การตัดเว้นแนวในงานขึ้นรูปโลหะรถยนต์: กระบวนการและกฎการออกแบบ

สรุปสั้นๆ

การตัด ในอุตสาหกรรมการขึ้นรูปโลหะสำหรับรถยนต์ การตัดเว้า (notching) เป็นกระบวนการตัดที่มีความแม่นยำ เพื่อลบวัสดุออกจากริมด้านนอกของแถบโลหะแผ่นหรือชิ้นงานเปล่า ต่างจากกระบวนการเจาะภายใน การตัดเว้าจะสร้างรูปร่างภายนอกของชิ้นส่วน และมีความสำคัญต่อ แม่พิมพ์กดแบบก้าวหน้า การทำงาน โดย "ร่องเว้าสำหรับระยะป้อน (pitch notches)" จะควบคุมการป้อนและการจัดแนวของแถบโลหะผ่านเครื่องอัดแรง กระบวนการนี้ทำให้สามารถขึ้นรูปเรขาคณิตที่ซับซ้อนสำหรับโครงถังรถ ที่ยึดเกาะ และชิ้นส่วนเสริมความแข็งแรง โดยปล่อยวัสดุให้สามารถดัดหรือขึ้นรูปได้โดยไม่เกิดการเสียรูป

สำหรับวิศวกรและผู้เชี่ยวชาญด้านจัดซื้อ การเข้าใจพารามิเตอร์การตัดเว้า—เช่น ช่องว่างในการตัด อัตราส่วนความกว้างต่อความหนา และรัศมีมุมโค้ง—เป็นสิ่งจำเป็นเพื่อป้องกันข้อบกพร่องทั่วไป เช่น การสึกหรอของแม่พิมพ์ เศษโลหะแหลมคม (burr) และการแตกร้าวของโครงสร้าง โดยเฉพาะเมื่อทำงานกับโลหะสมัยใหม่ เหล็กกล้าความแข็งแรงสูงขั้นสูง (Advanced High-Strength Steels หรือ AHSS) .

กระบวนการตัดเว้าในงานขึ้นรูปโลหะสำหรับอุตสาหกรรมยานยนต์

ในสภาพแวดล้อมการผลิตยานยนต์ที่มีปริมาณสูง การตัดเว้า (notching) แทบไม่เป็นกระบวนการเดี่ยว แต่มักถูกรวมเข้ากับ ลำดับแม่พิมพ์แบบก้าวหน้า (progressive die sequence) ที่เหล็กม้วนต่อเนื่องถูกป้อนผ่านเครื่องกด ´ึ่งจะดำเนินหลายกระบวนการในการแต่ละ stroke ความเข้าใจกลไกของการตัดเว้าเป็นก้าวแรกสู่การเพิ่มคุณภาพชิ้นงาน

กลไกการตัดเฉือน

ในระดับพื้นฐาน การตัดเว้าเป็นกระบวนการตัดเฉือน Punch (เครื่องมือชาย) บังคับแผ่นโลหะเข้าไปใน Die (เครื่องมือหญิง) เมื่อ Punch สัมผัสวัสดุ มันจะสร้างความเค้นเฉือนในโลหะ จนเกิดการแตกร้า คุณภาพของขอบตัดนี้ถูกกำหนดโดย ช่องว่างในการตัด ช่องว่างระหว่าง Punch และ Die 10% ของความหนาของวัสดุ โดยทั่วนิยมอยู่ที่ประมาณ

• โซนตัดเฉือน: ส่วนเรียบเป็นมันของขอบตัด ซึ่งเกิดเมื่อ Punch เจาะเข้าวัสดุครั้งแรก
• โซนการแตกร้า: ส่วนที่หยาบและมีมุมเอียง ซึ่งเป็นบริเวณที่โลหะจะหลุดออกในที่สุด
• เบอร์: สันคมที่เหลืออยู่ที่ขอบด้านล่าง ปกติแล้วเบอร์ที่มากเกินไปมักบ่งชี้ว่าระยะห่างไม่ถูกต้องหรือเครื่องมือทื่อ

บทบาทสำคัญของ "ร่องพิตช์ (Pitch Notch)"

