบบหมอนกดต้องได้รับการบำรุงรักษาอย่างใกล้ชิด The Fabricator เตือนว่า หากหมุดอากาศเสียหาย งอ หรือไม่เรียบ อาจทำให้เกิดการโก่งตัวของตัวยึด ส่งผลให้แม่พิมพ์และตัวยึดแผ่นวัสดุไม่แนบสนิทกัน ซึ่งอาจนำไปสู่การสูญเสียการควบคุมโลหะ นอกจากนี้ พื้นผิวหมอนรองที่มีรอยบุ๋มหรือสกปรกก็จะทำให้ความสม่ำเสมอของแรงดันลดลง แม้ว่าหมุดจะมีความแม่นยำก็ตาม

สปริงไนโตรเจน เสนอทางเลือกที่เป็นระบบปิดซึ่งติดตั้งโดยตรงเข้าในแม่พิมพ์ ถังก๊าซที่อัดด้วยก๊าซไนโตรเจนเหล่านี้ให้แรงที่สม่ำเสมอตลอด stroke และไม่ต้องการแหล่งจ่ายแรงดันภายนอก สำหรับงานขึ้นรูปโลหะ เหรียร์ หรือการดำเนินงานที่ต้องความแม่นยำอื่นๆ ระบบสปริงไนโตรเจนให้ความซ้ำของผลที่ระบบอากาศบางครั้งไม่สามารถเทียบได้

ข้อได้เปรียบของสปริงไนโตรเจนรวมถึง:

• ติดตั้งแบบกะทัดรัดภายในโครงสร้างแม่พิมพ์
• ให้แรงที่สม่ำเสมอ โดยไม่ขึ้นต่อสภาวะของระบบคัชชันบนเครื่องกด
• การเปลี่ยนแปลงและบำรุงรักษาที่ง่าย
• ประสิทธิภาพที่สามารถทำนายได้ตลอดการผลิต

ข้อแลกเปลี่ยนคือ? สปริงไนโตรเจนให้ลักษณะแรงที่คงที่ คุณไม่สามารถปรับแรงดันในระหว่าง stroke โดยไม่เปลี่ยนข้อกำหนดของสปริง สำหรับชิ้นงานที่ต้องการลักษณะแรง holder แบบแปรผัน ระบบคัชชันเครื่องกดที่มีการควบคุมแบบโปรแกรมจะให้ความยืดหยุ่นที่มากกว่า

ถังสูบยกสต็อก เป็นอีกทางเลือกหนึ่ง โดยเฉพาะสำหรับการใช้งานแม่พิมพ์ตัดแบบโปรเกรสซีฟ ตามรายงานของ The Fabricator ระบุว่า สปริงแก๊สที่พร้อมติดตั้งเหล่านี้สามารถดูดซับแรงดันข้างและทนต่อการใช้งานหนักได้ดีกว่ากระบอกสูบแบบธรรมดา นอกจากนี้ยังมาพร้อมรูเกลียวสำเร็จรูปเพื่อยึดติดกับรางนำวัสดุ ช่วยให้การสร้างแม่พิมพ์ทำได้อย่างรวดเร็วและสะดวกยิ่งขึ้น

เมื่อเลือกระบบแรงดัน ควรพิจารณาความซับซ้อนให้สอดคล้องกับความต้องการ อย่าลงทุนกับระบบชิมมิ่งอิเล็กทรอนิกส์ที่มีราคาแพง หากเพียงแค่สปริงไนโตรเจนแบบง่ายๆ ก็เพียงพอต่อการใช้งาน ในทางกลับกัน อย่าคาดหวังว่าจะสามารถขึ้นรูปร่างเรขาคณิตที่ซับซ้อนได้สำเร็จโดยใช้ระบบแรงดันยูรีเทนพื้นฐานที่ขาดความสามารถในการออกแรงและควบคุมความแม่นยำที่จำเป็นต่อการประยุกต์ใช้งานที่ต้องการประสิทธิภาพสูง

เมื่อแรงยึดแผ่นวัสดุถูกปรับคาลิเบรตอย่างเหมาะสมแล้ว คุณก็จะสามารถผลิตชิ้นงานได้อย่างสม่ำเสมอ แต่หากยังคงพบข้อบกพร่องเกิดขึ้นล่ะ? หัวข้อถัดไปจะนำเสนอแนวทางการแก้ปัญหาอย่างเป็นระบบ เพื่อวินิจฉัยและแก้ไขปัญหาการเกิดรอยย่น การฉีกขาด และปัญหาคุณภาพผิว ซึ่งแม้แม่พิมพ์ที่ออกแบบมาอย่างดีก็อาจประสบปัญหาเหล่านี้ได้

การแก้ปัญหาข้อบกพร่องจากการดึงลึกและการวิเคราะห์ต้นเหตุราก

คุณได้ปรับแรงยึดแผ่นงาน กำหนดรัศมีของแม่พิมพ์ และวางแผนลำดับการลดขนาดแล้ว แต่ยังคงมีข้อบกพร่องปรากฏบนชิ้นส่วนอยู่ดี เกิดอะไรผิดพลาดขึ้น? คำตอบอยู่ที่การวินิจฉัยอย่างเป็นระบบ ทุกความย่น รอยฉีก และความบกพร่องบนผิวเรียบ ล้วนบอกเล่าเรื่องราวเกี่ยวกับกระบวนการของคุณ การเรียนรู้ที่จะอ่านรูปแบบความล้มเหลวเหล่านี้ จะเปลี่ยนของเสียที่น่าหงุดหงิดให้กลายเป็นข้อมูลเชิงลึกที่สามารถนำไปใช้ปรับปรุงการออกแบบแม่พิมพ์ได้

ข้อบกพร่องจากกระบวนการขึ้นรูปด้วยการดึงลึกสามารถจัดหมวดหมู่ได้อย่างชัดเจน โดยแต่ละประเภทมีลักษณะเฉพาะตัวและสาเหตุรากที่แตกต่างกัน ตามแหล่งข้อมูลจาก Metal Stamping O , ปัญหาส่วนใหญ่จากการขึ้นรูปด้วยการดึงลึก มักเกิดจากปัจจัยร่วมระหว่างปัญหาแม่พิมพ์และการออกแบบ โดยการตรวจสอบผลิตภัณฑ์สำเร็จรูป ผู้ที่มีประสบการณ์สามารถระบุคุณภาพของกระบวนการได้อย่างชัดเจน หน้าที่ของคุณคือการพัฒนาสายตาให้มีความชำนาญเช่นนั้น

การวินิจฉัยความล้มเหลวจากความย่นและรอยฉีก

การย่นและการฉีกขาดแสดงถึงขั้วตรงข้ามของสเปกตรัมการไหลของวัสดู ริ้วรอยบ่งชี้การอัดที่ไม่ควบคุม ขณะที่การฉีกขาดสื่อถึงแรงดึงที่มากเกิน ความเข้าใจเกี่ยวกับตำแหน่งที่ข้อบกพร่องแต่ละชนิดปรากฏบนชิ้นงานของคุณจะชี้ไปโดยตรงถึงพารามิเตอร์ของการออกแบบแม่พิมพ์ที่เป็นต้นเหตู

การวินิจฉัยการเกิดริ้วรอย ริ้วรอยเกิดที่ตำแหน่งใดบนชิ้นงานของคุณ? ริ้วรอยที่เกิดบน flange ´ซึ่งปรากฏที่ขอบ blank โดยทั่วมักบ่งชี้ว่าความดันของ blank holder ไม่เพียงพอ ตามที่ Metal Stamping O อธิบาย หาก holder เอียง แน่นมากเกิน หรือหาก blank มี burr อยู่ที่ขอบที่ยึด holding edge โลหะจะไม่ไหลอย่างเหมาะสม ทำให้เกิดริ้วรอยที่เด่นชัดข้ามขอบด้านบน Wall wrinkles ที่เกิดในพื้นที่ที่ไม่มีการรองรับระหว่าง blank holder และ punch บ่งชี้ว่ามีช่องว่างมากเกินหรือรัศมีของ die ไม่เพียงพอ

แนวทางแก้ไขข้อบกพร่องการเกิดริ้วรอย

• เพิ่มความดันของ blank holder อย่างค่อยเป็นค่อยขยับ (ปรับเพิ่ม 10-15%)
• ตรวจสอบความขนานของ blank holder และแก้ไขการเอียงใดๆ
• ตรวจสอบขอบ blank สำหรับ burrs ที่อาจขัดขวางการวาง seating อย่างเหมาะสม
• ลดช่องว่างของไดอัดเพื่อให้ได้การรองรับผนังที่ดีขึ้น
• ตรวจสอบให้มั่นใจว่าแรงกดกระจายอย่างสม่ำเสมอทั่วทั้งพื้นผิวตัวยึดแผ่นวัสดุ
• พิจารณาใช้ลูกปัดดึงเพื่อเพิ่มแรงยึดวัสดุในบริเวณที่มีปัญหา

