เสนอ - ISIT · 2010-11-16 · รูปที่ 1.4 – ลักษณะของป...
65
รายงานฉบับสมบูรณ โครงการการพัฒนาและออกแบบแมพิมพขึ้นรูปโลหะแผนดวยน้ําสําหรับชิ้นงานจานฉาย (Hydromechanical Deep Drawing Die Design and Development for Light Reflector) โดย นาย สุวัฒน จีรเธียรนาถ (ศูนยเทคโนโลยีโลหะและวัสดุแหงชาติ) นาย กฤษดา ประภากร (ศูนยเทคโนโลยีโลหะและวัสดุแหงชาติ) เสนอ สถาบันเหล็กและเหล็กกลาแหงประเทศไทย 16 กันยายน 2553
Transcript of เสนอ - ISIT · 2010-11-16 · รูปที่ 1.4 – ลักษณะของป...
รายงานฉบับสมบูรณ
โครงการการพัฒนาและออกแบบแมพมิพขึน้รูปโลหะแผนดวยน้ําสําหรับชิ้นงานจานฉาย
(Hydromechanical Deep Drawing Die Design and Development for Light Reflector)
โดย
นาย สุวัฒน จีรเธียรนาถ (ศูนยเทคโนโลยีโลหะและวัสดุแหงชาติ)
นาย กฤษดา ประภากร (ศูนยเทคโนโลยโีลหะและวสัดุแหงชาติ)
เสนอ
สถาบันเหล็กและเหล็กกลาแหงประเทศไทย
16 กันยายน 2553
- 2 -
สารบัญ
บทที่ 1 – บทนํา
บทที่ 2 – การออกแบบแมพิมพขึ้นรูปโลหะแผนดวยน้ําสําหรับช้ินงานจานฉาย
2.1 การออกแบบหนาทีก่ารทํางานของแมพิมพ
2.2 การออกแบบความแข็งแรงของ Counter Pot
2.3 การออกแบบรายละเอียดของแมพิมพ
บทที่ 3 – การทดสอบคุณสมบัติของโลหะแผนดวย Hydraulic Bulge Test และ การทดสอบการดึง
3.1 การทดสอบดวย Hydraulic Bulge Test
3.2 การทดสอบดวย Tensile Test
บทที่ 4 – การจําลองเพื่อเปรียบเทียบชิ้นงานของบริษัทเจริญลาภกับชิ้นงานจานฉาย
บทที่ 5 – การจําลองเพื่อศึกษาพฤติกรรมของการขึ้นรูปชิ้นงานจานฉาย
5.1. การจําลองการขึ้นรูปโลหะแผนดวยน้ําสําหรับชิ้นงานจานฉาย
5.2 ลักษณะของแรงดันและแรงจับยึด
5.3 การศึกษาพฤตกิรรมการขึน้รูปโลหะแผนดวยน้ําสําหรบัชิ้นงานจานฉาย
5.4 การหาแรงดันและแรงจับยึดที่เหมาะสมในการขึ้นรูปชิน้งานจานฉาย
บทที่ 6 – การทดลองการขึ้นรูปชิ้นงานจานฉาย
6.1 การทดสอบการจําลองกับผลการทดสอบจริงเบื้องตน
6.2 การทดสอบแรงดันและแรงจับยึดที่เหมาะสมที่ไดการจาํลองกับผลการทดสอบจริง
บทที่ 7 – การวิเคราะหทางดานเศรษฐศาสตร
บทที่ 8 – สรุปผลการดําเนินงาน
- 3 -
บทที่ 1
บทนํา
ชิ้นงาน Light Reflector ของไฟสองสวางสวนใหญจะมีลักษณะรูปรางเปนแบบ Parabola ดัง
แสดงในรูปที่ 1.1 เพื่อใหการกระจายของลําแสงเปนไปในทิศทางตรง โดยไมมีการกระเจิงออกนอก
แนวทําใหไดแสงที่มีความสวางตามตองการโดยใชกําลังไฟท่ีนอยลง
รูปที่ 1.1 – ชิ้นงานรูปรางของ Reflector
ชิ้นงานรูปทรง Parabolic นั้นมีลักษณะเปนแบบ Taper สงผลใหการขึน้รูปดวยกระบวนการแบบดั้งเดิม
(Deep Drawing) ตองขึ้นรูปทั้งหมด 6 ขั้นตอนดังแสดงในรูปที่ 1.2 ดังนั้นในขอเสนอโครงการนี้
กระบวนการ Hydromechanical Deep Drawing (HMD) จึงถูกนํามาประยกุตใชเพื่อทําการขึ้นรูปถวย
ทรง Parabolic โดยอาศัยประโยชนจากแรงดันน้ํามาชวยยับยั้งการเกิดรอยยนบริเวณผนงั (Side wall
wrinkle; SWW) พรอมทั้งชะลอการเกิดการฉีกขาดใหชาลงได ซึ่งนาจะสงผลใหสามารถขึ้นรูปชิ้นงานนี้
ไดในขั้นตอนเดียวดวยแมพิมพชุดเดียว โดยชิ้นงานรูปถวยทรง Parabolic ที่ใชในงานวิจยันี้มีรูปรางและ
ขนาดแสดงดังรูปที่ 1.3 การขึ้นรูปดวยกระบวนการ HMD นั้นแรงดันน้ํา (Pressure) เปนปจจัยหนึ่งที่
สําคัญกลาวคือถาแรงดันน้ํามากเกินไปจะสงผลใหชิ้นงานเกิดผิวบาง (Thinning) หรืออาจจะฉกีขาดได
ในทางกลับกันถาแรงดนัน้ํานอยเกินไปชิ้นงานกจ็ะเกดิรอยยนที่ผนังได และปจจัยที่สําคัญอีกประการ
หนึ่งคือแรงจับยึด (Blank holder force; BHF) ถาแรงจับยึดมากเกินไปจะสงผลใหชิน้งานเกดิผิวบาง
หรืออาจจะฉีกขาดได ในทางตรงกันขามถาแรงดันน้ํานอยเกินไปชิ้นงานกจ็ะเกดิรอยยนที่ปก (Flange
- 4 -
wrinkle; FW) ได ดังนั้นลักษณะของแรงดันและแรงจับยึดจึงมีความสําคญัตลอดการขึ้นรูป โดยลักษณะ
ของปญหาในการขึ้นรูปถวยทรง Parabolic ดวยกระบวนการ HMD แสดงดังรูปที่ 1.4
รูปที่ 1.2 – การขึน้รูปชิ้นงานที่มีลักษณะเปนแบบ Taper ดวยกระบวนการแบบดั้งเดิมตองขึ้นรูปทั้งหมด
6 ขั้นตอน
Focus
(mm)
Width
(mm)
Height
(mm)
Blank Dia.
