ซอฟต์แวร์จำลองสำหรับการตอกโลหะ: คู่มือการซื้อปี 2025

สรุปสั้นๆ

ซอฟต์แวร์จำลองสำหรับการขึ้นรูปโลหะด้วยแรงตีขึ้น ใช้การวิเคราะห์ด้วยไฟไนต์อีลิเมนต์ (FEA) เพื่อทำนายและป้องกันข้อบกพร่องในการผลิต เช่น การฉีกขาด การย่น และการเด้งกลับหลังขึ้นรูป ก่อนที่จะเริ่มตัดแม่พิมพ์จริง โดยการสร้าง "ดิจิทัลทวิน" ของกระบวนการขึ้นรูป ช่วยให้วิศวกรสามารถปรับแต่งการวางแผ่นวัสดุ ลดของเสียจากวัสดุ และลดระยะเวลาการทดลองแม่พิมพ์ซึ่งมีค่าใช้จ่ายสูง

สำหรับการใช้งานระดับมืออาชีพส่วนใหญ่ ผู้นำในอุตสาหกรรมได้แก่ AutoForm (ดีที่สุดสำหรับวิศวกรรมกระบวนการแบบครบวงจรสำหรับยานยนต์), Ansys Forming (ดีที่สุดสำหรับการตรวจสอบอย่างละเอียดโดยใช้โปรแกรมแก้สมการ LS-DYNA), และ Altair Inspire Form (ดีที่สุดสำหรับนักออกแบบผลิตภัณฑ์และการตรวจสอบความเป็นไปได้ในช่วงต้น) การเลือกเครื่องมือที่เหมาะสมขึ้นอยู่กับว่าจุดเน้นของคุณอยู่ที่การตรวจสอบความเป็นไปได้ของการออกแบบเบื้องต้น วิศวกรรมแม่พิมพ์รายละเอียด หรือกระบวนการเฉพาะทาง เช่น การขึ้นรูปแบบร้อน

เหตุใดจึงควรลงทุนในซอฟต์แวร์จำลองการขึ้นรูปโลหะด้วยแรงตีขึ้น?

ในขั้นตอนการขึ้นรูปแบบดั้งเดิม การ "ลองใช้งาน" (tryout) เป็นขั้นตอนที่ต้องทำจริงและใช้แรงงานหนัก ช่างทำแม่พิมพ์จะทำการกลึงเครื่องมือ จากนั้นนำไปติดตั้งในเครื่องอัด ขึ้นรูปชิ้นส่วน แล้วพบว่าเกิดรอยแยกหรือรอยย่น จึงต้องขัดหรือเชื่อมแม่พิมพ์เพื่อแก้ไข วงจรนี้อาจเกิดซ้ำได้หลายสิบครั้ง ก่อให้เกิดความล่าช้าเป็นเวลาหลายสัปดาห์ และสูญเสียเงินหลายพันดอลลาร์จากโลหะของเสียและค่าแรงงาน

ซอฟต์แวร์จำลองสำหรับการขึ้นรูปโลหะเปลี่ยนกระบวนการทำงานเชิงเส้นนี้ให้กลายเป็นกระบวนการทำงานแบบวงกลมและดิจิทัล ซึ่งรู้จักกันในชื่อ การสร้างต้นแบบเสมือน ด้วยการตรวจสอบความถูกต้องของกระบวนการผ่านการจำลองเสมือน ผู้ผลิตสามารถบรรลุผลลัพธ์สำคัญสามประการ:

• การคาดการณ์ข้อบกพร่อง: โปรแกรมแก้ปัญหาขั้นสูงสามารถคาดการณ์รูปแบบความล้มเหลวที่ซับซ้อน เช่น การบางตัว การฉีกขาด (การแยก), การย่น และข้อบกพร่องบนพื้นผิว (เส้นลาก) ได้อย่างแม่นยำมากกว่า 95%
• การชดเชยการเด้งกลับ เหล็กความแข็งแรงสูงและอลูมิเนียมมีชื่อเสียงในเรื่องการ "เด้งกลับ" หลังจากการขึ้นรูป ซอฟต์แวร์จำลองสามารถคำนวณการคืนตัวแบบยืดหยุ่นนี้ และปรับรูปทรงเรขาคณิตของผิวแม่พิมพ์โดยอัตโนมัติ เพื่อให้แน่ใจว่าชิ้นส่วนสุดท้ายจะอยู่ในช่วงค่าความคลาดเคลื่อนตามมิติ
• การเพิ่มประสิทธิภาพวัสดุ: ด้วยโมดูลการจัดเรียงแผ่นเปล่าและการประมาณต้นทุน วิศวกรสามารถหมุนและจัดวางชิ้นส่วนบนขดลวดเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการใช้วัสดุ ซึ่งมักช่วยประหยัดเงินจำนวนมากในการผลิตปริมาณมาก