การวินิจฉัยการฉีกขาด: ตำแหน่งที่ฉีกขาดจะบ่งบอกแหล่งที่เกิดความเครียดสะสม ส่วนที่แตกร้าวใกล้ปลายพันซ์ แสดงว่าวัสดุไม่สามารถไหลได้อย่างอิสระพอที่จะลดแรงดึง ตาม การวิเคราะห์ข้อบกพร่องโลหะแผ่นของ AC แรงขึ้นรูปโลหะที่มากเกินไปจากพันซ์ จะทำให้เกิดการเปลี่ยนรูปร่างเกินขนาด ฉีกขาด และแตกร้าวในชิ้นงานที่ขึ้นรูป

รอยฉีกที่เริ่มจากขอบรอบนอกของแผ่นวัสดุ บ่งชี้ถึงปัญหาที่ต่างกัน Metal Stamping O ระบุว่า รอยแตกร้าวด้านก้นเกิดขึ้นส่วนใหญ่เนื่องจากสภาพของแผ่นวัสดุและตัวยึดแผ่นวัสดุ การเป็นรอยขีดข่วนหรือการติดกันของผิววัสดุ อาจทำให้วัสดุไหลเข้าสู่ไดอ่อนลง ส่งผลให้เกิดรอยแตกร้าวที่ก้นภาชนะ

แนวทางแก้ไขข้อบกพร่องจากการฉีกขาด:

• ลดแรงกดของตัวยึดแผ่นวัสดุ เพื่อให้วัสดุไหลได้อย่างอิสระมากขึ้น
• เพิ่มรัศมีปลายด้านหัวแม่พิมพ์เพื่อกระจายแรงไปยังพื้นที่ที่ใหญ่ขึ้น
• เพิ่มรัศมีช่องเข้าของไดอีเพื่อลดแรงเสียดทานระหว่างการเปลี่ยนแปลงวัสดุ
• ตรวจสอบระยะช่องว่างระหว่างแม่พิมพ์และไดอีไม่ให้แคบเกินไปสำหรับความหนาของวัสดุของคุณ
• ปรับปรุงการหล่อลื่นเพื่อลดแรงดึงที่เกิดจากแรงเสียดทาน
• พิจารณาการทำให้วัสดุอ่อนตัวด้วยความร้อน (annealing) หากวัสดุเกิดการแข็งตัวจากการแปรรูปก่อนหน้าจนทำให้ความเหนียวลดลง
• ลดอัตราการดึงขึ้นรูปโดยการเพิ่มขั้นตอนการดึงเพิ่มเติม

การแก้ไขปัญหาหูถ้วย (Earing) และปัญหาคุณภาพผิว

ไม่ใช่ทุกข้อบกพร่องที่เกี่ยวข้องกับความล้มเหลวอย่างรุนแรง ปัญหาหูถ้วย (earing) จะทำให้ความสูงของถ้วยไม่สม่ำเสมอ ซึ่งจำเป็นต้องตัดแต่งมากเกินไป ข้อบกพร่องบนผิวจะส่งผลต่อรูปลักษณ์ภายนอก และอาจกระทบต่อการทำงานของชิ้นส่วนทั้งสองประการนี้สามารถย้อนกลับไปยังตัวแปรกระบวนการที่ควบคุมได้

คำอธิบายปัญหาหูถ้วย (Earing): เมื่อคุณพิจารณาถ้วยที่ขึ้นรูปแล้วและสังเกตเห็นว่าความสูงของขอบแตกต่างกันรอบแนววงกลม แสดงว่าคุณกำลังพบกับปัญหาหูถ้วย (earing) ตามที่ Breaking AC อธิบาย ข้อบกพร่องแบบหูถ้วย (earing defect) หมายถึงความสูงที่ไม่สม่ำเสมอรอบขอบของชิ้นงานที่ขึ้นรูป โดยสาเหตุหลักคือการไม่คำนึงถึงความเข้ากันได้ของวัสดุที่ใช้ในแม่พิมพ์และวัสดุชิ้นงาน

อย่างไรก็ตาม ความไม่สมมาตรของวัสดุถือเป็นปัจจัยหลัก โลหะแผ่นที่ได้จากกระบวนการรีดมีคุณสมบัติแบบทิศทาง โดยเม็ดผลึกจะยืดตัวในทิศทางการรีด ทำให้เกิดสมบัติเชิงกลที่แตกต่างกันที่มุม 0°, 45° และ 90° เทียบกับทิศทางนั้น ระหว่างกระบวนการขึ้นรูปชิ้นงานลึก (deep drawing) วัสดุจะไหลได้ง่ายกว่าในบางทิศทาง ส่งผลให้เกิดลักษณะ "หู" (ears) ที่ตำแหน่งมุมที่คาดการณ์ได้

กลยุทธ์ในการลดปัญหาหู (earing)

• เลือกวัสดุที่มีค่าความไม่สมมาตรในระนาบต่ำ (ค่า r-value ใกล้เคียง 1.0 ในทุกทิศทาง)
• ใช้รูปร่างแผ่นต้นแบบที่ออกแบบมาเพื่อชดเชยความแตกต่างของการไหลตามทิศทาง
• เพิ่มส่วนเผื่อการตัดแต่งเพื่อรองรับการเปลี่ยนแปลงของความสูงหูที่อาจเกิดขึ้น
• พิจารณาใช้วัสดุที่รีดไขว้ (cross-rolled materials) สำหรับการใช้งานที่สำคัญ
• ปรับแรงดันของตัวยึดแผ่นเพื่อควบคุมความสม่ำเสมอของการไหล

ปัญหาคุณภาพผิว รอยขีด, การติดเฉือน, พื้นผิวเป็นเม็ดเหมือนผิวส้ม, และเส้นจากแม่พิมพ์ ทั้งหมดนี้บ่งชี้ปัญหากระบวนการที่เฉพาะเจาะจง การติดเฉือนเกิดเมื่อการหล่อลื่นไม่เพียงพอ ทำให้เกิดการสัมผะระหว่างโลหะกับเครื่องมัดหรือแม่พิมพ์โดยตรง พื้นผิวเป็นเม็ดเหมือนผิวส้มบ่งชี้ว่าเม็ดผลึกเติบโตเกินขนาดเนื่องจากการอบอ่อนมากเกินไป หรือวัสดวที่มีโครงสร้างเม็ดผลึกไม่เหมาะสมสำหรับความลึกของการดึง

แนวทางแก้ไขข้อบกพร่องบนพื้นผิว

• ปรับปรุงคุณภาพและการครอบคลุมของสารหล่อลื่น โดยเฉพาะในพื้นที่ที่มีแรงเสียดทานสูง
• ขัดผิวแม่พิมพ์และตัวดันเพื่อลดแรงเสียดทานและป้องกันการยึดติดของวัสดุ
• เลือกเหล็กเครื่องมัดและการบำบัดผิวที่เหมาะสมสำหรับชุดวัสดุของคุณ
• ตรวจสอบขนาดเม็ดผลึกของวัสดุเพื่อความเหมาะสมกับระดับการดึงของคุณ
• ตรวจสอบสิ่งสกปรกหรือมลพิษบนพื้นผิวที่ยึดติดแผ่นวัสดุและแม่พิมพ์
• พิจารณาใช้ฟิล์มป้องกันสำหรับชิ้นส่วนที่ต้องการพื้นผิวเรียบเกลี้าด

ตารางอ้างอิงข้อบกพร่องอย่างครบถ้วน

ตารางต่อไปด้านล่างรวมการวินิจฉัยข้อบกพร่องในรูปแบบที่สามารถอ้างอิงอย่างรวดง่ายสำหรับเหล็กดึงลึก, เหล็กกล้าไร้สนิม, และวัสดุทั่วทั่วอื่นๆ:

