การอัดขึ้นรูปเป็นกระบวนการขึ้นรูปเป็นชุด ในกระบวนการนี้ โลหะชิ้นงานจะถูกบังคับหรือบีบอัดผ่านรูแม่พิมพ์เพื่อให้ได้รูปทรงหน้าตัดที่แน่นอน
กล่าวโดยสรุป การอัดขึ้นรูปเป็นกระบวนการแปรรูปโลหะที่รวมถึงการบังคับโลหะผ่านรูแม่พิมพ์ภายใต้แรงกดดันที่เพิ่มขึ้นเพื่อบีบอัดหน้าตัด
ด้วยการพัฒนาเทคโนโลยีการอัดขึ้นรูป โลกจึงเริ่มพึ่งพาการอัดขึ้นรูปเพื่อผลิตแท่ง ท่อ และโปรไฟล์กลวงหรือแข็งทุกรูปทรง
เนื่องจากการดำเนินการนี้เกี่ยวข้องกับการผลักหรือดึงช่องว่างผ่านแม่พิมพ์ แรงที่ต้องใช้ในการขับไล่ช่องว่างจึงค่อนข้างมาก การอัดขึ้นรูปร้อนเป็นวิธีการที่ใช้กันมากที่สุด เนื่องจากความต้านทานการเสียรูปของโลหะจะลดลงที่อุณหภูมิสูง ในขณะที่การอัดขึ้นรูปเย็นมักจะดำเนินการกับโลหะอ่อนเท่านั้น
แม้ว่าแนวคิดของการอัดขึ้นรูปจะเกิดจากกระบวนการขึ้นรูปก็ตาม ตามบันทึกในปี พ.ศ. 2340 วิศวกรชื่อโจเซฟ บรามาห์ได้ยื่นขอสิทธิบัตรสำหรับกระบวนการอัดขึ้นรูป การทดสอบนี้รวมถึงการอุ่นโลหะก่อนแล้วจึงดันโลหะผ่านช่องแม่พิมพ์เพื่อผลิตท่อจากช่องว่าง เขาใช้ลูกสูบแบบแมนนวลเพื่อดันโลหะ
Bramah คิดค้นกระบวนการไฮดรอลิกหลังจากการประดิษฐ์เครื่องอัดรีด จากนั้น Thomas Burr ได้รวมเทคโนโลยีต่างๆ เข้าด้วยกันโดยใช้เทคโนโลยีการอัดไฮดรอลิกและเทคโนโลยีการอัดขึ้นรูปขั้นพื้นฐานเพื่อผลิตท่อ (กลวง) เขายังได้รับสิทธิบัตรในปี พ.ศ. 2363
เทคโนโลยีนี้จึงกลายเป็นความต้องการขั้นพื้นฐานสำหรับโลกที่มีการพัฒนาอยู่ตลอดเวลา และกระบวนการนี้ไม่เหมาะสำหรับโลหะแข็ง ในปีพ.ศ. 2437 Thomas Burr ได้เปิดตัวการอัดขึ้นรูปโลหะผสมทองแดงและทองเหลือง ทำให้เกิดการพัฒนาเทคโนโลยีการอัดขึ้นรูป
นับตั้งแต่มีการประดิษฐ์เทคโนโลยีการอัดขึ้นรูป กระบวนการนี้ได้พัฒนาเป็นเทคโนโลยีหลายอย่างที่สามารถผลิตผลิตภัณฑ์ที่มีโครงสร้างที่ซับซ้อนหลากหลายในราคาที่ถูกที่สุด
ในกระบวนการอัดรีดร้อนนี้ ชิ้นงานเปล่าจะถูกประมวลผลที่อุณหภูมิสูงกว่าอุณหภูมิในการตกผลึกใหม่ การประมวลผลที่ร้อนนี้สามารถป้องกันไม่ให้ชิ้นงานแข็งตัวและทำให้กดเจาะผ่านแม่พิมพ์ได้ง่าย
การอัดขึ้นรูปร้อนมักจะดำเนินการบนเครื่องอัดไฮดรอลิกแนวนอน แรงกดดันที่เกี่ยวข้องกับกระบวนการนี้สามารถอยู่ในช่วงตั้งแต่ 30 MPa ถึง 700 MPa สำหรับแรงดันสูงที่สมบูรณ์ จะมีการหล่อลื่น น้ำมันหรือกราไฟต์ถูกใช้เป็นสารหล่อลื่นสำหรับโปรไฟล์ที่มีอุณหภูมิต่ำ และผงแก้วใช้สำหรับโปรไฟล์ที่มีอุณหภูมิสูง ให้ความร้อนระหว่าง 0.5 Tm ถึง 0.75 Tm สำหรับช่องว่างเพื่อให้ได้การทำงานคุณภาพสูง
อุณหภูมิการอัดขึ้นรูปร้อนสำหรับวัสดุที่ใช้กันทั่วไปหลายประเภทมีดังนี้:
อุณหภูมิวัสดุ (°C):
อะลูมิเนียม 350 ถึง 500 ทองแดง 600 ถึง 1100 แมกนีเซียม 350 ถึง 450 นิกเกิล 1000 ถึง 1200 เหล็ก 1200 ถึง 1300 ไทเทเนียม 700 ถึง 1200 PVC180 ไนลอน290
ข้อดี:
● สามารถควบคุมการเสียรูปได้ตามต้องการ
● เหล็กแท่งจะไม่แข็งแรงเนื่องจากการแข็งตัวของงาน
● ใช้แรงกดน้อยกว่า
● สามารถแปรรูปวัสดุที่มีรอยแตกร้าวก่อนวัยอันควรได้
ข้อเสีย:
● พื้นผิวไม่ดี
● ความแม่นยำของมิติจะได้รับผลกระทบ
● ลดอายุของคอนเทนเนอร์
