ในยุคของการผลิตขั้นสูงเครื่องขึ้นรูปพลังงานทําหน้าที่เป็นสินทรัพย์หลักสําหรับการเปลี่ยนรูปพลาสติกโลหะที่มีความแม่นยําช่วยให้การผลิตส่วนประกอบที่มีรูปร่างสุทธิหรือใกล้เคียงกับรูปร่างสุทธิที่มีประสิทธิภาพสูงความสามารถในการทําซ้ําและการใช้วัสดุ (>95%)แตกต่างจากกระบวนการลบ (เช่น,เครื่องจักรกล) ที่สร้างของเสียการขึ้นรูปพลังงานใช้แรงกลที่ควบคุมเพื่อปรับรูปร่างแผ่นโลหะขดลวดหรือโปรไฟล์ให้สอดคล้องกับความต้องการของอุตสาหกรรมที่ให้ความสําคัญกับความยั่งยืนและการเพิ่มประสิทธิภาพต้นทุนภาพรวมทางเทคนิคนี้จะแยกเทคโนโลยีเครื่องขึ้นรูปพลังงานอย่างเป็นระบบรวมถึงการจําแนกประเภทความก้าวหน้าทางเทคนิคหลักการใช้งานในอุตสาหกรรมและวิถีในอนาคตโดยมุ่งเน้นไปที่ตัวชี้วัดประสิทธิภาพการทํางานและหลักการทางวิศวกรรม

 

 

1.คําจํากัดความและหลักการทางเทคนิคหลักของเครื่องขึ้นรูปพลังงาน

เครื่องขึ้นรูปพลังงานเป็นอุปกรณ์อัตโนมัติหรือกึ่งอัตโนมัติที่ออกแบบมาเพื่อเปลี่ยนรูปวัสดุโลหะ (แผ่นขดลวดหรือโปรไฟล์อัดขึ้นรูป) ผ่านการไหลของพลาสติกโดยไม่ต้องเพิ่มหรือถอดวัสดุการดําเนินงานของพวกเขาถูกควบคุมโดยสามหลักการวิศวกรรมพื้นฐาน:

- การควบคุมความเครียด: การรักษาความผิดรูปที่สม่ําเสมอ (ความแปรปรวนของความเครียด <5% สําหรับส่วนประกอบที่สําคัญ) เพื่อหลีกเลี่ยงข้อบกพร่อง (เช่นริ้วรอย, คอ, สปริงแบ็ค)

- การซิงโครไนซ์แรง-ความเร็ว: การจับคู่แรงที่ใช้ (1-10,000 kN) และความเร็วในการเปลี่ยนรูป (0.1-30 m / min) กับคุณสมบัติของวัสดุ (เช่น,ความแข็งแรงของผลผลิตความเหนียว) - เช่น,เหล็กกล้าความแข็งแรงสูง (AHSS) ต้องการความเร็วที่ช้าลง (0.5-2 เมตร / นาที) เพื่อป้องกันการแตก

- ความแม่นยําของมิติ: บรรลุความคลาดเคลื่อนที่แน่น (โดยปกติ ± 0.01-0.1 มม. สําหรับเครื่องจักรเกรดอุตสาหกรรม) ผ่านการควบคุมข้อเสนอแนะแบบปิด (เช่นซีเอ็นซี, ตัวกระตุ้นเซอร์โว)

2.การจําแนกประเภทเครื่องขึ้นรูปพลังงานโดยประเภทเทคโนโลยี

เครื่องขึ้นรูปพลังงานถูกจัดประเภทตามกลไกการเปลี่ยนรูปของพวกเขาแต่ละเพิ่มประสิทธิภาพสําหรับรูปทรงเรขาคณิตชิ้นงานที่เฉพาะเจาะจงประเภทวัสดุและขนาดการผลิตด้านล่างเป็นรายละเอียดทางเทคนิคของประเภทหลักรวมถึงหลักการทํางานและพารามิเตอร์ประสิทธิภาพหลัก:

 