(mm)
Parabolic 20.0 178.89 100.00 320.00
รูปที่ 1.3 – รูปรางและขนาดของถวยทรง Parabolic
Focus H
Width
F
- 5 -
รูปที่ 1.4 – ลักษณะของปญหาในการขึน้รูปถวยทรง Parabolic ดวยกระบวนการ HMD
งานวิจัยนี้มีวัตถุประสงคดวยกัน 2 ขอ คือ
1. การออกแบบแมพิมพขึ้นรูปโลหะแผนดวยน้ําสําหรับชิ้นงานจานฉาย
2. การออกแบบลักษณะของเสนโคงความสัมพันธระหวาง Pressure และ Blank Holder Force
ที่ตองใชในการขึ้นรูปดวยน้ําของถวยทรง Parabolic
ในขั้นตอนแรกของงานวิจัยนี้จะมุงเนนในการออกแบบแบบแมพิมพเปนลําดับแรก
R=5
h=20
Steel: SPCC, t = 1, = 320
Stroke = 100+10+20
H R h
P
Sealing
BHF (kN)
Time
BBHHFF==??
3.02e-2 1e-2
2255
P (MPa)
Time
3
1e-2 3.02e-2
PMax= ?
- 6 -
บทที่ 2
การออกแบบแมพิมพขึ้นรูปโลหะแผนดวยน้ําสําหรับช้ินงานจานฉาย
2.1 การออกแบบหนาที่การทํางานของแมพิมพ
แมพิมพของกระบวนการขึ้นรูปแบบ HMD จะประกอบดวย สวนตางๆ ที่สําคัญ 3 สวนดวยกัน
คือ
1. Punch มีลักษณะเปนแทงเหล็กที่มีรูปรางเหมือนกับชิ้นงานที่เราตองการในที่นี้คือรูปทรง
Parabolic
2. Counter Pot เปนอางสําหรับเก็บกักน้ําพรอมกับเพิ่มแรงดันน้ําและรองรับการเคลื่อนที่ของ
Punch และ โลหะแผน ที่แทรกสอดเขามา Counter Pot สามารถใชไดกับ Punch หลากหลายรูปแบบที่มี
ขนาดไมใหญและลึกเกินกวาที่ออกแบบไว ดังนั้นกระบวนการขึ้นรูปโลหะแผนแบบ HMD จะประหยัด
การสราง Counter Pot ลงได
3. Binder หรือ Blank Holder เปนสวนที่จับยึดโลหะแผนใหเขากับ Die นอกจากนั้นยังทํา
หนาที่ในการควบคุมการไหลของโลหะแผนเขาสู Die รูปที่ 2.1 แสดงองคประกอบของแมพิมพแบบ
HMD
- 7 -
รูปที่ 2.1 – องคประกอบของแมพิมพหนึ่งชุด ดวยกระบวนการ HMD
2.2 การออกแบบความแข็งแรงของ Counter Pot
เนื่องจากวา Counter Pot เปนชิ้นสวนที่รองรับแรงดันน้ําเปนสวนใหญจึงพิจารณา
ความแข็งแรงเปนกรณีพิเศษ โดยกําหนดคาของแรงดันน้ําสูงสุดที่มากระทํากับ Counter Pot ที่ 500 Bars
(50 MPa) และ แรงจับยึดขนาด 100 Tons (1,000 kN) ดังแสดงในรูปที่ 2.2
ไดใชระเบียบวิธีไฟไนตเอลิเมนตชวยในการวิเคราะหความแข็งแรงของ Counter Pot พบวาการกระจาย
ตัวของคาVonMises Stress แสดงดังรูปท่ี 2.3 โดยมีคาสูงสุดอยูบริเวณรัศมีความโคงของอางมีคาเทากับ
143.2 MPa และมีคาการเคลื่อนตัวสูงสุดอยูบริเวณขอบในของปากอางดานบนมีคา 0.042 mm โดยวัสดุ
ที่ใชทําแมพิมพมีคา Yield อยูประมาณ 500 MPa สรุปวา Counter Pot ดังกลาวมีความแข็งแรงเพียงพอ
คือมีคา Factor of Safety ประมาณ 3.5
Punch
Binder
Binder Ring
Counter Pot Ring
Counter Pot
Seal
Water Tube
- 8 -
รูปที่ 2.2 – ลักษณะของภาระแรงที่มากระทํากับ Counter Pot
รูปที่ 2.3 – การกระจายตัวของความเคนบน Counter Pot
2.3 การออกแบบรายละเอียดของแมพิมพ
แสดงรูปรางและขนาดของแมพิมพดังรูปที่ 2.4 และเมื่อไปประกอบกับ Die Shoe และ
Guide Post ไดแสดงขั้นตอนการขึ้นรูปดังรูปที่ 2.5
Force 250,000 N (25 Ton)
P = 50 MPa
Fix at Bottom
Max. Stress = 143.2 MPa Max. Deform = 0.042 mm
- 9 -
รูปที่ 2.4 – รูปรางและขนาดของแมพิมพโดยละเอียด