● ความเป็นไปได้ของการเกิดออกซิเดชันที่พื้นผิว
นี่คือกระบวนการขึ้นรูปโลหะโดยการกระแทกโลหะด้วยกระสุน การเคาะนี้ทำได้โดยใช้หมัดหรือหมัดในช่องปิด ลูกสูบดันโลหะผ่านช่องแม่พิมพ์ เปลี่ยนช่องว่างที่เป็นของแข็งให้เป็นรูปร่างแข็ง
ในขั้นตอนนี้ ชิ้นงานจะเปลี่ยนรูปที่อุณหภูมิห้องหรือสูงกว่าอุณหภูมิห้องเล็กน้อย
สำหรับการใช้แรงมากเกินไป เทคโนโลยีนี้จึงใช้เครื่องอัดไฮดรอลิกอันทรงพลัง ช่วงความดันสามารถเข้าถึง 3000 MPa
ข้อดี:
● ไม่มีการเกิดออกซิเดชัน
● เพิ่มความแข็งแกร่งของผลิตภัณฑ์
● ความอดทนที่เข้มงวดมากขึ้น
● ปรับปรุงการตกแต่งพื้นผิว
● ความแข็งเพิ่มขึ้น
ข้อเสีย:
● ต้องใช้แรงมากขึ้น
● จำเป็นต้องใช้พลังงานมากขึ้นในการทำงาน
● ไม่สามารถแปรรูปวัสดุที่ไม่เหนียวได้
● การแข็งตัวของวัสดุที่อัดขึ้นรูปด้วยความเครียดถือเป็นข้อจำกัด
การอัดขึ้นรูปด้วยความร้อนเป็นกระบวนการอัดขึ้นรูปช่องว่างเหนืออุณหภูมิห้องและต่ำกว่าอุณหภูมิการตกผลึกใหม่ของวัสดุ กระบวนการนี้ใช้ในกรณีที่ต้องป้องกันการเปลี่ยนแปลงทางจุลภาคของวัสดุในระหว่างการอัดขึ้นรูป
กระบวนการนี้มีความสำคัญต่อการบรรลุความสมดุลที่เหมาะสมของแรงและความเหนียวที่ต้องการ อุณหภูมิของโลหะใดๆ ที่ใช้ในการดำเนินการนี้อาจอยู่ในช่วงตั้งแต่ 424 องศาเซลเซียส ถึง 975 องศาเซลเซียส
ข้อดี:
● เพิ่มความแข็งแกร่ง
● เพิ่มความแข็งของผลิตภัณฑ์
● ขาดการเกิดออกซิเดชัน
● สามารถบรรลุความคลาดเคลื่อนได้น้อยมาก
ข้อเสีย:
● วัสดุที่ไม่เหนียวไม่สามารถอัดขึ้นรูปได้
● นอกจากนี้ยังมีอุปกรณ์ทำความร้อนอีกด้วย
ในเทคโนโลยีการอัดขึ้นรูปด้วยแรงเสียดทาน ช่องว่างและภาชนะจะถูกบังคับให้หมุนไปในทิศทางตรงกันข้าม ในเวลาเดียวกัน ช่องว่างจะถูกผลักผ่านช่องแม่พิมพ์ระหว่างการทำงานเพื่อผลิตวัสดุที่ต้องการ
กระบวนการนี้ได้รับผลกระทบจากความเร็วในการหมุนสัมพัทธ์ระหว่างการชาร์จและดาย การเคลื่อนที่แบบหมุนสัมพัทธ์ของการชาร์จและแม่พิมพ์มีอิทธิพลสำคัญต่อกระบวนการ
ขั้นแรกจะทำให้เกิดความเค้นเฉือนจำนวนมาก ส่งผลให้เกิดการเสียรูปพลาสติกของช่องว่าง ประการที่สอง ความร้อนจำนวนมากจะถูกสร้างขึ้นระหว่างการเคลื่อนที่สัมพัทธ์ระหว่างช่องว่างและแม่พิมพ์ ดังนั้นจึงไม่จำเป็นต้องอุ่นเครื่องและกระบวนการก็มีประสิทธิภาพมากขึ้น
โดยสามารถสร้างสายไฟ แท่ง ท่อ และรูปทรงโลหะที่ไม่ใช่วงกลมอื่นๆ ที่รวมกันเป็นเนื้อเดียวกันได้โดยตรงจากประจุของสารตั้งต้นต่างๆ เช่น ผงโลหะ เกล็ด ขยะแปรรูป (เศษหรือขี้กบ) หรือช่องว่างที่เป็นของแข็ง
ข้อดี:
● ไม่ต้องใช้ความร้อน
● การสร้างความเค้นเฉือนสามารถปรับปรุงความแข็งแรงเมื่อยล้าของผลิตภัณฑ์ได้
● วัสดุประเภทใดก็ได้สามารถใช้เป็นวัสดุเปล่าได้ ทำให้กระบวนการนี้ประหยัด
● อินพุตพลังงานต่ำ
● ทนต่อการกัดกร่อนได้ดีขึ้น
ข้อเสีย:
● คาดว่าจะเกิดออกซิเดชัน
● การตั้งค่าเริ่มต้นสูง
● เครื่องจักรที่ซับซ้อน
ดังที่เข้าใจได้จากชื่อ กระบวนการนี้เกี่ยวข้องกับการผลิตผลิตภัณฑ์ในช่วงต่ำกว่ามิลลิเมตร
เช่นเดียวกับการอัดขึ้นรูปมาโคร ชิ้นงานจะถูกบังคับผ่านรูแม่พิมพ์เพื่อให้ได้รูปร่างตามที่คาดหวังไว้บนชิ้นงาน เอาต์พุตสามารถผ่านช่องสี่เหลี่ยมขนาด 1 มม.
