รู้เบื้องต้นเกี่ยวกับเทคโนโลยีการปั๊มขึ้นรูปด้วยความแม่นยำ (Hot Stamping)

แผ่นเหล็กที่ใช้ในการปั๊มร้อนเป็นแผ่นเหล็กโลหะผสมโบรอนพิเศษ ซึ่งแตกต่างจากเหล็กความแข็งแรงสูงพิเศษขึ้นรูปเย็นแบบดั้งเดิม แผ่นเหล็กความแข็งแรงสูงขึ้นรูปเย็น เช่น เหล็กสองเฟสและเหล็กเฟสเชิงซ้อนซึ่งปัจจุบันมีการใช้กันอย่างแพร่หลาย โดยทั่วไปจะขึ้นรูปโดยการปั๊มเย็นที่อุณหภูมิห้อง และโครงสร้างจุลภาคและความแข็งแรงทางกลของชิ้นส่วนก่อนและหลังการขึ้นรูปโดยทั่วไป อย่าเปลี่ยน แผ่นเหล็กที่ใช้ในการปั๊มความร้อนไม่แข็งแรงมากที่อุณหภูมิห้อง และความต้านทานแรงดึงเพียง 400~600MPa ซึ่งมีความเป็นพลาสติกและขึ้นรูปได้ดี ขึ้นรูปและดับด้วยกระบวนการปั๊มความร้อน โครงสร้างจุลภาคถูกเปลี่ยนจากเฟอร์ไรต์และเพิร์ลไลต์ดั้งเดิมเป็นมาร์เทนไซต์ที่สม่ำเสมอ ความต้านทานแรงดึงสามารถเข้าถึงได้มากกว่า 1,500MPa ความแข็งสามารถเข้าถึง 50HRC และโดยทั่วไปจะไม่มีการเด้งกลับด้วยความแม่นยำของมิติสูง โบรอนถูกเติมลงในแผ่นเหล็ก โดยมีวัตถุประสงค์เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพการชุบแข็งของแผ่นเหล็ก และทำให้การเปลี่ยนแปลงโครงสร้างของวัสดุแผ่นดำเนินไปได้อย่างราบรื่น นอกจากนี้ เพื่อที่จะปรับปรุงความแข็งแรงของวัสดุและคุณสมบัติทางกลอื่นๆ จึงมีการเพิ่มธาตุโลหะผสมต่างๆ เช่น Ti, Cr, Mo, Cu และ Ni เข้าไปด้วย　　การขึ้นรูปด้วยความร้อนประกอบด้วยกระบวนการดังต่อไปนี้: 　　1. การปั๊มขึ้นรูป: เป็นกระบวนการแรกในการขึ้นรูปด้วยความร้อน ซึ่งจะเจาะแผ่นออกจากช่องว่างด้านนอกที่ต้องการ　　 2. Austenitization: รวมถึงการให้ความร้อนและการคงอยู่สองขั้นตอน วัตถุประสงค์ของกระบวนการนี้คือเพื่อให้ความร้อนกับแผ่นเหล็กให้มีอุณหภูมิที่เหมาะสม เพื่อให้แผ่นเหล็กได้รับการออสเทนไนซ์อย่างสมบูรณ์และมีความเหนียวดี อุปกรณ์ที่ใช้ให้ความร้อนเป็นเตาให้ความร้อนต่อเนื่องโดยเฉพาะ หลังจากที่แผ่นเหล็กถูกให้ความร้อนจนถึงอุณหภูมิสูงกว่าอุณหภูมิการตกผลึกซ้ำ พื้นผิวจะถูกออกซิไดซ์ได้ง่ายจนเกิดเป็นเกล็ดออกไซด์ ซึ่งจะส่งผลเสียต่อการประมวลผลในภายหลัง เพื่อหลีกเลี่ยงหรือลดการเกิดออกซิเดชันของแผ่นเหล็กในเตาให้ความร้อน โดยทั่วไปจะมีการติดตั้งกลไกป้องกันก๊าซเฉื่อยในเตาให้ความร้อน หรือพื้นผิวของแผ่นจะได้รับการต่อต้านอนุมูลอิสระ　　3. การถ่ายโอน: หมายถึงการนำแผ่นเหล็กที่ให้ความร้อนออกจากเตาให้ความร้อนแล้วใส่ลงในแม่พิมพ์ขึ้นรูปร้อน ในขั้นตอนนี้ จำเป็นต้องตรวจสอบให้แน่ใจว่าแผ่นเหล็กถูกถ่ายโอนไปยังแม่พิมพ์โดยเร็วที่สุด ประการหนึ่งเพื่อป้องกันการเกิดออกซิเดชันของแผ่นเหล็กที่อุณหภูมิสูง และในทางกลับกัน เพื่อให้แน่ใจว่าแผ่นเหล็กยังคงอยู่ในอุณหภูมิที่สูงขึ้นระหว่างการขึ้นรูป มีความเป็นพลาสติกที่ดี　　 4. การตอกและการดับ หลังจากวางแผ่นเหล็กลงในแม่พิมพ์แล้ว ควรประทับตราแผ่นเหล็กและขึ้นรูปทันทีเพื่อหลีกเลี่ยงไม่ให้อุณหภูมิลดลงมากเกินไปซึ่งส่งผลต่อความสามารถในการขึ้นรูปของแผ่นเหล็ก หลังจากการขึ้นรูปแล้ว จะต้องปิดแม่พิมพ์และคงไว้เป็นระยะเวลาหนึ่ง ในอีกด้านหนึ่งคือการควบคุมรูปร่างของชิ้นส่วน และในทางกลับกัน แผ่นเหล็กจะถูกดับด้วยอุปกรณ์ทำความเย็นที่ตั้งอยู่ในแม่พิมพ์เพื่อทำให้ชิ้นส่วนมีโครงสร้างมาร์เทนไซต์ที่สม่ำเสมอและได้รับขนาดที่ดี ความแม่นยำและคุณสมบัติทางกล การศึกษาพบว่าสำหรับเหล็กปั๊มร้อนที่ใช้กันทั่วไปในปัจจุบัน อัตราการเย็นขั้นต่ำในการเปลี่ยนออสเทนไนต์เป็นมาร์เทนไซต์คือ 27-30°C/s ดังนั้นจึงจำเป็นต้องตรวจสอบให้แน่ใจว่าอัตราการเย็นตัวของแม่พิมพ์ต่อแผ่นโลหะมากกว่าค่าวิกฤตนี้　　 5. การประมวลผลติดตามผล หลังจากที่ชิ้นส่วนที่ขึ้นรูปแล้วถูกนำออกจากแม่พิมพ์แล้ว จำเป็นต้องมีการดูแลติดตามผลบางอย่าง เช่น การกำจัดตะกรันออกไซด์บนพื้นผิวของชิ้นส่วนโดยการดองหรือการขัดผิว เช่นเดียวกับการตัดแต่งและเจาะชิ้นส่วน เนื่องจากชิ้นส่วนปั๊มร้อนมีความแข็งแรงสูง จึงไม่สามารถตัดแต่งและเจาะด้วยวิธีแบบเดิมๆ ได้ แต่ต้องจบด้วยเทคโนโลยีเลเซอร์