หลักการออกแบบที่จำเป็นสำหรับแม่พิมพ์ดัดขึ้นรูปอย่างสมบูรณ์แบบ

สรุปสั้นๆ

แม่พิมพ์ดัดขึ้นรูปเป็นเครื่องมือพิเศษที่ใช้ขึ้นรูปโลหะแผ่นแบนให้กลายเป็นชิ้นส่วนกลวงสามมิติที่ไร้รอยต่อ โดยทำงานผ่านการใช้แกนดันยืดโลหะเข้าไปในช่องว่างของแม่พิมพ์ ในขณะที่ตัวยึดแผ่นโลหะควบคุมการเคลื่อนที่ของวัสดุ ความสำเร็จของการออกแบบขึ้นอยู่กับการควบคุมการไหลของโลหะอย่างแม่นยำ ด้วยการปรับปัจจัยสำคัญ เช่น คุณสมบัติของวัสดุ อัตราส่วนการดึง การหล่อลื่น แรงกดยึดแผ่น และรัศมีของแม่พิมพ์ เพื่อป้องกันข้อบกพร่อง เช่น การย่น การฉีกขาด หรือการแตกหัก

การเข้าใจพื้นฐานของการดัดลึก

หลักการพื้นฐานของแม่พิมพ์ดึงขึ้นรูปคือการเปลี่ยนรูปร่างของแผ่นโลหะอย่างควบคุมได้ ต่างจากการตัดหรือการดัด กระบวนการดึงขึ้นรูปจะเปลี่ยนแผ่นโลหะแบนให้กลายเป็นรูปทรงกลวงโดยการยืดและอัด โดยไม่มีรอยต่อ วิธีการนี้ถือเป็นพื้นฐานสำคัญในการผลิตผลิตภัณฑ์หลากหลายชนิด ตั้งแต่ชิ้นส่วนตัวถังรถยนต์ อ่างล้างจานในครัว เครื่องครัว ไปจนถึงชิ้นส่วนอุตสาหกรรม กระบวนการนี้อาศัยชุดเครื่องมือที่ทำงานร่วมกันอย่างสอดคล้องภายใต้แรงกดมหาศาล เพื่อให้ได้รูปทรงตามที่ต้องการ

กระบวนการเริ่มต้นเมื่อแผ่นโลหะแบนราบที่เรียกว่า บลังก์ ถูกวางบนพื้นผิวของไดอัด จากนั้นชิ้นส่วนที่เรียกว่า โฮลด์เดอร์บลังก์ หรือไบด์เดอร์ จะเคลื่อนตัวลงมาเพื่อยึดขอบของบลังก์ แรงยึดนี้มีความสำคัญต่อการควบคุมการไหลของวัสดุเข้าสู่ได อีกขั้นตอนหนึ่งคือ พันซ์ ซึ่งมีรูปร่างตามโพรงด้านในของชิ้นงานจะเคลื่อนตัวลงมา ดันโลหะเข้าสู่โพรงได เมื่อพันซ์เคลื่อนตัวลง มันจะทำให้โลหะยืดออกและไหลผ่านรัศมีปากได แปลงแผ่นโลหะแบนราบให้กลายเป็นชิ้นส่วนสามมิติ เป้าหมายคือการเปลี่ยนรูปร่างโดยไม่ทำลายความสมบูรณ์ของวัสดุ

องค์ประกอบสำคัญหลายประการจำเป็นต่อกระบวนการทำงานนี้อย่างถูกต้อง โดยตามความเห็นของผู้เชี่ยวชาญที่ Alsette ซึ่งรวมถึงพันซ์ โพรงได และตัวยึดบลังก์ โดย การเจาะรู พันซ์จะสร้างรูปร่างด้านในของชิ้นส่วน ช่องในแม่พิมพ์ ไดจะกำหนดเรขาคณิตภายนอก และ ตัวยึดแผ่นวัสดุ ใช้แรงกดอย่างควบคุมที่เส้นรอบวงของบลังก์ เพื่อควบคุมการไหลของโลหะ ในแบบจำลองที่ซับซ้อนมากขึ้น Draw Beads ขั้วเล็ก ๆ บนพื้นผิวของเครื่องเจาะหรือเครื่องผูกสีใช้เพื่อเพิ่มการขัดแย้งและปรับปรุงการไหลในพื้นที่เฉพาะเจาะจงต่อไป, ป้องกันความบกพร่อง