- 10 -
รูปที่ 2.5 – ขั้นตอนการขึ้นรูปเมื่อนํามาตดิตั้งกับ Die Set
Step1 – Before insert blank Step2 – Insert blank
Step3 – Pre-bulge, Tooling stationary but pressure
active
Step4 – Forming
Step4 – Forming (Counter pot opened)
- 11 -
บทที่ 3
การทดสอบคุณสมบัติของโลหะแผนดวย Hydraulic Bulge Test และ การ
ทดสอบการดงึ
3.1 การทดสอบดวย Hydraulic Bulge Test
แบบรางของ Hydraulic Bulge Test แสดงไดดังรูปที่ 3.1 โดยกําหนดใหเสนผาศูนยกลางของ
แมพิมพ (Die) มีขนาดเทากับ 100 มิลลิเมตร และมีรัศมีของดายเทากับ 5 มิลลิเมตร การที่ให
เสนผาศูนยกลางของดายมีขนาดใหญเพื่อใหผลของ Bending Stress มีคานอย
phd
dc = 105.7 mm = 4.161"
td
t0
Rc = 6.35 mm = 0.25"
Rd
dsheet = 140 mm = 5.512" = constant
รูปที่ 3.1 – การรางแบบเพื่อเตรียมพรอมสําหรับ Hydraulic Bulge Test
Hydraulic Bulge Test (HBT) เปนการทดสอบเพื่อหาความสามารถในการขึ้นรูป (Formability)
ของวัสดุ โดยนําโลหะแผนมาขึ้นรูปเปนรูปโดมครึ่งทรงกลม โดยในขณะขึ้นรูป ชิ้นงานตองพยายาม
รักษารูปรางทรงกลมใหได พรอมกันนั้น Bending Stress ที่เกิดขึ้นจะตองมีคานอยมากหรือไมมีเลย
ดังนั้นเสนผานศูนยกลางของครึ่งทรงกลมควรมีขนาดใหญเมื่อเทียบกับความหนาของโลหะแผน
ขอสมมติฐานในการขึ้นรูปโดมจะตองเปนสวนของทรงกลมตลอดและไมมี Bending Stress
รวมถึง Stress ในแนวความหนา จึงใชทฤษฎีของ Membrane เขามาพิจารณา ดังแสดงในสมการที่ 1
D = 100mm
R=5mm
Chamber opening =D+2R = 110
400 mm
- 12 -
t
p
RR
2
2
1
1 (1)
โดยที่
1 และ 2 คือ คา Principle Stress ในแกนของพื้นผิว
R1 และ R2 คือ คารัศมีของทรงกลมที่เกิดขึ้นขณะขึ้นรูป
p คือ แรงดัน
t คือ คาความหนาบนยอดโดม
จากรูปรางที่เปนรูปทรงกลมอยางสมบูรณแบบทําใหรูปรางของ HBT เปน Axisymmetrtic สงผลให
= 1 = 2 และ R = R1 = R2 ทําใหสมการที่ (1) เปน
d
d
t
pR
2 (2)
โดยที่
คือ คา Principle Stress ในแกนของพื้นผิว
Rd คือ คารัศมีของทรงกลมที่เกิดขึ้นขณะขึ้นรูป
p คือ แรงดัน
td คือ คาความหนาบนยอดโดม
กรณีไมแรงจากภายนอกมากระทํากับโดมคาความเคนโดยเฉลี่ยท่ีเกิดขึน้บนผิวโดม ในแนวตั้งฉาก
(Average Normal Stress; n) แสดงดังสมการที่ (3)
ppn2
1)0(
2
1 (3)
คา Effective Stress สามารถคํานวณจาก Tresca’s Plastic Flow Criterion ดังนี ้
22
p
t
pR
d
dMinMax
(4)
- 13 -
สามารถจัดรูปใหมไดดังนี ้
1
2 d
d
t
Rp (5)
ในสวนของคา Effective Strain สามารถคํานวณจาก Hydraulic Bulge Test จากความหนาของโลหะ
แผน (Sheet Thickness) ไดดังนี ้
dt
t
tln 0 (6)
จากสมการที ่5 และ 6 ถาเราสามารถหาคา Rd, td ,t0 และ p ไดตลอดการขึ้นรูปจะทําใหเราสามารถหาคา
ความสัมพันธระหวางความเคนและความเครียด (Flow Curve) ได ซึ่งจะทําใหเราไดคา Flow Curve ที่คา
Strain มากกวา 25% โดยคา Rd สามารถหาไดจากสมการที่ 7 ดังนี ้
d
dcdcc
dh
hRhRd
R2
2)2
( 22 (7)
โดยที่
dc คือ คาเสนผาศูนยกลางของปากแมพิมพ
Rc คือ คารัศมี Fillet ของแมพิมพ
hd คือ ความสูงของโดมขณะขึ้นรูป
