สายการผลิตปั๊มขึ้นรูปด้วยความร้อนความเร็วสูงสำหรับเหล็กกล้าความแข็งแรงสูงพิเศษ (อลูมิเนียม)

3. อุปกรณ์หลักสำหรับการขึ้นรูปด้วยความร้อน ได้แก่ เตาให้ความร้อน เครื่องอัดขึ้นรูปด้วยความร้อน และแม่พิมพ์ขึ้นรูปด้วยความร้อน

เตาทำความร้อน:

เตาอบความร้อนนี้มีระบบควบคุมอุณหภูมิและความร้อน สามารถให้ความร้อนแก่แผ่นเหล็กความแข็งแรงสูงจนถึงอุณหภูมิการตกผลึกใหม่ภายในเวลาที่กำหนด เพื่อให้ได้สถานะออสเทนไนต์ จำเป็นต้องสามารถปรับให้เข้ากับความต้องการการผลิตแบบต่อเนื่องอัตโนมัติขนาดใหญ่ได้ เนื่องจากชิ้นงานที่ถูกให้ความร้อนนั้นสามารถจัดการได้โดยหุ่นยนต์หรือแขนกลเท่านั้น เตาอบจึงต้องมีระบบการโหลดและขนถ่ายอัตโนมัติที่มีความแม่นยำสูง นอกจากนี้ เมื่อให้ความร้อนแก่แผ่นเหล็กที่ไม่เคลือบผิว ควรมีการป้องกันด้วยก๊าซเพื่อป้องกันการเกิดออกซิเดชันและการสูญเสียคาร์บอนที่พื้นผิวของชิ้นงาน

เครื่องอัดขึ้นรูปด้วยความร้อน:

เครื่องอัดขึ้นรูปเป็นหัวใจสำคัญของเทคโนโลยีการขึ้นรูปด้วยความร้อน จำเป็นต้องมีประสิทธิภาพในการขึ้นรูปและคงรูปทรงได้อย่างรวดเร็ว รวมถึงต้องมีระบบระบายความร้อนอย่างรวดเร็ว ความซับซ้อนทางเทคนิคของเครื่องอัดขึ้นรูปด้วยความร้อนนั้นสูงกว่าเครื่องอัดขึ้นรูปด้วยความเย็นแบบดั้งเดิมมาก ปัจจุบัน มีเพียงไม่กี่บริษัทต่างชาติเท่านั้นที่เชี่ยวชาญด้านการออกแบบและการผลิตเครื่องอัดขึ้นรูปดังกล่าว และบริษัทเหล่านั้นทั้งหมดต้องพึ่งพาการนำเข้า ทำให้มีราคาสูง

แม่พิมพ์ปั๊มร้อน:

แม่พิมพ์ปั๊มร้อนทำหน้าที่ทั้งการขึ้นรูปและการชุบแข็ง ในขั้นตอนการขึ้นรูป เมื่อชิ้นงานถูกป้อนเข้าไปในช่องแม่พิมพ์ แม่พิมพ์จะทำการปั๊มขึ้นรูปอย่างรวดเร็วเพื่อให้แน่ใจว่าชิ้นส่วนจะเสร็จสมบูรณ์ก่อนที่วัสดุจะเกิดการเปลี่ยนแปลงเฟสเป็นมาร์เทนไซต์ จากนั้นจะเข้าสู่ขั้นตอนการชุบแข็งและการระบายความร้อน ซึ่งความร้อนจากชิ้นงานภายในแม่พิมพ์จะถูกถ่ายเทไปยังแม่พิมพ์อย่างต่อเนื่อง ท่อระบายความร้อนที่จัดเรียงอยู่ภายในแม่พิมพ์จะระบายความร้อนออกไปทันทีผ่านสารหล่อเย็นที่ไหลผ่าน การเปลี่ยนแปลงเฟสจากมาร์เทนไซต์เป็นออสเทนไซต์จะเริ่มต้นเมื่ออุณหภูมิของชิ้นงานลดลงถึง 425°C การเปลี่ยนแปลงระหว่างมาร์เทนไซต์และออสเทนไซต์จะสิ้นสุดลงเมื่ออุณหภูมิถึง 280°C และชิ้นงานจะถูกนำออกจากแม่พิมพ์ที่อุณหภูมิ 200°C บทบาทของการยึดแม่พิมพ์คือการป้องกันการขยายตัวและการหดตัวทางความร้อนที่ไม่สม่ำเสมอในระหว่างกระบวนการชุบแข็ง ซึ่งอาจส่งผลให้รูปร่างและขนาดของชิ้นส่วนเปลี่ยนแปลงไปอย่างมากจนต้องทิ้งไป นอกจากนี้ ยังช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการถ่ายเทความร้อนระหว่างชิ้นงานและแม่พิมพ์ ส่งเสริมการชุบแข็งและการเย็นตัวอย่างรวดเร็ว

