สรุปสั้นๆ

ชิ้นส่วนประกอบระบบส่งกำลังที่ผลิตด้วยกระบวนการขึ้นรูปโลหะ เป็นวิธีการผลิตตามมาตรฐานอุตสาหกรรมสำหรับการผลิตชิ้นส่วนรถยนต์ที่มีความแม่นยำสูง เช่น ฟันเฟือง ฮับคลัตช์ และตัวเรือนต่างๆ อย่างมีปริมาณมาก ต่างจากกระบวนการกลึงที่จะนำวัสดุออก กระบวนการขึ้นรูปโลหะใช้ แม่พิมพ์กดแบบก้าวหน้า และ deep Draw เทคนิคในการขึ้นรูปทรงเรขาคณิตที่ซับซ้อนได้อย่างรวดเร็วและทำซ้ำได้อย่างแม่นยำ สำหรับวิศวกรด้านยานยนต์และเจ้าหน้าที่จัดซื้อ กระบวนการนี้ให้ข้อได้เปรียบสำคัญ นั่นคือ ความสามารถในการรักษาระดับความคลาดเคลื่อนในระดับไมครอน ขณะที่ลดต้นทุนต่อหน่วยลงมากกว่า 40% ในการผลิตจำนวนมาก (โดยทั่วไปมากกว่า 100,000 หน่วย)

ชิ้นส่วนระบบส่งกำลังสำคัญที่ผลิตด้วยกระบวนการขึ้นรูปโลหะ

ระบบส่งกำลังในยานยนต์สมัยใหม่พึ่งพาโครงสร้างโลหะที่ผ่านกระบวนการตีขึ้นรูป เพื่อทดแทนชิ้นส่วนหล่อหรือกลึงที่มีน้ำหนักมากกว่าและมีราคาแพงกว่า การเปลี่ยนมาใช้ชิ้นส่วนที่ตีขึ้นรูปทำให้ผู้ผลิตสามารถลดน้ำหนักของระบบขับเคลื่อนได้โดยไม่ลดทอนความสามารถในการถ่ายทอดแรงบิด บนพื้นฐานของศักยภาพการผลิตในปัจจุบัน ชุดประกอบสำคัญหลายชุดจึงผลิตขึ้นเป็นส่วนใหญ่ด้วยกระบวนการตีขึ้นรูปความแม่นยำ

องค์ประกอบหลักของระบบขับเคลื่อน

• ฮับคลัทช์และกลอง: ชิ้นส่วนทรงกระบอกซับซ้อนเหล่านี้ต้องใช้กระบวนการดึงลึก (deep draw) เพื่อขึ้นรูปตัวเรือน ตามด้วยขั้นตอนรองเพื่อเจาะฟันเฟือง การตีขึ้นรูปช่วยให้มั่นใจถึงความหนาแน่นของวัสดุที่จำเป็นต้องทนต่อแรงหมุน
• เกียร์ส่งกำลัง: แม้ว่าเกียร์ที่ใช้งานหนักมักจะผลิตด้วยการตีขึ้นรูปแบบหล่อ (forged) แต่เกียร์ส่งกำลังที่เบากว่าสำหรับการทำงานเสริมหรือชุดประกอบขนาดเล็กมักจะผลิตด้วยการตีขึ้นรูป กระบวนการนี้ช่วยให้มั่นใจถึงการ "พอดีอย่างสมบูรณ์" เพื่อการทำงานที่ราบรื่นและการลดเสียงรบกวน ซึ่งเป็นปัจจัยด้านคุณภาพที่สำคัญที่ผู้ผลิตอย่าง Hidaka USA .
• ช่องปฏิกิริยาและตัวยึด: ส่วนประกอบโครงสร้างเหล่านี้ใช้สำหรับยึดชุดเกียร์ดาวเคราะห์ การขึ้นรูปชิ้นงานแบบสเตมป์ (Stamping) ช่วยให้สามารถสร้างลักษณะการล็อกและแท็บที่ซับซ้อนได้ในขั้นตอนเดียว ทำให้ไม่จำเป็นต้องเชื่อมชิ้นส่วนหลายชิ้นเข้าด้วยกัน