ในแม่พิมพ์แบบโปรเกรสซีฟ ร่องพิตช์ (เรียกอีกอย่างว่า ร่องฝรั่งเศษ หรือร่องข้าง) มีหน้าที่ทางโลจิสติกส์ที่สำคัญ โดยจะตัดรูปร่างเฉพาะไว้ที่ขอบของแถงลำเลียง เพื่อให้ไกด์กลไกสามารถจัดตำแหน่งแถงได้อย่างแม่นยำในแต่ละสถานี หากไม่มีการเว้นร่องพิตช์ที่ถูกต้อง แถงจะเกิดการเลื่อนตำแหน่งขณะเคลื่อนผ่านตาย ส่งผลให้เกิดความเสียหายอย่างรุนแรงกับเครื่องมือ หรือผลิตชิ้นส่วนที่ไม่ได้มาตรฐาน ทำให้สถานีการตัดร่องนี้กลายเป็นหนึ่งในปัจจัยที่สำคัญที่สุดของการออกแบบการวางแถง

แนวทางการออกแบบร่องสำหรับอุตสาหกรรมยานยนต์ที่สำคัญ

การออกแบบร่องที่มีความทนทานต้องปฏิบัติตามข้อกำหนดทางวิศวกรรมอย่างเข้มงวด การเพิกเฉยต่อหลักการเหล่านี้มักนำไปสู่การเสียหายของเครื่องมือก่อนเวลาอันควร หรือชิ้นส่วนที่ชำรุด ต่อไปนี้คือแนวทางที่ได้รับการยอมรับโดยทั่วไปสำหรับโลหะแผ่นยานยนต์มาตรฐาน (เหล็กและอลูมิเนียม)

กฎทองของรูปทรงรอยเว้า

วิศวกรต้องคำนึงถึงความต้องการรูปทรงที่แน่นหนา ควบคู่ไปกับข้อจำกัดทางกายภาพของวัสดุและอุปกรณ์เครื่องมือ พารามิเตอร์ต่อไปนี้เป็นมาตรฐานอุตสาหกรรมเพื่อให้มั่นใจได้ว่าสามารถผลิตได้

ความคิดที่ก้าวหน้าสําหรับ AHSS

รถยนต์ใช้สแตนเลสความแข็งแรงสูง (AHSS) เพื่อลดน้ําหนักและยังคงรักษาความปลอดภัย วัสดุเช่นเหล็กสองเฟส (DP) หรือเหล็กมาร์เทนซิท มีพฤติกรรมที่แตกต่างจากเหล็กอ่อน เมื่อ notching AHSS, ความจุแรงกระแทก ในเครื่องมือสูงขึ้นมาก ผู้ออกแบบควรเพิ่มความกว้างของขั้นต่ํา ความหนาของวัสดุ 1.5 เท่า และใช้รัศมีมุมที่กว้างขวาง เพื่อป้องกันส่วนที่แตกระหว่างเหตุการณ์ชนหรือวงจรความเหนื่อยล้า

ปัญหาและการแก้ไขที่เฉพาะทางในอุตสาหกรรมรถยนต์

ภาคยานยนต์ต้องการการผลิตที่ไม่มีข้อบกพร่องในความเร็วสูง ซึ่งสภาพแวดล้อมนี้ก่อให้เกิดความท้าทายที่ไม่เหมือนใคร ซึ่งร้านการผลิตทั่วมักไม่สามารถแก้ไขได้

การดึงสลัคและการจัดการของเสีย

เมื่อตัดรอยแหว่ง ชิ้นส่วนโลหะที่ถูกตัดออก (สลัค) จำเป็นต้องถูกขับออกจากแม่พิมพ์ ในกระบวนการตัดขึ้นความเร็วสูง สุญญากาศที่เกิดจากการถดันขึ้นของด้ามพิมพ์สามารถดึงสลัคกลับขึ้นไปบนพื้นผิวของแม่พิมพ์ ซึ่งปรากฏการณ์นี้เรียกว่า การดึงชิ้นงานออก (Slug Pulling) หากสลัคตกลงบนแถงโลหะ stroke แรงดันถัดจะดันสลัคเข้าไปในชิ้นงาน ทำให้เกิดข้อบกพร่องแบบ "สิว" หรือทำให้แม่พิมพ์พัง

วิธีแก้ปัญหา:

• หมุดดันชิ้นงาน: พินที่มีสปริงด้านในด้ามพิมพ์เพื่อดันสลัคลงไปทางด้านล่าง
• แม่พิมพ์สุญญากาศ: ระบบดูดอยู่ด้านล่างบล็อกแม่พิมพ์เพื่อดึงสลัคออกไป
• มุมเฉือน: การเจียร์มุมเล็กเล็กบนพื้นผิวด้ามพิมพ์เพื่อลดการปิดผืนผิดสุญญากาศ