2.1เครื่องม้วนขึ้นรูป

หลักการทํางาน: ดัดขดลวดโลหะอย่างต่อเนื่อง (ความกว้าง: 50-2,000 มม.) หรือแผ่นผ่านชุดลูกกลิ้งที่กลึงอย่างแม่นยํา (โดยปกติลูกกลิ้ง 6-24 คู่)ลูกกลิ้งแต่ละลูกจะใช้การดัดที่เพิ่มขึ้น (1-5 °ต่อการผ่าน) จนกว่าจะบรรลุโปรไฟล์ตัดขวางขั้นสุดท้าย

ข้อมูลจําเพาะทางเทคนิคหลัก:

- ความเร็วในการผลิต: 5-30 เมตร / นาที (แตกต่างกันไปตามความหนาของวัสดุ: 0.3-6 มม. สําหรับเหล็ก, 1-10 มม. สําหรับอลูมิเนียม)

- ความคลาดเคลื่อนของโปรไฟล์: ±0.05-0.2 มม. (สําคัญสําหรับส่วนประกอบที่เชื่อมต่อกันเช่นสตั๊ดโครงสร้าง)

- วัสดุลูกกลิ้ง: เหล็กกล้าเครื่องมือทํางานร้อน H13 (สําหรับความต้านทานการสึกหรอ อายุการใช้งาน: 500,000+ เมตรสําหรับเหล็กกล้าอ่อน)

ตัวแปรที่สําคัญ:

- การขึ้นรูปม้วนเย็น: การดําเนินงานที่อุณหภูมิห้อง (เหมาะสําหรับเหล็กอ่อนอลูมิเนียม) - ที่โดดเด่นในการก่อสร้างและยานยนต์

- การขึ้นรูปม้วนร้อน: 500-900 °C (สําหรับโลหะผสมที่มีความแข็งแรงสูงเช่นเหล็กกล้า Q960) - ใช้ในกรอบเครื่องจักรกลหนัก

 

2.2เครื่องขึ้นรูปยืด

หลักการทํางาน: แคลมป์โลหะว่างเปล่า (ขนาด : หนา 0.5-12 มม. สูงสุด 3 เมตร × 6 เมตร) ที่ขอบและยืดพวกเขา (ความเครียดแรงดึง: 5-25%) ผ่านแม่พิมพ์แข็ง (ทําจากอลูมิเนียมอัลลอยด์หรือเหล็ก) เพื่อสร้างเส้นโค้งที่ซับซ้อนหรือรูปทรงผสม

ข้อมูลจําเพาะทางเทคนิคหลัก:

- แรงดึงสูงสุด: 10-500 kN (ปรับได้ผ่านระบบไฮดรอลิก / นิวเมติก)

- ความสม่ําเสมอของความเครียด: ±2% (สําคัญสําหรับส่วนประกอบการบินและอวกาศเพื่อหลีกเลี่ยงความล้มเหลวของความเมื่อยล้า)

- ความเข้ากันได้ของ Die: Die แทนได้ (สําหรับการเปลี่ยนผลิตภัณฑ์อย่างรวดเร็ว <30 นาทีสําหรับแม่พิมพ์ขนาดเล็ก)

แอพพลิเคชันที่สําคัญไดรเวอร์: เก่งในการขึ้นรูปชิ้นส่วนที่มีความแม่นยําสูงและมีริ้วรอยต่ํา (เช่นสกินปีกเครื่องบินรางหลังคารถยนต์) ที่การดัดแบบดั้งเดิมล้มเหลวในการบรรลุความโค้งเรียบ

 

2.3เครื่อง Hydroforming

หลักการทํางาน: ใช้ของเหลวไฮดรอลิกแรงดันสูง (10-100 MPa) เพื่อกดแผ่นโลหะ / ท่อกับโพรงตายช่วยให้การก่อตัวของรูปร่างที่ซับซ้อนกลวงหรือไม่สมมาตร

ข้อมูลจําเพาะทางเทคนิคหลัก:

- การควบคุมความดันของเหลว: ±0.5 MPa (สําหรับความหนาของผนังที่สม่ําเสมอ - เป้าหมาย: <10% ความหนาแปรผัน)

- เวลารอบ: 30-180 วินาทีต่อส่วน (แตกต่างกันไปตามความซับซ้อนของส่วน)