ปัจจัยการออกแบบหลักสําหรับการไหลของโลหะที่ประสบความสําเร็จ

ความสําเร็จของการดําเนินการถักลึกใด ๆ ถูกกําหนดโดยความสามารถในการควบคุมการไหลของโลหะ การ ปก ป้อง ความ อ่อนแอ การบรรลุสมดุลนี้ต้องการความเข้าใจอย่างลึกซึ้งของตัวแปรหลายๆตัวที่เชื่อมโยงกัน ทุกปัจจัยต้องพิจารณาอย่างละเอียดในช่วงการออกแบบแบบพิมพ์ เพื่อให้กระบวนการผลิตคงที่และซ้ําได้

รายการที่ครบถ้วนของปัจจัยเหล่านี้ เป็นสิ่งสําคัญสําหรับนักออกแบบทุกคน ตามรายละเอียดในบทความของ ผู้สร้าง , สรรพคุณหลักที่ส่งผลต่อการไหลของโลหะประกอบด้วย:

• คุณสมบัติของวัสดุ: ชนิด ความหนา และเกรดของโลหะมีความสำคัญพื้นฐาน วัสดุที่หนากว่าจะมีความแข็งแรงกว่าและสามารถยืดตัวได้มากกว่า ในขณะที่คุณสมบัติอย่างเช่น ดัชนีการเกิดความเหนียวจากการขึ้นรูป (ค่า N) และอัตราส่วนพลาสติกของความเครียด (ค่า R) จะกำหนดความสามารถในการยืดและขึ้นรูปของวัสดุ
• ขนาดและรูปร่างของแผ่นต้นแบบ แผ่นต้นแบบที่มีขนาดใหญ่เกินไปอาจจำกัดการไหลของโลหะ ในขณะที่รูปร่างที่เหมาะสมจะช่วยลดของเสียและป้องกันข้อบกพร่อง
• อัตราการดึง: นี่คือความสัมพันธ์ระหว่างเส้นผ่านศูนย์กลางของแผ่นต้นแบบกับเส้นผ่านศูนย์กลางของลูกสูบ หากอัตราส่วนนี้ใหญ่เกินไป วัสดุอาจยืดตัวบางเกินไปและแตกหักได้
• รัศมีของแม่พิมพ์ รัศมีของจุดเข้าแม่พิมพ์มีความสำคัญอย่างยิ่ง รัศมีที่เล็กเกินไปอาจทำให้วัสดุฉีกขาด ในขณะที่รัศมีที่ใหญ่เกินไปอาจทำให้เกิดรอยย่น เนื่องจากควบคุมวัสดุได้น้อยลง
• แรงกดแผ่นยึด (แรงยึดแผ่นต้นแบบ) แรงดันที่ไม่เพียงพอจะทำให้เกิดรอยย่น ในขณะที่แรงดันที่มากเกินไปจะจำกัดการไหลและก่อให้เกิดการฉีกขาด การใช้สแตนด์ออฟ ซึ่งมักตั้งค่าไว้ที่ 110% ของความหนาของวัสดุ สามารถช่วยรักษาระยะห่างที่แม่นยำและรองรับการเพิ่มความหนาของวัสดุ
• การหล่อลื่น: การหล่อลื่นที่เหมาะสมจะช่วยลดแรงเสียดทานระหว่างชิ้นส่วนแม่พิมพ์กับชิ้นงาน ป้องกันการขีดข่วน และช่วยให้วัสดุไหลได้อย่างราบรื่น
• ความเร็วเครื่องอัด (Press speed): ความเร็วของกระบอกอัดในเครื่องกดจะต้องช้าพอที่จะให้เวลาวัสดุไหลอย่างเพียงพอโดยไม่เกิดการแตกหัก