การสึกหรอของเครื่องมูลในการผลิตปริมาณสูง

การผลิตชิ้นส่วนยานยนต์ด้วยกระบวนการตัดขึ้นรูปทั่วไปอาจต้องใช้จำนวนครั้งในการตีขึ้นรูปหลายแสนครั้งต่อเดือน เหล็กเครื่องมือมาตรฐาน (เช่น D2) มักเสื่อมสภาพอย่างรวดเร็วเกินไปเมื่อทำการตัดเหล็กกล้าสำหรับยานยนต์ที่กัดกร่อนสูง ผู้ผลิตชั้นนำจึงเริ่มใช้ เหล็กโลหะผง (PM) หรือ แม่พิมพ์คาร์ไบด์ เคลือบด้วย TiCN (ไทเทเนียมคาร์บอนไนไตรด์) เพื่อยืดอายุการใช้งานและรักษาระดับคุณภาพของขอบตัด

เชื่อมโยงระหว่างการสร้างตัวอย่างและการผลิตจำนวนมาก

หนึ่งในช่วงเวลาที่ยากที่สุดของการพัฒนายานยนต์ คือ การเปลี่ยนผ่านจากต้นแบบปริมาณน้อยไปสู่การผลิตจำนวนมาก โดยทั่วไปการสร้างต้นแบบจะใช้การตัดด้วยเลเซอร์ (ซึ่งไม่ก่อให้เกิดเบอร์ร์หรือความเครียด) ขณะที่การผลิตจริงจะใช้แม่พิมพ์แข็ง (ซึ่งก่อให้เกิดแรงเฉือน) ความแตกต่างนี้อาจนำไปสู่ความล้มเหลวที่ไม่คาดคิดในช่วงการตรวจสอบและประเมินผล

เพื่อลดความเสี่ยงนี้ สิ่งสำคัญคือต้องร่วมมือกับผู้ผลิตที่สามารถจำลองเงื่อนไขการผลิตได้ตั้งแต่ระยะแรก เทคโนโลยีโลหะเส้าอี้ เชี่ยวชาญในการปิดช่องว่างนี้ โดยนำเสนอโซลูชันการตัดแตะอย่างครบวงจร ตั้งแต่ต้นแบบด่วนไปจนถึงการผลิตจำนวนมาก ด้วยความแม่นยำตามมาตรฐาน IATF 16949 และเครื่องกดที่มีกำลังอัดสูงสุดถึง 600 ตัน บริษัทสามารถจัดการกับชิ้นส่วนสำคัญ เช่น คันควบคุม (control arms) และโครงย่อย (subframes) เพื่อให้มั่นใจว่าเจตนารมณ์ทางวิศวกรรมจะคงอยู่ตลอดการเปลี่ยนผ่านสู่การผลิตจำนวนมาก

เครื่องจักรและแม่พิมพ์: แม่พิมพ์โปรเกรสซีฟ เทียบกับ แม่พิมพ์ทรานสเฟอร์

การเลือกเทคโนโลยีแม่พิมพ์มีผลโดยตรงต่อวิธีการตัดเว้า (notching) การเลือกที่เหมาะสมขึ้นอยู่กับความซับซ้อนของชิ้นงานและปริมาณการผลิตรายปี

แม่พิมพ์แบบก้าวหน้า

ในแม่พิมพ์โปรเกรสซีฟ การตัดเว้าจะดำเนินการขณะที่ชิ้นส่วนยังเชื่อมต่อกับแถบคอยล์อยู่ รูปทรงของชิ้นส่วนจะถูกกำหนดทีละขั้นตอนผ่านการตัดเว้า วิธีนี้มีประสิทธิภาพสูงสุดสำหรับชิ้นส่วนยานยนต์ขนาดเล็กถึงกลาง (เช่น ที่ยึด คลิป ขั้วต่อ) เพราะสามารถได้ชิ้นงานสมบูรณ์หนึ่งชิ้นต่อรอบการเดินเครื่อง อย่างไรก็ตาม การจัดวางแถบวัสดุ การออกแบบแม่พิมพ์มีความซับซ้อน และการใช้วัสดุอาจต่ำกว่าเนื่องจากต้องใช้แถบพื้นที่นำทาง (carrier web)