- ความเข้ากันได้ของวัสดุ: โลหะเหนียว (อลูมิเนียมทองแดงเหล็กคาร์บอนต่ํา) และโลหะผสมขั้นสูง (เช่นTi-6Al-4V สําหรับการบินและอวกาศ)

ข้อได้เปรียบที่สําคัญ: กําจัดรอยต่อ (เมื่อเทียบกับส่วนประกอบที่ประกอบ) ปรับปรุงความสมบูรณ์ของโครงสร้างโดย 20-30%

 

2.4เครื่องขึ้นรูปเบรคแผ่นโลหะ

หลักการทํางาน: ใช้แรมไฮดรอลิก / นิวเมติก (แรง: 10-2,000 kN) เพื่อกดแผ่นโลหะกับตัว V หรือตายที่กําหนดเองสร้างการโค้งงอเชิงเส้น (ช่วงมุม: 0-180 °)

ข้อมูลจําเพาะทางเทคนิคหลัก:

- ความอดทนต่อการดัด: ±0.1 ° (สําหรับชิ้นส่วนที่มีความแม่นยําเช่นตู้ไฟฟ้า)

- ความลึกของคอ: 100-1,500 มม. (กําหนดความยาวส่วนสูงสุด)

- ระดับอัตโนมัติ: ควบคุมด้วยซีเอ็นซี (สูงสุด 12 แกน) สําหรับชิ้นส่วนที่ดัดหลาย (เช่น,วงเล็บโลหะแผ่นที่มี 5 + โค้ง)

 

 

3.ความก้าวหน้าทางเทคนิค: การรวมระบบอัตโนมัติและอุตสาหกรรม 4.0

เครื่องขึ้นรูปพลังงานที่ทันสมัยมีวิวัฒนาการเกินกว่าการดําเนินงานทางกลขับเคลื่อนโดยระบบอัตโนมัติและดิจิทัลเพื่อตอบสนองความต้องการของการผลิตที่มีปริมาณการผลิตสูง

 

3.1เทคโนโลยีอัตโนมัติ

- ระบบควบคุมซีเอ็นซี: ติดตั้ง CNC ขั้นสูง (เช่น,ซีเมนส์ Sinumerik, Fanuc 31i) สําหรับการปรับแรงความเร็วและตําแหน่งลูกกลิ้ง / ตายแบบเรียลไทม์เปิดใช้:

- การจัดเก็บโปรแกรมสําหรับโปรไฟล์ 1,000+ (ม้วนขึ้นรูป) หรือลําดับการดัด (กดเบรก)

- การแก้ไขข้อผิดพลาดในกระบวนการ (เช่นชดเชยสปริงแบ็คใน AHSS โดยการดัดเกิน 1-3 °)

- ตัวกระตุ้นเซอร์โวขับเคลื่อน: แทนที่ระบบไฮดรอลิกในการใช้งานที่แม่นยํา (เช่นการขึ้นรูปยืด) ลดการใช้พลังงาน 20-30% และปรับปรุงเวลาตอบสนอง (<50 ms)

- การจัดการวัสดุอัตโนมัติ: เครื่องป้อนขดลวดแบบบูรณาการ, เครื่องโหลด / ขนถ่ายหุ่นยนต์และระบบวิสัยทัศน์สําหรับ:

- การแทรกแซงด้วยตนเองเป็นศูนย์ (การผลิต 24/7 ไฟออก)

- ความถูกต้องในการจัดตําแหน่งวัสดุ: ±0.05 มม. (สําคัญสําหรับการขึ้นรูปม้วนของโปรไฟล์ที่เชื่อมต่อกัน)

 

3.2การบูรณาการอุตสาหกรรม 4.0

- การบํารุงรักษาแบบคาดการณ์: เซ็นเซอร์ตรวจสอบพารามิเตอร์สําคัญ (เช่นการสั่นสะเทือนของลูกกลิ้ง <0.1 มม. อุณหภูมิน้ํามันไฮดรอลิก 40-60 °Cและใช้อัลกอริทึม AI เพื่อทํานายความล้มเหลวของส่วนประกอบ (เช่นการสึกหรอของลูกกลิ้ง, การรั่วซึมของซีล) - ลดเวลาหยุดทํางานที่ไม่ได้วางแผนไว้โดย 40-50%