โดยคาความสูงของโดมขณะขึ้นรูปสามารถวัดไดจากเครื่องวัด Linear Variable Differential
Transformer (LVDT) สวนคา Pressure สามารถหาได Pressure Sensor ที่ติดตั้งบนแมพิมพ สวนคา
ความหนาที่ยอดโดมสามารถหาไดจากสมการที่ 8 ดังนี้
2
20
)2
(1
1
c
dd
d
htt (8)
หลังจากกําหนดรูปรางของแมพิมพไดจําเปนตองมีการทดสอบกอนวา แมพิมพที่ออกแบบไวสามารถ
ขึ้นรูปชิ้นงานรูปทรงกลมไดหรือไม ผานการจําลองดวยระเบียบวิธีไฟไนตเอลิเมนตแบบ Dynamic
Explicit ดวยโปรแกรม LS-Dyna
- 14 -
3.1.1 การกําหนดคาในการจําลอง
ทําการสรางรูปแบบไฟไนตเอลิเมนตของแมพิมพและโลหะแผน และกําหนดคาในการจําลอง
ดังรูปที่ 11 หลังจากนั้นทําการคาในการจําลอง ในสวนของ Tooling ถือวาเปนวัสดุแข็งเกร็ง จึงกําหนด
คุณสมบัติเปน Rigid Material โดยใช Material หมายเลข 20 ในโปรแกรม LS-Dyna สวนโลหะแผนนั้น
มีการเสียรูปและมีอิทธิผลของ Anisotropy จึงเลือกใช 3-Parameters Balat Material โดยใช Material
หมายเลข 36 ในโปรแกรม LS-Dyna และประเภทของเอลิเมนตแบบ Belytschko – T Say โดย
กําหนดใหมี Integration Point ตลอดความหนาเทากับ 5 การกําหนดแรงดันใหเริ่มหลังจากกระบวนการ
ปดพิมพ (Closing) สิ้นสุดลง โดยคอยๆ เพิ่มขึ้นแบบเสนตรงจนถึงที่แรงดัน 15 MPa หรือ 150 Bars ที่
เวลา 43 วินาที โดยขอบเขตของแรงดันที่กําหนดนั้นจะอยูภายใน Lock Bead เขามา เนื่องจากการ
คํานวณเปนแบบ Explicit การกําหนดเวลาในการจําลองตองนอยกวาความเปนจริง 1,000 เทา สงผลให
เวลาที่ใชในการทดลองจริงจาก 43 วินาทีเปน 0.043 วินาที ในเวลาคํานวณ ซึ่งเวลาที่ใชทั้งหมด
ประกอบดวยเวลาในการปดพิมพ 3 วินาที (0.003 s) และเวลาในการขึ้นรูป (Forming) 40 วินาที (0.040
s) โดยมีเงื่อนไขการสัมผัสแบบ Coulomb Friction และมีสัมประสิทธิแรงเสียดทานสถิตเทากับ 0.06
รูปที่ 3.2 – แบบการจําลองการทาํ HBT และการกําหนดคาในการจําลอง
BBHHFF:: LLoocckk BBeeaadd
06.0s
PPrreessssuurree:: 1155 NN//mmmm22 (150Bars)
Time Scaling = 1,000 Binder Vel. = 5,000 mm/s (5 mm/s) Closing Time = 0.003 s (3 s) Forming Time = 0.04 s (40 s) Total Time = 0.043 s (43 s)
t = 3.9e-7
Sheet Thickness = 0.8 mm
0.4
9.2 0.4
Time(s)
P (MPa) 15
0.003 0.043
- 15 -
3.1.2 ผลการวิเคราะหโลหะแผน SPCC
3.1.2.1 คาความสัมพันธระหวางแรงดนั (Pressure) กับ ความสูงโดม (Height)
กอนอื่นทําการพิจารณาความดันที่ทําใหโลหะแผนเกิดการฉีกขาด จากการจําลองพบวาที่เวลา
0.030135 s โลหะแผนเกิดการฉกีขาด เทียบไดกับความดันที่ 10.157 MPa ดังแสดงในรูปที ่3.3 หลังจาก
นั้นจึงทําหาความสัมพันธระหวางความสูงกับความดันที่อยูในชวงของความดันสูงสุดที่ทําใหชิ้นงานเกิด
การฉกีขาด ดังแสดงในรูปที่ 3.4
จากรูปที่ 3.4 พบวาความสัมพันธของแรงดัน กับ ความสูงโดม มีความสัมพันธทางคณิตศาสตร
แบบโพลีโนเมียนกําลังสองดังสมการ hhP 4163.00034.0 2 ที่ระดับความเชื่อมั่น 9813.02R
รูปที่ 3.3 – ความดนัสูงสุดที่ทําใหชิ้นงานเกิดการฉีกขาด
Time (s)
P (MPa)
15
0.003 0.043
0.030135
10.157
- 16 -
Height-Pressure y = -0.0034x2 + 0.4163x
R2 = 0.9813
0.00