ประเภทข้อบกพร่อง	ตัวบ่งชี้ทางสายตา	สาเหตุหลัก	การ ปรับปรุง
การย่นที่ฟланจ์	หัวเข็มขัดรอบแนวขอบแผ่นวัสดุ; พื้นผิวขอบเป็นคลื่น	แรงยึดแผ่นวัสดุไม่เพียงพอ; การจัดตำแหน่งตัวยึดไม่ตรง; เศษคมที่เกิดขึ้นที่ขอบแผ่นวัสดุ	เพิ่มแรงยึดแผ่น (BHF); ตรวจสอบความขนานของตัวยึด; ลบเศษคมที่แผ่นวัสดุ; เพิ่มเส้นดึง (draw beads)
การย่นที่ผนัง	การเกิดรอยพับบริเวณผนังด้านข้างถ้วยระหว่างขอบและปลายสแตมป์	ช่องว่างของแม่พิมพ์มากเกินไป; รัศมีแม่พิมพ์ไม่เพียงพอ; วัสดุมีความบางเกินไป	ลดช่องว่าง; เพิ่มรัศมีแม่พิมพ์; พิจารณาดำเนินการขั้นตอนการเรียบผิว (ironing operation)
การฉีกขาดที่ปลายสแตมป์	รอยแตกที่เกิดจากบริเวณรัศมีด้านล่างถ้วย	รัศมีสแตมป์เล็กเกินไป; อัตราส่วนการดึงเกินค่าที่กำหนด; แรงยึดแผ่นมากเกินไป; การหล่อลื่นไม่เพียงพอ	เพิ่มรัศมีสแตมป์; เพิ่มขั้นตอนการดึง; ลดแรงยึดแผ่น; ปรับปรุงการหล่อลื่น
การฉีกขาดที่ขอบ	รอยแตกเริ่มต้นจากบริเวณรอบนอกของชิ้นงานเปล่า	แรงกดแผ่นสูงเกินไป; เศษปีกบนขอบชิ้นงานเปล่า; การติดยึดบนตัวยึดชิ้นงานเปล่า	ลดแรงกดแผ่น; ลบเศษปีกบนชิ้นงานเปล่า; ขัดผิวตัวยึดชิ้นงานเปล่าให้เรียบ; ปรับปรุงระบบหล่อลื่น
Earing	ความสูงขอบถ้วยไม่สม่ำเสมอ; มักมีจุดสูงสุดทุกๆ 45°	คุณสมบัติวัสดุไม่เท่ากันตามระนาบ; แรงกดตัวยึดชิ้นงานเปล่าไม่สม่ำเสมอ	เลือกวัสดุที่มีคุณสมบัติเท่ากันทุกทิศทาง; ใช้ชิ้นงานเปล่าที่พัฒนาแล้ว; เพิ่มส่วนเผื่อสำหรับการตัดแต่ง
ความหนาผนังไม่สม่ำเสมอ	จุดบางเฉพาะที่; การกระจายความหนาไม่สมมาตร	ตำแหน่งหัวดัดและแม่พิมพ์ไม่ตรงกัน; แรงกดแผ่นไม่สม่ำเสมอ; ความแตกต่างของวัสดุ	ปรับตำแหน่งแม่พิมพ์ให้ตรง; ตรวจสอบความสม่ำเสมอของแรงกดแผ่น (BHF); ตรวจสอบความสม่่ำเสมอของวัสดุ
การติดหรือรอยขีดข่วน (Galling/Scoring)	รอยขีดแบบเส้นตรง; วัสดุติดอยู่บนผิวแม่พิมพ์	หล่อลื่นไม่เพียงพอ; วัสดุแม่พิมพ์ไม่เข้ากัน; ความดันสูงเกิน	ปรับปรุงสารหล่อลื่น; ใช้การเคลือบผิว; ลดแรงกดที่สัมผัส
เปลือกส้ม	พื้นผิวขรุขระ มีพื้นผิวหยาดคล้ายผิวผลส้ม	ขนาดเม็ดผลึกเกินขนาด; อบอ่อนเกิน; การเปลี่ยนรูปร่างรุนแรง	ระบุวัสดุที่มีเม็ดผลึกละเอียดกว่า; ควบคุมพารามิเตอร์การอบอ่อน
การยืดกลับ (Springback)	มิติของชิ้นงานต่างจากเรขาคณิตของแม่พิมพ์; ผนังโค้งออกด้านนอก	การคืนตัวอย่างยืดหยุ่นหลังขึ้นรูป; วัสดุที่มีความแข็งแรงสูง	ออกแบบแม่พิมพ์ให้งอเกินเพื่อชดเชย; เพิ่มเวลาการยึดที่จุดล่าง stroke

แนวทางการวินิจฉัยอย่างเป็นระบบ

เมื่อเกิดข้อบกพร่องในการขึ้นรูปชิ้นงานเหล็กหรือวัสดุอื่น ๆ ของคุณ ให้ต้านทานความพยายามที่จะปรับหลายจุดพร้อมกัน แต่ควรดำเนินการตามขั้นตอนอย่างมีระเบียบวิธี:

1. ตรวจสอบตำแหน่งข้อบกพร่องอย่างแม่นยำ - ระบุตำแหน่งที่แน่นอนบนชิ้นงานว่าข้อบกพร่องเกิดที่ใด ถ่ายภาพลักษณะรูปแบบความเสียหายเพื่อใช้อ้างอิงในอนาคต
2. วิเคราะห์รูปแบบความเสียหาย - ความเสียหายนั้นสมมาตรหรือเกิดเฉพาะจุดหรือไม่? เกิดขึ้นที่ตำแหน่งมุมเดิมซ้ำ ๆ หรือไม่? ปรากฏที่ตำแหน่งช่วงชักเดียวกันทุกครั้งหรือไม่?
3. สืบค้นไปยังพารามิเตอร์การออกแบบแม่พิมพ์ - ใช้ตารางข้อบกพร่องด้านบนเพื่อระบุสาเหตุหลักที่เป็นไปได้ โดยพิจารณาจากประเภทและตำแหน่งของข้อบกพร่อง
4. ทำการปรับเปลี่ยนทีละตัวแปรเดียว - เปลี่ยนพารามิเตอร์เพียงหนึ่งรายการต่อครั้ง เพื่อแยกผลที่เกิดขึ้น บันทึกการปรับแต่ละครั้งพร้อมผลลัพธ์
5. ตรวจสอบความเสถียรของการแก้ไข - ดำเนินการผลิตชิ้นส่วนในปริมาณที่เพียงพอเพื่อยืนยันว่าการแก้ไขนั้นทำงานได้อย่างต่อเนื่องตลอดกระบวนการผลิต ไม่ใช่แค่กับตัวอย่างจำนวนน้อย

ตาม Metal Stamping O , การเข้าใจวิธีการขึ้นรูปลึก (deep draw method) พร้อมทั้งการเรียนรู้วิธีตรวจสอบชิ้นส่วนที่เสร็จสมบูรณ์ มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อกระบวนการตัดสินใจ ความสามารถในการวินิจฉัยเช่นนี้มีค่ามากในการพัฒนาแม่พิมพ์ในช่วงแรก และการแก้ปัญหาที่เกิดขึ้นระหว่างการผลิต

จำไว้ว่าข้อบกพร่องบางประเภทมีปฏิสัมพันธ์กัน การเพิ่มแรงยึดแผ่นงานเพื่อกำจัดรอยย่น อาจทำให้กระบวนการของคุณเข้าสู่ภาวะการฉีกขาด เป้าหมายคือการค้นหาช่วงการทำงานที่สามารถหลีกเลี่ยงรูปแบบความล้มเหลวทั้งสองได้ สำหรับชิ้นงานที่มีรูปทรงซับซ้อน ช่วงดังกล่าวอาจแคบ จึงต้องอาศัยระบบควบคุมที่แม่นยำและคุณสมบัติของวัสดุที่สม่ำเสมอ

เมื่อพื้นฐานการแก้ปัญหาได้รับการวางไว้อย่างมั่นคง การออกแบบแม่พิมพ์ในยุคปัจจุบันจึงเริ่มอาศัยเครื่องมือจำลองเพื่อทำนายและป้องกันข้อบกพร่องก่อนที่จะตัดเหล็กกล้าขึ้นรูป หัวข้อถัดไปจะกล่าวถึงวิธีที่การวิเคราะห์ CAE ช่วยยืนยันการตัดสินใจด้านการออกแบบของคุณ และเร่งกระบวนการสู่การผลิตแม่พิมพ์ที่พร้อมใช้งาน

การผสานการจำลองด้วย CAE เพื่อยืนยันความถูกต้องของการออกแบบแม่พิมพ์ยุคใหม่

คุณเชี่ยวชาญเรื่องอัตราการขึ้นรูป กำหนดรัศมีของแม่พิมพ์ได้อย่างแม่นยำ และพัฒนาความชำนาญในการแก้ไขปัญหาแล้ว แต่ลองนึกภาพว่าสามารถทำนายข้อบกพร่องทุกชนิดได้ ก่อนที่จะตัดเหล็กกล้าสำหรับแม่พิมพ์ชิ้นเดียว นั่นคือสิ่งที่การจำลองด้วย CAE มอบให้ การออกแบบงานขึ้นรูปโลหะแผ่นในยุคปัจจุบันได้พัฒนาไปไกลกว่าการทดลองและข้อผิดพลาด การวิเคราะห์ด้วยไฟไนต์เอลิเมนต์ (Finite Element Analysis) ช่วยยืนยันการตัดสินใจด้านการออกแบบของคุณในสภาพแวดล้อมเสมือนจริง โดยสามารถระบุปัญหา เช่น การเกิดรอยย่น การฉีกขาด หรือการบางตัว ขณะที่แม่พิมพ์ของคุณยังคงอยู่ในรูปเรขาคณิตดิจิทัลเท่านั้น

ทำไมสิ่งนี้จึงสำคัญต่อโครงการขึ้นรูปลึก (deep draw) ของคุณ? ตามรายงานวิจัยที่ตีพิมพ์ในวารสาร International Journal of Engineering Research & Technology , การลดจำนวนการทดลองจะส่งผลโดยตรงต่อระยะเวลาวงจรในการพัฒนา โดยสามารถวางแผนระยะเวลาวงจรที่สั้นลงได้ด้วยการใช้เครื่องมือซอฟต์แวร์อย่างเหมาะสม ซึ่งสามารถทำนายผลการทดลองได้โดยไม่จำเป็นต้องดำเนินการทดลองจริง การจำลองที่นำเสนอในกระบวนการขึ้นรูปชิ้นงานสามารถให้ข้อมูลเชิงลึกที่สำคัญเกี่ยวกับการปรับเปลี่ยนที่จำเป็นในแบบแม่พิมพ์และแบบชิ้นส่วน