- การวิเคราะห์ข้อมูลแบบเรียลไทม์: เครื่องจักรที่เชื่อมต่อกับ IoT ส่งข้อมูลการผลิต (OEE: ประสิทธิภาพอุปกรณ์โดยรวม, อัตราข้อบกพร่อง, เวลารอบ) ไปยังแพลตฟอร์มคลาวด์ (เช่น, MES: Manufacturing Execution Systems) เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพกระบวนการผลิต

- ฝาแฝดดิจิตอลเครื่องจําลองเสมือนจริงจําลองการผลิตเพื่อตรวจสอบโปรไฟล์ใหม่ (การขึ้นรูปม้วน) หรือลําดับการดัด (กดเบรค) - ลดเวลาในการตั้งค่าลง 50% และลดการเสียวัสดุจากการทดลองใช้

 

 

4.การใช้งานอุตสาหกรรมตามภาค

เครื่องขึ้นรูปพลังงานมีอยู่ทั่วทั้งการผลิตโดยแต่ละภาคส่วนใช้ประโยชน์จากเทคโนโลยีเฉพาะเพื่อตอบสนองความต้องการประสิทธิภาพที่ไม่ซ้ํากัน:

 

4.1การก่อสร้างและโครงสร้างพื้นฐาน

- การขึ้นรูปม้วน: ผลิตส่วนประกอบโครงสร้าง (เช่นC-channels, Z-purlins, แผงหลังคาโลหะ) จากเหล็กชุบสังกะสี (0.8-2.0 มม.) หรืออลูมิเนียม (1.0-3.0 มม.)ไดรเวอร์สําคัญ: ความเร็วในการผลิตสูง (15-25 เมตร / นาที) สําหรับโครงการอาคารขนาดใหญ่

- Hydroforming: สร้างองค์ประกอบทางสถาปัตยกรรมที่มีรูปร่างที่กําหนดเอง (เช่นแผงซุ้มโค้ง, ราวตกแต่ง) จากอลูมิเนียมอัลลอย 6063

 

4.2ยานยนต์และการขนส่ง

- การขึ้นรูปม้วน: ผลิตรางกรอบรถยนต์ (AHSS: 1.5-3.0 มม.) และคานประตู - ประโยชน์จากอัตราส่วนความแข็งแรงต่อน้ําหนักสูงและต้นทุนต่ํา

- การขึ้นรูปยืด: รูปร่างแผงหลังคาอลูมิเนียมและส่วนประกอบไอเสียไทเทเนียม (สําหรับยานพาหนะประสิทธิภาพสูง) - มั่นใจความแม่นยําทางอากาศพลศาสตร์ (ความคลาดเคลื่อน±0.1 มม.)

- ไฮโดรฟอร์ม: ผลิตชิ้นส่วนที่ซับซ้อนเช่นเปลื่องยนต์และรางเชื้อเพลิง (ลดจํานวนชิ้นส่วนลง 30-50% เมื่อเทียบกับชิ้นส่วนเชื่อม)

 

4.3การบินและอวกาศและการป้องกัน

- การขึ้นรูปแบบยืด: สําคัญสําหรับส่วนประกอบของโลหะผสมไทเทเนียม (Ti-6Al-4V) และอลูมิเนียมลิเธียม (Al-Li) (เช่นผิวปีก, แผงลําตัว) - ต้องมีความสม่ําเสมอของความเครียด <3% เพื่อให้เป็นไปตามมาตรฐานความเหนื่อยล้าของการบินและอวกาศ (เช่นมาตรฐาน ASTM E466)

- Hydroforming: รูปแบบ Inconel 718 (ซุปเปอร์อัลลอยนิกเกิล) ท่อสําหรับเครื่องยนต์เจ็ท - ทนต่ออุณหภูมิสูง (สูงสุด 650 °C) และความดัน

 