2.00
4.00
6.00
8.00
10.00
12.00
14.00
0 10 20 30 40 50
Height (mm)
Pre
ss
ure
(M
Pa
)
รูปที่ 3.4 – ความสัมพันธระหวางแรงดัน (Pressure) กับ ความสูงโดม (Height)
3.1.2.2 คาความสัมพันธระหวางความหนาต่ําสุด กับ ความสูงโดม
ความสูงของโดมพิจารณาจาก Node สูงสุดของโดม สวนคาของความหนาพิจารณาเอลิเมนตที่มี
คาความหนานอยท่ีสุด ความสัมพันธระหวางความหนาต่ําสุด กับ ความสูงโดม แสดงดังรูปที่ 3.5
Height-Thickness y = -0.0003x2 - 0.0005x + 0.7983
R2 = 0.9996
0.00
0.10
0.20
0.30
0.40
0.50
0.60
0.70
0.80
0.90
0 10 20 30 40 50
Height (mm)
Th
ick
ne
ss
(m
m)
รูปที่ 3.5 – ความสัมพันธระหวางความหนาต่ําสุด กับ ความสูงโดม
Node ที่มีความสูงสูงสุด
Element ที่มีความหนาต่ําสุด
- 17 -
จากรูปที่ 3.5 พบวาความสัมพันธระหวางความหนาต่ําสุด กับ ความสูงโดม มีความสัมพันธทาง
คณิตศาสตรแบบโพลีโนเมียนกําลังสองดังสมการ 7983.00005.00003.0. 2 hhThicknessMin ที่
ระดับความเช่ือม่ัน 9996.02 R
3.1.2.3 คาความสัมพันธระหวาง Thinning สูงสุด กับ ความสูงโดม
ความสูงของโดมพิจารณาจาก Node สูงสุดของโดม สวนคาของ Thinning พิจารณาเอลิเมนตที่
มีคา Thinning มากที่สุด ความสัมพันธระหวาง Thinning สูงสุด กับ ความสูงโดม แสดงดังรูปท่ี 3.6
จากรูปที่ 3.6 พบวาความสัมพันธระหวาง Thinning สูงสุด กับ ความสูงโดม มีความสัมพันธ
ทางคณิตศาสตรแบบโพลีโนเมียนกําลังสองดังสมการ hhThinningMax 0811.00421.0. 2 ที่ระดับ
ความเช่ือม่ัน 9995.02 R
Height-Thinningy = 0.0421x
2 + 0.0811x
R2 = 0.9995
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
0 10 20 30 40 50
Height (mm)
Th
inin
g (
%)
รูปที่ 3.6 – ความสัมพันธระหวาง Thinning สูงสุด กับ ความสูงโดม
3.1.2.4 คาความสัมพันธระหวาง Effective Plastic Strain กบั ความสูงโดม
ความสูงของโดมพิจารณาจาก Node สูงสุดของโดม สวนคาของ Effective Plastic Strain
พิจารณาเอลิเมนตที่มีคา Effective Plastic Strain มากที่สุด ความสัมพันธระหวาง Effective Plastic
Strain สูงสุด กับ ความสูงโดม แสดงดังรูปท่ี 3.7
Node ที่มีความสูงสูงสุด
Element ที่มีคา Thinning มากที่สุด
- 18 -
Height-Eff.Plastic Strainy = 0.0007x
2 - 0.0018x
R2 = 0.9953
-0.10
0.00
0.10
0.20
0.30
0.40
0.50
0.60
0.70
0.80
0.90
1.00
0 10 20 30 40 50
Height (mm)
Eff
.Pla
sti
c S
tra
in
รูปที่ 3.7 – ความสัมพันธระหวาง Effective Plastic Strain กับ ความสูงโดม
จากรูปที่ 3.7 พบวาความสัมพันธระหวาง Effective Plastic Strain สูงสุด กับ ความสูงโดม มี
ความสัมพันธทางคณิตศาสตรแบบโพลีโนเมียนกําลังสองดังสมการ
hhStrainPlasticEff 0018.00007.0.. 2 ที่ระดับความเชื่อมั่น 9953.02 R
3.1.2.5 คาความสัมพันธระหวาง Strain Rate กับ ความสูงโดม
ความสูงของโดมพิจารณาจาก Node สูงสุดของโดม สวนคาของ Strain Rate พิจารณาเอลิเมนต
ที่มีคา Strain Rate มากที่สุด ความสัมพันธระหวาง Strain Rate สูงสุด กับ ความสูงโดม แสดงดังรูปที่
3.8
Node ที่มีความสูงสูงสุด
Element ที่มีคา Eff.