การผสานการจำลองเข้ากับการตรวจสอบความถูกต้องของแบบแม่พิมพ์

การวิเคราะห์ด้วยไฟไนต์อีลิเมนต์เปลี่ยนกระบวนการทำงานออกแบบแม่พิมพ์ขึ้นรูปโลหะของคุณจากแบบตอบสนองไปเป็นแบบคาดการณ์ล่วงหน้า แทนที่จะสร้างอุปกรณ์ขึ้นรูป ทำการทดลอง พบข้อบกพร่อง แก้ไขเหล็ก และทำซ้ำไปเรื่อย ๆ คุณสามารถปรับปรุงแบบดิจิทัลซ้ำ ๆ จนกว่าการจำลองจะยืนยันความสำเร็จ จากนั้นจึงดำเนินการผลิตอุปกรณ์จริง

หลักฟิสิกส์ที่อยู่เบื้องหลังการจำลองการออกแบบงานตัดขึ้นรูปเกี่ยวข้องกับการแบ่งแผ่นวัสดุเปล่าของคุณออกเป็นองค์ประกอบหลายพันชิ้น แต่ละชิ้นจะติดตามความเค้น ความเครียด และการเคลื่อนที่ขณะที่หัวตอกเสมือนค่อยๆ ทำงาน ซอฟต์แวร์จะนำคุณสมบัติทางกลของวัสดุ ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทาน และเงื่อนไขขอบเขตที่คุณกำหนดมาใช้คำนวณการเปลี่ยนรูปร่างของแต่ละองค์ประกอบตลอดระยะการตอก

การจำลองสามารถทำนายอะไรได้บ้างก่อนที่คุณจะสร้างชิ้นงานใดๆ

• รูปแบบการไหลของวัสดุ - แสดงภาพการเคลื่อนที่ของโลหะจากส่วนแฟลนจ์เข้าสู่โพรงแม่พิมพ์อย่างชัดเจน เพื่อระบุบริเวณที่มีแรงอัดหรือแรงดึงมากเกินไป
• การกระจายตัวของการบางตัว - แสดงแผนที่การเปลี่ยนแปลงความหนาทั่วทั้งชิ้นงาน เพื่อตรวจพบจุดที่อาจเกิดความล้มเหลว ก่อนที่จะทำให้เกิดของเสีย
• แนวโน้มการเกิดรอยย่น - ตรวจจับการโก่งตัวภายใต้แรงอัดในบริเวณแฟลนจ์และผนังที่ไม่มีการรองรับ ซึ่งอาจต้องมีการปรับแก้แม่พิมพ์
• การทำนายการเด้งกลับ - คำนวณการคืนตัวแบบยืดหยุ่นหลังจากการขึ้นรูป เพื่อนำมาออกแบบการชดเชยรูปร่างในเรขาคณิตของแม่พิมพ์
• การปรับแต่งแรงยึดแผ่นวัสดุเปล่า - กำหนดโปรไฟล์ความดันที่เหมาะสม´ซึ่งสามารถป้องทั้งการเกิดริ้วและการฉีกขาด
• ประสิทธิภาพของไดช์ดึง - ทดสอบการจัดเรียงของระบบยึดชิ้ดเสมือนก่อนตัดสินใจเปลี่ยนเครื่องมือ

งานวิจัยยืนยันว่าวิธีนี้ใช้ได้จริง ตามที่ระบุในงานศึกษาของ IJERT การตรวจสอบความถูกต้องของไดช์โดยใช้ซอฟต์แวร์จำลองควรสามารถแก้ปัญหาที่เกิดขึ้นในขั้นตอนออกแบบได้ ในขณะที่เมื่อไดช์ถูกผลิตจริง การทดลองและการทดสอบจะเน้นการตรวจสอบความถูกต้องของเครื่องมือทางกายภาพเพื่อประเมินคุณภาพของชิ้นส่วน

ความเข้าใจเกี่ยวกับแผนภาพขีดจำกัดการขึ้นรูป

ในบรรดาผลลัทของการจำลอง การแผนภาพขีดจำกันการขึ้นรูป (FLD) ถือเป็นเครื่องมือที่ทรงพลังที่สุดสำหรับทำนายข้อบกพร่อง ตาม การจำลองงานตัดขึ้นรูป , จุดประสงหลักของการจำลองการขึ้นรูปใดๆ คือเพื่อตรวจสอบพฤติกรรมของวัสดุก่อนการสร้างเครื่องมือตัดขึ้นรูป ตั้งแต่โครงการวิจัยระดับบัณฑิตศึกษาในปี 1965 FLD มีเป้าหมายเพื่อกำหนดสิ่งที่ทำให้เกิดการคอดเฉพาะที่และการฉีกขาดในกระบวนการขึ้นรูปแผ่นโลหะ และเพื่อพิจารว่าการฉีกขาดสามารถทำนายได้ล่วงหน้าหรือไม่

นี่คือวิธีการทำงานของการวิเคราะห์ FLD: การจำลองคำนวณความเครียดในสองทิศทาง (แกนหลักและแกนรอง) สำหรับทุกองค์ประกอบในชิ้นงานที่ขึ้นรูปแล้ว คู่ของค่าความเครียดเหล่านี้จะถูกพล็อตเป็นจุดบนกราฟ เส้นโค้งขีดจำกัดการขึ้นรูป (Forming Limit Curve) ซึ่งมีลักษณะเฉพาะตามวัสดุและชิ้นงานที่ใช้ จะแบ่งโซนปลอดภัยออกจากโซนที่เกิดความล้มเหลว

FLD บอกอะไรคุณเกี่ยวกับการตั้งค่าเครื่องกดดึงลึกของคุณ?

• จุดที่อยู่ใต้เส้นโค้ง - สภาวะการขึ้นรูปที่ปลอดภัย โดยมีระยะห่างจากจุดวิกฤตเพียงพอ
• จุดที่เข้าใกล้เส้นโค้ง - โซนความเสี่ยงที่ต้องพิจารณาในการออกแบบเพิ่มเติม
• จุดที่อยู่เหนือเส้นโค้ง - ความล้มเหลวเกิดขึ้นแน่นอน; จะเกิดการฉีกขาดที่ตำแหน่งเหล่านี้
• จุดที่อยู่ในโซนแรงอัด - มีแนวโน้มเกิดรอยย่น อาจต้องเพิ่มแรงยึดแผ่น

ตามที่อ้างอิงจากการจำลองการขึ้นรูปด้วยแรงตัด อธิบายว่าเส้นโค้งขีดจำกัดการขึ้นรูป (Forming Limit Curve) ถูกกำหนดโดยค่า n-value และความหนาของวัสดุที่ใช้เป็นหลัก ผลลัพธ์แสดงพื้นที่ที่คำนวณได้เกี่ยวกับการไหลของวัสดุ ปริมาณการบางตัว และโซนที่มีแรงอัด ซึ่งอาจก่อให้เกิดรอยย่นหรือพับได้ ด้วยข้อมูลเหล่านี้ จึงสามารถดำเนินการแก้ไขเพื่อปรับปรุงการออกแบบผิวแม่พิมพ์ก่อนจะเริ่มตัดแต่งเหล็ก

จากวิเคราะห์ด้วย CAE สู่เครื่องมือที่พร้อมสำหรับการผลิต

การจำลองไม่ได้มาแทนการตรวจสอบจริง แต่ช่วยเร่งกระบวนการไปสู่การตรวจสอบจริงที่ประสบความสำเร็จ โดยกระบวนการทำงานจะดำเนินตามวงจรการปรับปรุงอย่างต่อเนื่อง:

1. สร้างแบบออกแบบแม่พิมพ์เบื้องต้น - พัฒนาเรขาคณิตตามอัตราการดึง รัศมีที่คำนวณได้ และขนาดของแผ่นงาน
2. รันการจำลองการขึ้นรูป - ระบุคุณสมบัติของวัสดุ ค่าแรงเสียดทาน และพารามิเตอร์กระบวนการ
3. วิเคราะห์ผลลัพธ์ - ตรวจสอบแผนภูมิ FLD แผนที่การกระจายความหนา และตัวชี้วัดการเกิดรอยย่น
4. ระบุพื้นที่ที่มีปัญหา - ระบุองค์ประกอบที่เกินขีดจำกัดความปลอดภัยหรือใกล้ถึงเกณฑ์ล้มเหลว
5. ปรับพารามิเตอร์การออกแบบ - ปรับรัศมี ช่องว่าง ความดันของ holder หรือการจัดเรียง draw bead
6. รันการจำลองอีกครั้ง - ตรวจสอบว่าการแก้ไขสามารถแก้ปัญหาได้โดยไม่ก่อปัญหาใหม่
7. ทำซ้ำจนได้ผลที่น่าพอใจ - ดำเนินการเพิ่งปรับแต่งต่อไปจนทุกองค์ประกอบอยู่ภายในขีดจำกัดการขึ้นรูปที่ปลอดภัย
8. ปล่อยเพื่อการผลิตแม่พิมพ์ - ดำเนินการสร้างแม่พิมพ์ทางกายภาพด้วยความมั่นใจ