ในท้ายที่สุด การจำลองช่วยปิดช่องว่างระหว่างการออกแบบดิจิทัลกับความเป็นจริงทางกายภาพ แม้ว่าซอฟต์แวร์จะให้แผนงาน แต่การดำเนินการตามนั้นต้องอาศัยการผลิตอย่างแม่นยำ พันธมิตรชั้นนำในอุตสาหกรรมยานยนต์อย่าง เทคโนโลยีโลหะเส้าอี้ ใช้ขีดความสามารถการผลิตขั้นสูงดังกล่าวเพื่อปิดช่องว่างจากการต้นแบบอย่างรวดเร็วไปสู่การผลิตในปริมาณมาก โดยมั่นใจว่าความแม่นยำตามทฤษฎีของการจำลองจะถูกนำไปใช้จริงในโรงงานกดชิ้นงานสุดท้ายได้สูงสุดถึง 600 ตัน

เปรียบเทียบซอฟต์แวร์จำลองการขึ้นรูปโลหะชั้นนำ

ตลาดซอฟต์แวร์จำลองการขึ้นรูปมีความเฉพาะเจาะจง โดยมีผู้เล่นรายใหญ่ไม่กี่รายที่รองรับผู้ใช้งานหลากหลายกลุ่ม ตั้งแต่นักออกแบบผลิตภัณฑ์ไปจนถึงวิศวกรแม่พิมพ์ ด้านล่างนี้คือการวิเคราะห์อย่างละเอียดของโซลูชันชั้นนำที่มีอยู่ในปี 2025

1. AutoForm: มาตรฐานสำหรับอุตสาหกรรมยานยนต์

ดีที่สุดสำหรับ: วิศวกรกระบวนการ นักออกแบบแม่พิมพ์ และผู้ประมาณราคาต้นทุนในภาคยานยนต์

AutoForm เป็นที่ยอมรับอย่างกว้างขวางในฐานะมาตรฐานอุตสาหกรรมสำหรับการจำลองการขึ้นรูปแผ่นโลหะ โดยเฉพาะในภาคส่วนยานยนต์ "Body in White" (BiW) จุดแข็งของมันอยู่ที่การมุ่งเน้นเฉพาะด้าน โดยไม่ใช่เครื่องมือ FEA แบบทั่วไป แต่เป็นแพลตฟอร์มเฉพาะทางสำหรับกระบวนการขึ้นรูปทั้งสาย

คุณสมบัติสำคัญ ได้แก่ AutoForm-Sigma สำหรับการวิเคราะห์ความทนทาน (เพื่อให้มั่นใจว่ากระบวนการจะทำงานได้แม้ในกรณีที่วัสดุมีความแปรปรวน) และ AutoForm-Compensator สำหรับการแก้ไขการเด้งกลับขั้นสูง ซึ่งช่วยให้วิศวกรสามารถออกแบบพร้อมกันได้ ทำให้ผู้ประมาณราคางานสามารถสร้างใบเสนอราคาที่แม่นยำจากขนาดแผ่นเปล่าและแรงกดของเครื่องจักรได้ แม้ก่อนที่การออกแบบแม่พิมพ์โดยละเอียดจะแล้วเสร็จ

2. Ansys Forming: ศูนย์กลางการตรวจสอบความถูกต้อง

ดีที่สุดสำหรับ: ผู้เชี่ยวชาญด้าน FEA และวิศวกรที่ต้องการการตรวจสอบทางฟิสิกส์อย่างลึกซึ้ง