Plastic Strain มากที่สุด
- 19 -
Height-Strain Ratey = 0.026x
3 - 0.8334x
2 + 7.053x
R2 = 0.9239
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
0 10 20 30 40 50
Height (mm)
Str
ain
Rate
รูปที่ 3.8 – ความสัมพันธระหวาง Strain Rate กับ ความสูงโดม
จากรูปที่ 3.8 พบวาความสัมพันธระหวาง Strain Rate สูงสุด กับ ความสูงโดม มีความสัมพันธ
ทางคณิตศาสตรแบบโพลีโนเมียนกําลังสามดังสมการ hhhRateStrain 053.78334.0026.0. 23 ที่
ระดับความเช่ือม่ัน 9239.02 R
3.1.2.6 คาความสัมพันธระหวางแรงปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นตอแมพิมพสูงสุด กับ ความดัน
การปดพิมพเพื่อไมใหแมพิมพเปดออกตองพิจารณา แรงกระทําที่กระทํากับแมพิมพซึ่งเกิดจาก
แรงดันที่มากระทําโดยตรง จึงตองทําการหา ความสัมพันธระหวางแรงปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นตอแมพิมพ
สูงสุด กับ ความดัน แสดงดังรูปที่ 3.9
จากรูปที่ 3.9 พบวาแรงปฏิกิริยาสูงสุดที่เกิดขึ้นกับแมพิมพอยูที่ 508,724 N หรือประมาณ 51
ตัน
Node ที่มีความสูงสูงสุด
Element ที่มีคา Strain Rate มากที่สุด
- 20 -
Pressure-Z-Force
0
100000
200000
300000
400000
500000
600000
0 2 4 6 8 10 12
Pressure (MPa)
Fo
rce
(N
)
รูปที่ 3.9 – ความสัมพันธระหวาง แรงกระทําที่ทํากับแมพมิพ กับ ความดัน
3.1.2.7 คาความสัมพันธระหวาง ปริมาตรของโดม กับ ความสูง
การพิจารณาปริมาตรของน้ําที่เพ่ิมขึ้นเมื่อความสูงเพิ่มขึ้นเพื่อพิจาณาอัตราการไหลของน้ําจาก
ปมน้ํา ซ่ึงความสัมพันธระหวางปริมาตรของโดม กับ ความสูง แสดงดังรูปที่ 3.10
Height-Volumey = 4662.4x
R2 = 0.9995
-
50,000
100,000
150,000
200,000
250,000
0 10 20 30 40 50
Height (mm)
Vo
lum
e (
mm
3)
รูปที่ 3.10 – ความสัมพันธระหวาง ปริมาตรของโดม กับ ความสูง
- 21 -
จากรูปที่ 3.10 พบวาความสัมพันธระหวาง ปริมาตรของโดม กับ ความสูงโดม มีความสัมพันธ
ทางคณิตศาสตรแบบเสนตรงดังสมการ hVolume 4.4662 ที่ระดับความเช่ือม่ัน 9995.02 R
3.1.2.7 คาความสัมพันธระหวาง รัศมีของชิน้งานกับ ความสงู
ชิ้นงานในขณะขึ้นรูปจะมีรัศมีที่แตกตางกันคารัศมคีวามโคงเปนคาหนึ่งทีต่องทราบเพ่ือหาคา
Flow Curve ซึ่งความสัมพันธระหวางรัศมขีองชิ้นงานกับความสูง แสดงดังรูปที่ 3.11
Height-Dome Radiusy = 1348.7x-0.9311
R2 = 0.9962
0
100
200
300
400
500
600
700
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
Height (mm)
Rad
ius (
mm
)
รูปที่ 3.11 – ความสัมพันธระหวางรัศมีของช้ินงานกับความสูง
จากรูปที่ 3.11 พบวาความสัมพันธระหวาง ปริมาตรของโดม กับ ความสูงโดม มีความสัมพันธ
ทางคณิตศาสตรแบบยกกําลังดังสมการ 9311.07.1348 hRadius ที่ระดับความเช่ือม่ัน 9962.02 R
3.1.3 ผลการทดสอบโลหะแผน SPCC ดวย HBT
3.1.3.1 เครื่องจักรและอุปกรณ
เครื่องจักรและอุปกรณที่ใชในการทดสอบการขึ้นรูปโลหะแผนในครั้งนี้ ใชเครื่องปมไฮโดร
ลิกขนาด 200 ตัน พรอมกับเครื่องสรางแรงดันน้ํา (Pressure Intensifier) โดยแมพิมพดานบน
ประกอบดวยเครื่องวัดการเปล่ียนระยะเชิงเสนตรง (LVDT) และแมพิมพดานลางประกอบไปดวย อาง
น้ําพรอมท้ังเครื่องวัดความดันไดทําการติดตั้งเขาดวยกันบนเครื่องปม
- 22 -
รูปที่ 3.12 - แมพิมพดานบนติดตั้งกับ LVDT
รูปที่ 3.13 - อางน้ําดานลางติดตั้งกับเครื่องวัดความดัน
3.1.3.2 ขั้นตอนการทดสอบการขึ้นรูปโลหะแผน
- ทําการตดิตั้งเครื่อง
- ทําการทาน้ํามันที่แมพิมพดานบนและแมพิมพดานลาง โดยในการทาน้ํามันจะทําการทาเปน
วงกลม 1 รอบ