ตามงานวิจัยของ IJERT แม่พิมพ์จะถือว่าได้รับการตรวจสอบความตรงแล้วเมื่อตรวจสอบชิ้นส่วนตัวต้นทางกายภาพเพื่อหาการมีอยู่และระดับของข้อบกพร่อง ความเกิดขึ้นต่ำและความสอดคล้องในคุณลักษณะที่พึงประสงจะเป็นพื้นฐานสำหรับการตรวจสอบความตรง การจำลองลดจำนวนรอบที่ต้องการทำอย่างมากเพื่อถึงจุดตรวจสอบความตรงนี้

จุดตรวจสอบการจำลองในขั้นตอนการออกแบบของคุณ

ไม่ใช่ทุกการตัดสินใจด้านการออกแบบที่จำเป็นต้องมีการวิเคราะห์การจำลองอย่างสมบูรณ์ อย่างไรก็ตาม มีบางจุดตรวจสอบที่ได้รับประโยชน์อย่างมากจากการยืนยันความถูกต้องแบบเสมือนจริง:

• การตรวจสอบการพัฒนาแผ่นว่าง (Blank) - ยืนยันขนาดแผ่นว่างที่คำนวณได้ว่าเพียงพอต่อการใช้งาน โดยไม่มีวัสดุส่วนเกินเสียเปล่า
• ความเป็นไปได้ของการขึ้นรูปขั้นแรก (First-draw) - ตรวจสอบให้แน่ใจว่าอัตราการลดเบื้องต้นยังคงอยู่ภายในขีดจำกัดของวัสดุ
• การวิเคราะห์การเปลี่ยนผ่านหลายขั้นตอน - ตรวจสอบสภาพวัสดุระหว่างขั้นตอนการขึ้นรูป เพื่อให้มั่นใจว่ายังคงสามารถขึ้นรูปได้
• การประเมินรัศมีมุม - ตรวจสอบความเข้มข้นของแรงดึงที่รัศมีแคบบนชิ้นส่วนที่ไม่ใช่ทรงกระบอก
• การออกแบบชดเชยการเด้งกลับ - คำนวณมุมโค้งเกินที่ต้องใช้เพื่อให้ได้มิติตามเป้าหมาย
• การปรับแต่งแรงยึดแผ่นวัสดุเปล่า - กำหนดลักษณะแรงดันที่สามารถขยายช่วงการทำงานของกระบวนการให้กว้างที่สุด
• การจัดวางแถบดึง - ทดสอบการจัดรูปแบบการยึดเหนี่ยวสำหรับเรขาคณิตรูปร่างซับซ้อน

เอกสารอ้างอิงการจำลองงานขึ้นรูปชี้ว่า การพล็อตตารางวงกลมเสมือนสามารถเปรียบเทียบกับการทดลองตารางวงกลมจริง เพื่อกำหนดความแม่นยำของการจำลองได้ ความสอดคล้องระหว่างผลลัพธ์เสมือนและจริงนี้ช่วยสร้างความมั่นใจในกระบวนการตัดสินใจออกแบบที่อาศัยการจำลอง

การใช้ประโยชน์จากบริการที่ผสานการจำลองอย่างมืออาชีพ

แม้ว่าซอฟต์แวร์การจำลองจะเข้าถึงได้ง่ายขึ้น แต่การดึงศักยภาพสูงสุดออกมาได้นั้น จำเป็นต้องมีความเชี่ยวชาญทั้งในด้านความสามารถของซอฟต์แวร์และพื้นฐานกระบวนการขึ้นรูปลึก บริษัทขึ้นรูปโลหะแบบดึงลึกจึงเริ่มแยกแยะตนเองออกจากผู้อื่นผ่านความสามารถในการจำลอง

คุณควรพิจารณาอะไรบ้างเมื่อเลือกผู้ผลิตชิ้นส่วนโลหะขึ้นรูปลึกที่ให้บริการแบบผสานการจำลอง? อัตราการอนุมัติในครั้งแรกถือเป็นตัวชี้วัดที่ชัดเจน เมื่อผู้ร่วมงานออกแบบแม่พิมพ์สามารถบรรลุอัตราการอนุมัติครั้งแรกได้ถึง 93% หมายความว่าคุณกำลังเห็นผลลัพธ์ที่จับต้องได้จากกระบวนการออกแบบที่ได้รับการยืนยันด้วยการจำลอง ตัวเลขดังกล่าวสะท้อนโดยตรงถึงการลดระยะเวลาพัฒนา ต้นทุนการปรับแก้แม่พิมพ์ที่ต่ำลง และการเร่งความเร็วในการนำเข้าสู่การผลิต

การรับรองคุณภาพก็มีความสำคัญไม่แพ้กัน การได้รับการรับรองตามมาตรฐาน IATF 16949 แสดงให้เห็นว่าการตรวจสอบความถูกต้องจากการจำลองได้ถูกรวมเข้าไว้ในระบบการจัดการคุณภาพโดยรวม ซึ่งมีขั้นตอนที่ได้รับการบันทึกและดำเนินการอย่างสม่ำเสมอ การจำลองเองจะมีคุณค่าก็ต่อเมื่อดำเนินการอย่างถูกต้อง โดยใช้พารามิเตอร์ที่สมจริง

สำหรับการประยุกต์ใช้งานในอุตสาหกรรมยานยนต์และโครงการขึ้นรูปลึกที่มีความต้องการสูงอื่น ๆ บริการออกแบบแม่พิมพ์ระดับมืออาชีพที่ใช้การจำลองก่อนการตัดเหล็ก ถือเป็นข้อได้เปรียบเชิงกลยุทธ์ โซลูชันแม่พิมพ์ขึ้นรูปยานยนต์ของ Shaoyi แสดงแนวทางนี้ โดยรวมความสามารถขั้นสูงของการจำลองด้วย CAE เข้ากับการสร้างต้นแบบอย่างรวดเร็วภายในเวลาเพียงห้าวันเท่านั้น ทีมวิศวกรของพวกเขาจัดทำเครื่องมือที่ผ่านการตรวจสอบด้วยการจำลอง ซึ่งออกแบบให้สอดคล้องตามมาตรฐานของ OEM ช่วยลดการปรับแก้ที่มีค่าใช้จ่ายสูงอันเกิดจากกระบวนการพัฒนาแบบลองผิดลองถูกแบบเดิม

งานวิจัยจาก IJERT สรุปว่า การจำลองสามารถให้ข้อมูลเชิงลึกที่สำคัญเกี่ยวกับการปรับเปลี่ยนที่จำเป็นในแม่พิมพ์และชิ้นส่วน เพื่อให้ได้แม่พิมพ์ที่มีความเรียบง่ายและมีประสิทธิภาพมากขึ้น โดยปกติแล้ว แม่พิมพ์ขึ้นรูปจำเป็นต้องมีพารามิเตอร์การออกแบบที่ละเอียดเพื่อให้มั่นใจว่าจะผ่านขั้นตอนการทดลองได้อย่างราบรื่น การจำลองสามารถให้พารามิเตอร์ที่ละเอียดนั้นก่อนที่คุณจะลงทุนทำแม่พิมพ์จริง

เมื่อมีการผสานการจำลองเข้าไปในกระบวนการทำงานออกแบบแม่พิมพ์ของคุณ คุณก็ได้แก้ไขแหล่งที่มาที่สำคัญที่สุดของความล่าช้าและค่าใช้จ่ายในการพัฒนาแล้ว ส่วนสุดท้ายที่เหลือคือการเลือกวัสดุสำหรับแม่พิมพ์และการเคลือบผิวที่เหมาะสม ซึ่งจะช่วยให้การออกแบบที่ผ่านการตรวจสอบแล้วนั้นสามารถทำงานได้อย่างสม่ำเสมอตลอดการผลิตในปริมาณมาก

แนวทางการคัดเลือกวัสดุและการรักษาพื้นผิว

คุณได้ตรวจสอบการออกแบบแม่พิมพ์ผ่านการจำลองและปรับแต่งพารามิเตอร์การขึ้นรูปทุกค่าได้อย่างเหมาะสมแล้ว ตอนนี้มาถึงขั้นตอนตัดสินที่จะกำหนดว่าอุปกรณ์เครื่องมูลของคุณจะสามารถผลิตชิ้นงานอย่างต่อเนื่องในจำนวนหลายพันชิ้น หรือจะล้มเหลวก่อนกำหนด: การเลือกวัสดุแม่พิมพ์ วัสดุของพั๊นช์ แม่พิมพ์ และผู้ยึดแผ่นงานที่คุณระบุจะมีผลโดยตรงต่ออัตราการสึกหรอ คุณภาพผิวสำเร็จ และในที่สุดจะส่งผลต่อต้นทุนต่อชิ้นงานตลอดการผลิต

