การชดเชย springback ของชิ้นส่วนเสา JSC980Y ด้วย JSTAMP/NV
หลังชดเชย ชิ้นงานจริงจากการสแกน 97.97% คลาดเคลื่อนจากแบบ CAD ไม่เกิน 0.50 mm
- ชิ้นงาน
- Pillar Side Inner Upper
- วัสดุ
- JSC980Y หนา 1.40 mm
- ซอฟต์แวร์
- JSTAMP/NV
- โจทย์
- คาดการณ์และชดเชย springback
- การตรวจสอบ
- ลองขึ้นรูปจริง สแกน 3 มิติ แล้วเทียบกับ CAD
สรุป
Pillar Side Inner Upper เป็นชิ้นส่วนโครงสร้างตัวถังรถที่ขึ้นรูปจากเหล็ก JSC980Y ซึ่งเป็นเหล็กกล้าความแข็งแรงสูงพิเศษในระดับ 980 MPa ก่อนชดเชย ผลจำลองแสดงว่ามีเพียง 18.42% ของชิ้นงานที่คลาดเคลื่อนจากรูปทรง CAD ไม่เกิน 0.50 mm ขณะที่ 67.06% คลาดเคลื่อนตั้งแต่ 1.00 mm ขึ้นไป หลังชดเชยรูปทรงแม่พิมพ์ด้วย JSTAMP/NV ผลจำลองได้ 98.38% ที่คลาดเคลื่อนไม่เกิน 0.50 mm และชิ้นงานจริงที่ลองขึ้นรูปและสแกนยืนยันได้ 97.97%
โจทย์: springback ในเหล็ก 980 MPa
เหล็กความแข็งแรงระดับนี้ใช้กับเสา คานเสริมแรง และชิ้นส่วนรับแรงกระแทก เพราะทำให้ชิ้นงานบางและเบาลงโดยไม่เสียความแข็งแรง แต่ก็ขึ้นรูปยากกว่าเหล็กทั่วไป
- Springback สูง ยิ่งเหล็กแข็งแรงมาก ชิ้นงานยิ่งคืนตัวมากหลังพ้นแม่พิมพ์ รูปทรงจึงเพี้ยนจากโมเดล CAD
- ความสามารถในการขึ้นรูปต่ำกว่า เหล็กยืดตัวได้น้อยกว่า จึงเสี่ยงต่อรอยแตกและการปริที่ขอบมากขึ้น โดยเฉพาะบริเวณที่ถูกดึงยืดและส่วนพับขอบ
- แรงขึ้นรูปและการสึกหรอของแม่พิมพ์สูงกว่า การลองผิดลองถูกที่เครื่องปั๊มจึงมีต้นทุนสูงกว่าเหล็กทั่วไป
- มิติแปรปรวน ชิ้นงานอาจโก่งหรือบิดตัวจนประกอบเข้ากับชิ้นส่วนอื่นไม่พอดี
เมื่อ springback คาดเดาด้วยประสบการณ์ได้ยาก และการแก้แม่พิมพ์แต่ละรอบมีต้นทุนสูง การดูการคืนตัวบนหน้าจอแล้วชดเชยแม่พิมพ์ก่อนผลิตจึงมีประสิทธิภาพกว่า
วิธีการ
- จำลองการขึ้นรูปและ springback ด้วย JSTAMP/NV เพื่อดูตำแหน่งและขนาดการคืนตัวของชิ้นงาน
- ชดเชยรูปทรงแม่พิมพ์ตามผลจำลอง และตรวจผลจำลองหลังชดเชย
- ลองขึ้นรูปจริง สแกนชิ้นงาน 3 มิติ แล้วเปรียบเทียบกับ CAD เป้าหมาย
ข้อมูลวัสดุที่ใช้ในการจำลอง
| วัสดุ | JSC980Y |
|---|---|
| ความหนาแผ่น | 1.40 mm |
| Yield stress | 605.8 MPa |
| Tensile strength | 1,132.3 MPa |
