ระบบกันสะเทือนแหนบรถยนต์

ระบบกันสะเทือนแหนบรถยนต์เป็นระบบกันสะเทือนแบบดั้งเดิมที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในรถยนต์เพื่อการพาณิชย์ รถกระบะ รถบรรทุก และรถออฟโรดบางรุ่น เนื่องจากมีโครงสร้างที่เรียบง่าย รับน้ำหนักได้มาก ต้นทุนต่ำ และทนทาน การผลิตแหนบเกี่ยวข้องกับกระบวนการต่างๆ เช่น การเลือกวัสดุ การขึ้นรูป การอบชุบด้วยความร้อน การประกอบ และการทดสอบ

1. ส่วนประกอบและหน้าที่ของระบบกันสะเทือนแหนบ

• ส่วนประกอบ：
  • แหนบ：ประกอบด้วยแผ่นเหล็กสปริงหลายแผ่น (หรือแผ่นเดียว) ซ้อนกันและยึดด้วยสลักเกลียวยู (U-bolt)
  • ชิ้นส่วนเชื่อมต่อ：เช่น หูแหนบ (shackle), สลักเกลียวกลาง, แคลมป์
  • โช้คอัพ：ช่วยลดแรงกระแทก ทำงานร่วมกับแหนบ
  • อุปกรณ์เสริมระบบกันสะเทือน：บูช, ขายึด, ฐานยึด เป็นต้น
• หน้าที่：
  • รับน้ำหนักรถยนต์ ดูดซับแรงกระแทกจากพื้นถนน
  • ให้การรองรับที่แข็งแกร่ง เหมาะสำหรับงานหนัก (เช่น รถบรรทุกรับน้ำหนัก 10-20 ตัน)
  • นำทางการเคลื่อนที่ของล้อ รักษาตำแหน่งเพลา
• การใช้งาน：พบได้ทั่วไปในรถบรรทุก (เช่น Dongfeng, Foton), รถกระบะ (เช่น Ford F-150), รถออฟโรด (เช่น Jeep Wrangler)

2. กระบวนการผลิตแหนบ

การผลิตแหนบส่วนใหญ่ใช้กระบวนการปั๊มขึ้นรูป การอบชุบด้วยความร้อน และการประกอบ กระบวนการหล่อแทบไม่ได้ใช้กับแหนบ เนื่องจากต้องการความเหนียวและความยืดหยุ่นสูง ในขณะที่วัสดุหล่อ (เช่น เหล็กหล่อ) มีความแข็งแกร่ง แต่ขาดความเหนียว ต่อไปนี้เป็นขั้นตอนโดยละเอียด:

การเลือกวัสดุ

• เหล็กสปริง：
  • วัสดุทั่วไป：60Si2Mn, 55CrMnA, SUP9 (มาตรฐานญี่ปุ่น) หรือ 5160 (มาตรฐานอเมริกา)
  • คุณสมบัติ：ความแข็งแรงสูง (ความต้านทานแรงดึง 1200-1800 MPa), ขีดจำกัดความยืดหยุ่นสูง, ทนทานต่อความล้า
  • ปริมาณคาร์บอน：0.5-0.6%, มีธาตุผสม เช่น ซิลิคอน แมงกานีส โครเมียม เพื่อเพิ่มความเหนียวและความทนทาน
• ความหนาและขนาด：
  • ความหนาต่อแผ่น：6-20 มม. (ขึ้นอยู่กับความต้องการในการรับน้ำหนัก)
  • ความยาว：800-2000 มม., ความกว้าง 50-100 มม.
  • จำนวนชั้น：3-10 แผ่น (แบบหลายแผ่น) หรือแผ่นเดียว (แหนบแผ่นเดียว เช่น ในรถบรรทุกขนาดเล็กบางรุ่น)
• วัสดุอื่นๆ：บูชยางหรือโพลียูรีเทนใช้สำหรับหูแหนบ เพื่อลดแรงเสียดทานและเสียงรบกวน

การออกแบบและการวางแผน

• ความต้องการด้านการใช้งาน：
  • ความสามารถในการรับน้ำหนัก：ออกแบบตามน้ำหนักรวมของรถ (GVW) เช่น รถบรรทุกขนาดเล็ก 1-3 ตัน, รถบรรทุกขนาดใหญ่ 10-20 ตัน
  • ค่าความแข็ง (k)：โดยทั่วไป 200-1000 N/mm, มีผลต่อความแข็งและความสะดวกสบายของระบบกันสะเทือน
  • อายุการใช้งาน：ต้องทนต่อการโหลดซ้ำหลายล้านครั้ง (อายุการใช้งานประมาณ 10 ปี)
• การออกแบบ CAD：
  • ใช้ SolidWorks หรือ CATIA ในการออกแบบความโค้ง ความยาว และจำนวนชั้นของสปริง
  • การวิเคราะห์องค์ประกอบจำกัด (FEA) จำลองการกระจายความเค้น เพื่อให้แน่ใจว่าไม่เสียรูปภายใต้น้ำหนักบรรทุกสูงสุด
• รูปร่าง：แบบพาราโบลา (parabolic) หรือแบบซ้อนหลายแผ่น แบบพาราโบลาเบากว่าและมีการกระจายความเค้นที่สม่ำเสมอ