- นําเหล็กเกรด SPCC ที่ตัดเปนรูปส่ีเหลี่ยมจัตุรัส ขนาด 250250 มิลลิเมตรมาวางที่แมพิมพ
ดานลาง โดยวางใหตรงกับตําแหนง (Position Blank) ที่กําหนด ดังรูปที่ 3.14
- 23 -
รูปที่ 3.14 - นําเหล็ก ขนาด 250250 มิลลิเมตรมาวางที่แมพิมพดานลาง โดยวางใหตรงกับตําแหนง
(Position Blank)
- เริ่มทําการขึ้นรูปโลหะ โดยจะใชแรงดันน้ําในการทําใหโลหะเปล่ียนรูปรางครึ่งวงกลม ซึ่ง
ในขณะเดียวกันจะใชเครื่องวัดการเปลี่ยนระยะเสนตรง (LVDT) วัดความสูงของโดมที่
เปล่ียนแปลงไป โดยผลของความดันและความสูงของโดมจะถูกบันทึกไวในคอมพิวเตอร ดัง
รูปที่ 3.15
รูปที่ 3.15 - แสดงการทํางานของเครื่องขณะทําการขึน้รูป
- 24 -
- ทําการหยดุเครื่องเม่ือช้ินงานเกดิความเสียหายหรือเกิดการฉีกขาด ดังรูปที่ 3.16 และ ดังรูป
ที่ 3.17
รูปที่ 3.16 - แสดงการหยุดการทํางานของเครื่อง เมื่อชิ้นงานเกิดความเสียหาย
รูปที่ 3.17 – แสดงช้ินงานที่เกดิความเสียหาย
- 25 -
3.1.3.3 การบันทกึผลการทดสอบ
- การบันทึกแรงดันในอุปกรณวัดความดัน (Pressure Sensor) ดังรูปที่ 3.18 โดยเซ็นเซอรวัดแรงดัน
จะทําการวัดแรงดันเมื่อเครื่องเริ่มทําการขึ้นรูป และจะหยุดการบันทึกแรงดันเมื่อชิ้นงานเกิดความ
เสียหาย โดยจะมีการบันทึกขอมูลไวในคอมพิวเตอรซึ่งขอมูลที่ไดจะอยูในรูปของเวลาและความดันที่
เปล่ียนไป
รูปที่ 3.18 – เซ็นเซอรวัดแรงดัน
- การบันทกึความสูงของโดมโดยใช เครื่องวัดการเปลี่ยนระยะเสนตรง (LVDT) ในขณะขึ้นรูป
โลหะแผนจะสูงขึ้นเรื่อยๆ การวัดความสูงของโดมที่เปล่ียนแปลงไปเมื่อเทียบกับความดนัเปนส่ิงสําคัญ
ดังนั้น จึงมีอุปกรณสําหรับการวัดระยะทาง คือ เครื่องวดัการเปล่ียนระยะเสนตรง (Linear Variable
Differential Transformer; LVDT) ดังรูปที่ 3.19
รูปที่ 3.19 – ลักษณะของอุปกรณวัดความสูงของโดมขณะทําการข้ึนรูป
- 26 -
ซึ่งในการบันทึกขอมูลความสูงของโดมที่ เปลี่ยนแปลงไปจะถูกบันทึกไวในเครื่อง
คอมพิวเตอร
3.1.3.4 การตรวจสอบขอมูล
จากการทดสอบการขึ้นรูปโลหะแผนดวยแรงดันน้ํา (Hydraulic Bulge Test; HBT) ขอมูลที่ไดจา
การทดสอบการขึ้นรูปจะอยูในรูปของความสัมพันธระหวางเวลากับความดัน ดังรูปที่ 3.20 และ
ความสัมพันธระหวางเวลากับ LVDT ดังรูปที่ 3.21
กราฟความสัมพันธระวางเวลาและความดัน
-0.2
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
0 20 40 60 80 100
เวลา (วินาท)ี
ความ
ดัน
(V
olt
ag
e)
รูปที่ 3.20 – แสดงความสัมพันธระหวางเวลาและความดนั
- 27 -
กราฟความสัมพันธระหวางเวลากับ LVDT
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
0 20 40 60 80 100
เวลา (วินาท)ี
LV
DT
(V
olt
ag
e)
รูปที่ 3.21 – แสดงความสัมพันธระหวางเวลาและ LVDT
จากรูปที่ 3.20 และรูปที่ 3.21จะเห็นไดวากราฟทั้ง 2 เปนการแสดงชวงการขึ้นรูปทั้งหมด ซึ่ง
งานวิจัยนี้จะสนใจเพียงแคการขึ้นรูปในชวงพลาสติก เพราะฉะนั้นจึงตองทําการตัดขอมูลในชวงอื่นๆ
ออก ดังแสดงในรูปที่ 3.22 และรูปที่ 3.23
กราฟความสัมพันธระหวางความดันและเวลาในชวงพลาสติก
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
0 20 40 60 80 100
เวลา (วินาที)
ความ
ดัน
(V
olt
ag
e)
รูปที่ 3.22 - กราฟความสัมพันธระหวางเวลาและความดันในชวงพลาสติก
- 28 -
กราฟความสัมพนัธระหวางเวลาและ LVDT ในชวงพลาสติก
0
1
2
3
4
5
6
7
8
0 20 40 60 80 100
เวลา (วินาที)
LV
DT
(V
olt
ag
e)
รูปที่ 3.23 - กราฟความสัมพันธระหวางเวลากับ LVDT ในชวงพลาสติก
3.1.3.5 ผลการทดสอบ
Flow Curve
y = 662.81x0.1819
R2 = 0.9765
0
100
200
300
400
500
600
700
