การออกแบบแม่พิมพ์โค้ง (Mandrel) ช่วยแก้ปัญหาการย่นบริเวณผนังด้านในของท่อสแตนเลสได้อย่างไร

ผู้ผลิตในอุตสาหกรรมยานยนต์ อุปกรณ์ทางการแพทย์ อุปกรณ์ครัว และเฟอร์นิเจอร์ ล้วนเข้าใจดีถึงความท้าทายที่เกิดขึ้นในการดัดท่อสแตนเลส ท่อสแตนเลสมักเกิดการเปลี่ยนรูปร่างระหว่างกระบวนการดัด ซึ่งมักก่อให้เกิดข้อบกพร่องที่เรียกว่า 'รอยย่นบนผนังด้านใน' บริเวณเส้นผ่านศูนย์กลางด้านในของท่อ ซึ่งอาจส่งผลกระทบต่อทั้งโครงสร้างและรูปลักษณ์ของชิ้นส่วนสำเร็จรูป ที่บริษัทบาโอรุ่ย เราได้ทำงานด้านเทคโนโลยีการแปรรูปท่อมาแล้วกว่า 20 ปี และมั่นใจอย่างยิ่งว่าการออกแบบแม่พิมพ์ดัด (mandrel) ที่เหมาะสมสามารถเป็นวิธีแก้ไขที่มีประสิทธิภาพได้ การเข้าใจว่าพารามิเตอร์แต่ละตัวของแม่พิมพ์ดัดมีผลต่อคุณภาพของการขึ้นรูปอย่างไร จึงเป็นองค์ประกอบสำคัญที่สุดต่อความสำเร็จในการดัดท่อ

ทำความเข้าใจสาเหตุที่ทำให้เกิดรอยย่นในการดัดท่อสแตนเลส

การเกิดรอยย่นในท่อสแตนเลสเกิดขึ้นจากหลักการพื้นฐานของการดัดท่อ ผนังด้านนอกจะรับแรงดึงและยืดตัวออกขณะที่ผนังด้านในรับแรงอัดและหดตัวเข้าด้านใน หากไม่มีการรองรับภายในบริเวณผนังด้านใน ผนังอาจยุบตัวภายใต้แรงดันจนเกิดรอยย่นได้ เนื่องจากโลหะผสมสแตนเลสมีคุณสมบัติแข็งตัวจากการถูกทำให้เสียรูป (work-hardening) ภายใต้แรงเครียด และมีความแข็งแรงสูงกว่า จึงจำเป็นต้องใช้แรงดัดที่มากขึ้น และต้องมีการรองรับภายในท่ออย่างเหมาะสม ตัวอย่างเช่น สแตนเลสเกรด 304 หรือสแตนเลสเกรด 316 อาจเกิดรอยย่นที่ผนังด้านในได้หากไม่มีหรือมีเครื่องมือรองรับภายในท่อไม่เพียงพอ ค่าอัตราส่วนความหนาของผนัง (wall factor) ที่สูงขึ้นจะส่งผลให้มีโอกาสเกิดรอยย่นมากขึ้น โดยค่าอัตราส่วนความหนาของผนังคำนวณได้จากการหารเส้นผ่านศูนย์กลางภายนอก (OD) ของท่อด้วยความหนาของผนังท่อ หากค่าอัตราส่วนความหนาของผนังมีค่าเท่ากับ 20 หรือมากกว่านั้น ควรให้ความสำคัญเป็นพิเศษกับปัญหาการเกิดรอยย่น