ปฏิสัมพันธ์ระหว่างปัจจัยเหล่านี้มีความซับซ้อน ตัวอย่างเช่น รัศมีทางเข้าแม่พิมพ์ที่เหมาะสมขึ้นอยู่กับความหนาและประเภทของวัสดุ สำหรับการขึ้นรูปทรงกลมในเหล็กคุณภาพดี รัศมีเล็กอาจทำให้เกิดการแตกหัก ในขณะที่รัศมีใหญ่อาจทำให้เกิดรอยย่น โดยเฉพาะกับวัสดุที่บาง ในทำนองเดียวกัน แรงดันของแผ่นยึด (blank holder) ที่ต้องการจะเปลี่ยนแปลงตามชนิดของวัสดุ เหล็กความแข็งแรงสูงอาจต้องการแรงดันมากถึงสามเท่าเมื่อเทียบกับเหล็กคาร์บอนต่ำ

การออกแบบชิ้นส่วนแม่พิมพ์: ดาย พันซ์ และตัวยึดแผ่นโลหะต้นแบบ

องค์ประกอบทางกายภาพของแม่พิมพ์ดึงขึ้นรูป ได้แก่ แกนดัน (punch), แม่พิมพ์ (die) และตัวยึดแผ่นวัสดุ (blank holder) ซึ่งเป็นจุดที่หลักการทางการออกแบบถูกนำไปใช้จริง รูปร่างเรขาคณิต ขนาด และผิวสัมผัสของแต่ละชิ้นส่วนมีผลโดยตรงต่อคุณภาพของชิ้นงานสำเร็จรูป การคำนวณอย่างแม่นยำและการปฏิบัติตามแนวทางที่ดีที่สุดจึงจำเป็นอย่างยิ่ง เพื่อสร้างเครื่องมือที่มีประสิทธิภาพและทนทาน

The การเจาะรู และ ช่องในแม่พิมพ์ ทำงานร่วมกันเพื่อกำหนดรูปร่างสุดท้ายของชิ้นส่วน ช่องว่างระหว่างสององค์ประกอบนี้ถือเป็นมิติที่สำคัญ ตามที่ HARSLE Press ระบุ ช่องว่างนี้มักจะตั้งให้ใหญ่กว่าความหนาของวัสดุเล็กน้อย เพื่อรองรับการเพิ่มความหนาที่เกิดขึ้นในระหว่างกระบวนการดึงขึ้นรูป ช่องว่างที่แคบเกินไปจะเพิ่มแรงดึงและอาจทำให้วัสดุบางตัวบางเกินไปหรือฉีกขาด ในขณะที่ช่องว่างที่กว้างเกินไปอาจทำให้เกิดรอยย่นและความแม่นยำของมิติที่ไม่ดี รัศมีมนที่ขอบของทั้งแกนดัน (rp) และแม่พิมพ์ (rd) จำเป็นต้องถูกเลือกอย่างระมัดระวัง เช่นกัน รัศมีแกนดันที่เล็กเกินไปจะทำให้แรงรวมตัวกันอยู่จุดเดียว และอาจทำให้เกิดการแตกหักที่ก้นชิ้นส่วน

The ตัวยึดแผ่นวัสดุ ถือเป็นองค์ประกอบที่สำคัญที่สุดในการควบคุมการไหลของโลหะ หน้าที่หลักคือการใช้แรงกดอย่างสม่ำเสมอและกำหนดล่วงหน้าไปยังบริเวณขอบแผ่นวัสดุ เพื่อป้องกันไม่ให้เกิดรอยย่นขณะที่วัสดุถูกบีบอัดตามแนววงกลมในระหว่างกระบวนการขึ้นรูปในแม่พิมพ์ พื้นผิวของตัวยึดแผ่นวัสดุจะต้องขนานกับพื้นผิวแม่พิมพ์อย่างสมบูรณ์เพื่อให้แน่ใจว่าแรงกดกระจายตัวอย่างทั่วถึง สำหรับชิ้นส่วนที่มีความซับซ้อน โดยเฉพาะในอุตสาหกรรมยานยนต์ มักจะมีการติดตั้งแถบดึง (draw beads) ไว้ในตัวยึดแผ่นวัสดุหรือแม่พิมพ์ เพื่อสร้างแรงต้านเพิ่มเติมในบางพื้นที่เป็นการเฉพาะ ซึ่งช่วยให้สามารถควบคุมกระบวนการขึ้นรูปได้อย่างแม่นยำมากยิ่งขึ้น