แม่พิมพ์ถ่ายโอน

สำหรับชิ้นส่วนขนาดใหญ่ เช่น แผงตัวถัง เสา หรือชิ้นส่วนขวาง มักนิยมใช้แม่พิมพ์แบบทรานสเฟอร์ โดยที่วัสดุเปล่าจะถูกตัด (กัดร่อง) ที่สถานีแรก จากนั้นจะถูกเคลื่อนย้ายไปยังสถานีถัดไปด้วยอุปกรณ์กลไกหรือหุ่นยนต์ การกัดร่องในแม่พิมพ์แบบทรานสเฟอร์มักใช้เพื่อ วัสดุเปล่าที่พัฒนาแล้ว —สร้างรูปร่างเรียบซับซ้อนที่จำเป็นสำหรับการขึ้นรูปชิ้นงานลึกโดยไม่เกิดรอยย่น แม่พิมพ์แบบทรานสเฟอร์ช่วยให้ใช้วัสดุได้อย่างคุ้มค่ามากขึ้น แต่ทำงานด้วยความเร็วที่ช้ากว่าแม่พิมพ์แบบพรอเกรสซีฟ

วิศวกรรมเพื่อความแม่นยำและสมรรถนะ

การตัดเว้าไม่ใช่เพียงแค่การตัดโลหะเท่านั้น แต่เป็นกระบวนการเชิงกลยุทธ์ที่กำหนดประสิทธิภาพของสายการขึ้นรูปด้วยแรงกด และความแข็งแรงทางโครงสร้างของชิ้นส่วนยานพาหนะสำเร็จรูป ไม่ว่าจะเป็นการปรับให้เหมาะสมกับการตัดเว้าแบบ pitch notch ในแม่พิมพ์โปรเกรสซีฟ หรือการคำนวณรัศมีมุมโค้งสำหรับชิ้นส่วน AHSS การประสบความสำเร็จอยู่ที่รายละเอียด โดยการยึดถือตามอัตราส่วนการออกแบบที่ได้รับการพิสูจน์แล้ว และการเลือกผู้ผลิตเครื่องมือที่มีความสามารถในการรองรับแรงกดสูง วิศวกรยานยนต์สามารถมั่นใจได้ว่าการออกแบบของตนไม่เพียงแค่สามารถผลิตได้จริง แต่ยังมีความทนทานเพียงพอสำหรับการใช้งานบนท้องถนนในอนาคต

คำถามที่พบบ่อย

1. การตัดแต่งและงานตัดเว้าต่างกันอย่างไร

แม้ว่าทั้งสองอย่างจะเป็นกระบวนการตัด แต่ความแตกต่างอยู่ที่วัตถุประสงค์และลักษณะทางเรขาคณิต การตัด คือการนำเอาชิ้นส่วนรูปทรงเฉพาะออกจากขอบด้านนอกของชิ้นงาน มักใช้เพื่ออำนวยความสะดวกในการดัดหรือการประกอบ การตัดแต่ง มักเป็นขั้นตอนตกแต่งที่ใช้ในการตัดวัสดุส่วนเกิน (แฟลช) ออกจากรอบขอบของชิ้นงานที่ผ่านการขึ้นรูปหรือดึงมาแล้ว เพื่อนำไปสู่ขนาดสุดท้าย

2. อะไรคือขั้นตอน "การเว้นช่อง (notching)" ในการแปรรูปโลหะ

การเว้นช่อง (notching) เป็นกระบวนการตัดเฉือนที่ใช้เพื่อลบส่วนหนึ่งของวัสดุออกจากริมขอบของแผ่นโลหะหรือแถบโลหะ โดยดำเนินการโดยใช้เครื่องตอกด้วยแม่พิมพ์ตัดที่กดโลหะเข้ากับขอบของแม่พิมพ์จนเกิดการตัดเฉือน เพื่อสร้างรูปร่าง ร่อง หรือช่องว่างสำหรับขั้นตอนการขึ้นรูปในลำดับถัดไป

3. เหตุใดอัตราส่วนความกว้างต่อความหนาจึงมีความสำคัญในกระบวนการเว้นช่อง

อัตราส่วนความกว้างต่อความหนามีความสำคัญอย่างยิ่งต่ออายุการใช้งานของเครื่องมือ หากความกว้างของช่องเว้นแคบกว่าความหนาของวัสดุ (อัตราส่วนต่ำกว่า 1:1) จะทำให้แรงอัดที่กระทำต่อแกนตอกมีค่าสูงเกินไป ส่งผลให้แกนตอกโก่งหรือหักได้ การปฏิบัติตามกฎขั้นต่ำที่ 1:1 จะช่วยให้มั่นใจได้ว่าอุปกรณ์ทำงานเป็นเครื่องมือตัด ไม่ใช่เสาที่รับแรงอัด