联系我们
Springback Compensation in PAM-STAMP (THAI)
การออกแบบแม่พิมพ์และการแก้ไขแม่พิมพ์เพื่อชดเชยค่าการดีดกลับของวัสดุนั้นมีค่าใช้จ่ายค่อนข้างสูง เนื่องมาจากการที่ต้องแก้ไขแม่พิมพ์หลายครั้งเพื่อให้ชิ้นงานได้ค่าการดีดกลับของวัสดุตามมาตรฐาน ดังนั้นซอฟท์แวร์จําลองการขึ้นรูปโลหะแผ่น (sheetmetal forming simulation) จึงเป็นเครื่องมือสำคัญในการช่วยลดค่าใช้จ่ายและเวลาในการออกแบบแม่พิมพ์และการชดเชยผิวแม่พิมพ์เพื่อวิเคราะห์ถึงความเป็นไปได้ในการขึ้นรูปชิ้นงานและตรวจสอบค่าการดีดกลับของวัสดุ
ปัญหา Springback ในอุตสาหกรรมการขึ้นรูปโลหะแผ่น
ในปัจจุบันภาคอุตสาหกรรมต่าง ๆ มีความต้องการที่จะใช้งานวัสดุที่มีความแข็งแรงเพิ่มมากขึ้น ดังนั้นผู้ผลิตผลิตภัณฑ์จากวัสดุโลหะแผ่นจึงแทบจะไม่สามารถหลีกเลี่ยงปัญหาการดีดกลับของวัสดุได้ (springback) โดยเฉพาะอย่างยิ่งในวัสดุเหล็กกล้าความแข็งแรงสูง (high strength steel) โดยปัจจุบันวิธีการที่นิยมใช้ในการแก้ไขปัญหา springback ในอุตสาหกรรมการขึ้นรูปโลหะแผ่นนั้นก็มักจะใช้วิธีการชดเชยผิวแม่พิมพ์ (die compensation) ซึ่งแต่ละองค์กรก็จะมีรายละเอียดในการแก้ไขปัญหาที่แตกต่างกันออกไป แต่โดยหลักการแล้วก็คือการชดเชยระยะของการขึ้นรูปให้สวนทางกับการเกิด springback โดยจะทำการปรับแต่งชดเชยระยะบนผิวของแม่พิมพ์เพื่อให้วัสดุดีดตัวกลับมาอยู่ในจุดที่ผู้ออกแบบต้องการ
อย่างไรก็ตามรูปร่างของผลิตภัณฑ์ในปัจจุบันนั้นมีความซับซ้อนมากขึ้นด้วยเหตุผลทางวิศวกรรมการออกแบบที่ต้องการทำให้ผลิตภัณฑ์นั้นมีความแข็งแรงเพิ่มขึ้น ทำให้ในความเป็นจริงนั้นการชดเชยผิวแม่พิมพ์นั้นไม่ได้ทำได้โดยง่าย ดังนั้นจึงทำให้ต้องใช้การลองผิดลองถูก (trial & error) เพิ่มมากขึ้นซึ่งส่งผลให้องค์กรต้องมีค่าใช้จ่ายในเรื่องของวัสดุ, การทดลอง, แรงงาน เพิ่มมากขึ้น อีกทั้งยังทำให้คาดการณ์ระยะเวลาในการส่งมอบงานได้ยากมากขึ้นอีกด้วย
ซอฟท์แวร์จำลองการขึ้นรูปโลหะแผ่น (sheet metal forming simulation) จึงกลายมาเป็นเครื่องมือหลักของบุคลากรในภาคอุตสาหกรรมที่ได้รับการยอมรับจากเจ้าของผลิตภัณฑ์ในทุกกลุ่มธุรกิจ อาทิ ผู้ผลิตชิ้นส่วนรถยนต์, ผู้ผลิตเครื่องจักรกลและเครื่องจักรกลทางการเกษตร, ผู้ผลิตชิ้นส่วนอิเล็คทรอนิคและเครื่องใช้ไฟฟ้า, ผู้ผลิตเครื่องใช้ในครัวเรือน และผู้ผลิตชิ้นส่วนอากาศยาน ฯลฯ เนื่องจากผู้ใช้งานสามารถศึกษาและคาดการณ์พฤติกรรมการเสียรูปของวัสดุ โดยเฉพาะอย่างยิ่งปัญหา springback ซึ่งเรียกได้ว่าเป็นหนึ่งในปัญหาที่แก้ไขได้ยากที่สุดในปัจจุบัน
ซอฟท์แวร์จำลองการขึ้นรูปโลหะแผ่น (sheet metal forming simulation) จึงกลายมาเป็นเครื่องมือหลักของบุคลากรในภาคอุตสาหกรรมที่ได้รับการยอมรับจากเจ้าของผลิตภัณฑ์ในทุกกลุ่มธุรกิจ อาทิ ผู้ผลิตชิ้นส่วนรถยนต์, ผู้ผลิตเครื่องจักรกลและเครื่องจักรกลทางการเกษตร, ผู้ผลิตชิ้นส่วนอิเล็คทรอนิคและเครื่องใช้ไฟฟ้า, ผู้ผลิตเครื่องใช้ในครัวเรือน และผู้ผลิตชิ้นส่วนอากาศยาน ฯลฯ เนื่องจากผู้ใช้งานสามารถศึกษาและคาดการณ์พฤติกรรมการเสียรูปของวัสดุ โดยเฉพาะอย่างยิ่งปัญหา springback ซึ่งเรียกได้ว่าเป็นหนึ่งในปัญหาที่แก้ไขได้ยากที่สุดในปัจจุบัน
การจำลองการเกิด Springback ใน PAM-STAMP
ซอฟท์แวร์จำลองการขึ้นรูปโลหะแผ่น PAM-STAMP นั้นสามารถจำลองการเกิดพฤติกรรม springback ได้อย่างมีประสิทธิภาพโดยเปิดโอกาสให้ผู้ใช้งานสามารถกำหนดตัวแปรต่าง ๆ ได้อย่างอิสระ อาทิ รูปแบบของแม่พิมพ์ 3 มิติ, ขนาดและรูปร่างของแผ่นวัสดุ, แรงจับยึดชิ้นงานและพฤติกรรมของอุปกรณ์ที่ใช้ในการจับยึดชิ้นงาน (cushion หรือ gaz spring), คุณสมบัติเชิงกลของวัสดุ รวมไปถึงแรงเสียดทานระหว่างแม่พิมพ์กับวัสดุ ฯลฯ ทำให้ผู้ใช้งานสามารถจำลองผลการเกิด springback ได้อย่างถูกต้องมากยิ่งขึ้น อีกทั้งยังสามารถกำหนดตำแหน่งอ้างอิง (datum) เพื่อใช้สำหรับการตรวจสอบได้อีกด้วย
PAM-STAMP จะช่วยแก้ไขปัญหา Springback ได้อย่างไร?
