ลองนึกภาพถึงความท้าทายในการผลิตที่สำคัญ: การเปลี่ยนแผ่นเหล็กแข็งให้เป็นส่วนประกอบที่ซับซ้อนและแม่นยำ ในอุตสาหกรรมต่างๆ เช่น ยานยนต์และอากาศยาน การขึ้นรูปโลหะแบบ Deep Drawing เป็นกระบวนการสำคัญที่กำหนดประสิทธิภาพของผลิตภัณฑ์ ประสิทธิภาพด้านต้นทุน และความยืดหยุ่นในการออกแบบ เหล็กกล้าแบบดั้งเดิมมักมีข้อจำกัดในด้านความสามารถในการขึ้นรูป แต่ Advanced High-Strength Steel (AHSS) กำลังปฏิวัติภูมิทัศน์นี้
Deep Drawing เป็นกระบวนการขึ้นรูปโลหะแผ่นที่ใช้แม่พิมพ์และเครื่องอัดเพื่อเปลี่ยนแผ่นเปล่าแบนให้เป็นชิ้นส่วนสามมิติ ซึ่งแตกต่างจากการขึ้นรูปยืด การขึ้นรูป Deep Drawing แบบบริสุทธิ์เกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงความหนาเพียงเล็กน้อย โดยอาศัยการไหลของวัสดุจากพื้นที่หน้าแปลนเข้าไปในช่องแม่พิมพ์เป็นหลัก แม้ว่าจะไม่มีคำจำกัดความที่เข้มงวด แต่กระบวนการที่ความลึกของการดึงเกินเส้นผ่านศูนย์กลางมักจะถูกจัดว่าเป็น Deep Drawing
อัตราส่วนการดึงที่จำกัด (LDR) ทำหน้าที่เป็นตัวบ่งชี้หลักของความสามารถในการขึ้นรูป Deep Drawing ของวัสดุ ประเมินผ่านการทดสอบถ้วย LDR แสดงถึงอัตราส่วนสูงสุดของเส้นผ่านศูนย์กลางของแผ่นเปล่าต่อเส้นผ่านศูนย์กลางของหมัดที่สามารถดึงได้สำเร็จ (ดังแสดงในรูปที่ 1) ค่า LDR ที่สูงกว่าบ่งบอกถึงความสามารถในการขึ้นรูป Deep Drawing ที่เหนือกว่า ทำให้สามารถผลิตส่วนประกอบที่ลึกและซับซ้อนมากขึ้นได้
ในระหว่างการทดสอบ LDR โลหะจากแผ่นเปล่าวงกลมจะไหลผ่านรัศมีแม่พิมพ์เข้าไปในผนังถ้วย การเคลื่อนที่ของวัสดุถูกจำกัดอยู่แค่การเปลี่ยนจากแผ่นเปล่าแบนไปเป็นผนังด้านข้างแนวตั้ง โดยไม่มีการไหลในพื้นที่ฐาน ดังแสดงในรูปที่ 2 แรงดึงแนวรัศมีและการบีบอัดตามแนวรอบวงจะกระทำต่อหน้าแปลนภายใต้หมัดก้นแบน ในขณะที่แรงดันตัวยึดแผ่นเปล่าจะป้องกันการเกิดรอยย่น
การขึ้นรูป Deep Drawing ที่ประสบความสำเร็จขึ้นอยู่กับองค์ประกอบที่เชื่อมโยงถึงกันสามประการ: คุณสมบัติของวัสดุ พารามิเตอร์ของกระบวนการ และการออกแบบแม่พิมพ์
ความไม่สมมาตรปกติ (r m ) มีอิทธิพลอย่างมากต่อประสิทธิภาพการทดสอบถ้วย เมื่อ r m เกิน 1 LDR จะเพิ่มขึ้น โดยเฉพาะอย่างยิ่ง LDR แสดงความไวต่อความแข็งแรงหรือดัชนีการแข็งตัวของความเครียด (ค่า n) เพียงเล็กน้อย เหล็กกล้าที่มีความแข็งแรงสูงที่มี UTS >450 MPa และเหล็กกล้ารีดร้อนมักจะแสดง r m ≈1 และ LDR ระหว่าง 2.0–2.2 ในขณะที่เหล็กกล้าแบบ Dual-phase (DP) และ HSLA แสดงค่า LDR ที่คล้ายกัน เหล็กกล้า TRIP แสดงให้เห็นถึงความสามารถในการขึ้นรูป Deep Drawing ที่เพิ่มขึ้นเล็กน้อย