ตามที่ คู่มือ ASM เกี่ยวกับการแปรรูปโลหะ การเลือกวัสดุสำหรับแม่พิมพ์ดัดลึก มีเป้าหมายเพื่อผลิตชิ้นส่วนที่มีคุณภาพและปริมาณตามที่ต้องการ โดยมีต้นทุนเครื่องมูลต่อชิ้นต่ำที่สุด หลักการนี้จะเป็นแนวทางในการตัดสินเลือกวัสดุทุกครั้งที่คุณทำ ตัวเลือกที่ต้านทานการสึกหรอมากที่สุดไม่จำเป็นว่าจะดีที่สุด เสมอ เนื่องว่าคุณต้องชั่งดุลระหว่างต้นทุนเริ่มต้น ความต้องการในการบำรุงรักษา และปริมาณการผลิตที่คาดการณ์

การเลือกเหล็กเครื่องมูลสำหรองส่วนประกอบแม่พิมพ์ดัดลึก

การขึ้นรูปโลหะแบบดรอว์ลึกทำให้อุปกรณ์เครื่องมือต้องเผชิญกับสภาวะที่รุนแรง ตัวยึดแผ่นวัสดุสัมผัสโดยการเสียดสีในแต่ละจังหวะการทำงาน หัวพันซ์ต้องทนต่อแรงอัดขณะที่ยังคงรักษารูปร่างที่แม่นยำ แม่พิมพ์ต้องนำทางการไหลของวัสดุได้ ในขณะเดียวกันก็ต้องต้านทานการเกิดกาลลิ่ง (galling) ซึ่งเกิดขึ้นเมื่อโลหะชนิดเดียวกันสัมผัสกันภายใต้แรงกด

ปัจจัยใดบ้างที่ควรกำหนดการเลือกเหล็กกล้าสำหรับเครื่องมือ? พิจารณาตัวแปรเหล่านี้:

• ปริมาณการผลิต - การผลิตต้นแบบจำนวนน้อยใช้วัสดุที่ต่างออกไปจากโครงการผลิตรถยนต์หลายล้านชิ้น
• วัสดุชิ้นงาน - การดรอว์ลึกเหล็กสเตนเลสสร้างความสึกหรอของเครื่องมือมากกว่าเหล็กกล้าคาร์บอนต่ำหรืออลูมิเนียม
• ความซับซ้อนของชิ้นส่วน - รูปทรงเรขาคณิตที่ซับซ้อนจะรวมศูนย์ความเครียดไว้ที่ตำแหน่งเฉพาะ จึงต้องการความต้านทานการสึกหรอที่สูงขึ้น
• ข้อกำหนดการตกแต่งผิว - ชิ้นส่วนตกแต่งต้องการเครื่องมือที่สามารถรักษาผิวขัดมันเงาไว้ตลอดกระบวนการผลิต
• ความสามารถในการบำรุงรักษา - วัสดุบางชนิดต้องการการอบความร้อนพิเศษหรืออุปกรณ์เจียรพิเศษสำหรับการซ่อมบำรุง

คู่มือ ASM เกี่ยวกับแม่พิมพ์ขึ้นรูปด้วยแรงกดได้ทบทวนตัวแปรการผลิตที่มีอิทธิพลต่อการเลือกวัสดุแม่พิมพ์ ไม่ว่าจะเป็นเหล็ก โลหะที่ไม่ใช่เหล็ก หรือแม้แต่วัสดุพลาสติก สำหรับการประยุกต์ใช้งานโลหะที่ต้องขึ้นรูปลึก แม่พิมพ์จากเหล็กเครื่องมือเป็นที่นิยมมากที่สุด แต่เกรดเฉพาะเจาะจงมีความสำคัญอย่างยิ่ง

Die material	การใช้งาน	ช่วงความแข็ง (HRC)	ความต้านทานการสึกหรอ	กรณีการใช้งานที่ดีที่สุด
เหล็กกล้าสำหรับทำแม่พิมพ์ชนิด D2	แม่พิมพ์ ดาย และที่ยึดแผ่นงาน	58-62	ยอดเยี่ยม	การผลิตปริมาณมาก; วัสดุที่กัดกร่อน; การขึ้นรูปลักษณะลึกของแผ่นเหล็ก
เหล็กเครื่องมือ A2	ดายและพันซ์ที่สึกหรอน้อยถึงปานกลาง	57-62	ดี	การผลิตปริมาณปานกลาง; ความเหนียวที่ดีเพื่อรับแรงกระแทก
M2 high-speed steel	พันซ์ที่ต้องการความแข็งที่อุณหภูมิสูง	60-65	ดีมาก	การทำงานความเร็วสูง; การใช้งานที่อุณหภูมิสูง
คาร์ไบด์ (ทังสเตนคาร์ไบด์)	ชิ้นส่วนที่สึกหรอสูง แหวนไอร์นนิ่ง	75-80 (เทียบเท่า HRA)	โดดเด่น	การผลิตเป็นล้านชิ้น; สแตนเลสสตีลดัดลึก; ขนาดความแม่นยำสูง
เหล็กเครื่องมูล O1	แม่พิมพ์ต้นแบบ, แม่พิมพ์จำนวนต่ำ	57-62	ปานกลาง	งานผลิตระยะสั้น; ง่ายในการกลึงจักร; แผ่นโลหะที่สามารถดัดขึ้นรูปสำหรับงานฝีมือ

สังเกตว่าปริมาณการผลิตมีผลต่อทุกการเลือกอย่างไร สำหรองอุปกรณ์แม่พิมพ์ต้นแบบหรืองานผลิตระยะสั้นที่เกี่ยวข้องกับแผ่นโลหะที่สามารถดัดขึ้นรูปสำหรับงานฝีมือหรือการใช้งานปริมาณต่ำอื่นๆ เหล็ก O1 หรือแม้เหล็กกล้าอ่อนที่ผ่านกระบวนการแข็งผิวอาจเพียงพอ แต่สำหรับการผลิตรถยนต์ในปริมาณสูง เหล็ก D2 หรือเม็ดมีดคาร์ไบด์จะเป็นการลงทุนที่สมเหตุสมผลแม้ต้นทุนเริ่มต้นสูงขึ้น

พิจารณาการจับคู่วัสดูระหว่างแม่พิมพ์และได

การเลือกชิ้นส่วนรายตัวไม่เพียงพอ การที่วัสดุของหมัดและตายมีปฏิสัมพันธ์กันส่งผลต่อความต้านทานการติดแน่น (galling) รูปแบบการสึกหรอ และอายุการใช้งานของเครื่องมือโดยรวม ตามที่ระบุใน ASM Handbook การติดแน่น (galling) เป็นสาเหตุโดยทั่วไปของการสึกหรอในแม่พิมพ์ดัดลึก เมื่อวัสดุที่คล้ายกันสัมผัสกันภายใต้แรงดันและสภาวะการเลื่อนไถลในการออกแบบงานตอกโลหะ จะเกิดการเชื่อมติดกันระดับจุลภาคและการฉีกขาด

พิจารณาหลักการจับคู่เหล่านี้:

• หลีกเลี่ยงความแข็งที่เหมือนกัน - เมื่อหมัดและตายมีความแข็งเท่ากัน ทั้งสองจะสึกหรออย่างรวดเร็ว ควรกำหนดให้มีความต่างของความแข็ง 2-4 HRC ระหว่างชิ้นส่วน
• ชิ้นส่วนที่แข็งกว่าสัมผัสผิวสำคัญของชิ้นงาน - หากลักษณะภายนอกของชิ้นงานมีความสำคัญที่สุด ให้ทำให้ตายมีความแข็งกว่า แต่หากผิวด้านในมีความสำคัญ ให้ทำให้หมัดมีความแข็งกว่า
• พิจารณาใช้วัสดุต่างชนิดกัน - ตัวยึดแผ่น (blank holders) ที่ทำจากทองแดงบรอนซ์หรืออลูมิเนียมบรอนซ์ จับคู่กับตายที่ทำจากเหล็กเครื่องมือ จะช่วยลดแนวโน้มการเกิดการติดแน่น (galling) เมื่อดึงอลูมิเนียมอัลลอย
• จับคู่ให้มีสัมประสิทธิ์การขยายตัวใกล้เคียงกัน - สำหรับการขึ้นรูปโลหะด้วยแม่พิมพ์เจาะลึกแบบความแม่นยำ สัมประสิทธิ์การขยายตัวจากความร้อนที่ใกล้เคียงกันระหว่างแกนดันและแม่พิมพ์จะช่วยรักษาช่องว่างให้คงที่ตลอดกระบวนการผลิต
• พิจารณาความเข้ากันได้ของชั้นเคลือบ - พื้นผิวบางประเภทให้ผลการป้องกันที่ดีกว่าเมื่อใช้กับเหล็กกล้าแม่พิมพ์ชนิดเฉพาะ