การอัดขึ้นรูปขนาดเล็กไปข้างหน้าหรือตรงและย้อนกลับหรือโดยอ้อมเป็นสองเทคนิคพื้นฐานที่สุดที่ใช้ในยุคนี้สำหรับการผลิตส่วนประกอบขนาดเล็ก ในการอัดขึ้นรูปขนาดเล็กไปข้างหน้า ลูกสูบจะขับเคลื่อนช่องว่างเพื่อเคลื่อนที่ไปข้างหน้า ทิศทางการเคลื่อนที่ของช่องว่างจะเหมือนกัน ในการอัดขึ้นรูปขนาดเล็กแบบย้อนกลับ ทิศทางการเคลื่อนที่ของลูกสูบและช่องว่างจะตรงกันข้าม การอัดขึ้นรูปขนาดเล็กถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในการผลิตส่วนประกอบอุปกรณ์ทางการแพทย์ที่สามารถดูดซับและฝังได้ ตั้งแต่ขดลวดที่ดูดซับได้ทางชีวภาพไปจนถึงระบบการปลดปล่อยที่ควบคุมด้วยยา ในด้านเครื่องจักรกล สามารถสังเกตการใช้งานในการผลิตไมโครเกียร์ ท่อไมโคร และด้านอื่นๆ ได้อย่างกว้างขวาง
ข้อดี:
● สามารถสร้างหน้าตัดที่ซับซ้อนมากได้
● องค์ประกอบเล็กๆ สามารถสร้างได้
● ปรับปรุงความคลาดเคลื่อนทางเรขาคณิต
ข้อเสีย:
● การผลิตแม่พิมพ์ขนาดเล็กและภาชนะเพื่อตอบสนองความต้องการของเราถือเป็นความท้าทาย
● จำเป็นต้องมีแรงงานที่มีทักษะ
ในกระบวนการอัดขึ้นรูปโดยตรง โลหะเปล่าจะถูกใส่ลงในภาชนะก่อน ภาชนะมีรูขึ้นรูป ลูกสูบใช้เพื่อดันโลหะที่ว่างเปล่าผ่านรูแม่พิมพ์เพื่อสร้างผลิตภัณฑ์
ในประเภทนี้ทิศทางการไหลของโลหะจะเหมือนกับทิศทางการเคลื่อนที่ของลูกสูบ
เมื่อช่องว่างถูกบังคับให้เคลื่อนไปทางช่องเปิดของแม่พิมพ์ จะเกิดแรงเสียดทานจำนวนมากระหว่างพื้นผิวเปล่าและผนังภาชนะ เนื่องจากมีแรงเสียดทาน แรงลูกสูบจึงจำเป็นต้องเพิ่มขึ้นอย่างมาก จึงต้องใช้กำลังมากขึ้น
ในกระบวนการนี้ การรีดโลหะที่เปราะ เช่น ทังสเตนและโลหะผสมไททาเนียมเป็นเรื่องยากมาก เนื่องจากโลหะเหล่านี้จะแตกหักในระหว่างกระบวนการนี้ ความตึงเครียดตลอดกระบวนการทำให้เกิดรอยแตกขนาดเล็กอย่างรวดเร็ว ซึ่งนำไปสู่การแตกหัก
เป็นการยากที่จะพ่นโลหะที่เปราะ เช่น ทังสเตนและโลหะผสมไททาเนียม เนื่องจากโลหะเหล่านี้จะแตกหักระหว่างการประมวลผล ความตึงเครียดทำให้เกิดรอยแตกขนาดเล็กอย่างรวดเร็ว นำไปสู่การแตกหัก
นอกจากนี้การมีชั้นออกไซด์บนพื้นผิวของช่องว่างจะทำให้แรงเสียดทานรุนแรงขึ้น ชั้นออกไซด์นี้อาจทำให้เกิดข้อบกพร่องในผลิตภัณฑ์ที่อัดขึ้นรูป
เพื่อแก้ไขปัญหานี้ จึงมีการวางบล็อกจำลองไว้ระหว่างเกตและช่องว่างการทำงานเพื่อช่วยลดแรงเสียดทาน
ตัวอย่างได้แก่ ท่อ กระป๋อง ถ้วย ปีกนก เพลา และผลิตภัณฑ์อัดขึ้นรูปอื่นๆ
บางส่วนของช่องว่างจะยังคงอยู่ที่ส่วนท้ายของการอัดขึ้นรูปแต่ละครั้งเสมอ มันถูกเรียกว่าก้น ตัดออกจากผลิตภัณฑ์ทันทีที่ทางออกแม่พิมพ์
ข้อดี:
● กระบวนการนี้สามารถรีดชิ้นงานที่ยาวขึ้นได้
● ปรับปรุงคุณสมบัติทางกลของวัสดุ
● พื้นผิวที่ดี
● สามารถรีดได้ทั้งแบบร้อนและเย็น
● สามารถทำงานต่อเนื่องได้
ข้อเสีย:
● โลหะเปราะไม่สามารถอัดขึ้นรูปได้
● ต้องการกำลังสูงและกำลังสูง
● ความเป็นไปได้ของการเกิดออกซิเดชัน
ในกระบวนการอัดรีดแบบย้อนกลับ แม่พิมพ์จะยังคงอยู่กับที่ในขณะที่ช่องว่างและภาชนะเคลื่อนที่ไปด้วยกัน แม่พิมพ์จะติดตั้งอยู่บนลูกสูบแทนภาชนะ
โลหะไหลผ่านรูดายที่ด้านข้างของลูกสูบในทิศทางตรงกันข้ามกับการเคลื่อนที่ของลูกสูบเมื่อชิ้นงานถูกบีบอัด
เมื่อช่องว่างถูกบีบอัด วัสดุจะผ่านระหว่างแมนเดรลและผ่านช่องเปิดของแม่พิมพ์
เนื่องจากไม่มีการเคลื่อนไหวสัมพัทธ์ระหว่างช่องว่างกับคอนเทนเนอร์ จึงไม่มีการบันทึกแรงเสียดทาน เมื่อเปรียบเทียบกับการอัดขึ้นรูปโดยตรง กระบวนการนี้จะปรับปรุงกระบวนการและส่งผลให้ใช้แรงลูกสูบน้อยกว่าการอัดขึ้นรูปโดยตรง
