มุมมองทางวิศวกรรม: การวิเคราะห์การดึงรั้งลูกปัดสำหรับการออกแบบลูกปัดเดี่ยว/ลูกปัดคู่แบบผสม

ในการปั๊มโลหะแผ่น ลูกปัดดึงเป็นองค์ประกอบสำคัญในการควบคุมการไหลเข้าของโลหะแผ่นเพื่อสร้างแผงขนาดใหญ่ การศึกษาส่วนใหญ่มุ่งเน้นไปที่การออกแบบเม็ดบีดเดี่ยวซึ่งมีการผูกมัดที่จำกัดมีการศึกษาเพียงไม่กี่ชิ้นเท่านั้นที่ครอบคลุม pull-beads หลายอันหรือรูปทรงเรขาคณิตอื่นๆ "การวาดข้อจำกัดของลูกปัดเชื่อมในการดำเนินการวาดแบบแผ่นโลหะ" บทความเกี่ยวกับการออกแบบลูกปัดเดี่ยวที่ตีพิมพ์เมื่อเดือน พ.ย./ธ.ค. STAMPING Journal 2020 อธิบายว่าการผูกสามารถเพิ่มได้เป็นบางส่วน โดยการเพิ่มความลึกในการเจาะของเม็ดบีดตัวผู้และทำให้รัศมีของเม็ดบีดแหลมมากขึ้น
รัศมีที่คมชัดยิ่งขึ้นจะเพิ่มการเสียรูปของแผ่นโลหะในขณะที่โค้งงอ/ยืดออกในแต่ละขั้นตอน ขณะที่ไหลผ่านลูกปัดเลื่อน สำหรับวัสดุที่มีความเหนียวจำกัด เช่น อะลูมิเนียมอัลลอยและเหล็กที่มีความแข็งแรงสูงขั้นสูง จะช่วยลดระดับการเสียรูปต่อการดัดงอ/ วงจรไม่โค้งงอโดยใช้รัศมีเม็ดเชื่อมที่ใหญ่ขึ้นสามารถช่วยป้องกันการแตกร้าวของแผ่นโลหะได้ แทนที่จะทำให้รัศมีเหล่านี้คมขึ้น สามารถเพิ่มการควบคุมได้โดยการเพิ่มจำนวนขั้นตอนการดัด/ยืด (ดูรูปที่ 1)
การศึกษาครั้งนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อแนะนำการออกแบบเม็ดบีดเดี่ยว/เม็ดบีดคู่แบบผสม และวิเคราะห์ประสิทธิภาพของการกำหนดค่านี้ในแง่ของแรงยึดเกาะที่ทำได้ การออกแบบเม็ดบีดคู่ที่เสนอมีลำดับการดัดและการยืดเพิ่มเติมอีกสามลำดับ และแรงเสียดทานที่มากขึ้น กว่าเม็ดบีดที่ปรับได้เม็ดเดียว ซึ่งส่งผลให้มีแรงยึดเกาะที่สูงขึ้นสำหรับการเจาะเม็ดบีดเดียวกัน หรือความสามารถในการลดการทะลุของเม็ดบีดเพื่อลดการเสียรูปของแผ่นงาน
ชิ้นงานอะลูมิเนียม AA6014-T4 ได้รับการทดสอบเพื่อตรวจสอบว่าการเจาะบีดตรงกลางและช่องว่างระหว่างกาวส่งผลต่อแรงยึดเกาะอย่างไร ตัวอย่างทดสอบที่ใช้ในการศึกษานี้มีความกว้าง 51 ± 0.3 มม. ยาว 600 มม. และหนา 0.902 ± 0.003 มม. ทำความสะอาดและหล่อลื่นตัวอย่างแผ่นและเม็ดมีดอย่างเหมาะสมด้วยน้ำมันเจียร 61AUS เม็ดมีดแบบ Drawbead ผลิตขึ้นจากเหล็กกล้าเครื่องมือ D2 และผ่านการอบด้วยความร้อนถึง HRC 62
รูปที่ 2 แสดงส่วนประกอบของเม็ดบีดคู่แบบปรับได้ที่ใช้ในการศึกษานี้ ใช้เครื่องจำลองเม็ดบีดดึงและระบบกระบอกไฮดรอลิกแบบเดียวกันในการศึกษาที่กล่าวถึงในบทความก่อนหน้านี้ ซึ่งนำเสนอการออกแบบระบบโดยละเอียดมากขึ้น ชุดจำลองเม็ดบีดดึงทั้งหมดได้รับการติดตั้ง บนโต๊ะเหล็กภายในโครงของเครื่องทดสอบแรงดึงของ Instron และติดตั้งเม็ดมีดคู่แบบปรับได้ไว้ในเครื่องจำลองเม็ดบีดดึง