การจัดการของไหลและการครอบคลุม

นอกเหนือจากการถ่ายโอนแรงบิดแล้ว การขึ้นรูปชิ้นงานแบบสเตมป์ยังมีความสำคัญต่อความสมบูรณ์ของระบบไฮดรอลิกภายในเกียร์ ฝาครอบเครื่องยนต์ และ ฝาครอบวาล์ว เป็นตัวอย่างคลาสสิกของชิ้นส่วนที่ขึ้นรูปแบบดึงลึก (deep-drawn) ชิ้นส่วนเหล่านี้จะต้องเป็นไปตามข้อกำหนดเรื่องความเรียบอย่างเข้มงวด เพื่อให้มั่นใจว่าจะมีการปิดผนึกที่ไม่รั่วซึมกับตัวเรือนเกียร์ ผู้ผลิตจึงใช้เครื่องอัดไฮโดรลิกพิเศษในการดึงรูปร่างลึกเหล่านี้จากแผ่นเรียบ โดยไม่ทำให้ผนังวัสดุบางลงจนถึงจุดที่เกิดความล้มเหลว

กระบวนการผลิต: การขึ้นรูปแบบพรอเกรสซีฟได (Progressive Die) เทียบกับ การดึงลึก (Deep Draw)

การเลือกวิธีการขึ้นรูปที่เหมาะสมคือขั้นตอนแรกในการลดต้นทุน ซึ่งเทคนิคหลักสองวิธีที่นิยมใช้ในการผลิตชิ้นส่วนเกียร์นั้นมีลักษณะเฉพาะที่ตอบสนองต่อรูปทรงเรขาคณิตที่แตกต่างกัน

การปั๊มแบบก้าวหน้า เป็นวิธีที่แนะนำสำหรับการผลิตชิ้นส่วนขนาดเล็กที่ต้องการความแม่นยำในปริมาณมากและรวดเร็ว ตามที่อธิบายโดย ESI Engineering , วิธีการนี้ช่วยให้สามารถดำเนินการขั้นตอนรอง เช่น การตอกเหรียญ (coining) และการเจาะ (piercing) ภายในแม่พิมพ์เดียวกัน ทำให้ได้ชิ้นส่วนสมบูรณ์ทุกครั้งที่เครื่องอัดทำงานหนึ่งรอบ ในทางตรงกันข้าม deep Draw มีความจำเป็นอย่างยิ่งในการสร้างโครงสร้างแบบถ้วยต่อเนื่องไร้รอยต่อ ซึ่งพบในลูกสูบคลัตช์และตัวสะสมแรงดัน โดยการเชื่อมจะสร้างจุดอ่อนที่อาจเกิดความล้มเหลวได้

วัสดุสำหรับงานตัดขึ้นรูปในงานที่ต้องการแรงบิดสูง

สภาพแวดล้อมภายในระบบส่งกำลังมีความรุนแรง ซึ่งมีลักษณะด้วยอุณหภูมิสูง แรงเสียดทาน และแรงเฉือนที่มาก การเลือกวัสดุจึงขึ้นอยู่กับสมดุลระหว่างความสามารถในการขึ้นรูป (สำหรับกระบวนการตัดขึ้นรูป) และความทนทาน (สำหรับการใช้งานจริง)