เพื่อให้แม่พิมพ์อยู่กับที่ จะใช้ "ก้าน" ที่ยาวกว่าความยาวของภาชนะ ความแข็งแรงของเสาของแท่งจะกำหนดความยาวการอัดขึ้นรูปขั้นสุดท้ายและสูงสุด เนื่องจากช่องว่างเคลื่อนที่ไปพร้อมกับคอนเทนเนอร์ การเสียดสีทั้งหมดจึงถูกกำจัดได้อย่างง่ายดาย
ข้อดี:
● ต้องใช้แรงอัดรีดน้อยกว่า
● สามารถพ่นส่วนตัดขวางขนาดเล็กได้
● ลดแรงเสียดทานลง 30%
● เพิ่มความเร็วในการทำงาน
● มีการบันทึกการสึกหรอน้อยมาก
● เนื่องจากการไหลของโลหะสม่ำเสมอมากขึ้น ข้อบกพร่องจากการอัดขึ้นรูปหรือบริเวณวงแหวนที่มีเม็ดหยาบจึงมีโอกาสน้อยลง
ข้อเสีย:
● หน้าตัดของวัสดุที่อัดขึ้นรูปจะถูกจำกัดด้วยขนาดของแท่งที่ใช้
● ความเป็นไปได้ของความเค้นตกค้างหลังจากการอัดขึ้นรูป
● สิ่งเจือปนและข้อบกพร่องอาจส่งผลต่อผิวสำเร็จและส่งผลต่อผลิตภัณฑ์
ในกระบวนการอัดรีดแบบอุทกสถิต ช่องว่างจะถูกล้อมรอบด้วยของเหลวในภาชนะ และของเหลวจะถูกผลักไปทางช่องว่างโดยการเคลื่อนที่ไปข้างหน้าของลูกสูบ เนื่องจากของเหลวไม่มีแรงเสียดทานภายในภาชนะ จึงมีแรงเสียดทานที่รูดายน้อยมาก
เมื่อเติมรูของภาชนะ ช่องว่างจะไม่ถูกรบกวนเนื่องจากอยู่ภายใต้แรงดันอุทกสถิตสม่ำเสมอ ส่งผลให้สามารถผลิตชิ้นงานที่มีอัตราส่วนความยาวต่อเส้นผ่านศูนย์กลางได้อย่างมาก แม้แต่คอยล์ก็สามารถรีดออกมาได้อย่างสมบูรณ์หรือมีหน้าตัดที่ไม่สม่ำเสมอ
ข้อแตกต่างที่สำคัญระหว่างการอัดขึ้นรูปด้วยอุทกสถิตและการอัดขึ้นรูปโดยตรงคือ ไม่มีการสัมผัสโดยตรงระหว่างภาชนะกับช่องว่างในระหว่างกระบวนการอัดขึ้นรูปด้วยพลังน้ำ
ต้องใช้ของเหลวและกระบวนการพิเศษเมื่อทำงานที่อุณหภูมิสูง
เมื่อวัสดุอยู่ภายใต้แรงดันอุทกสถิตและไม่มีแรงเสียดทาน ความเหนียวจะเพิ่มขึ้น ดังนั้นวิธีนี้จึงอาจเหมาะกับโลหะที่เปราะเกินไปสำหรับวิธีการอัดขึ้นรูปทั่วไป
วิธีนี้ใช้สำหรับโลหะที่มีความเหนียวและมีอัตราส่วนการอัดสูง
ข้อดี:
● ผลิตภัณฑ์อัดรีดมีเอฟเฟกต์การขัดเงาพื้นผิวที่ดีเยี่ยมและขนาดที่แม่นยำ ● ไม่มีปัญหาเรื่องการเสียดสี
● ลดความต้องการใช้กำลังให้เหลือน้อยที่สุด
● ไม่มีช่องว่างเหลืออยู่ในกระบวนการนี้
● การไหลของวัสดุสม่ำเสมอ
ข้อเสีย:
● เมื่อทำงานที่อุณหภูมิสูง ควรใช้ของเหลวและขั้นตอนพิเศษ
● ก่อนที่จะทำงาน ต้องเตรียมช่องว่างแต่ละช่องและเรียวไว้ที่ปลายด้านหนึ่ง
● การควบคุมของเหลวเป็นเรื่องยาก
การอัดขึ้นรูปด้วยแรงกระแทกเป็นอีกวิธีหลักในการผลิตโปรไฟล์การอัดขึ้นรูปโลหะ เมื่อเปรียบเทียบกับกระบวนการอัดขึ้นรูปแบบดั้งเดิมที่ต้องใช้อุณหภูมิสูงเพื่อทำให้วัสดุนิ่มลง การอัดขึ้นรูปโดยใช้แรงกระแทกมักจะใช้ช่องว่างโลหะเย็น ช่องว่างเหล่านี้ถูกอัดขึ้นรูปภายใต้แรงดันสูงและประสิทธิภาพสูง
ในระหว่างการดำเนินการอัดขึ้นรูปแบบดั้งเดิม บล็อกที่มีการหล่อลื่นอย่างเหมาะสมจะถูกวางไว้ในช่องแม่พิมพ์และตีด้วยหมัดในจังหวะเดียว ซึ่งจะทำให้โลหะไหลย้อนกลับรอบๆ หมัดผ่านช่องว่างระหว่างแม่พิมพ์และหมัด
กระบวนการนี้เหมาะสำหรับวัสดุเนื้ออ่อน เช่น ตะกั่ว อลูมิเนียม หรือดีบุกมากกว่า
กระบวนการนี้จะดำเนินการในสภาวะเย็นเสมอ กระบวนการกระแทกถอยหลังทำให้ผนังบางมาก เช่น การทำหลอดยาสีฟันหรือตลับแบตเตอรี่
ดำเนินการด้วยความเร็วที่เร็วขึ้นและมีระยะชักที่สั้นลง แทนที่จะใช้แรงกด จะใช้แรงดันกระแทกเพื่ออัดช่องว่างผ่านแม่พิมพ์ ในทางกลับกัน การกระแทกสามารถทำได้โดยการอัดขึ้นรูปไปข้างหน้าหรือข้างหลัง หรือทั้งสองอย่างผสมกัน
ข้อดี-
● ขนาดลดลงอย่างเห็นได้ชัด
