การผลิตแผงตัวถังโลหะแบบสเตมป์: คู่มือทางเทคนิค

สรุปสั้นๆ

การผลิตแผ่นตัวถังด้วยวิธีตอกขึ้นรูปโลหะ เกี่ยวข้องกับกระบวนการความแม่นยำสูงที่ใช้แรงกดมาก เพื่อแปรรูปแผ่นโลหะให้กลายเป็นชิ้นส่วนยานยนต์ที่มีโครงสร้างแข็งแรงและเหมาะกับการไหลของอากาศ ต่างจากชิ้นส่วนยึดตรึงทั่วไป แผ่นตัวถังต้องใช้เครื่องมือพิเศษแบบ "คลาส A" เพื่อให้มั่นใจว่าพื้นผิวด้านนอกจะเรียบสมบูรณ์ไร้ตำหนิ อุตสาหกรรมนี้กำลังเปลี่ยนผ่านจากเหล็กกล้าธรรมดาไปใช้อัลลอยด์อลูมิเนียมความแข็งแรงสูงเพื่อลดน้ำหนักรถยนต์ ซึ่งจำเป็นต้องใช้เทคโนโลยีด้านไทรโบโลยีขั้นสูงและการออกแบบแม่พิมพ์ที่สามารถชดเชยการเด้งกลับของวัสดุ

สำหรับวิศวกรยานยนต์และเจ้าหน้าที่จัดซื้อ จุดตัดสินใจสำคัญอยู่ที่การเลือกเทคโนโลยีแม่พิมพ์ที่เหมาะสม—โดยทั่วไปคือแม่พิมพ์แบบทรานสเฟอร์สำหรับแผ่นขนาดใหญ่ เทียบกับแม่พิมพ์แบบโปรเกรสซีฟสำหรับชิ้นส่วนโครงสร้างขนาดเล็ก—รวมถึงการตรวจสอบผู้ผลิตตามความสามารถในการรักษามาตรฐานคุณภาพพื้นผิวที่เข้มงวดภายใต้แรงกดของการผลิตจำนวนมาก

การเลือกกระบวนการ: แม่พิมพ์แบบทรานสเฟอร์ เทียบกับ แม่พิมพ์แบบโปรเกรสซีฟ

การผลิตแผ่นตัวถังยานยนต์ขึ้นอยู่กับรูปทรงเรขาคณิต ขนาด และปริมาณของชิ้นส่วน ในขณะที่การตัดพื้นฐานอาจใช้การตัดแบบง่ายๆ แต่แผ่นตัวถังต้องอาศัยกระบวนการขึ้นรูปหลายขั้นตอนที่ซับซ้อน เทคโนโลยีหลักสองประเภทที่ใช้กันอย่างแพร่หลายคือ การตัดด้วยแม่พิมพ์แบบทรานสเฟอร์ (Transfer Die Stamping) และการตัดด้วยแม่พิมพ์แบบโปรเกรสซีฟ (Progressive Die Stamping) โดยแต่ละประเภทตอบสนองความต้องการทางวิศวกรรมที่แตกต่างกัน

การตัดด้วยแม่พิมพ์แบบทรานสเฟอร์: มาตรฐานสำหรับแผ่นขนาดใหญ่

สำหรับชิ้นส่วนขนาดใหญ่ที่ต้องการพื้นผิวเรียบสม่ำเสมอ เช่น ฝากระโปรงหน้า ประตู หลังคา และปีกโค้ง การตัดด้วยแม่พิมพ์แบบทรานสเฟอร์เป็นมาตรฐานอุตสาหกรรม ในการดำเนินการนี้ ชิ้นส่วนจะถูกแยกออกจากแถบโลหะตั้งแต่ช่วงต้นของรอบการผลิต และถูกเคลื่อนย้ายระหว่างสถานีต่างๆ โดยใช้อุปกรณ์กลไกอัตโนมัติ เช่น นิ้วจับหรือรางเลื่อน ซึ่งทำให้สามารถจัดวางชิ้นงานในมุมต่างๆ ได้อย่างอิสระ สิ่งนี้จำเป็นอย่างยิ่งต่อกระบวนการดึงลึก (deep drawing) และการขึ้นรูปผิวโค้งซับซ้อน โดยไม่ถูกจำกัดด้วยแถบตัวนำ