การปรับปรุงนี้เกิดจากการเปลี่ยนแปลงออสเตนไนต์เป็นมาร์เทนไซต์ที่ขึ้นอยู่กับโหมดการเสียรูป (รูปที่ 3) การหดตัวของหน้าแปลนสร้างการเปลี่ยนแปลงน้อยกว่าการเสียรูปของความเครียดระนาบในผนังถ้วย ทำให้เกิดบริเวณผนังที่แข็งแรงขึ้นซึ่งช่วยเพิ่ม LDR รูปที่ 4 แสดงให้เห็นถึงประโยชน์ของ LDR ที่เพิ่มขึ้นในเกรดเหล็กที่มีความต้านทานแรงดึงเท่ากัน
การหล่อลื่นที่เหมาะสมช่วยลดแรงเสียดทานและแรงดึงในขณะที่ปรับปรุงการไหลของวัสดุ แรงดันตัวยึดแผ่นเปล่าที่เหมาะสมจะป้องกันการเกิดรอยย่นโดยไม่จำกัดการเคลื่อนที่ของวัสดุ และความเร็วในการดึงต้องสอดคล้องกับคุณสมบัติของวัสดุและการกำหนดค่าแม่พิมพ์
รัศมีแม่พิมพ์มีผลกระทบอย่างยิ่งต่อการไหลของวัสดุและการกระจายความเครียด—รัศมีที่เล็กเกินไปทำให้เกิดรอยแตก ในขณะที่รัศมีขนาดใหญ่ส่งเสริมการเกิดรอยย่น การตั้งค่าระยะห่างต้องรองรับความหนาของวัสดุ และวัสดุแม่พิมพ์ต้องได้รับการคัดเลือกอย่างระมัดระวังเพื่อความทนทานต่อการสึกหรอ ความแข็งแรง และความเข้ากันได้ในการอบชุบด้วยความร้อน
AHSS ผสมผสานความแข็งแรง ความเหนียว และความเหนียวเป็นพิเศษเพื่อเอาชนะข้อจำกัดแบบดั้งเดิม:
AHSS ประเภทต่างๆ แสดงลักษณะความสามารถในการขึ้นรูปที่แตกต่างกัน:
รูปที่ 6 แสดงให้เห็นถึงความลึกของถ้วยที่ทำได้สำหรับเหล็กกล้าประเภทเหล่านี้
การขึ้นรูป Deep Drawing ที่ประสบความสำเร็จต้องมีการออกแบบชิ้นส่วนและแม่พิมพ์อย่างรอบคอบ:
ในขณะที่ค่า r มีอิทธิพลหลักต่อความสามารถในการขึ้นรูปถ้วยก้นแบน รูปทรงที่ซับซ้อน เช่น ก้นทรงกลม จะทำให้เกิดความไวต่อค่า n และจุลภาคเพิ่มเติม ชิ้นส่วนรูปทรงกล่องต้องมีการวิเคราะห์คล้ายกับถ้วยแบบแบ่งสี่ส่วน โดยมีผนังด้านข้างก่อตัวผ่านการดัด/คลายตัวของวัสดุที่ไหลจากพื้นที่หน้าแปลน
อุตสาหกรรมกำลังพัฒนาไปสู่การควบคุมกระบวนการอัจฉริยะผ่านเซ็นเซอร์และ AI การจำลองแบบดิจิทัลเพื่อการเพิ่มประสิทธิภาพแม่พิมพ์ และวัสดุและวิธีการที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม ในขณะที่ค่า r ที่สูงขึ้นโดยทั่วไปจะเพิ่ม LDR ค่าสัมบูรณ์ยังคงขึ้นอยู่กับการหล่อลื่น แรงยึดแผ่นเปล่า รัศมีแม่พิมพ์ และพารามิเตอร์ระบบอื่นๆ รูปที่ 7 แสดงให้เห็นว่าความหนืดของสารหล่อลื่นส่งผลต่อประสิทธิภาพอย่างไร