● กระบวนการที่รวดเร็ว เวลาการประมวลผลลดลงสูงสุดถึง 90%
● เพิ่มผลผลิต
● ปรับปรุงความสมบูรณ์ของความอดทน
● ประหยัดวัตถุดิบได้ถึง 90%
ข้อเสีย:
● ต้องใช้แรงอัดที่สูงมาก
● ขนาดของช่องว่างมีข้อจำกัด
● อุณหภูมิในการทำงาน
● การออกแบบอุปกรณ์ แนวนอนหรือแนวตั้ง
● ประเภทการอัดขึ้นรูป
● อัตราส่วนการอัดขึ้นรูป
● ปริมาณการเสียรูป
● พารามิเตอร์แรงเสียดทาน
● ใช้กันอย่างแพร่หลายในการผลิตท่อและท่อกลวง และยังใช้ในการผลิตสินค้าพลาสติก
● กระบวนการอัดรีดใช้ในการผลิตกรอบ ประตูและหน้าต่าง ฯลฯ ในอุตสาหกรรมยานยนต์
● โลหะ อลูมิเนียม ใช้สำหรับงานโครงสร้างในหลายอุตสาหกรรม
การอัดขึ้นรูปเป็นกระบวนการขึ้นรูปเป็นชุด ในกระบวนการนี้ โลหะชิ้นงานจะถูกบังคับหรือบีบอัดผ่านรูแม่พิมพ์เพื่อให้ได้รูปทรงหน้าตัดที่แน่นอน
กล่าวโดยสรุป การอัดขึ้นรูปเป็นกระบวนการแปรรูปโลหะที่รวมถึงการบังคับโลหะผ่านรูแม่พิมพ์ภายใต้แรงกดดันที่เพิ่มขึ้นเพื่อบีบอัดหน้าตัด
ด้วยการพัฒนาเทคโนโลยีการอัดขึ้นรูป โลกจึงเริ่มพึ่งพาการอัดขึ้นรูปเพื่อผลิตแท่ง ท่อ และโปรไฟล์กลวงหรือแข็งทุกรูปทรง
เนื่องจากการดำเนินการนี้เกี่ยวข้องกับการผลักหรือดึงช่องว่างผ่านแม่พิมพ์ แรงที่ต้องใช้ในการขับไล่ช่องว่างจึงค่อนข้างมาก การอัดขึ้นรูปร้อนเป็นวิธีการที่ใช้กันมากที่สุด เนื่องจากความต้านทานการเสียรูปของโลหะจะลดลงที่อุณหภูมิสูง ในขณะที่การอัดขึ้นรูปเย็นมักจะดำเนินการกับโลหะอ่อนเท่านั้น
แม้ว่าแนวคิดของการอัดขึ้นรูปจะเกิดจากกระบวนการขึ้นรูปก็ตาม ตามบันทึกในปี พ.ศ. 2340 วิศวกรชื่อโจเซฟ บรามาห์ได้ยื่นขอสิทธิบัตรสำหรับกระบวนการอัดขึ้นรูป การทดสอบนี้รวมถึงการอุ่นโลหะก่อนแล้วจึงดันโลหะผ่านช่องแม่พิมพ์เพื่อผลิตท่อจากช่องว่าง เขาใช้ลูกสูบแบบแมนนวลเพื่อดันโลหะ
Bramah คิดค้นกระบวนการไฮดรอลิกหลังจากการประดิษฐ์เครื่องอัดรีด จากนั้น Thomas Burr ได้รวมเทคโนโลยีต่างๆ เข้าด้วยกันโดยใช้เทคโนโลยีการอัดไฮดรอลิกและเทคโนโลยีการอัดขึ้นรูปขั้นพื้นฐานเพื่อผลิตท่อ (กลวง) เขายังได้รับสิทธิบัตรในปี พ.ศ. 2363
เทคโนโลยีนี้จึงกลายเป็นความต้องการขั้นพื้นฐานสำหรับโลกที่มีการพัฒนาอยู่ตลอดเวลา และกระบวนการนี้ไม่เหมาะสำหรับโลหะแข็ง ในปีพ.ศ. 2437 Thomas Burr ได้เปิดตัวการอัดขึ้นรูปโลหะผสมทองแดงและทองเหลือง ทำให้เกิดการพัฒนาเทคโนโลยีการอัดขึ้นรูป
นับตั้งแต่มีการประดิษฐ์เทคโนโลยีการอัดขึ้นรูป กระบวนการนี้ได้พัฒนาเป็นเทคโนโลยีหลายอย่างที่สามารถผลิตผลิตภัณฑ์ที่มีโครงสร้างที่ซับซ้อนหลากหลายในราคาที่ถูกที่สุด
ในกระบวนการอัดรีดร้อนนี้ ชิ้นงานเปล่าจะถูกประมวลผลที่อุณหภูมิสูงกว่าอุณหภูมิในการตกผลึกใหม่ การประมวลผลที่ร้อนนี้สามารถป้องกันไม่ให้ชิ้นงานแข็งตัวและทำให้กดเจาะผ่านแม่พิมพ์ได้ง่าย
การอัดขึ้นรูปร้อนมักจะดำเนินการบนเครื่องอัดไฮดรอลิกแนวนอน แรงกดดันที่เกี่ยวข้องกับกระบวนการนี้สามารถอยู่ในช่วงตั้งแต่ 30 MPa ถึง 700 MPa สำหรับแรงดันสูงที่สมบูรณ์ จะมีการหล่อลื่น น้ำมันหรือกราไฟต์ถูกใช้เป็นสารหล่อลื่นสำหรับโปรไฟล์ที่มีอุณหภูมิต่ำ และผงแก้วใช้สำหรับโปรไฟล์ที่มีอุณหภูมิสูง ให้ความร้อนระหว่าง 0.5 Tm ถึง 0.75 Tm สำหรับช่องว่างเพื่อให้ได้การทำงานคุณภาพสูง
อุณหภูมิการอัดขึ้นรูปร้อนสำหรับวัสดุที่ใช้กันทั่วไปหลายประเภทมีดังนี้:
อุณหภูมิวัสดุ (°C):
อะลูมิเนียม 350 ถึง 500 ทองแดง 600 ถึง 1100 แมกนีเซียม 350 ถึง 450 นิกเกิล 1000 ถึง 1200 เหล็ก 1200 ถึง 1300 ไทเทเนียม 700 ถึง 1200 PVC180 ไนลอน290