การบำบัดพื้นผิวและชั้นเคลือบเพื่อยืดอายุการใช้งานของแม่พิมพ์

แม้แต่เหล็กกล้าคุณภาพสูงสุดก็ยังได้รับประโยชน์จากการเสริมผิว เสริมตาม คู่มือ ASM ตัวเลือกต่างๆ ได้แก่ การเคลือบผิวเช่น การชุบโครเมียม และการบำบัดพื้นผิว เช่น การคาร์บูไรซิง หรือคาร์บอนไนไตรด์สําหรับเหล็กกล้าโลหะผสมต่ำ หรือการไนไตรด์ และการเคลือบด้วยวิธีการสะสมไอทางกายภาพ (PVD) สำหรับเหล็กกล้าแม่พิมพ์ การบำบัดแต่ละประเภทออกแบบมาเพื่อจัดการกับกลไกการสึกหรอเฉพาะด้าน

Nitriding การแพร่ไนโตรเจนเข้าสู่ผิวเหล็ก ทำให้เกิดชั้นผิวแข็งโดยไม่เปลี่ยนแปลงขนาด ตามคำอธิบายของ AZoM การไนไตรด์ช่วยเพิ่มความต้านทานการสึกหรอและความแข็งของผิวเครื่องมือ จึงเหมาะอย่างยิ่งสำหรับการใช้งานที่เกี่ยวข้องกับวัสดุกัดกร่อน สำหรับแม่พิมพ์ดัดลึก การไนไตรด์ช่วยยืดอายุการใช้งานอย่างมากเมื่อขึ้นรูปเหล็กเคลือบหรือโลหะผสมความแข็งสูง

การเคลือบโครเมียม ทําให้เกิดชั้นผิวเคลือบที่แข็งและมีแรงเสียดทานต่ำ ตามข้อมูลจาก AZoM การชุบโครเมียมแบบแข็งจะเพิ่มความแข็งของผิวได้อย่างมาก จนถึงค่าสูงสุดถึง 68 HRC มีประโยชน์อย่างยิ่งเมื่อใช้กับเหล็กกล้าโครงสร้าง เหล็กทองแดง เหล็กกล้าคาร์บอน และทองเหลือง พื้นผิวโครเมียมที่เรียบยังช่วยให้ชิ้นงานปลดออกได้ง่ายขึ้น และลดความต้องการสารหล่อลื่น

ไทเทเนียมไนไตรด์ (TiN) การเคลือบที่ใช้วิธีการสะสมไอทางกายภาพ (Physical Vapor Deposition) เพื่อสร้างชั้นเซรามิกสีทองคำ โดย AZoM ระบุว่า ความแข็งสูงที่รวมกับคุณสมบัติแรงเสียดทานต่ำ รับประกันอายุการใช้งานที่ยาวนานกว่าอย่างมีนัยสําคัญ TiN ช่วยลดแนวโน้มการเกิด galling ได้อย่างมาก จึงมีคุณค่าในการดึงลึกสแตนเลสสตีล ซึ่งการสึกหรอแบบยึดติด (adhesive wear) เป็นปัญหาสําหรับแม่พิมพ์ที่ไม่มีการเคลือบ

ไทเทเนียมคาร์บอนไนไตรด์ (TiCN) ให้ทางเลือกที่มีความแข็งมากกว่าและแรงเสียดทานต่ำกว่า TiN ตามข้อมูลจาก AZoM มีคุณสมบัติต้านทานการสึกหรอได้ดี พร้อมทั้งความเหนียวและความแข็ง สำหรับการประยุกต์ใช้งานโลหะดึงลึกที่ต้องการทั้งความต้านทานการขัดถูและความเหนียวต่อแรงกระแทก TiCN ให้สมดุลที่ยอดเยี่ยม

ไทเทเนียม อะลูมิเนียม ไนไตรด์ (TiAlN) ทำงานได้ดีในสภาวะที่มีความต้องการสูง ตามที่ AZoM ระบุว่ามีความเสถียรต่อการเกิดออกซิเดชันและความเหนียวที่สูง เหมาะสำหรับความเร็วที่สูงขึ้น ขณะที่ยังสามารถยืดอายุการใช้งานของเครื่องมายด์ได้ สำหรับการผลิตโลหะที่ต้องดึงลึกในปริมาณสูงที่มีการสร้างความร้อนอย่างมีนัยสำคัญ TiAlN ยังคงรักษาสมรรถนะได้ดีในขณะที่วัสด้อื่นๆ เริ่มเสื่อม

เมื่อไควร์ไบด์อินเสิร์ทคุ้นค่าต้นทุนที่สูง

เครื่องมายด์คาร์ไบด์มีต้นทุนที่สูงกว่าเหล็กเครื่องมายด์ที่ผ่านการเผาแข็งอย่างมีนัยสำคัญ แต่เมื่อใดการลงทุนนี้จะคุ้นค่า? มีหลายสถานการณ์ที่ทำให้คาร์ไบด์กลายเป็นตัวเลือกที่ดีกว่าทางเศรษฐกิจ:

• ปริมาณการผลิตเกิน 500,000 ชิ้น - อายการใช้งานที่ยืดยาวของคาร์ไบด์ช่วยกระจายต้นทุนเริ่มต้นออกในจำนวนชิ้นงานที่เพียงพอ ทำให้ลดต้นทุนเครื่องมายด์ต่อชิ้น
• ความอดทนทางมิติที่แน่นหนา - ความต้านทานต่อการสึกหรอของคาร์ไบด์ช่วยรักษามิติที่สำคัญได้นานกว่าเหล็กเป็นหลายเท่า ลดความถี่ของการปรับแต่ง
• วัสดางานที่มีฤทธิ์กัดกร่อน - เหล็กที่มีความแข็งแรงสูงและเหล็กกล้าไร้สนิมที่มีอัลลอยต่ำ ทำให้แม่พิมพ์เหล็กสึกหรออย่างรวดเร็ว
• กระบวนการไอน์นิ่ง - การสัมผัสแบบเลื่อนแรงที่เกิดในระหว่างการไอน์นิ่งผนัง ทำลายเครื่องมายด์เหล็กอย่างรวดเร็ว
• ความไวต่อการหยุดงาน - เมื่อการหยุดชะงักของการผลิตมีค่าใช้จ่ายสูงกว่าต้นทุนเครื่องมือ การเลือกใช้วัสดุคาร์ไบด์ที่มีความน่าเชื่อถือสูงสามารถชี้แจงการกำหนดราคาพรีเมียมได้อย่างสมเหตุสมผล

คาร์ไบด์ที่ยึดติดกับเหล็กให้ทางเลือกที่เหมาะสม โดยอ้างอิงจาก ASM Handbook คาร์ไบด์ที่ยึดติดกับเหล็กให้ความต้านทานการสึกหรอใกล้เคียงกับคาร์ไบด์แบบแข็งทั้งแท่ง แต่มีความเหนียวและความสามารถในการกลึงที่ดีกว่า สำหรับแม่พิมพ์ที่มีรูปทรงซับซ้อน ซึ่งหากผลิตจากคาร์ไบด์แบบแข็งทั้งแท่งจะมีต้นทุนสูงเกินไป ทางเลือกที่เป็นคาร์ไบด์ยึดติดกับเหล็กจะให้ประสิทธิภาพที่ยอดเยี่ยม

ปริมาณการผลิตและเศรษฐศาสตร์การเลือกวัสดุ

ปริมาณการผลิตที่คาดการณ์ไว้มีบทบาทพื้นฐานต่อการตัดสินใจเลือกวัสดุ พิจารณาลำดับขั้นตอนต่อไปนี้:

ต้นแบบและการผลิตปริมาณต่ำ (ต่ำกว่า 1,000 ชิ้น): วัสดุทำแม่พิมพ์ชนิดอ่อน เช่น เหล็กกล้าอ่อนหรืออลูมิเนียม สามารถใช้ในการทดลองเบื้องต้นได้ แม้แต่เหล็กกล้าแม่พิมพ์ O1 ที่ยังไม่ผ่านกระบวนการอบแข็งก็อาจเพียงพอได้ เป้าหมายคือการตรวจสอบการออกแบบชิ้นส่วน ไม่ใช่การยืดอายุการใช้งานแม่พิมพ์ให้ยาวนานที่สุด

การผลิตปริมาณกลาง (1,000-100,000 ชิ้น): เหล็กกล้าเครื่องมูล A2 หรือ D2 ที่ผ่านการเผาจนแข็งกลายเป็นมาตรฐาน การบำบัดผิวเช่นไนไตรด์หรือชุบด้วยโครเม่สามารถยืดอายุการใช้งานโดยไม่ต้องลงทุนเริ่มต้นมากเกินจำเป็น

ปริมาณสูง (100,000 ถึง 1,000,000 ชิ้น): เหล็กกล้าเครื่องมูล D2 คุณภาพสูงพร้อมเคลือก PVD หรือเม็ดมีดคาร์ไบด์ในตำแหน่งที่สึกหรออย่างรุนราย ต้นทุนการปรับปรุงแม่พิมพ์ระหว่างการผลิตสามารถทำให้ลงทุนในวัสดุเริ่มต้นที่มีราคาสูงกว่าเป็นเหตูผลที่สมเหตูสมผล