- เริ่มต้นจากการอ่านค่าผลของการเกิด springback โดยการคำนวณจากข้อมูลผิวของแม่พิมพ์แบบ 3 มิติ ที่ผู้ใช้งานได้ออกแบบไว้ในเบื้องต้น (original die face design) – Initial Die
- หากปริมาณการเกิด springback มีค่ามากกว่าค่าที่ยอมรับได้ ผู้ใช้งานสามารถใช้คำสั่ง Optimization: Die compensation โดยผู้ใช้งานสามารถระบุขอบเขตที่ยอมรับได้ ตัวอย่างเช่น หลังการเกิด springback นั้นชิ้นงานจะต้องมี tolerance เมื่อเปรียบเทียบกับ target ไม่เกินไปกว่า +/-0.5 mm
- ซอฟท์แวร์ PAM-STAMP จะทำการคำนวณระยะของการชดเชยผิวแม่พิมพ์ให้อย่างอัตโนมัติ (automatic die compensation) โดยซอฟท์แวร์จะทำการสร้างแม่พิมพ์ตัวใหม่ที่ได้ผ่านการชดเชยผิวขึ้นมา และนำไปทำการคำนวณหาค่า tolerance ใหม่อีกครั้ง – Die iteration 01
- หากค่า tolerance ยังไม่เป็นไปตามขอบเขตที่กำหนด ซอฟท์แวร์จะทำการชดเชยผิวแม่พิมพ์เพิ่มเติมโดยการสร้างแม่พิมพ์ตัวใหม่ขึ้นมาอีก และนำไปคำนวณซ้ำอีกครั้ง และทำเช่นนี้ต่อไปเรื่อย ๆ จนกว่าจะได้แม่พิมพ์ที่สามารถขึ้นรูปชิ้นงานให้มีค่า tolerance ไม่เกินค่าที่กำหนดไว้ในข้างต้น – Die iteration 02, 03, 04, …
- ผู้ใช้งานสามารถ export แม่พิมพ์ที่ดีที่สุดออกไปใช้งานได้ในรูปแบบของ IGS โดยที่จะมีคุณภาพผิว (surface quality) ใกล้เคียงกับคุณภาพผิวของแม่พิมพ์ที่ผู้ใช้งานออกแบบไว้ในเบื้องต้น (original die face design)
สิ่งที่ควรทราบเกี่ยวกับ Die Compensation
- ประสิทธิภาพของการชดเชยผิวแม่พิมพ์อัตโนมัติใน PAM-STAMP นั้นขึ้นอยู่กับการควบคุมตัวแปรที่ถูกต้องในการคำนวณครั้งแรก (iteration 0) หากผู้ใช้งานสามารถควบคุมตัวแปรต่าง ๆ ได้ดี ก็จะส่งผลให้การคำนวณ springback ถูกต้องมากขึ้น จึงทำให้การชดเชยผิวแม่พิมพ์ทำได้อย่างมีประสิทธิภาพมากยิ่งขึ้น
- การกำหนดพฤติกรรมของการจับชิ้นงานที่ถูกต้องนั้น ส่งผลอย่างมากต่อความถูกต้องของผลการเกิด springback เช่น การกำหนดแรงและพฤติกรรมของ gaz spring นั้นจะต้องทำการระบุให้สอดคล้องกับที่ใช้ในกระบวนการผลิตจริง
- Yoshida-Uemori material model นั้นก็เป็นอีกหนึ่งปัจจัยที่ได้รับการยอมรับกันอย่างแพร่หลายว่าสามารถช่วยในการทำนายการเกิดพฤติกรรม springback ได้ถูกต้องมากขึ้นโดยเฉพาะอย่างยิ่งในวัสดุเหล็กกล้าความแข็งแรงสูง (high strength steel)
Author
Charkrit Akkarapattanakul
Assistant Manager
เข้าร่วมงานครั้งแรกกับบริษัท ESI Group ตั้งแต่ปี 2015 ซึ่งเป็นจุดเริ่มต้นของสำนักงานบริษัท ESI Group ประจำประเทศไทย โดยมีหน้าที่บริหารจัดการทั้งในส่วนของงานวิศวกรรมและในส่วนของการพัฒนาธุรกิจในประเทศไทย อีกทั้งยังมีภารกิจเพื่อช่วยสนับสนุนงานในภูมิภาคเอเชียตะวันออกเฉียงใต้อีกด้วย