โดยสรุป อุปกรณ์หลักสำหรับการขึ้นรูปด้วยความร้อนประกอบด้วย เตาอบความร้อนเพื่อให้ได้อุณหภูมิที่ต้องการ เครื่องอัดขึ้นรูปด้วยความร้อนสำหรับขึ้นรูปและคงรูปทรงอย่างรวดเร็ว พร้อมระบบระบายความร้อนอย่างรวดเร็ว และแม่พิมพ์ขึ้นรูปด้วยความร้อนที่ทำหน้าที่ทั้งในขั้นตอนการขึ้นรูปและการทำให้เย็นตัวอย่างรวดเร็ว เพื่อให้มั่นใจได้ว่าชิ้นส่วนมีรูปทรงที่เหมาะสมและระบายความร้อนได้อย่างมีประสิทธิภาพ

ความเร็วในการระบายความร้อนไม่เพียงแต่ส่งผลต่อเวลาในการผลิตเท่านั้น แต่ยังส่งผลต่อประสิทธิภาพการเปลี่ยนสถานะระหว่างออสเทนไนต์และมาร์เทนไซต์ด้วย อัตราการระบายความร้อนเป็นตัวกำหนดชนิดของโครงสร้างผลึกที่จะเกิดขึ้น และมีความสัมพันธ์กับผลการชุบแข็งขั้นสุดท้ายของชิ้นงาน อุณหภูมิการระบายความร้อนวิกฤตของเหล็กโบรอนอยู่ที่ประมาณ 30℃/วินาที และเฉพาะเมื่ออัตราการระบายความร้อนสูงกว่าอุณหภูมิการระบายความร้อนวิกฤตเท่านั้น จึงจะสามารถส่งเสริมการก่อตัวของโครงสร้างมาร์เทนไซต์ได้อย่างเต็มที่ เมื่ออัตราการระบายความร้อนน้อยกว่าอัตราการระบายความร้อนวิกฤต โครงสร้างที่ไม่ใช่มาร์เทนไซต์ เช่น เบนไนต์ จะปรากฏในโครงสร้างผลึกของชิ้นงาน อย่างไรก็ตาม ยิ่งอัตราการระบายความร้อนสูงเท่าไรก็ยิ่งดี แต่หากอัตราการระบายความร้อนสูงเกินไปก็อาจทำให้ชิ้นส่วนที่ขึ้นรูปแตกได้ ดังนั้นช่วงอัตราการระบายความร้อนที่เหมาะสมจึงต้องกำหนดตามองค์ประกอบของวัสดุและสภาวะกระบวนการของชิ้นส่วน

เนื่องจากการออกแบบท่อระบายความร้อนมีความสัมพันธ์โดยตรงกับขนาดของความเร็วในการระบายความร้อน โดยทั่วไปแล้วท่อระบายความร้อนจึงถูกออกแบบโดยคำนึงถึงประสิทธิภาพการถ่ายเทความร้อนสูงสุด ดังนั้นทิศทางของท่อระบายความร้อนที่ออกแบบจึงมีความซับซ้อนมากขึ้น และยากที่จะได้มาจากการเจาะด้วยเครื่องจักรหลังจากเสร็จสิ้นการหล่อแบบ เพื่อหลีกเลี่ยงข้อจำกัดจากกระบวนการทางกล จึงมักเลือกใช้วิธีการเตรียมช่องทางน้ำก่อนการหล่อแบบ

เนื่องจากต้องใช้งานเป็นเวลานานที่อุณหภูมิ 200℃ ถึง 880~950℃ ภายใต้สภาวะการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิที่รุนแรงทั้งเย็นและร้อน วัสดุของแม่พิมพ์ปั๊มร้อนจึงต้องมีความแข็งแรงของโครงสร้างและการนำความร้อนที่ดี และสามารถทนต่อแรงเสียดทานความร้อนสูงที่เกิดจากชิ้นงานที่อุณหภูมิสูงและผลกระทบจากการสึกหรอของอนุภาคออกไซด์ที่ตกลงมาได้ นอกจากนี้ วัสดุของแม่พิมพ์ควรทนต่อการกัดกร่อนของสารหล่อเย็นได้ดี เพื่อให้มั่นใจได้ว่าท่อส่งสารหล่อเย็นจะไหลได้อย่างราบรื่น

การตัดแต่งและการเจาะ

เนื่องจากความแข็งแรงของชิ้นส่วนหลังการขึ้นรูปด้วยความร้อนสูงถึงประมาณ 1500 MPa หากใช้การตัดและการเจาะด้วยเครื่องปั๊มขึ้นรูป จะต้องใช้กำลังแรงกดของอุปกรณ์มากขึ้น และการสึกหรอของคมตัดแม่พิมพ์จะรุนแรง ดังนั้นจึงมักใช้เครื่องตัดเลเซอร์ในการตัดขอบและรู