การตัดด้วยแม่พิมพ์แบบโปรเกรสซีฟ: ความเร็วสำหรับชิ้นส่วนโครงสร้าง

การตัดขึ้นรูปแบบพรอเกรสซีฟได (Progressive die stamping) จะป้อนแถบโลหะอย่างต่อเนื่องผ่านสถานีหลายจุด โดยชิ้นงานจะยังคงเชื่อมต่อกับแถบโลหะไว้จนกระทั่งถึงขั้นตอนตัดออกสุดท้าย วิธีนี้มีความเร็วสูงและคุ้มค่ากว่าสำหรับชิ้นส่วนโครงสร้างขนาดเล็กที่ผลิตจำนวนมาก เช่น เสา ชิ้นส่วนเสริมแรง และแผ่นยึด อย่างไรก็ตาม การเชื่อมต่อกับแถบโลหะทำให้ไม่สามารถหมุนชิ้นงานเพื่อขึ้นรูปเรขาคณิตที่ซับซ้อนได้ จึงไม่เหมาะสำหรับแผ่นเปลือกนอกขนาดใหญ่

การเลือกวัสดุ: เหล็ก หรือ อลูมิเนียม

การคัดเลือกวัสดุใน การผลิตแผ่นตัวถังด้วยวิธีตอกขึ้นรูปโลหะ เป็นการชั่งน้ำหนักอย่างระมัดระวังระหว่างความสามารถในการขึ้นรูป ต้นทุน และการลดน้ำหนัก การเร่งผลักดันเพื่อประสิทธิภาพเชื้อเพลิงที่สูงขึ้นและการเพิ่มระยะทางวิ่งสำหรับยานยนต์ไฟฟ้า (EV) ได้เร่งให้มีการนำวัสดุที่เบากว่ามาใช้มากขึ้น ซึ่งเปลี่ยนแปลงพารามิเตอร์การตอกขึ้นรูปไปโดยสิ้นเชิง

การเปลี่ยนผ่านมาใช้อะลูมิเนียม

โลหะผสมอะลูมิเนียม (กลุ่ม 5000 และ 6000) ได้รับความนิยมเพิ่มขึ้นสำหรับชิ้นส่วนเปิด-ปิด (ฝากระโปรง ฝาท้าย) เนื่องจากสามารถลดน้ำหนักได้ถึง 40% เมื่อเทียบกับเหล็ก อย่างไรก็ตาม อะลูมิเนียมก่อให้เกิดความท้าทายอย่างมากในกระบวนการผลิต มันมีแนวโน้มที่จะเกิด "สปริงแบ็ค" สูงกว่า ซึ่งหมายถึงความยืดหยุ่นของโลหะที่ทำให้มันกลับคืนรูปเดิมหลังจากการขึ้นรูป จึงจำเป็นต้องออกแบบแม่พิมพ์ให้มีการโค้งเกิน (over-crowning) นอกจากนี้ อะลูมิเนียมยังมีแนวโน้มที่จะเกิดการสึกติด (galling) กับเครื่องมือ จำเป็นต้องใช้น้ำยาหล่อลื่นพิเศษและแม่พิมพ์ที่เคลือบด้วย PVD เพื่อป้องกันการฉีกขาด

เหล็กความแข็งแรงสูงขั้นสูง (AHSS)

แม้ว่าอัลลูมิเนียมจะเพิ่มขึ้น แต่เหล็กยังคงเป็นส่วนสําคัญของส่วนประกอบของกรงความปลอดภัย เนื่องจากความแข็งแรงในการยืดที่เหนือกว่า เหล็กรุ่นที่ 3 ของยุคใหม่นําเสนอข้อเสนอข้อเสนอข้อเสนอข้อเสนอข้อเสนอข้อเสนอข้อเสนอข้อเสนอข้อเสนอข้อเสนอข้อเสนอข้อเสนอข้อเสนอข้อเสนอข้อเสนอข้อเสนอ ผู้ผลิตมักจะใช้ เหล็กกลิ้งเย็น การใช้เทคนิคในการทําให้วัสดุเหล่านี้แข็งแรงมากขึ้น แม้ว่าสิ่งนี้จะเพิ่มปริมาณที่จําเป็นจากสายพิมพ์

การบรรลุคุณภาพพื้นผิว "ประเภท A"

ลักษณะที่กําหนดการผลิตแผ่นคาร์บิวรี่คือความต้องการสําหรับคุณภาพพื้นผิว "ประเภท A" พื้นที่ชั้น A หมายถึงผิวภายนอกที่เห็นได้ของยานที่ต้องสมบูรณ์แบบทางคณิตศาสตร์และไม่มีอาการบกพร่องทางด้านความงดงาม ไม่เหมือนกับส่วนส่วนภายในของโครงสร้าง (ประเภท B) หรือคอปิดซ่อน (ประเภท C) แผ่นประเภท A ต้องสะท้อนแสงอย่างเท่าเทียมกันโดยไม่มีคลื่นหรือความบิดเบือน