ข้อดี:
● สามารถควบคุมการเสียรูปได้ตามต้องการ
● เหล็กแท่งจะไม่แข็งแรงเนื่องจากการแข็งตัวของงาน
● ใช้แรงกดน้อยกว่า
● สามารถแปรรูปวัสดุที่มีรอยแตกร้าวก่อนวัยอันควรได้
ข้อเสีย:
● พื้นผิวไม่ดี
● ความแม่นยำของมิติจะได้รับผลกระทบ
● ลดอายุของคอนเทนเนอร์
● ความเป็นไปได้ของการเกิดออกซิเดชันที่พื้นผิว
นี่คือกระบวนการขึ้นรูปโลหะโดยการกระแทกโลหะด้วยกระสุน การเคาะนี้ทำได้โดยใช้หมัดหรือหมัดในช่องปิด ลูกสูบดันโลหะผ่านช่องแม่พิมพ์ เปลี่ยนช่องว่างที่เป็นของแข็งให้เป็นรูปร่างแข็ง
ในขั้นตอนนี้ ชิ้นงานจะเปลี่ยนรูปที่อุณหภูมิห้องหรือสูงกว่าอุณหภูมิห้องเล็กน้อย
สำหรับการใช้แรงมากเกินไป เทคโนโลยีนี้จึงใช้เครื่องอัดไฮดรอลิกอันทรงพลัง ช่วงความดันสามารถเข้าถึง 3000 MPa
ข้อดี:
● ไม่มีการเกิดออกซิเดชัน
● เพิ่มความแข็งแกร่งของผลิตภัณฑ์
● ความอดทนที่เข้มงวดมากขึ้น
● ปรับปรุงการตกแต่งพื้นผิว
● ความแข็งเพิ่มขึ้น
ข้อเสีย:
● ต้องใช้แรงมากขึ้น
● จำเป็นต้องใช้พลังงานมากขึ้นในการทำงาน
● ไม่สามารถแปรรูปวัสดุที่ไม่เหนียวได้
● การแข็งตัวของวัสดุที่อัดขึ้นรูปด้วยความเครียดถือเป็นข้อจำกัด
การอัดขึ้นรูปด้วยความร้อนเป็นกระบวนการอัดขึ้นรูปช่องว่างเหนืออุณหภูมิห้องและต่ำกว่าอุณหภูมิการตกผลึกใหม่ของวัสดุ กระบวนการนี้ใช้ในกรณีที่ต้องป้องกันการเปลี่ยนแปลงทางจุลภาคของวัสดุในระหว่างการอัดขึ้นรูป
กระบวนการนี้มีความสำคัญต่อการบรรลุความสมดุลที่เหมาะสมของแรงและความเหนียวที่ต้องการ อุณหภูมิของโลหะใดๆ ที่ใช้ในการดำเนินการนี้อาจอยู่ในช่วงตั้งแต่ 424 องศาเซลเซียส ถึง 975 องศาเซลเซียส
ข้อดี:
● เพิ่มความแข็งแกร่ง
● เพิ่มความแข็งของผลิตภัณฑ์
● ขาดการเกิดออกซิเดชัน
● สามารถบรรลุความคลาดเคลื่อนได้น้อยมาก
ข้อเสีย:
● วัสดุที่ไม่เหนียวไม่สามารถอัดขึ้นรูปได้
● นอกจากนี้ยังมีอุปกรณ์ทำความร้อนอีกด้วย
ในเทคโนโลยีการอัดขึ้นรูปด้วยแรงเสียดทาน ช่องว่างและภาชนะจะถูกบังคับให้หมุนไปในทิศทางตรงกันข้าม ในเวลาเดียวกัน ช่องว่างจะถูกผลักผ่านช่องแม่พิมพ์ระหว่างการทำงานเพื่อผลิตวัสดุที่ต้องการ
กระบวนการนี้ได้รับผลกระทบจากความเร็วในการหมุนสัมพัทธ์ระหว่างการชาร์จและดาย การเคลื่อนที่แบบหมุนสัมพัทธ์ของการชาร์จและแม่พิมพ์มีอิทธิพลสำคัญต่อกระบวนการ
ขั้นแรกจะทำให้เกิดความเค้นเฉือนจำนวนมาก ส่งผลให้เกิดการเสียรูปพลาสติกของช่องว่าง ประการที่สอง ความร้อนจำนวนมากจะถูกสร้างขึ้นระหว่างการเคลื่อนที่สัมพัทธ์ระหว่างช่องว่างและแม่พิมพ์ ดังนั้นจึงไม่จำเป็นต้องอุ่นเครื่องและกระบวนการก็มีประสิทธิภาพมากขึ้น
โดยสามารถสร้างสายไฟ แท่ง ท่อ และรูปทรงโลหะที่ไม่ใช่วงกลมอื่นๆ ที่รวมกันเป็นเนื้อเดียวกันได้โดยตรงจากประจุของสารตั้งต้นต่างๆ เช่น ผงโลหะ เกล็ด ขยะแปรรูป (เศษหรือขี้กบ) หรือช่องว่างที่เป็นของแข็ง
ข้อดี:
● ไม่ต้องใช้ความร้อน
● การสร้างความเค้นเฉือนสามารถปรับปรุงความแข็งแรงเมื่อยล้าของผลิตภัณฑ์ได้
● วัสดุประเภทใดก็ได้สามารถใช้เป็นวัสดุเปล่าได้ ทำให้กระบวนการนี้ประหยัด
● อินพุตพลังงานต่ำ
● ทนต่อการกัดกร่อนได้ดีขึ้น
ข้อเสีย:
● คาดว่าจะเกิดออกซิเดชัน
● การตั้งค่าเริ่มต้นสูง
● เครื่องจักรที่ซับซ้อน
ดังที่เข้าใจได้จากชื่อ กระบวนการนี้เกี่ยวข้องกับการผลิตผลิตภัณฑ์ในช่วงต่ำกว่ามิลลิเมตร
เช่นเดียวกับการอัดขึ้นรูปมาโคร ชิ้นงานจะถูกบังคับผ่านรูแม่พิมพ์เพื่อให้ได้รูปร่างตามที่คาดหวังไว้บนชิ้นงาน เอาต์พุตสามารถผ่านช่องสี่เหลี่ยมขนาด 1 มม.