| Elastic modulus | 199,490 MPa (เปิดใช้ variable elastic modulus) |
| Poisson’s ratio | 0.30 |
| ความหนาแน่น | 7,850 kg/m³ |
| ค่า r เฉลี่ย | 1.38 |
| โมเดลวัสดุ | Yoshida-Uemori ร่วมกับฟังก์ชัน yield แบบ Hill’48 |
Springback ของเหล็กความแข็งแรงสูงขึ้นอยู่กับการที่แผ่นเหล็กถูกดัดและดัดกลับขณะไหลผ่านรัศมีขอบแม่พิมพ์ โมเดล Yoshida-Uemori จำลอง Bauschinger effect รวมถึง transient hardening และ softening ที่เกิดหลังการกลับทิศของแรง ส่วน variable elastic modulus คำนึงถึงการที่ค่าโมดูลัสยืดหยุ่นลดลงเมื่อความเครียดพลาสติกสะสม โมเดลที่ไม่รวมพฤติกรรมเหล่านี้มักทำนายปริมาณ springback คลาดเคลื่อน ทั้งนี้ไม่เผยแพร่พารามิเตอร์ของโมเดลทั้งหมดไว้ที่นี่
ผลลัพธ์
รูปแรกเปรียบเทียบความคลาดเคลื่อนจาก CAD ของผลจำลองก่อนชดเชย (Original) และหลังชดเชย (Compensate) สเกลสีครอบคลุม ±1.00 mm
| ความคลาดเคลื่อนจาก CAD | ก่อนชดเชย | หลังชดเชย |
|---|---|---|
| 0.00–0.30 mm | 12.36% | 87.91% |
| 0.30–0.50 mm | 6.06% | 10.47% |
| 0.50–1.00 mm | 14.53% | 1.61% |
| 1.00 mm ขึ้นไป | 67.06% | 0.00% |
จากนั้นสแกนชิ้นงานที่ลองขึ้นรูปจริงแบบ 3 มิติและเทียบกับ CAD เป้าหมาย 97.97% ของชิ้นงานคลาดเคลื่อนไม่เกิน 0.50 mm, 1.93% อยู่ในช่วง 0.50–0.75 mm และ 0.10% อยู่ในช่วง 0.75–1.00 mm ไม่มีบริเวณใดคลาดเคลื่อนเกิน 1.00 mm จุดที่เบี่ยงเบนมากที่สุดบนชิ้นงานสแกนอยู่ที่ประมาณ +0.83 mm และ −0.81 mm
ข้อสรุป
ผลจำลองหลังชดเชย (98.38% ไม่เกิน 0.50 mm) กับชิ้นงานจริงที่สแกน (97.97%) สอดคล้องกันมาก การจำลอง springback แล้วชดเชยรูปทรงแม่พิมพ์ตามผลที่ได้ ทำให้ชิ้นส่วนเหล็ก 980 MPa เข้าใกล้แบบ CAD เป้าหมายมาก
ที่มา
เทพ คำปัญญา (2565). การแก้ปัญหาการขึ้นรูปชิ้นส่วนยานยนต์จากเหล็กกล้าความแข็งแรงสูงพิเศษ JSC980Y. วิทยานิพนธ์ปริญญาวิศวกรรมศาสตรมหาบัณฑิต สาขาวิศวกรรมเทคโนโลยีการขึ้นรูปและนวัตกรรมการผลิต คณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าธนบุรี รูปผลลัพธ์: เอกสารนำเสนอของ JSIM
มีปัญหาการขึ้นรูปแบบนี้หรือไม่?
บอกชิ้นงาน วัสดุ และปัญหาที่พบ วิศวกรของ JSIM จะแนะนำวิธีวิเคราะห์ด้วย JSTAMP ดูเพิ่มเติมที่ JSTAMP