การผลิตออกแบบที่ซับซ้อนเหล่านี้จำเป็นต้องอาศัยความเชี่ยวชาญอย่างมากทั้งในด้านวิศวกรรมและการผลิต บริษัทที่เชี่ยวชาญด้านเครื่องมือความแม่นยำสูง เช่น Shaoyi (Ningbo) Metal Technology Co., Ltd. , ใช้การจำลองด้วยซอฟต์แวร์ CAE ขั้นสูงและประสบการณ์หลายปีในการผลิตแม่พิมพ์ขึ้นรูปชิ้นส่วนรถยนต์แบบเฉพาะให้กับผู้ผลิตรถยนต์ (OEM) และผู้จัดจำหน่ายระดับ Tier 1 การทำงานของพวกเขาในการสร้างแม่พิมพ์สำหรับทุกอย่างตั้งแต่ชิ้นส่วนโครงสร้างไปจนถึงแผ่นตัวถังที่ซับซ้อน แสดงให้เห็นถึงความสำคัญของการเชี่ยวชาญหลักการออกแบบเหล่านี้ เพื่อให้ได้มาซึ่งประสิทธิภาพและคุณภาพในการผลิตจำนวนมาก

แนวทางปฏิบัติที่ดีที่สุดในการป้องกันและแก้ไขข้อบกพร่อง

แม้ว่าจะมีการออกแบบอย่างระมัดระวัง ข้อบกพร่องก็อาจเกิดขึ้นได้ระหว่างกระบวนการขึ้นรูปลึก การเข้าใจสาเหตุหลักของความล้มเหลวทั่วไป เช่น การย่น การฉีกขาด และการแตกหัก ถือเป็นสิ่งสำคัญในการแก้ไขและป้องกัน ข้อบกพร่องส่วนใหญ่สามารถสืบย้อนกลับไปยังความไม่สมดุลของแรงที่ควบคุมการไหลของโลหะ โดยการยึดถือตามแนวทางปฏิบัติที่ได้รับการยอมรับ เจ้าหน้าที่วิศวกรสามารถลดอัตราการทิ้งของเสียและปรับปรุงความเสถียรของการผลิตได้

หนึ่งในแนวทางปฏิบัติที่ดีที่สุดที่สำคัญที่สุด ตามที่ได้กล่าวไว้โดย Dramco Tool , คือ การหลีกเลี่ยงมุมที่แหลมคมในการออกแบบชิ้นส่วน มุมโค้งรัศมีเล็กจะทำให้เกิดการรวมตัวของแรงเครียด ส่งผลให้เกิดจุดอ่อนที่วัสดุอาจฉีกขาดหรือแตกหักได้ การใช้รัศมีโค้งที่เพียงพอและเรียบเนียนทั้งในชิ้นงานและแม่พิมพ์จะช่วยให้โลหะไหลได้ง่ายขึ้น และกระจายแรงเครียดออกไปบนพื้นที่ที่กว้างขึ้น นอกจากนี้ การเข้าใจเจตนาการออกแบบของชิ้นส่วนถือเป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่ง การรู้ว่าชิ้นส่วนนั้นจะถูกนำไปใช้อย่างไร จะช่วยสนับสนุนการตัดสินใจเกี่ยวกับค่าความคลาดเคลื่อนและลักษณะเฉพาะที่สำคัญ ป้องกันการออกแบบที่ซับซ้อนเกินจำเป็น และลดความซับซ้อนในการผลิต

การดำเนินการแก้ปัญหาอย่างเป็นระบบสามารถประหยัดเวลาและทรัพยากรได้อย่างมาก ตารางด้านล่างแสดงข้อบกพร่องทั่วไป สาเหตุที่เกี่ยวข้องกับการออกแบบที่เป็นไปได้ และแนวทางแก้ไขที่แนะนำ โดยอิงตามหลักการที่ได้อธิบายไว้