การป้องกันและค้นพบความบกพร่อง

การบรรลุระดับคุณภาพนี้จำเป็นต้องใช้สภาพแวดล้อมที่ใกล้เคียงกับห้องสะอาดบนพื้นที่ตัดขึ้นรูป แม้แต่อนุภาคฝุ่นขนาดเล็กมากที่ติดอยู่ในแม่พิมพ์สามารถทำให้เกิด "สิว" หรือรอยบุ๋มบนแผ่นชิ้นงานได้ ซึ่งทำให้ชิ้นงานนั้นกลายเป็นของเสีย ข้อบกพร่องทั่วไปที่วิศวกรต้องต่อสู้ ได้แก่:

• เปลือกส้ม: พื้นผิวหยาบที่เกิดจากขนาดเม็ดเกรนไม่เหมาะสมในวัตถุดิบหรือการยืดตัวมากเกินไป
• ลูเดอริ่ง (แรงดึงแบบมีแถบ): เส้นไหลที่มองเห็นได้ ซึ่งปรากฏเมื่อจุดครากของโลหะถูกเกินขึ้นอย่างไม่สม่ำเสมอ
• รอยยุบ: รอยเว้าที่เกิดจากการหดตัวของวัสดุบริเวณโครงสร้างหรือโหนดภายใน

ผู้ผลิตชั้นนำใช้ระบบตรวจสอบด้วยแสงแบบอัตโนมัติ และกระบวนการ "สโตนนิง" — ขั้นตอนแบบแมนนวลที่ช่างทำแม่พิมพ์ผู้ชำนาญใช้หินขัดถูผ่านพื้นผิวแผ่นเพื่อเน้นจุดที่สูงหรือต่ำ ซึ่งมองไม่เห็นด้วยตาเปล่า ความใส่ใจในรายละเอียดเช่นนี้คือสิ่งที่แยกแยะระหว่างโรงงานทั่วไป การตรารถยนต์ กับผู้ผลิตแผ่นตัวถังเฉพาะทาง

ปัจจัยด้านต้นทุนและการรับรองคุณสมบัติของผู้จัดจำหน่าย

เศรษฐศาสตร์ของการขึ้นรูปโลหะด้วยแรงกดถูกกำหนดโดยการตัดจ่ายค่าแม่พิมพ์และการเวลาแต่ละรอบ การลงทุนเริ่มต้นสำหรับชุดแม่พิมพ์ถ่ายโอนระดับ A อาจสูงถึงหลายล้านดอลลาร์ ดังนั้นการคัดเลือกผู้จัดจำหน่ายจึงไม่ใช่แค่เรื่องราคาต่อหน่วย แต่เป็นเรื่องของศักยภาพตลอดวงจรชีวิต

เชื่อมโยงจากต้นแบบสู่การผลิต

อุปสรรคสำคัญประการหนึ่งของผู้ผลิตรถยนต์ (OEMs) คือการเปลี่ยนผ่านจากรถต้นแบบที่ใช้แม่พิมพ์เบื้องต้นไปสู่การผลิตจำนวนมากด้วยแม่พิมพ์หลัก ผู้จัดจำหน่ายที่สามารถบริหารจัดการทั้งสองขั้นตอนได้จะช่วยลดความเสี่ยงอย่างมาก ตัวอย่างเช่น ผู้ผลิตอย่าง เทคโนโลยีโลหะเส้าอี้ ทำให้กระบวนการนี้ราบรื่นขึ้นด้วยการให้บริการที่สามารถขยายขอบเขตได้ตั้งแต่การสร้างต้นแบบอย่างรวดเร็วไปจนถึงการผลิตในปริมาณสูง โรงงานของพวกเขาสนับสนุนความสามารถของเครื่องอัดขึ้นรูปได้สูงสุดถึง 600 ตัน และเป็นไปตามมาตรฐาน IATF 16949 ซึ่งรับประกันว่าการควบคุมคุณภาพอย่างเข้มงวดที่พัฒนาขึ้นในช่วงต้นแบบจะยังคงรักษาไว้เมื่อเพิ่มการผลิตเป็นหลายล้านชิ้น

เกณฑ์การตรวจสอบสำคัญ

เมื่อตรวจสอบผู้ร่วมงานที่อาจเป็นผู้จัดหาแผ่นตัวถัง ทีมจัดซื้อควรตรวจสอบให้แน่ใจว่า:

