Springback คืออะไร และลดได้อย่างไร
ทำไมชิ้นงานปั๊มเปลี่ยนรูปหลังแม่พิมพ์เปิด อะไรควบคุมมัน และการชดเชยด้วยการจำลองพากลับมาใกล้รูปทรง CAD ได้อย่างไร
Springback คืออะไร
ขณะขึ้นรูป แผ่นโลหะเสียรูปทั้งแบบยืดหยุ่นและแบบพลาสติก เมื่อแม่พิมพ์เปิดและแรงขึ้นรูปหายไป ส่วนที่เป็นแบบยืดหยุ่นจะคืนตัว ชิ้นงานจึงผ่อนไปอยู่ในรูปทรงใหม่ นี่คือ springback ปรากฏเป็นมุมพับที่เปิดหรือปิด ผนังที่โค้งงอ หรือชิ้นงานที่บิด ทำให้ชิ้นงานไม่ตรงกับรูปทรงที่แม่พิมพ์ถูกกัดไว้
Springback ไม่ใช่ความผิดปกติของเครื่องปั๊มหรือแม่พิมพ์ แต่เป็นฟิสิกส์ จึงขจัดทิ้งด้วยการขึ้นรูปที่ดีขึ้นอย่างเดียวไม่ได้ ต้องทำนายและชดเชย
ทำไมเหล็กกล้าความแข็งแรงสูงเด้งกลับมากกว่า
ความเครียดยืดหยุ่นที่สะสมในแผ่นมีค่าประมาณความเค้นหารด้วยโมดูลัสยืดหยุ่น เหล็กมีโมดูลัสราว 200 GPa ไม่ว่าจะแข็งแรงแค่ไหน แต่เหล็กที่แข็งแรงกว่าถูกอัดความเค้นสูงกว่า ที่ 300 MPa ความเครียดยืดหยุ่นประมาณ 0.15% ที่ 1,000 MPa ประมาณ 0.5% มากกว่าสามเท่า และการคืนตัวที่มากขึ้นนี้แสดงเป็นการเปลี่ยนรูปที่มากขึ้น
นี่คือเหตุผลที่ springback เปลี่ยนจากการแก้เล็กน้อยเป็นปัญหาหลักของการออกแบบ เมื่อผู้ผลิตรถยนต์หันมาใช้เหล็ก 590, 780 และ 980 MPa
อะไรควบคุม springback
- วัสดุ: ความต้านทานการคราก การเพิ่มความแข็ง และ Bauschinger effect คือการที่เหล็กอ่อนลงเมื่อทิศทางแรงกลับด้าน เช่นตอนแผ่นถูกดัดผ่านรัศมีแล้วถูกดึงตรง
- รูปทรง: ความหนา รัศมีดัด และรูปทรงชิ้นงาน หน้าตัดเปิดและผนังยาวจะโค้งและบิดมากที่สุด
- กระบวนการ: แรงกดแผ่นและ draw bead ยิ่งยืดแผ่นมาก ความเค้นดึงตลอดความหนายิ่งสูง และมักลดการโค้งของผนัง
- แม่พิมพ์: ความแข็งของแม่พิมพ์และเครื่องปั๊ม และชิ้นงานถูกกดจนสุดเมื่อจบจังหวะหรือไม่
วิธีลด
- เปลี่ยนกระบวนการ เพิ่มการยืดด้วย bead หรือแรงกดแผ่น เพิ่มขั้นตอน restrike หรือกดให้สุด
- เปลี่ยนชิ้นงาน เพิ่ม bead เสริมความแข็งหรือซี่ หรือเปลี่ยนรัศมี ถ้ารูปแบบชิ้นงานยอมให้
- ชดเชยแม่พิมพ์ ทำนาย springback ด้วยการจำลอง แล้วกัดผิวแม่พิมพ์ใหม่ให้ชิ้นงานเด้งกลับเข้ารูปทรงเป้าหมาย วิธีนี้ใช้ได้กับเหล็กกล้าความแข็งแรงสูง
การจำลองเข้ามาตรงไหน
การชดเชยขึ้นกับการทำนาย springback ที่แม่นยำ และการทำนายขึ้นกับแบบจำลองวัสดุ แบบจำลองที่รวม Bauschinger effect และการเปลี่ยนโมดูลัสยืดหยุ่นตามความเครียด ให้ผลกับเหล็กกล้าความแข็งแรงสูงดีกว่าแบบจำลองง่าย ๆ มาก
สองกรณีในเว็บนี้แสดงให้เห็น: การชดเชย springback ของชิ้นส่วนเสาเหล็ก 980 MPa ซึ่ง 97.97% ของชิ้นงานทดลองปั๊มอยู่ในระยะ 0.50 mm จากเป้าหมาย CAD และ การปรับค่าโมเดล Yoshida-Uemori สำหรับถังน้ำมัน ดูเพิ่มที่ เครื่องมือ springback ของ JSTAMP