เหล็กคาร์บอนต่ำ ยังคงเป็นวัสดุหลักสำหรับงานตัดขึ้นรูปแบบดึงลึก ตามข้อมูลวัสดุจาก Trans-Matic , เหล็กคาร์บอนต่ำมีอัตราส่วนความแข็งแรงต่อน้ำหนักที่ยอดเยี่ยม และจะเกิดการเพิ่มความแข็งจากการขึ้นรูป (work-hardens) ซึ่งช่วยเสริมความแข็งแรงของชิ้นส่วนสำเร็จรูปโดยธรรมชาติ ทำให้วัสดุนี้เหมาะอย่างยิ่งสำหรับกระบอกคลัตช์และกะทะน้ำมัน ที่ต้องต้านทานการเปลี่ยนรูปร่างภายใต้แรงดัน

โลหะผสมอลูมิเนียม มีการระบุใช้เพิ่มมากขึ้นสำหรับเปลือกหุ้มและฝาครอบ เพื่อให้สอดคล้องกับมาตรฐานประสิทธิภาพการใช้เชื้อเพลิงเฉลี่ยของบริษัท (CAFE) แม้ว่าอลูมิเนียมจะขึ้นรูปได้ยากกว่าเนื่องจากมีแนวโน้มแตกร้าว (ขีดจำกัดความสามารถในการขึ้นรูปลดลง) แต่น้ำหนักของมันมีค่าประมาณหนึ่งในสามของเหล็ก จึงช่วยลดมวลโดยรวมของชุดเกียร์อย่างมีนัยสำคัญ

สำหรับการใช้งานเฉพาะทาง ทองแดงและทองแดง ถูกนำมาใช้ในชิ้นส่วนเซ็นเซอร์และแหวนรองภายในหน่วยควบคุมอิเล็กทรอนิกส์ (ECUs) ของระบบส่งกำลัง วัสดุเหล่านี้ให้คุณสมบัติด้านการนำไฟฟ้าและความต้านทานการกัดกร่อนที่จำเป็น แม้ว่าจะขาดความแข็งแรงเชิงโครงสร้างเมื่อเทียบกับเหล็ก

การวิเคราะห์เชิงกลยุทธ์: การขึ้นรูปด้วยแรงกด (Stamping) เทียบกับ การกลึงด้วยเครื่อง CNC

การตัดสินใจเลือกขึ้นรูปด้วยแรงกดหรือกลึงชิ้นส่วนระบบส่งกำลัง มักขึ้นอยู่กับปริมาณการผลิตและรูปทรงเรขาคณิต เป็นจุดวิเคราะห์แบบ "ทำเองหรือซื้อ" ที่สำคัญต่อกลยุทธ์การจัดซื้อ

เกณฑ์ปริมาณการผลิต การกลึงด้วยเครื่อง CNC เป็นกระบวนการแบบลบวัสดุออกและดำเนินการทีละชิ้น—การผลิตชิ้นส่วนหนึ่งชิ้นใช้เวลาคงที่ ในขณะที่การตัดขึ้นรูป (Stamping) เป็นกระบวนการแบบเปลี่ยนแปลงวัสดุและสามารถผลิตได้หลายชิ้นพร้อมกัน เมื่อทำแม่พิมพ์ (ไดอี) เสร็จแล้ว ต้นทุนต่อหน่วยจะลดลงอย่างมาก โดยทั่วไป งานที่มีปริมาณต่ำกว่า 5,000 หน่วยจะเหมาะกับการกลึงเพื่อหลีกเลี่ยงค่าใช้จ่ายการทำแม่พิมพ์ แต่หากปริมาณเกิน 50,000 หน่วย การตัดขึ้นรูปจะคุ้มค่ากว่ามาก