4.4สินค้าอุปโภคบริโภคและเครื่องใช้ไฟฟ้า

- การขึ้นรูปเบรกกด: ผลิตชิ้นส่วนโลหะแผ่นสําหรับตู้เย็น เครื่องซักผ้า และเครื่อง HVAC (เหล็กอ่อน 0.5-1.5 มม.) - ประโยชน์จากการเปลี่ยนที่รวดเร็ว (10-15 นาที) สําหรับการผลิตปริมาณน้อยและผสมสูง

- การขึ้นรูปม้วน: ผลิตโปรไฟล์อลูมิเนียมสําหรับกรอบเฟอร์นิเจอร์และการตัดแต่งเครื่องใช้ไฟฟ้า (ความเร็ว: 8-15 เมตร / นาที) - เน้นพื้นผิว (Ra <1.6μm)

 

 

5.แนวโน้มในอนาคตในเทคโนโลยีการขึ้นรูปพลังงาน

วิวัฒนาการของเครื่องขึ้นรูปพลังงานถูกขับเคลื่อนโดยนวัตกรรมวัสดุความยั่งยืนและความยืดหยุ่นในการผลิต:

 

5.1ความเข้ากันได้ของวัสดุหลายชนิดและโลหะผสมขั้นสูง

- การพัฒนาเครื่องจักรที่มีความสามารถในการขึ้นรูปคอมโพสิตโลหะไฮบริด (เช่นคาร์บอนไฟเบอร์เสริมแรงโพลิเมอร์ (CFRP) พันผูกกับอลูมิเนียม) - ต้องควบคุมความร้อน (80-120 °C) และแรงดันต่ําขึ้นรูปเพื่อหลีกเลี่ยงการแยกคอมโพสิต

- การควบคุมกระบวนการที่เพิ่มขึ้นสําหรับโลหะผสมเอ็นโทรปีสูง (HEAs) (เช่น, CoCrFeMnNi) - เครื่องที่มีข้อเสนอแนะแรงปรับตัว (± 1 kN) เพื่อจัดการกับความเครียดการไหลสูง (1,200-1,500 MPa)

 

5.2การผลิตอย่างยั่งยืน

- ประสิทธิภาพการใช้พลังงาน: ระบบเซอร์โวรุ่นต่อไป (เช่นมอเตอร์แม่เหล็กถาวร) ลดการใช้พลังงานลง 30-40% เมื่อเทียบกับเครื่องไฮดรอลิกแบบดั้งเดิม

- การปรับตัวของวัสดุรีไซเคิล: เครื่องจักรที่เหมาะสมสําหรับการขึ้นรูปอลูมิเนียมรีไซเคิล (เช่นAA3105) และเหล็กกล้า (เช่นเหล็กกล้าอ่อนที่ใช้เศษเหล็ก) - มีพารามิเตอร์แรงที่ปรับเพื่อคํานึงถึงความแปรปรวนของวัสดุ

 

5.3การผลิตแบบไฮบริด (เติมแต่ง + การขึ้นรูปพลังงาน)

- บูรณาการของการพิมพ์ 3 มิติ (การผลิตเพิ่มเติม) กับการขึ้นรูปพลังงาน: preforms พิมพ์ 3 มิติ (เช่น,สําหรับวงเล็บการบินและอวกาศ) จะถูกขึ้นรูปหลังการยืด / ไฮโดรฟอร์มเพื่อให้บรรลุมิติขั้นสุดท้าย - ลดการเสียวัสดุลง 60% เมื่อเทียบกับชิ้นส่วนเติมแต่งอย่างเต็มที่

 

5.4หุ่นยนต์การทํางานร่วมกัน (Cobots)

- Cobots จับคู่กับเครื่องขึ้นรูปขนาดเล็ก (เช่น,กดเบรค) สําหรับการผลิตที่กําหนดเองปริมาณต่ํา (เช่น,ชิ้นส่วนยานยนต์ต้นแบบ) - ช่วยให้การทํางานร่วมกันระหว่างมนุษย์และเครื่องจักรที่ปลอดภัย (ผ่านเทคโนโลยีการตรวจจับแรง) และลดต้นทุนแรงงาน