ในระหว่างการทดลอง มีการใช้แรงจับยึดคงที่ที่ 34.2 kN เพื่อรักษาช่องว่างระหว่างส่วนบนและส่วนล่างของเม็ดบีดดึงให้สอดคล้องกันเมื่อดึงแผ่นงานไปเหนือเม็ดบีดดึง ช่องว่างระหว่างส่วนบนและส่วนล่างของเม็ดบีดชักจะมากกว่าเสมอ กว่าความหนาของแผ่นและปรับด้วยชุดชิม
ขั้นตอนการทดสอบจะคล้ายกับที่ใช้ในการทดสอบเม็ดบีดแบบปรับได้เดี่ยวที่อธิบายไว้ในบทความก่อนหน้านี้ ใช้สเปเซอร์ที่ปรับเทียบแล้วเพื่อสร้างช่องว่างที่ต้องการระหว่างใบมีด และใช้ฟีลเลอร์เกจเพื่อตรวจสอบความถูกต้องของช่องว่าง แคลมป์ด้านบนของแรงดึง เครื่องทดสอบจะจับยึดปลายด้านบนของแผ่น ในขณะที่ปลายล่างของแถบจะถูกหนีบไว้ระหว่างเม็ดมีด
แบบจำลองเชิงตัวเลขของการทดลองเม็ดบีดได้รับการพัฒนาโดยใช้ซอฟต์แวร์ Autoform โปรแกรมใช้วิธีการผสานรวมโดยนัยเพื่อจำลองการดำเนินการขึ้นรูป ช่วยให้สามารถปรับเปลี่ยนแบบจำลองการจำลองได้ง่ายโดยไม่ส่งผลกระทบต่อเวลาในการคำนวณอย่างมีนัยสำคัญ ขั้นตอนนี้ทำให้การทดลองแม่พิมพ์ง่ายขึ้นและแสดงความสัมพันธ์ที่ดีกับผลการทดลองรายละเอียด ของแบบจำลองเชิงตัวเลขมีระบุไว้ในบทความที่แล้ว
ทำการทดลองเพื่อตรวจสอบผลกระทบของการเจาะผ่านเม็ดบีดตรงกลางต่อประสิทธิภาพของระบบเม็ดบีดที่ดึงออกมา ทดสอบด้วยการเจาะผ่านตรงกลาง 6 มม., 10 มม., 13 มม. และไม่มีการส่งผ่านตรงกลาง ในขณะที่ยังคงรักษาช่องว่างระหว่างเม็ดมีดและไม้ระแนงที่ 10% ของความหนาของชิ้นงานทดสอบ มีการทดสอบสามครั้งสำหรับการกำหนดค่าทางเรขาคณิตแต่ละรายการเพื่อให้มั่นใจถึงผลลัพธ์ที่สม่ำเสมอ
รูปที่ 3 แสดงความสามารถในการทำซ้ำของผลการทดลองสำหรับการเจาะเม็ดบีดขนาด 6 มม. ในตัวอย่าง 3 ชิ้น โดยมีค่าเบี่ยงเบนมาตรฐานเฉลี่ย 0.33% (20 N)
รูปที่ 1 ในการออกแบบเม็ดบีดแบบดึงแบบไฮบริด การเจาะที่ปรับได้ของเม็ดบีดจะช่วยควบคุมได้มากขึ้น การดึงเม็ดบีดจะแปลงเม็ดบีดแบบดึงนี้ให้กลายเป็นรูปแบบเม็ดบีดเดี่ยวแบบดั้งเดิม
รูปที่ 4 เปรียบเทียบผลการทดลอง (ไม่มีเม็ดบีดตรงกลางและการเจาะ 6, 10 และ 13 มม.) กับผลการจำลอง กราฟการทดลองแต่ละกราฟแสดงถึงค่าเฉลี่ยของการทดลองทั้ง 3 ครั้ง จะเห็นได้ว่ามีความสัมพันธ์ที่ดีระหว่างผลการทดสอบและการจำลอง โดยมีความแตกต่างโดยเฉลี่ยในผลลัพธ์ประมาณ ±1.8% ผลการทดสอบแสดงให้เห็นอย่างชัดเจนว่าการเพิ่มการเจาะบีดจะทำให้แรงยึดเกาะเพิ่มขึ้น
นอกจากนี้ ยังได้วิเคราะห์ผลกระทบของช่องว่างต่อแรงยึดเหนี่ยวสำหรับโครงแบบเม็ดบีดคู่ของอะลูมิเนียม AA6014-T4 ที่มีความสูงของเม็ดบีดตรงกลาง 6 มม. ชุดการทดลองนี้ดำเนินการกับช่องว่าง 5%, 10%, 15% และ 20% ของความหนาของชิ้นงานทดสอบ ช่องว่างจะยังคงอยู่ระหว่างหน้าแปลนของเม็ดมีดและชิ้นงานทดสอบ ผลการทดลองและการจำลองในรูปที่ 5 แสดงแนวโน้มเดียวกัน: การเพิ่มช่องว่างอาจนำไปสู่การลดลงอย่างมีนัยสำคัญในการควบคุมลูกปัดดึง