การอัดขึ้นรูปขนาดเล็กไปข้างหน้าหรือตรงและย้อนกลับหรือโดยอ้อมเป็นสองเทคนิคพื้นฐานที่สุดที่ใช้ในยุคนี้สำหรับการผลิตส่วนประกอบขนาดเล็ก ในการอัดขึ้นรูปขนาดเล็กไปข้างหน้า ลูกสูบจะขับเคลื่อนช่องว่างเพื่อเคลื่อนที่ไปข้างหน้า ทิศทางการเคลื่อนที่ของช่องว่างจะเหมือนกัน ในการอัดขึ้นรูปขนาดเล็กแบบย้อนกลับ ทิศทางการเคลื่อนที่ของลูกสูบและช่องว่างจะตรงกันข้าม การอัดขึ้นรูปขนาดเล็กถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในการผลิตส่วนประกอบอุปกรณ์ทางการแพทย์ที่สามารถดูดซับและฝังได้ ตั้งแต่ขดลวดที่ดูดซับได้ทางชีวภาพไปจนถึงระบบการปลดปล่อยที่ควบคุมด้วยยา ในด้านเครื่องจักรกล สามารถสังเกตการใช้งานในการผลิตไมโครเกียร์ ท่อไมโคร และด้านอื่นๆ ได้อย่างกว้างขวาง
ข้อดี:
● สามารถสร้างหน้าตัดที่ซับซ้อนมากได้
● องค์ประกอบเล็กๆ สามารถสร้างได้
● ปรับปรุงความคลาดเคลื่อนทางเรขาคณิต
ข้อเสีย:
● การผลิตแม่พิมพ์ขนาดเล็กและภาชนะเพื่อตอบสนองความต้องการของเราถือเป็นความท้าทาย
● จำเป็นต้องมีแรงงานที่มีทักษะ
ในกระบวนการอัดขึ้นรูปโดยตรง โลหะเปล่าจะถูกใส่ลงในภาชนะก่อน ภาชนะมีรูขึ้นรูป ลูกสูบใช้เพื่อดันโลหะที่ว่างเปล่าผ่านรูแม่พิมพ์เพื่อสร้างผลิตภัณฑ์
ในประเภทนี้ทิศทางการไหลของโลหะจะเหมือนกับทิศทางการเคลื่อนที่ของลูกสูบ
เมื่อช่องว่างถูกบังคับให้เคลื่อนไปทางช่องเปิดของแม่พิมพ์ จะเกิดแรงเสียดทานจำนวนมากระหว่างพื้นผิวเปล่าและผนังภาชนะ เนื่องจากมีแรงเสียดทาน แรงลูกสูบจึงจำเป็นต้องเพิ่มขึ้นอย่างมาก จึงต้องใช้กำลังมากขึ้น
ในกระบวนการนี้ การรีดโลหะที่เปราะ เช่น ทังสเตนและโลหะผสมไททาเนียมเป็นเรื่องยากมาก เนื่องจากโลหะเหล่านี้จะแตกหักในระหว่างกระบวนการนี้ ความตึงเครียดตลอดกระบวนการทำให้เกิดรอยแตกขนาดเล็กอย่างรวดเร็ว ซึ่งนำไปสู่การแตกหัก
เป็นการยากที่จะพ่นโลหะที่เปราะ เช่น ทังสเตนและโลหะผสมไททาเนียม เนื่องจากโลหะเหล่านี้จะแตกหักระหว่างการประมวลผล ความตึงเครียดทำให้เกิดรอยแตกขนาดเล็กอย่างรวดเร็ว นำไปสู่การแตกหัก
นอกจากนี้การมีชั้นออกไซด์บนพื้นผิวของช่องว่างจะทำให้แรงเสียดทานรุนแรงขึ้น ชั้นออกไซด์นี้อาจทำให้เกิดข้อบกพร่องในผลิตภัณฑ์ที่อัดขึ้นรูป
เพื่อแก้ไขปัญหานี้ จึงมีการวางบล็อกจำลองไว้ระหว่างเกตและช่องว่างการทำงานเพื่อช่วยลดแรงเสียดทาน
ตัวอย่างได้แก่ ท่อ กระป๋อง ถ้วย ปีกนก เพลา และผลิตภัณฑ์อัดขึ้นรูปอื่นๆ
บางส่วนของช่องว่างจะยังคงอยู่ที่ส่วนท้ายของการอัดขึ้นรูปแต่ละครั้งเสมอ มันถูกเรียกว่าก้น ตัดออกจากผลิตภัณฑ์ทันทีที่ทางออกแม่พิมพ์
ข้อดี:
● กระบวนการนี้สามารถรีดชิ้นงานที่ยาวขึ้นได้
● ปรับปรุงคุณสมบัติทางกลของวัสดุ
● พื้นผิวที่ดี
● สามารถรีดได้ทั้งแบบร้อนและเย็น
● สามารถทำงานต่อเนื่องได้
ข้อเสีย:
● โลหะเปราะไม่สามารถอัดขึ้นรูปได้
● ต้องการกำลังสูงและกำลังสูง
● ความเป็นไปได้ของการเกิดออกซิเดชัน
ในกระบวนการอัดรีดแบบย้อนกลับ แม่พิมพ์จะยังคงอยู่กับที่ในขณะที่ช่องว่างและภาชนะเคลื่อนที่ไปด้วยกัน แม่พิมพ์จะติดตั้งอยู่บนลูกสูบแทนภาชนะ
โลหะไหลผ่านรูดายที่ด้านข้างของลูกสูบในทิศทางตรงกันข้ามกับการเคลื่อนที่ของลูกสูบเมื่อชิ้นงานถูกบีบอัด
เมื่อช่องว่างถูกบีบอัด วัสดุจะผ่านระหว่างแมนเดรลและผ่านช่องเปิดของแม่พิมพ์
เนื่องจากไม่มีการเคลื่อนไหวสัมพัทธ์ระหว่างช่องว่างกับคอนเทนเนอร์ จึงไม่มีการบันทึกแรงเสียดทาน เมื่อเปรียบเทียบกับการอัดขึ้นรูปโดยตรง กระบวนการนี้จะปรับปรุงกระบวนการและส่งผลให้ใช้แรงลูกสูบน้อยกว่าการอัดขึ้นรูปโดยตรง
เพื่อให้แม่พิมพ์อยู่กับที่ จะใช้ "ก้าน" ที่ยาวกว่าความยาวของภาชนะ ความแข็งแรงของเสาของแท่งจะกำหนดความยาวการอัดขึ้นรูปขั้นสุดท้ายและสูงสุด เนื่องจากช่องว่างเคลื่อนที่ไปพร้อมกับคอนเทนเนอร์ การเสียดสีทั้งหมดจึงถูกกำจัดได้อย่างง่ายดาย
ข้อดี:
● ต้องใช้แรงอัดรีดน้อยกว่า
● สามารถพ่นส่วนตัดขวางขนาดเล็กได้
● ลดแรงเสียดทานลง 30%
● เพิ่มความเร็วในการทำงาน
● มีการบันทึกการสึกหรอน้อยมาก
● เนื่องจากการไหลของโลหะสม่ำเสมอมากขึ้น ข้อบกพร่องจากการอัดขึ้นรูปหรือบริเวณวงแหวนที่มีเม็ดหยาบจึงมีโอกาสน้อยลง
ข้อเสีย:
● หน้าตัดของวัสดุที่อัดขึ้นรูปจะถูกจำกัดด้วยขนาดของแท่งที่ใช้
● ความเป็นไปได้ของความเค้นตกค้างหลังจากการอัดขึ้นรูป
● สิ่งเจือปนและข้อบกพร่องอาจส่งผลต่อผิวสำเร็จและส่งผลต่อผลิตภัณฑ์
ในกระบวนการอัดรีดแบบอุทกสถิต ช่องว่างจะถูกล้อมรอบด้วยของเหลวในภาชนะ และของเหลวจะถูกผลักไปทางช่องว่างโดยการเคลื่อนที่ไปข้างหน้าของลูกสูบ เนื่องจากของเหลวไม่มีแรงเสียดทานภายในภาชนะ จึงมีแรงเสียดทานที่รูดายน้อยมาก
เมื่อเติมรูของภาชนะ ช่องว่างจะไม่ถูกรบกวนเนื่องจากอยู่ภายใต้แรงดันอุทกสถิตสม่ำเสมอ ส่งผลให้สามารถผลิตชิ้นงานที่มีอัตราส่วนความยาวต่อเส้นผ่านศูนย์กลางได้อย่างมาก แม้แต่คอยล์ก็สามารถรีดออกมาได้อย่างสมบูรณ์หรือมีหน้าตัดที่ไม่สม่ำเสมอ
ข้อแตกต่างที่สำคัญระหว่างการอัดขึ้นรูปด้วยอุทกสถิตและการอัดขึ้นรูปโดยตรงคือ ไม่มีการสัมผัสโดยตรงระหว่างภาชนะกับช่องว่างในระหว่างกระบวนการอัดขึ้นรูปด้วยพลังน้ำ
ต้องใช้ของเหลวและกระบวนการพิเศษเมื่อทำงานที่อุณหภูมิสูง
เมื่อวัสดุอยู่ภายใต้แรงดันอุทกสถิตและไม่มีแรงเสียดทาน ความเหนียวจะเพิ่มขึ้น ดังนั้นวิธีนี้จึงอาจเหมาะกับโลหะที่เปราะเกินไปสำหรับวิธีการอัดขึ้นรูปทั่วไป
วิธีนี้ใช้สำหรับโลหะที่มีความเหนียวและมีอัตราส่วนการอัดสูง
ข้อดี:
● ผลิตภัณฑ์อัดรีดมีเอฟเฟกต์การขัดเงาพื้นผิวที่ดีเยี่ยมและขนาดที่แม่นยำ ● ไม่มีปัญหาเรื่องการเสียดสี
● ลดความต้องการใช้กำลังให้เหลือน้อยที่สุด
● ไม่มีช่องว่างเหลืออยู่ในกระบวนการนี้
● การไหลของวัสดุสม่ำเสมอ
ข้อเสีย:
● เมื่อทำงานที่อุณหภูมิสูง ควรใช้ของเหลวและขั้นตอนพิเศษ
● ก่อนที่จะทำงาน ต้องเตรียมช่องว่างแต่ละช่องและเรียวไว้ที่ปลายด้านหนึ่ง
● การควบคุมของเหลวเป็นเรื่องยาก
การอัดขึ้นรูปด้วยแรงกระแทกเป็นอีกวิธีหลักในการผลิตโปรไฟล์การอัดขึ้นรูปโลหะ เมื่อเปรียบเทียบกับกระบวนการอัดขึ้นรูปแบบดั้งเดิมที่ต้องใช้อุณหภูมิสูงเพื่อทำให้วัสดุนิ่มลง การอัดขึ้นรูปโดยใช้แรงกระแทกมักจะใช้ช่องว่างโลหะเย็น ช่องว่างเหล่านี้ถูกอัดขึ้นรูปภายใต้แรงดันสูงและประสิทธิภาพสูง
ในระหว่างการดำเนินการอัดขึ้นรูปแบบดั้งเดิม บล็อกที่มีการหล่อลื่นอย่างเหมาะสมจะถูกวางไว้ในช่องแม่พิมพ์และตีด้วยหมัดในจังหวะเดียว ซึ่งจะทำให้โลหะไหลย้อนกลับรอบๆ หมัดผ่านช่องว่างระหว่างแม่พิมพ์และหมัด
กระบวนการนี้เหมาะสำหรับวัสดุเนื้ออ่อน เช่น ตะกั่ว อลูมิเนียม หรือดีบุกมากกว่า
กระบวนการนี้จะดำเนินการในสภาวะเย็นเสมอ กระบวนการกระแทกถอยหลังทำให้ผนังบางมาก เช่น การทำหลอดยาสีฟันหรือตลับแบตเตอรี่
ดำเนินการด้วยความเร็วที่เร็วขึ้นและมีระยะชักที่สั้นลง แทนที่จะใช้แรงกด จะใช้แรงดันกระแทกเพื่ออัดช่องว่างผ่านแม่พิมพ์ ในทางกลับกัน การกระแทกสามารถทำได้โดยการอัดขึ้นรูปไปข้างหน้าหรือข้างหลัง หรือทั้งสองอย่างผสมกัน
ข้อดี-
● ขนาดลดลงอย่างเห็นได้ชัด
● กระบวนการที่รวดเร็ว เวลาการประมวลผลลดลงสูงสุดถึง 90%
● เพิ่มผลผลิต
● ปรับปรุงความสมบูรณ์ของความอดทน
● ประหยัดวัตถุดิบได้ถึง 90%
ข้อเสีย:
● ต้องใช้แรงอัดที่สูงมาก
● ขนาดของช่องว่างมีข้อจำกัด
● อุณหภูมิในการทำงาน
● การออกแบบอุปกรณ์ แนวนอนหรือแนวตั้ง
● ประเภทการอัดขึ้นรูป
● อัตราส่วนการอัดขึ้นรูป
● ปริมาณการเสียรูป
● พารามิเตอร์แรงเสียดทาน
● ใช้กันอย่างแพร่หลายในการผลิตท่อและท่อกลวง และยังใช้ในการผลิตสินค้าพลาสติก
● กระบวนการอัดรีดใช้ในการผลิตกรอบ ประตูและหน้าต่าง ฯลฯ ในอุตสาหกรรมยานยนต์
● โลหะ อลูมิเนียม ใช้สำหรับงานโครงสร้างในหลายอุตสาหกรรม