เชื่อมช่องว่าง: ปัญหาใหญ่เกิดขึ้นเมื่อโครงการเคลื่อนจากขั้นตอนต้นแบบไปสู่การผลิตจำนวนมาก ผู้ผลิตรถยนต์ (OEMs) มักต้องการพันธมิตรที่สามารถรองรับทั้งการตรวจสอบความถูกต้องในระยะเริ่มต้นด้วยปริมาณน้อย และการขยายกำลังการผลิตในระดับสูงในอนาคต เทคโนโลยีโลหะเส้าอี้ เชี่ยวชาญด้านการเปลี่ยนผ่านนี้ โดยให้บริการตั้งแต่การผลิตต้นแบบอย่างรวดเร็วไปจนถึงการผลิตด้วยเครื่องกดขนาด 600 ตัน กระบวนการที่ได้รับการรับรองตามมาตรฐาน IATF 16949 ของบริษัทฯ รับประกันว่าชิ้นส่วน เช่น คันควบคุม (control arms) และโครงย่อย (subframes) จะเป็นไปตามมาตรฐานสากลที่เข้มงวด ไม่ว่าคุณจะต้องการต้นแบบจำนวนห้าสิบชิ้นสำหรับการทดสอบ หรือหลายล้านชิ้นสำหรับการประกอบ

ขีดความสามารถด้านความแม่นยำ: โดยทั่วไปแล้ว การกลึงมีข้อได้เปรียบในด้านการควบคุมความคลาดเคลื่อน อย่างไรก็ตาม เทคโนโลยีการตัดขึ้นรูปแบบความแม่นยำสูงในปัจจุบันสามารถทำให้เกิดความคลาดเคลื่อนที่แคบมากถึง ±0.001 นิ้ว (0.025 มม.) สำหรับลักษณะหลายประการ การใช้งานการเฉือนและการปรับขนาดที่รวมเข้ากับแม่พิมพ์ตัดขึ้นรูป สามารถผลิตผิวฟันเฟืองที่มีคุณภาพใกล้เคียงกับงานกลึง ซึ่งมักจะช่วยลดความจำเป็นในการเจียรเงาเพิ่มเติม

การประกันคุณภาพและมาตรฐานความแม่นยำ

ในภาคอุตสาหกรรมยานยนต์ ความล้มเหลวของระบบเกียร์ถือเป็นภัยพิบัติ ดังนั้น ชิ้นส่วนที่ผลิตด้วยการตัดขึ้นรูปจึงต้องผ่านกระบวนการประกันคุณภาพอย่างเข้มงวด ซึ่งเกินกว่าการตรวจสอบมิติพื้นฐานไปมาก

ผู้ผลิตใช้ เทคโนโลยีเซ็นเซอร์ในแม่พิมพ์ เพื่อตรวจสอบกระบวนการตัดขึ้นรูปแบบเรียลไทม์ เซ็นเซอร์จะตรวจจับการป้อนวัสดุผิดพลาดหรือรอยชิ้นงานที่อาจทำให้ชิ้นส่วนหรือเครื่องมือเสียหาย และหยุดเครื่องกดทันทีเพื่อป้องกันการผลิตชุดชิ้นส่วนที่บกพร่อง นอกจากนี้ ระบบตรวจสอบด้วยแสงหลังการตัดขึ้นรูปจะวัดมิติสำคัญ เช่น เส้นผ่านศูนย์กลางภายในของฮับคลัตช์ หรือความเรียบของแผ่นยึดติด กับแบบจำลอง CAD ดิจิทัล

การปฏิบัติตามมาตรฐานอย่าง IATF 16949 เป็นสิ่งที่ไม่สามารถละเลยได้สำหรับผู้จัดจำหน่ายชิ้นส่วนเกียร์ การรับรองนี้มั่นใจได้ว่าผู้ตัดขึ้นรูปมีระบบบริหารคุณภาพที่มีความสมบูรณ์ สามารถป้องกันข้อบกพร่องและปรับปรุงอย่างต่อเนื่อง ลดความเสี่ยงในการเรียกรับประกันจากผู้ผลิตรถยนต์รายใหญ่