ค่าสัมประสิทธิ์การเสียดสี 0.14 ถูกเลือกโดยวิศวกรรมย้อนกลับ จากนั้นจึงใช้แบบจำลองตัวเลขของระบบลูกปัดดึงเพื่อทำความเข้าใจผลกระทบของช่องว่างระหว่างแผ่นและหน้าแปลนสำหรับช่องว่างความหนาของแผ่นโลหะ 10%, 15% และ 20% สำหรับ 5 % ช่องว่าง ความแตกต่างระหว่างผลการจำลองและการทดลองคือ 10.5%สำหรับช่องว่างที่ใหญ่กว่า ความแตกต่างก็จะน้อยลง โดยรวมแล้ว ความคลาดเคลื่อนระหว่างการจำลองและการทดลองนี้เกิดจากการเสียรูปของแรงเฉือนที่ความหนาทะลุ ซึ่งอาจไม่สามารถจับได้โดยแบบจำลองเชิงตัวเลขในสูตรเปลือก
นอกจากนี้ยังได้ศึกษาผลกระทบของช่องว่างที่ไม่มีเม็ดบีดตรงกลาง (เม็ดบีดกว้างหนึ่งเม็ด) ต่อการยึดเกาะ ชุดการทดลองนี้ยังได้ดำเนินการกับช่องว่าง 5%, 10%, 15% และ 20% ของความหนาของแผ่น รูปที่ 6 เปรียบเทียบ ผลการทดลองและการจำลองแสดงให้เห็นความสัมพันธ์ที่ดี
การศึกษานี้แสดงให้เห็นว่าการใช้เม็ดบีดตรงกลางสามารถเปลี่ยนแรงยึดเกาะได้มากกว่า 2 เท่า สำหรับบิลเล็ตอะลูมิเนียม AA6014-T4 มีแนวโน้มว่าจะลดแรงยึดเมื่อเปิดช่องว่างของหน้าแปลน แบบจำลองเชิงตัวเลขที่พัฒนาขึ้นของการไหลของโลหะแผ่นระหว่างพื้นผิวของเม็ดบีดวาดแสดงให้เห็นความสัมพันธ์ที่ดีโดยรวมกับผลการทดลอง และสามารถทำให้กระบวนการทดลองใช้ง่ายขึ้นอย่างแน่นอน
ผู้เขียนขอขอบคุณ Dr. Dajun Zhou จาก Stellantis สำหรับคำแนะนำอันมีค่าและการอภิปรายที่เป็นประโยชน์เกี่ยวกับผลลัพธ์ของโครงการ
STAMPING Journal เป็นวารสารอุตสาหกรรมเพียงแห่งเดียวที่ทุ่มเทเพื่อตอบสนองความต้องการของตลาดการปั๊มโลหะ ตั้งแต่ปี 1989 เป็นต้นมา สิ่งพิมพ์ได้ครอบคลุมเทคโนโลยีล้ำสมัย แนวโน้มของอุตสาหกรรม แนวปฏิบัติที่ดีที่สุด และข่าวสาร เพื่อช่วยให้ผู้เชี่ยวชาญด้านการปั๊มขึ้นรูปดำเนินธุรกิจได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น
ขณะนี้เข้าถึง The FABRICATOR ฉบับดิจิทัลได้เต็มรูปแบบ และเข้าถึงทรัพยากรอุตสาหกรรมอันมีค่าได้อย่างง่ายดาย
ขณะนี้ The Tube & Pipe Journal ฉบับดิจิทัลสามารถเข้าถึงได้อย่างสมบูรณ์ ทำให้เข้าถึงทรัพยากรอุตสาหกรรมอันมีค่าได้อย่างง่ายดาย
เพลิดเพลินไปกับการเข้าถึง STAMPING Journal ฉบับดิจิทัล ซึ่งนำเสนอความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีล่าสุด แนวปฏิบัติที่ดีที่สุด และข่าวสารอุตสาหกรรมสำหรับตลาดการปั๊มโลหะ
ขณะนี้เข้าถึง The Fabricator en Españolฉบับดิจิทัลได้เต็มรูปแบบ เข้าถึงทรัพยากรอุตสาหกรรมอันมีค่าได้อย่างง่ายดาย