สร้างบนพื้นฐานของ LS-DYNA ตัวแก้ปัญหา Ansys Forming เสน้แพลตฟอร์มแบบ "ทั้งหมดในหนึ่ง" ที่ออกแบบเพื่อความเร็วและความแม่นยำ ในขณะที่ LS-DYNA ได้เป็นมาตรฐานทองคำสำหรับไดนามิกแบบเอ็กซ์พลิซิท (การทดสอบการชนและการขึ้นรูป) Ansys Forming บรรจุพลังนี้ไว้ในอินเทอร์เฟซที่เป็นมิตรต่อผู้ใช้ ซึ่งอุทิศเพื่อการขึ้นรูปโลหะโดยตอก

การเปิดตัวในปี 2025 ได้แนะนำ การวิเคราะห์แบบ One-Step ความสามารถใหม่ ซึ่งช่วยให้สามารถตรวจสอบความเป็นไปได้อย่างรวดเร็วสุดก่อนไปสู่การจำลองแบบเพิ่มขั้นตอนอย่างเต็มรูป ทำให้มันกลายเป็นเครื่องมืออเนกประสงท์ที่สามารถจัดการทั้งงานตัดแผ่นเรียบง่าย ไปจนถึงการตั้งคูณซับซ้อนหลายขั้นตอนที่มี drawbeads และ pads มันโดดเด่นในการทำนายประวัติความเครียด-ความเครียดที่แม่นยำของชิ้นส่วน

3. Altair Inspire Form: ตัวเลือกสำหรับนักออกแบบ

ดีที่สุดสำหรับ: นักออกแบบผลิตภัณฑ์และวิศวกรออกแบบที่ทำการตรวจสอบความเป็นไปได้ในช่วงเริ่มต้น

Altair Inspire Form (เดิมชื่อ Click2Form) ทำให้การจำลองสามารถเข้าถึงได้ง่ายขึ้น โดยต่างจากอินเทอร์เฟซวิศวกรรมที่ซับซ้อนของคู่แข่ง Inspire Form ถูกออกแบบมาให้ใช้งานได้อย่างสะดวกและเข้าใจง่าย ช่วยให้นักออกแบบผลิตภัณฑ์สามารถตรวจสอบความเป็นไปได้ในการผลิต (manufacturability) ได้ภายในไม่กี่วินาที โดยใช้โซลเวอร์ย้อนกลับแบบขั้นตอนเดียว หากชิ้นส่วนมีมุมร่างด้านลบหรือรอยเว้าลึก ซอฟต์แวร์จะแจ้งเตือนทันที

สำหรับผู้ใช้ระดับสูงกว่า ซอฟต์แวร์ยังมีโซลเวอร์แบบเพิ่มขั้นที่สามารถปรับขนาดได้สำหรับการจำลองเสมือน PolyNURBS เทคโนโลยีของบริษัทเป็นคุณสมบัติที่โดดเด่น ช่วยให้ผู้ใช้สามารถสร้างแม่พิมพ์เสริม (ตัวยึดและพื้นผิวทำงาน) ได้อย่างรวดเร็ว โดยไม่จำเป็นต้องมีทักษะ CAD ขั้นสูง

4. Simufact Forming: ผู้เชี่ยวชาญด้านการผลิตทั่วไป

ดีที่สุดสำหรับ: วิศวกรการผลิตที่จัดการกับกระบวนการหลากหลาย (การหล่อ การต่อประสาน การขึ้นรูปด้วยแรงกด)

เป็นส่วนหนึ่งของพอร์ตโฟลิโอ Hexagon Simufact Forming มีความโดดเด่นเนื่องจากครอบคลุมกระบวนการขึ้นรูปโลหะได้มากกว่าเฉพาะแผ่นโลหะเท่านั้น โดยสามารถใช้งานได้อย่างเท่าเทียมกันใน การปั้นเย็น (อุปกรณ์ยึด, น็อต) การขึ้นรูปด้วยความร้อน , และ การเชื่อมต่อ เทคโนโลยี (การย้ำ, การเชื่อมจุด)