ขับเคลื่อนประสิทธิภาพในการผลิตระบบส่งกำลัง

การตัดขึ้นรูปชิ้นส่วนระบบส่งกำลังถือเป็นจุดบรรจบกันระหว่างวิทยาศาสตร์ด้านโลหะวิทยากับวิศวกรรมอุตสาหการที่เน้นปริมาณสูง โดยการใช้กระบวนการต่างๆ เช่น การตัดขึ้นรูปแบบโปรเกรสซีฟได และการขึ้นรูปลึก (deep draw stamping) ผู้ผลิตสามารถจัดส่งชิ้นส่วนที่ซับซ้อน น้ำหนักเบา และทนทานตามที่ระบบส่งกำลังรุ่นใหม่ต้องการ

สำหรับทีมจัดซื้อ คุณค่าอยู่ที่ความสามารถในการขยายขนาดได้ แม้ว่าการลงทุนครั้งแรกสำหรับเครื่องมือจะสูงมาก แต่ในระยะยาวราคาต่อหน่วยจะลดลง และความแน่นอนในความแม่นยำที่สามารถทำซ้ำได้ ทำให้การขึ้นรูปด้วยแรงกดกลายเป็นทางเลือกที่เหนือกว่าสำหรับโปรแกรมระบบส่งกำลังของรถยนต์ที่วางตลาดจำนวนมาก

คำถามที่พบบ่อย

1. ชิ้นส่วนระบบส่งกำลังที่ขึ้นรูปด้วยแรงกดคืออะไร

ชิ้นส่วนระบบส่งกำลังที่ขึ้นรูปด้วยแรงกดคือชิ้นส่วนโลหะที่ผลิตโดยการกดแผ่นโลหะแบนให้เป็นรูปร่างเฉพาะด้วยเครื่องกดและแม่พิมพ์ที่มีแรงกดสูง ตัวอย่างทั่วไป ได้แก่ ฮับคลัตช์ เปลือกปฏิกิริยา ฝาครอบน้ำมันเครื่อง ฝาครอบวาล์ว และเกียร์บางประเภท ชิ้นส่วนเหล่านี้เข้ามาแทนที่ชิ้นส่วนหล่อหรือกลึงที่มีน้ำหนักมากกว่า เพื่อลดต้นทุนและน้ำหนัก

2. ขั้นตอนทั้ง 7 ของการขึ้นรูปด้วยแรงตอกคืออะไร?

โดยทั่วไปกระบวนการขึ้นรูปด้วยแรงกดประกอบด้วยลำดับการดำเนินงานที่อาจเกิดขึ้นภายในแม่พิมพ์แบบโปรเกรสซีฟเดียว หรือผ่านหลายสถานี: การตัดแผ่นโลหะ (ตัดรูปร่างเริ่มต้น) การเจาะรู (เจาะรู) การวาด (ขึ้นรูปชิ้นงานสามมิติ) การบิด (สร้างมุมต่าง ๆ) การขบอากาศ (ขึ้นรูปโดยไม่ต้องกดถึงก้น) การขึ้นรูปแบบกด (ตอกลวดลายหรือรายละเอียดเพื่อให้ได้ผิวเรียบ) การตัดแต่ง (การนำวัสดุส่วนเกินออก)

3. การตีขึ้นรูปโลหะสำหรับเฟืองมีความแม่นยำเพียงใด

การตัดเฉือนละเอียด (fineblanking) และการตีขึ้นรูปแบบความแม่นยำสูงในปัจจุบันสามารถผลิตฟันเฟืองที่มีค่าความคลาดเคลื่อนภายในระดับพันส่วนของนิ้ว ซึ่งเหมาะสมกับการใช้งานในระบบส่งกำลังหลายประเภท ถึงแม้ว่าเฟืองขับหลักที่ต้องรับแรงสูงมักจะผลิตโดยการหล่อขึ้นรูปหรือกลึง แต่เฟืองที่ตีขึ้นรูปยังคงได้รับความนิยมในการใช้งานภายในเครื่องยนต์ เช่น กลไกภายใน ปลั๊กจอดรถ (parking pawls) และเฟืองปั๊มน้ำมัน เนื่องจากมีต้นทุนต่ำและมีความทนทานเพียงพอ