กระบวนการขึ้นรูป

• การตัด：
  • ใช้เครื่องตัดแผ่นโลหะหรือเครื่องตัดเลเซอร์ในการตัดแผ่นเหล็กสปริงให้ได้ขนาดที่กำหนด
  • ควบคุมความแม่นยำที่ ±0.5 มม. เพื่อให้แน่ใจว่าวางซ้อนกันได้อย่างสม่ำเสมอ
• การขึ้นรูปร้อน：
  • การให้ความร้อน：ให้ความร้อนแก่แผ่นเหล็กถึง 850-900°C (อุณหภูมิออสเทนไนต์) เพื่อเพิ่มความสามารถในการขึ้นรูป
  • การปั๊มขึ้นรูปหรือการรีด：ใช้เครื่องอัดไฮดรอลิก (1000-3000 ตัน) หรือเครื่องรีดในการขึ้นรูปโครงสร้างโค้ง แหนบแบบพาราโบลาต้องขึ้นรูปทีละแผ่นอย่างแม่นยำ
  • ข้อดี：การขึ้นรูปร้อนช่วยให้มั่นใจได้ว่าเกรนภายในของแผ่นเหล็กมีความละเอียด เพิ่มความแข็งแรงและความยืดหยุ่น
• การประมวลผลปลาย：
  • การม้วนหู (eye forming)：ม้วนปลายทั้งสองด้านของแผ่นเหล็กเป็นหูกลม เพื่อเชื่อมต่อกับเพลาหรือโครงรถ
  • การเจาะรู：รูตรงกลางใช้สำหรับติดตั้งสลักเกลียวกลาง เพื่อเชื่อมต่อแหนบหลายแผ่น

การอบชุบด้วยความร้อน

• การชุบแข็ง：
  • ให้ความร้อนแก่แผ่นเหล็กที่ขึ้นรูปแล้วถึง 850-900°C แล้วทำให้เย็นลงอย่างรวดเร็ว (การชุบน้ำมันหรือการชุบน้ำ)
  • วัตถุประสงค์：สร้างโครงสร้างมาร์เทนไซต์ เพิ่มความแข็ง (HRC 40-50) และความแข็งแรง
• การอบคืนตัว：
  • อบคืนตัวที่ 400-600°C เพื่อขจัดความเค้นภายใน เพิ่มความเหนียวและความต้านทานต่อความล้า
  • ความแข็งหลังการอบคืนตัว：HRC 30-40, สร้างสมดุลระหว่างความแข็งและความยืดหยุ่น
• การยิงผิว (Shot Peening)：
  • ใช้ลูกเหล็กความเร็วสูงยิงพื้นผิว เพื่อสร้างความเค้นอัด เพิ่มอายุการใช้งาน (สามารถยืดอายุได้ 50-100%)

การปรับสภาพพื้นผิว

• การเคลือบป้องกันสนิม：
  • พ่นสีอีพ็อกซี่เรซินหรือสีฝุ่น ความหนา 50-100 μm
  • การชุบสังกะสีแบบจุ่มร้อนหรือการชุบด้วยไฟฟ้า, การทดสอบการพ่นละอองเกลือ >500 ชั่วโมง
• การหล่อลื่น：ทาสารหล่อลื่นกราไฟท์ระหว่างแหนบหลายแผ่น หรือเพิ่มแผ่นพลาสติกรอง เพื่อลดแรงเสียดทานและเสียงรบกวน

การประกอบ

• การวางซ้อนและการยึด：
  • วางซ้อนแหนบหลายแผ่นตามขนาดความโค้ง ยึดด้วยสลักเกลียวกลาง (M12-M20)
  • แคลมป์ (สลักเกลียวยู) ยึดแหนบกับเพลา
• การติดตั้งอุปกรณ์เสริม：
  • บูชหูแหนบ (ยางหรือโพลียูรีเทน), เชื่อมต่อโครงรถและแหนบ
  • โช้คอัพขนานกับแหนบ ควบคุมการสั่นสะเทือน
• การจัดแนว：ตรวจสอบให้แน่ใจว่าความโค้งของแหนบและตำแหน่งเพลาอยู่ในแนวเดียวกัน ค่าเบี่ยงเบน <1 มม.

การทดสอบและการควบคุมคุณภาพ

• การทดสอบความแข็ง：
  • ใช้เครื่องทดสอบไฮดรอลิกในการโหลด (1-20 ตัน) วัดปริมาณการเสียรูป ตรวจสอบความแข็ง (ค่า k)
• การทดสอบความล้า：
  • จำลองการโหลดซ้ำหลายล้านครั้ง (ความถี่ 1-3 Hz) เพื่อให้แน่ใจว่าไม่มีการแตกหัก
• การตรวจสอบขนาด：
  • เครื่องวัดพิกัดสามมิติ (CMM) ตรวจสอบความโค้ง ความยาว และตำแหน่งรู ความแม่นยำ ±0.5 มม.
• การทดสอบความต้านทานการกัดกร่อน：
  • การทดสอบการพ่นละอองเกลือ (500-1000 ชั่วโมง) ตรวจสอบความทนทานของการเคลือบ
• การทดสอบการรับน้ำหนัก：
  • จำลองน้ำหนักบรรทุกสูงสุด (เช่น 20 ตัน) เพื่อให้แน่ใจว่าไม่มีการเสียรูปหรือแตกหัก