Simufact เน้นย้ำถึง "ความสามารถในการใช้งานสำหรับผู้ปฏิบัติงาน" ซึ่งหมายความว่าคุณไม่จำเป็นต้องมีปริญญาเอกด้านกลศาสตร์เพื่อตั้งค่าการใช้งาน ฟังก์ชันการสร้างเมชและการสร้างเมชใหม่อัตโนมัติของซอฟต์แวร์ช่วยลดระยะเวลาการตั้งค่าอย่างมาก ทำให้เหมาะสมอย่างยิ่งสำหรับโรงงานที่จัดการกระบวนการขึ้นรูปหลากหลายประเภท

5. PAM-STAMP: ผู้เชี่ยวชาญด้านกระบวนการพิเศษ

ดีที่สุดสำหรับ: การบินและอวกาศ และการขึ้นรูปแบบซับซ้อน (ไฮโดรฟอร์มมิ่ง, การขึ้นรูปแบบยืด)

พัฒนาโดย ESI Group (ปัจจุบันเป็นส่วนหนึ่งของ Keysight) PAM-STAMP เป็นโซลูชันระดับสูงที่รู้จักกันดีในเรื่องความยืดหยุ่น แม้ว่าจะสามารถจัดการกับงานสเตมป์ทั่วไปได้ดี แต่จุดเด่นอยู่ที่สาขาเฉพาะทาง เช่น การบิดท่อ , hydroforming (การใช้แรงดันของของเหลวในการขึ้นรูปโลหะ) และ การขึ้นรูปแบบยืด ของแผงโครงสร้างอากาศยาน

มีการควบคุมพารามิเตอร์กระบวนการอย่างแม่นยำ และมักถูกใช้ในกรณีที่เครื่องมือทั่วไปที่เน้นงานยานยนต์ไม่สามารถรองรับได้ สภาพแวดล้อมการผลิตเสมือนจริงแบบครบวงจร (end-to-end) นี้เป็นที่นิยมของทีมวิจัยและพัฒนาที่กำลังผลักดันขีดจำกัดทางวิทยาศาสตร์วัสดุ

คุณลักษณะ สําคัญ ที่ ควร ค้นหา

เมื่อเลือกซอฟต์แวร์จำลองสำหรับงานขึ้นรูปโลหะ การ "ความแม่นยำ" เป็นสิ่งที่คาดหวังได้อยู่แล้ว สิ่งที่ทำให้แตกต่างคือคุณสมบัติเฉพาะที่สอดคล้องกับกระบวนการทำงานของคุณ

โซลเวอร์แบบ One-Step เทียบกับแบบ Incremental

การเข้าใจความแตกต่างระหว่างโซลเวอร์มีความสำคัญอย่างยิ่ง โดย โซลเวอร์แบบ One-Step (Inverse) จะนำเรขาคณิตชิ้นส่วน 3 มิติในขั้นตอนสุดท้ายมาแผ่ราบเพื่อหาขนาดและรูปร่างของแผ่นวัสดุเริ่มต้น มีความเร็วสูงมาก (ไม่กี่วินาที) และเหมาะสำหรับการประเมินราคาและการวางผังชิ้นงาน แต่จะถือว่าเส้นทางการเครียดเป็นเชิงเส้น ขณะที่ โซลเวอร์แบบ Incremental จำลองการเคลื่อนไหวจริงของการปิดตายทีละก้าวในระดับมิลลิวินาที ซึ่งสามารถจับประวัติการเปลี่ยนรูปร่างที่แท้จริง รวมถึงการแข็งตัวจากการทำงาน (work hardening) และการเด้งกลับที่ซับซ้อน (springback) ได้ แต่ใช้เวลานานกว่ามากในการคำนวณ

คลังข้อมูลวัสดุและการวิเคราะห์คุณลักษณะวัสดุ

ข้อมูลเข้าไม่ดี ผลลัพธ์ก็ไม่ดี ความแม่นยำของการจำลองใดๆ ขึ้นอยู่กับคุณภาพของข้อมูลวัสดุ ควรเลือกซอฟต์แวร์ที่มีห้องสมุดครอบคลุมเกรดเหล็กมาตรฐาน (CR, HR, DP, TRIP) และเกรดอลูมิเนียม ผู้ใช้ขั้นสูงควรตรวจสอบว่าซอฟต์แวร์สามารถนำเข้า แผนภาพขีดจำกัดการขึ้นรูป (Forming Limit Diagrams - FLD) และเส้นโค้งความเค้น-ความเครียดที่ได้จากผลการทดสอบแรงดึงจริง