คำถามที่พบบ่อยเกี่ยวกับการออกแบบแม่พิมพ์ดึงขึ้นรูป

1. หลักการพื้นฐานของแม่พิมพ์คืออะไร

หลักการพื้นฐานของแม่พิมพ์ดึงขึ้นรูปเกี่ยวข้องกับการควบคุมการไหลของแผ่นโลหะเพื่อขึ้นรูปเป็นรูปร่างสามมิติโดยไม่เกิดข้อบกพร่อง ซึ่งรวมถึงการจัดการปัจจัยต่างๆ เช่น ความสามารถในการยืดตัวของวัสดุ การใช้แรงกดจากไบเดอร์อย่างเหมาะสมเพื่อป้องกันการเกิดรอยย่น การใช้รัศมีที่ถูกต้องเพื่อหลีกเลี่ยงการฉีกขาด และการหล่อลื่นที่เหมาะสมเพื่อลดแรงเสียดทาน เป้าหมายสูงสุดคือการสร้างสมดุลระหว่างแรงอัดและแรงดึงที่กระทำต่อวัสดุตลอดกระบวนการขึ้นรูป

2. กฎการออกแบบแม่พิมพ์คืออะไร

กฎข้อหนึ่งที่สำคัญในการออกแบบแม่พิมพ์คือต้องแน่ใจว่าเรขาคณิตของเครื่องมือช่วยให้วัสดุไหลอย่างราบรื่นและควบคุมได้ ซึ่งรวมถึงการตั้งค่าช่องว่างระหว่างพันซ์กับไดอ์ไว้ที่ประมาณ 110% ของความหนาของวัสดุ การออกแบบรัศมีเข้าสู่ไดอ์ให้มีขนาด 4 ถึง 8 เท่าของความหนาของวัสดุ และการคำนวณอัตราการดึงให้อยู่ภายในขีดจำกัดของวัสดุ อีกหนึ่งกฎที่สำคัญคือการออกแบบโดยคำนึงถึงคุณสมบัติของวัสดุ โดยต้องพิจารณาความหนา ความแข็งแรง และความสามารถในการขึ้นรูป

3. หลักการของเครื่องมือและแม่พิมพ์คืออะไร

หลักการของการออกแบบเครื่องมือและแม่พิมพ์เน้นการสร้างเครื่องมือที่ทนทาน มีความแม่นยำ และมีประสิทธิภาพสำหรับการผลิต ซึ่งรวมถึงการเลือกวัสดุที่เหมาะสมสำหรับเครื่องมือเอง (มักเป็นเหล็กกล้าเครื่องมือที่ผ่านการอบแข็ง) การคำนวณช่องว่างที่ถูกต้องเพื่อให้ได้ขนาดชิ้นงานตามค่าความคลาดเคลื่อนที่กำหนด และการออกแบบชิ้นส่วนให้สามารถทนต่อแรงสูงในกระบวนการผลิตได้ นอกจากนี้การออกแบบยังต้องคำนึงถึงการสึกหรอและการบำรุงรักษาเครื่องมือ เพื่อให้มั่นใจได้ว่าจะสามารถผลิตชิ้นงานที่มีคุณภาพสม่ำเสมอตลอดอายุการใช้งานของเครื่องมือ

4. หลักการพื้นฐานของการขึ้นรูปด้วยแรงดึงคืออะไร

หลักการพื้นฐานของการขึ้นรูปด้วยแรงดึงคือ การเปลี่ยนแผ่นโลหะแบนให้กลายเป็นภาชนะกลวงโดยการยืดวัสดุด้วยลูกสูบเข้าไปในช่องแม่พิมพ์ การขึ้นรูปนี้กำหนดโดยการไหลเข้าอย่างควบคุมของวัสดุจากขอบแผ่นซึ่งถูกควบคุมด้วยแรงกดจากตัวยึดแผ่น การไหลที่ควบคุมนี้จะช่วยป้องกันข้อบกพร่องและทำให้มั่นใจได้ว่าชิ้นงานจะถูกขึ้นรูปตามความลึกและรูปร่างที่ต้องการ โดยไม่เกิดการแตกหัก