• แรงกดของเครื่องอัดขึ้นรูปและขนาดแท่นรอง: พวกเขาใช้เครื่องกดที่มีความแรงตั้งแต่ 1000 ตันขึ้นซึ่งจำเป็นสำหรับผลิตชิ้นส่วนตัวรถด้านข้างหรือฝากระโปรงเป็นชิ้นเดียวหรือไม่
• ซอฟต์แวร์จำลอง: พวกเขาใช้ซอฟต์แวร์ AutoForm หรือ Dynaform เพื่อทำนายการเด้งกลับ (spring-back) และการบางตัวเหล็ก ก่อนตัดเหล็กหรือไม่
• กระบวนการทำงานเพิ่มเติม: พวกเขาสามารถจัดการกระบวนการ hem-rolling (พับขอบของแผงภายนอกทับแผงด้านใน) และการประกอบด้วยหุ่นยนต์หรือไม่

สรุป

ชำนาญ การผลิตแผ่นตัวถังด้วยวิธีตอกขึ้นรูปโลหะ ต้องอาศัยการรวมของวิทยาศาสตร์โลหะวิทยา วิศวกรรมความแม่นยำ และการควบคุมคุณภาพอย่างเข้มงวด เมื่อออกรถยนต์มีรูปทรงที่ยิ่งมีอัตราการต้านลมต่ำและน้ำหนักเบาเพิ่มขึ้น การพึ่งพาการขึ้นรูปอลูมิเนมขั้นสูงและความสำเร็จของพื้นผิวระดับ Class A จะยิ่งเพิ่มขึ้น ความสำเร็จในสาขานี้ขึ้นต่อการเลือกคู่ค้าผู้ผลิตที่ไม่เพียงมีโครงสร้างพื้นฐานเครื่องกดที่มีแรงสูงเพียงพอ แต่ยังต้องแสดงความเข้าใจอย่างลึกถึง tribology ของแม่พิมพ์และการลดข้อบกพร่อง

คำถามที่พบบ่อย

1. ต่างระหว่างพื้นผิวตอกแบบ Class A กับ Class B คืออะไร

พื้นผิวคลาส A คือชิ้นส่วนภายนอกของยานพาหนะที่มองเห็นได้ (เช่น ฝากระโปรง, ปีก, ประตู) ซึ่งต้องมีพื้นผิวเรียบสมบูรณ์แบบ เหมือนกระจก และสามารถทาสีได้อย่างเหมาะสม ส่วนพื้นผิวคลาส B คือชิ้นส่วนภายในหรือโครงสร้าง (เช่น พื้นรถ กรอบประตูด้านใน) ที่ยอมให้มีข้อบกพร่องด้านรูปลักษณ์เล็กน้อย เช่น รอยเครื่องมือ หรือคลื่นได้ ตราบใดที่ยังคงความแข็งแรงของโครงสร้างไว้ได้

2. ทำไมอลูมิเนียมจึงถูกใช้มากขึ้นในแผ่นตัวถังยุคใหม่?

อลูมิเนียมมีน้ำหนักประมาณหนึ่งในสามของเหล็ก ซึ่งช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพการใช้เชื้อเพลิงในรถยนต์ที่ใช้เครื่องยนต์สันดาปได้อย่างมาก และยังช่วยยืดระยะทางการขับขี่ของรถยนต์ไฟฟ้าได้อีกด้วย แม้ว่าจะมีราคาแพงกว่าและยากต่อการขึ้นรูปเนื่องจากปัญหาสปริงแบ็ค แต่การประหยัดน้ำหนักก็คุ้มค่ากับต้นทุน โดยเฉพาะในรุ่นพรีเมียมและรถยนต์ไฟฟ้า (EV)

3. ต้องใช้แรงกดของเครื่องอัดขึ้นรูปกี่ตันในการขึ้นรูปแผ่นตัวถัง?

การตอกแผงตัวถังขนาดใหญ่โดยทั่วไปจำเป็นต้องใช้เครื่องอัดไฮดรอลิกหรือเครื่องกลขนาดใหญ่ ซึ่งมักมีแรงอัดตั้งแต่ 1,000 ถึง 3,000 ตันหรือมากกว่า แรงกดสูงนี้จำเป็นเพื่อให้โลหะสามารถไหลเข้ารูปทรงที่ซับซ้อนได้โดยไม่ฉีกขาด โดยเฉพาะเมื่อทำงานกับโลหะผสมที่มีความแข็งแรงสูง