กลยุทธ์การชดเชยสปริงแบ็ค

สำหรับเหล็กความแข็งแรงสูง การทำนายสปริงแบ็กเพียงอย่างเดียวไม่เพียงพอ คุณต้องแก้ไขมัน เครื่องมือชั้นนำอย่าง AutoForm และ Ansys มีฟังก์ชัน "การชดเชยอัตโนมัติ" ซอฟต์แวร์จะวัดค่าเบี่ยงเบนที่คาดการณ์ไว้ จากนั้นปรับเปลี่ยนพื้นผิวแม่พิมพ์ในทิศทางตรงข้ามเพื่อลดผลกระทบจากสปริงแบ็ก คุณลักษณะนี้เพียงอย่างเดียวสามารถประหยัดเวลาได้หลายสัปดาห์จากการตัดแต่งแม่พิมพ์ด้วยมือ

ตัวเลือกฟรี vs แบบเสียเงิน: การจัดการความคาดหวัง

คำค้นหายอดนิยมคำหนึ่งคือ "ซอฟต์แวร์จำลองฟรีสำหรับงานขึ้นรูปโลหะ" สิ่งสำคัญคือต้องตั้งความคาดหวังให้สมเหตุสมผล ซอฟต์แวร์จำลองงานขึ้นรูปอุตสาหกรรมไม่มีให้ใช้งานฟรี ฟิสิกส์ที่เกี่ยวข้อง (พลาสติกแบบไม่เป็นเชิงเส้น การกลศาสตร์ของการสัมผัส ความไม่สมมาตร) ต้องการโซลเวอร์ที่ซับซ้อน ซึ่งมีค่าใช้จ่ายสูงในการพัฒนา

อย่างไรก็ตาม มีจุดเริ่มต้นบางประการ:

• เครื่องมือ FEA ทั่วไป: ซอฟต์แวร์อย่าง FreeCAD หรือ Fusion 360 มีการวิเคราะห์แรงดันพื้นฐาน (สถิตย์เชิงเส้น) แต่ไม่สามารถจำลองโลหะ การไหล หรือการเปลี่ยนรูปพลาสติกได้อย่างแม่นยำ จึงไม่เหมาะสำหรับกระบวนการตัดแตะ
• บริการบนคลาวด์แบบชำระเงินต่อการใช้งาน: ผู้ให้บริการบางรายเสนอโมดูลบนคลาวด์ (เช่น EasyBlank Cloud โดย AutoForm) ที่คุณสามารถอัปโหลดชิ้นงานและจ่ายค่าธรรมเนียมเล็กน้อยเพื่อรับรายงานความเป็นไปได้ครั้งเดียว ตัวเลือกนี้เหมาะมากสำหรับโรงงานขนาดเล็กที่ไม่สามารถซื้อไลเซนส์เต็มรูปแบบได้
• ไลเซนส์สำหรับการศึกษา: บริษัทอย่าง Ansys และ Altair มีเวอร์ชันสำหรับนักเรียนที่ให้ใช้งานฟรีหรือในราคาถูก ถึงแม้ว่าเวอร์ชันเหล่านี้จะไม่สามารถใช้ในการทำงานเชิงพาณิชย์ได้ แต่ก็เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการเรียนรู้อินเทอร์เฟซและหลักการต่างๆ

คู่มือการเลือก: เครื่องมือใดที่เหมาะกับคุณ?