บทบาทสำคัญของเส้นผ่านศูนย์กลางแม่พิมพ์ดัด (mandrel) และความพอดีของแม่พิมพ์

เส้นผ่านศูนย์กลางของแกนดันมีบทบาทสำคัญอย่างยิ่งในการป้องกันไม่ให้ผนังด้านในเกิดรอยย่น งานวิจัยแสดงให้เห็นว่า การเพิ่มเส้นผ่านศูนย์กลางของแกนดันจะช่วยลดความเบี้ยวของรูปร่างให้น้อยลง และลดการบีบแฟบของผนังท่อทางด้านที่รับแรงอัด ความแน่นพอดีระหว่างแกนดันกับท่อควรทำให้แน่นที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ โดยไม่ก่อให้เกิดการขีดข่วนหรือความเครียดเกินขนาดต่อผนังท่อ โดยทั่วไปแล้ว ความแน่นพอดีของแกนดันจะอยู่ในช่วงร้อยละ 2 ถึง 5 ของเส้นผ่านศูนย์กลางภายใน (ID) สำหรับท่อสแตนเลส ความแน่นพอดีจะถูกปรับให้แน่นขึ้นเพื่อให้สามารถรองรับแรงได้อย่างเพียงพอ และรักษาความกลมของท่อให้ดีขึ้น รวมทั้งควบคุมความเบี้ยวของรูปร่างให้แม่นยำยิ่งขึ้นระหว่างกระบวนการดัดท่อ อย่างไรก็ตาม หากแกนดันแน่นเกินไปอาจก่อให้เกิดปัญหาต่าง ๆ เช่น การขีดข่วน การลอกหลุดของผิว และปัญหาในการถอดแกนดันออกหลังกระบวนการดัดท่อ

การยืดและตำแหน่งของแกนดันเพื่อป้องกันการเกิดรอยย่น

การจัดตำแหน่งของแม่พิมพ์ดัน (mandrel) ให้สัมผัสกับจุดสัมผัสของส่วนโค้ง (tangency of the bend) มีบทบาทสำคัญอย่างยิ่งต่อการป้องกันการย่นตัวของท่ออย่างอิสระ แม่พิมพ์ดันต้องยื่นไปข้างหน้าเพียงพอเพื่อรองรับผนังท่อที่จุดโค้งอย่างแม่นยำ ผลการวิจัยชี้ว่า ในกรณีส่วนใหญ่ ตำแหน่งที่เหมาะสมควรอยู่ห่างจากจุดสัมผัสออกไป 0.5 – 1.5 มิลลิเมตร ทั้งนี้ แม่พิมพ์ดันไม่ควรยื่นไปข้างหน้ามากเกินไป เพราะอาจทำให้เกิดปัญหาผนังท่อบางลง สำหรับท่อที่มีอัตราส่วนความบางของผนังสูง (thin wall factor) สามารถใช้สูตรเรขาคณิตง่ายๆ ในการกำหนดตำแหน่งของแม่พิมพ์ดันได้ แม้ว่าการตรวจสอบเบื้องต้นด้วยสายตาจะยังคงจำเป็นเสมอ

การจัดวางแบบลูกบอลของแม่พิมพ์ดันสำหรับการดัดท่อสแตนเลสที่มีความซับซ้อน

ในกรณีที่ท่อมีส่วนประกอบของผนังหนาจากวัสดุสแตนเลสสูง และ/หรือรัศมีการดัดมีขนาดเล็กเกินไป อาจใช้แม่พิมพ์แบบลูกบอล (ball mandrels) เพื่อให้ได้ผลลัพธ์ที่ดีกว่าเมื่อเปรียบเทียบกับแม่พิมพ์แบบแท่งแข็ง (plugs) แม่พิมพ์แบบลูกบอลประกอบด้วยส่วนทรงกลมหลายชิ้นที่เชื่อมต่อกันแบบปลายต่อปลายด้วยเพลาเชื่อมยืดหยุ่น ซึ่งเครื่องมือที่แบ่งเป็นส่วนๆ นี้จะเคลื่อนที่สอดคล้องกันขณะที่ท่อถูกดัด และสามารถปรับรูปร่างให้สอดคล้องกับเส้นโค้งของการดัด เพื่อให้การรองรับตลอดความยาวของกระบวนการดัดอย่างมีประสิทธิภาพ จำนวนลูกบอลที่มากขึ้น การจัดเรียงที่เหมาะสม และขนาดที่เหมาะสมของลูกบอลแต่ละลูกในแม่พิมพ์แบบลูกบอล จะช่วยยกระดับคุณภาพของการขึ้นรูป และลดโอกาสในการเกิดรอยย่นลงได้ งานวิจัยยืนยันว่า ประเภทของแม่พิมพ์และรูปแบบการจัดเรียงส่วนต่างๆ สามารถควบคุมความไม่เสถียรจากการเกิดรอยย่นและการยุบตัวได้ โดยการจำกัดการไหลของวัสดุในแนวขวางเข้าสู่ผิวด้านใน ทั้งนี้ เครื่องดัดท่อไฮดรอลิกแบบ CNC ของเราได้ติดตั้งแม่พิมพ์แบบลูกบอลที่เหมาะสมสำหรับการประมวลผลท่อสแตนเลส