การผลิตจำนวนมาก (มากกว่า 1,000,000 ชิ้น): เม็ดมีดคาร์ไบด์, ชุดไดย์สำรองหลายชุด, และโปรแกรมการบำบัดผิวอย่างครอบคลุม แม่พิมพ์กลายเป็นสินทรัพย์ทุนที่ต้องวิเคราะห์ต้นทุนตลอดอายุการใช้งาน

ความร่วมมือเพื่อโซลูชั่นวัสดุไดย์ที่ครอบคลุม

การเลือกวัสดุไดย์ไม่สามารถพิจารณาแบบโดดเดี่ยว มันต้องผูกพันกับการตัดสินใจออกแบบอื่นทุกด้าน: ข้อกำหนดรัศมี, แรงยึดแผ่นป้อน, ข้อกำหนดพื้นผิวเรียบ, และกำหนดการผลิต ผู้เชี่ยวเชี่ยวในการออกแบบไดย์จะพิจาร่การเลือกวัสดุเป็นส่วนของโซลูชั่นแม่พิมพ์โดยรวม ซึ่งถ่วงดุลระหว่างต้นทุนเริ่มต้นกับประสิทธิภาพการผลิต

ปัจจัยใดที่ทำให้พันธมิตรมีศักยภาพ? ควรพิจารณาทีมวิศวกรรมที่ให้ความสำคัญกับการเลือกวัสดุในช่วงพัฒนาการออกแบบ ไม่ใช่เป็นเรื่องเสริมภายหลัง ความสามารถในการผลิตต้นแบบอย่างรวดเร็วภายในห้าวันแสดงถึงความยืดหยุ่นในการผลิต เพื่อประเมินตัวเลือกวัสดุได้อย่างเป็นรูปธรรม การผลิตแม่พิมพ์ที่คุ้มค่าและออกแบบตามมาตรฐานของผู้ผลิตรถยนต์ (OEM) สะท้อนถึงประสบการณ์ในการจัดสรรการลงทุนด้านวัสดุให้สอดคล้องกับความต้องการการผลิตจริง

ขีดความสามารถโดยรวมของ Shaoyi ด้านการออกแบบและผลิตแม่พิมพ์ เป็นตัวอย่างแนวทางแบบบูรณาการนี้ ใบรับรอง IATF 16949 ของบริษัทประกันว่าการตัดสินใจเลือกวัสดุจะดำเนินไปตามขั้นตอนคุณภาพที่ได้รับการบันทึกไว้ ไม่ว่าแอปพลิเคชันของคุณต้องการเม็ดคาร์ไบด์สำหรับการผลิตเหล็กกล้าไร้สนิมจำนวนล้านชิ้น หรือเหล็กแข็งราคาประหยัดสำหรับการตรวจสอบต้นแบบ บริการออกแบบแม่พิมพ์อย่างครบวงจรจะมอบทางออกด้านวัสดุที่เหมาะสม ซึ่งสอดคล้องกับความต้องการเฉพาะของคุณ

การเลือกวัสดุสำหรับแม่พิมพ์ช่วยเติมเต็มแนวทางการออกแบบแม่พิมพ์ดึงลึกของคุณ ตั้งแต่การคำนวณอัตราส่วนการดึง ผ่านการจำลองตรวจสอบ และตอนนี้คือการระบุข้อกำหนดวัสดุ คุณมีพื้นฐานทางเทคนิคที่ครบถ้วนสำหรับการพัฒนาเครื่องมือที่ผลิตชิ้นงานได้อย่างสมบูรณ์แบบอย่างต่อเนื่องในทุกช่วงการผลิต

คำถามที่พบบ่อยเกี่ยวกับการออกแบบแม่พิมพ์ดึงลึก

1. ช่องว่างของแม่พิมพ์ที่เหมาะสมสำหรับกระบวนการดึงลึกคือเท่าใด?

ช่องว่างของแม่พิมพ์ควรอยู่มากกว่าความหนาของวัสดุ 10-20% เพื่อป้องกันการรวมตัวของโลหะบริเวณด้านบนของแม่พิมพ์ ขณะเดียวกันก็รักษาการควบคุมผนังไว้ได้ สำหรับวัสดุหนา 0.040 นิ้ว ควรกำหนดช่องว่างที่ 0.044–0.048 นิ้ว ช่องว่างที่แคบลงจะช่วยเรียบผนังด้านข้างให้มีความหนาสม่ำเสมอ ในขณะที่ช่องว่างที่มากเกินไปจะทำให้ผนังเกิดรอยย่น นักออกแบบแม่พิมพ์มืออาชีพ เช่น Shaoyi ใช้การจำลองด้วย CAE เพื่อปรับแต่งช่องว่างให้เหมาะสมกับวัสดุและรูปทรงเรขาคณิตเฉพาะ จนสามารถบรรลุอัตราการอนุมัติครั้งแรกสำเร็จได้ถึง 93%

2. วิธีการคำนวณขนาดแผ่นต้นฉบับสำหรับการดึงลึกคืออย่างไร?

คำนวณขนาดแผ่นงานโดยใช้หลักการคงที่ของปริมาตร: พื้นที่ผิวของแผ่นงานเท่ากับพื้นที่ผิวของชิ้นส่วนสำเร็จรูป สำหรับถ้วยทรงกระบอก ให้ใช้สูตร Rb = √[Rf × (Rf + 2Hf)] โดยที่ Rb คือรัศมีแผ่นงาน Rf คือรัศมีถ้วย และ Hf คือความสูงของถ้วย เพิ่มขนาดอีก 2 เท่าของความหนาของวัสดุเพื่อเผื่อการตัดแต่ง และเพิ่มอีก 3-5% เพื่อชดเชยการบางตัว สำหรับรูปทรงเรขาคณิตที่ซับซ้อน ควรใช้การคำนวณพื้นที่ผิวด้วยโปรแกรม CAD เพื่อความแม่นยำ

3. อะไรเป็นสาเหตุที่ทำให้เกิดรอยย่นและรอยฉีกในชิ้นส่วนที่ขึ้นรูปลึก?

รอยย่นเกิดจากแรงกดแผ่นงานไม่เพียงพอ ทำให้เกิดการโก่งตัวภายใต้แรงอัดในเขตชายขอบ ส่วนรอยฉีกเกิดจากแรงกดที่มากเกินไป หรือรัศมีของแม่พิมพ์ไม่เหมาะสมจนวัสดุไหลเข้าตำแหน่งไม่สะดวก ทำให้เกิดแรงดึงที่สูงเกินกว่าความแข็งแรงของวัสดุใกล้บริเวณปลายหมัด แนวทางแก้ไขรวมถึงการปรับแรงกดแผ่นงานอย่างค่อยเป็นค่อยไป การเพิ่มรัศมีของหมัด/แม่พิมพ์ให้เป็น 4-10 เท่าของความหนาของวัสดุ และการปรับปรุงการหล่อลื่น การออกแบบที่ได้รับการตรวจสอบด้วยการจำลอง (Simulation) จะช่วยป้องกันข้อบกพร่องเหล่านี้ก่อนการผลิตแม่พิมพ์

4. ต้องการกี่ขั้นตอนในการดึงลึก (deep drawing)?

ข้อกำหนดจำนวนขั้นตอนขึ้นพึ่งพาร้อยเปอร์เซ็นต์การลดทั้งหมด โดยขั้นตอนดึงครั้งแรกสามารถลดได้ 45-50% ขั้นตอนดึงถัดไปลดได้ 25-30% และ 15-20% ตามลำดับ คำนวณจำนวนขั้นตอนโดยการพิจารณาร้อยเปอร์เซ็นต์การลดทั้งหมดที่ต้องการ (เส้นผ่านศูนย์กลางของแผ่นต้นแบบถึงเส้นผ่านศูนย์กลางสุดท้าย) จากนั้นหารด้วยขีดจำกัดเฉพาะวัสดุต่อขั้นตอน ส่วนที่มีอัตราส่วนความลึกต่อเส้นผ่านศูนย์กลางเกิน 1.0 โดยทั่วมักต้องการหลายขั้นตอน วางแผนการอบอ่อนระหว่างขั้นตอนเมื่อการลดสะสมเกิน 30-45% ขึ้นต่อวัสดุ

5. ข้อกำหนดรัศมีของพั๊นช์และไดายที่แนะนำคืออะไร?

รัศมีปลายหมัดควรเป็น 4-10 เท่าของความหนาวัสดุ เพื่อกระจายแรงและป้องกันการฉีกขาด รัศมีช่องเข้าแม่พิมพ์ต้องการ 5-10 เท่าของความหนา เพื่อให้วัสดุเคลื่อนผ่านอย่างเรียบ วัสดุที่บางกว่าต้องการค่ารัศมีที่มากขึ้น สำหรับวัสดุหนา 0.030"-0.060" กำหนดรัศมีหมัดที่ 5-8 เท่า และรัศมีแม่พิมพ์ที่ 6-10 เท่าของความหนา ชิ้นส่วนที่ไม่ใช่ทรงกระบอกต้องมีรัศมีด้านในมุมต่ำสุดที่ 2 เท่าของความหนา โดยแนะนำ 3-4 เท่าเพื่อลดจำนวนขั้นตอนการดึงขึ้นรูป