ทางเลือกของคุณควรขึ้นอยู่กับบทบาทของคุณในห่วงโซ่อุปทาน:

• หากคุณเป็นนักออกแบบผลิตภัณฑ์: เลือก Altair Inspire Form . คุณต้องการความเร็วและความสะดวกในการตรวจสอบว่า "ชิ้นส่วนนี้สามารถขึ้นรูปด้วยการตัดหรือดัดได้หรือไม่?" โดยไม่ต้องเสียเวลาไปกับพารามิเตอร์ของแม่พิมพ์
• หากคุณเป็นนักออกแบบแม่พิมพ์ / วิศวกรเครื่องมือ: เลือก AutoForm หรือ Ansys Forming . คุณต้องการฟีเจอร์ขั้นลึกสำหรับการออกแบบหน้าแม่พิมพ์ การปรับแต่งแถบดึง (drawbead) และการชดเชยการเด้งกลับ (springback)
• หากคุณเป็นร้านรับจ้างผลิต / ผู้ผลิต: เลือก Simufact Forming หากคุณทำทั้งงานปลอมแปลงและงานขึ้นรูปพร้อมกัน แนวทางแบบทั่วไปของซอฟต์แวร์นี้จะให้ผลตอบแทนจากการลงทุน (ROI) ที่ดีกว่าเมื่อใช้กับเครื่องจักรหลายประเภท
• หากคุณทำงานด้านการบินและอวกาศเฉพาะทาง: เลือก PAM-STAMP เนื่องจากความสามารถในการขึ้นรูปด้วยแรงดันน้ำและการดัดโค้ง

ในท้ายที่สุด ซอฟต์แวร์นี้เป็นเครื่องมือสำหรับการตัดสินใจ เป้าหมายไม่ใช่เพียงแค่สร้างแผนที่แสดงความเค้นที่มีสีสัน แต่คือการตัดสินใจว่า "ทำต่อหรือหยุด" สำหรับการออกแบบแม่พิมพ์ ก่อนที่จะลงทุนเงินทุน

คำถามที่พบบ่อย

1. การจำลองการขึ้นรูปชิ้นงานสามารถคาดการณ์ข้อบกพร่องบนพื้นผิวได้หรือไม่?

ได้ ซอฟต์แวร์จำลองสมัยใหม่มีประสิทธิภาพสูงในการคาดการณ์ข้อบกพร่องบนพื้นผิว เช่น เส้นลาก เส้นกระแทก และรอยยุบ โดยเครื่องมืออย่าง AutoForm มีโมดูลวิเคราะห์พื้นผิวโดยเฉพาะ ที่สามารถแสดงข้อบกพร่องเล็กๆ เหล่านี้ ซึ่งมีความสำคัญมากสำหรับแผงตัวถังภายนอกคลาส A ในอุตสาหกรรมยานยนต์

2. การคาดการณ์การเด้งกลับมีความแม่นยำแค่ไหน?

การคาดการณ์สปริงแบ็กได้รับการปรับปรุงอย่างมาก แต่ยังคงขึ้นอยู่กับโมเดลวัสดุเป็นหลัก หากการจำลองใช้เส้นโค้งการแข็งตัวและเกณฑ์ความเหนียว (เช่น Barlat 2000) ที่แม่นยำ ความถูกต้องสามารถอยู่ในช่วง +/- 0.5 มม. สำหรับชิ้นส่วนยานยนต์ที่ซับซ้อน อย่างไรก็ตาม การสร้างกระบวนการ "ที่ทนทาน" ซึ่งคำนึงถึงความแปรปรวนของวัสดุระหว่างล็อตต่างๆ มักจะมีความสำคัญมากกว่าการคาดการณ์ที่สมบูรณ์แบบเพียงครั้งเดียว

3. ฉันต้องใช้อุปกรณ์ฮาร์ดแวร์อะไรในการรันการจำลองงานตัดพับ (stamping simulation)?

แม้ว่าโปรแกรมแก้ปัญหาแบบ one-step จะสามารถรันบนแล็ปท็อปทั่วไปได้ แต่การจำลองแบบเพิ่มทีละขั้นตอน (incremental simulations) จำเป็นต้องใช้เวิร์กสเตชัน ชุดอุปกรณ์ที่แนะนำทั่วไปประกอบด้วยโปรเซสเซอร์หลายคอร์ (8 คอร์ขึ้นไป) หน่วยความจำอย่างน้อย 32GB (ควรเป็น 64GB) และ GPU มืออาชีพเฉพาะทาง นอกจากนี้ โปรแกรมแก้ปัญหาสมัยใหม่จำนวนมากยังรองรับการประมวลผลแบบขนาน เพื่อเร่งเวลาการคำนวณอย่างมีนัยสำคัญ