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9
Strain (mm/mm)
Str
ess (
MP
a)
รูปที่ 3.24 - กราฟความสัมพันธระหวางคาความเคนจริงและความเครียดจริงของตัวอยางที่ทําการ
ทดสอบ
- 29 -
นําคาความดันจากเครื่องวัดความดันและคาความสูงของโดมขณะทําการขึ้นรูปมาแทนคาใน
สมการ (5) - (8) ทําใหไดกราฟความสัมพันธระหวางความเครียดจริงและความเคนจริง หลังจากนั้น
นํามาทดสอบการเขากันไดกับสมการ Power Law ดังแสดงดังรูปที ่3.24
จากการทดสอบการเขากันไดพบวา ไดคา K = 662.81 MPa และคา n = 0.1619 ที่ระดับความ
เชื่อมั่น 0.9765 ไดทําการทดสอบจํานวน 30 ชิ้น และวิเคราะหการเขากันไดกับสมการ Power Law ถา
การทดสอบใดมีระดับความเช่ือม่ันของการเขากันไดต่ํากวา 0.95 จะไมนํามาพิจารณา จากการทดสอบ
ไดคา K เฉลี่ยเทากับ 664.082 MPa และคา n เฉลี่ยเทากับ 0.18
3.2 การทดสอบดวย Tensile Test
การทดสอบสมบัติทางกลของเหล็กแผนไดดําเนินการทดสอบตาม มาตรฐาน ASTM E8M-93
และทดสอบหาคุณสมบัติ r (Anisotropy) ของเหล็กแผนตามวิธีการของ ASTM E517 vol.01.03. (1993)
รูปที่ 3.25 ถึง 3.29 แสดงขั้นตอนอยางเปนลําดับ
1 นําเหล็กแผนที่ตองการทดสอบมาเตรียมชิ้นงานทดสอบ โดยใช Blanking Tooling ที่ออกแบบ
และสรางขึ้นในโครงการนี้ รูปที่ 3.25
2 ตัดเหล็กแผนตามแนวที่กําหนดในรูปที่ 3.26
3 ทดสอบดึงชิ้นงานที่เตรียมไวโดยทําการเก็บขอมูล ระยะยืดและแรงดึงที่ใช โดยใชเครื่องดึง
Instron ขนาด 10 ตัน รวมกับกลองวัดการคาความเครียด (Video Strain) ซึ่งสามารถวัดคา
ความเครยีดตามยาว (Axial) และ แนวขวาง (Transverse) ไปพรอมๆ กันดังแสดงในรูปที่ 3.27
ในสวนของชิ้นทดสอบตองทําการกําหนดจุดในแนวยาว 2 จุด และแนวขวาง 2 จุด เพื่อเปน
จุดอางอิงเริ่มตน
4 นําขอมูลที่เก็บไดจากการทดสอบมาวาดเสนความสัมพันธระหวางความเคนและความเครียด
ในชวงพลาสติก เพื่อคํานวณหาคา K และ n ดังแสดงในรูปที่ 3.28 และ เสนความสัมพันธ
ระหวางความเครียดในแนวขวางกับความเครียดตามความหนา เพื่อคํานวณหาคา r ดังแสดงใน
รูปที่ 3.29
- 30 -
รูปที่ 3.25 – แมพิมพตัดชิ้นงานทดสอบ
รูปที่ 3.26 – จํานวนและการวางตัวของชิ้นงานทดสอบ
- 31 -
รูปที่ 3.27 - ความสัมพันธระหวางความเคนและความเครยีดในชวงพลาสติก
Plastic
y = 508.71x0.1611
R2 = 0.9707
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35
Strain (mm/mm)
Str
ess (
MP
a)
รูปที่ 3.28 - การติดตั้งอุปกรณวัดระยะการยืดของเหล็กแผน
- 32 -
R-Value
y = 1.2589x
R2 = 0.981
-0.25
-0.2
-0.15
-0.1
-0.05
0
-0.18 -0.16 -0.14 -0.12 -0.1 -0.08 -0.06 -0.04 -0.02 0
Thickness Strain (mm/mm)
Wid
th S
tra
in (
mm
/m
m)
รูปที่ 3.29 - ความสัมพันธระหวางความเครียดในแนวขวางกับความเครียดตามความหนา
ในการทดสอบหาคา K และ n จะทดสอบเฉพาะในแนวรดี ซ่ึงไดคาเฉลี่ยของ K = 502.793 MPa และคา
n = 0.1634 การทดสอบคา r พบวาคา r ในแนวรีด (r00) มีคาเทากับ 1.2746 คา r ในแนว 45 องศา (r45) มี
คาเทากับ 1.2191 และคา r ในแนวตั้งฉากกับแนวรีด (r90) มีคาเทากับ 1.4099
- 33 -
บทที่ 4
การจําลองเพ่ือเปรียบเทียบชิ้นงานของบรษิัทเจริญลาภกับชิ้นงานจานฉาย
บริษัท เจริญลาภออโตพารท จํากัด และบริษัท วิเชียรไดนามิคส จํากัด เปนบริษัทที่เขารวม
โครงการ โดยมีชิ้นงานที่ทําการผลิตอยูเดิมเปน Light Reflector ของไฟสองสวาง ดังแสดงในรูปที่ 4.1
ซึ่งมีกระบวนการขึ้นรูปแบบ Deep Drawing ในขั้นตอนเดียว แตจําเปนตองใชโลหะแผนชนิดที่เหมาะ
สําหรับการขึ้นรูปลึก คือ SPCEN ซึ่งมีราคาสูง ทางบริษัทมีความสนใจที่จะศึกษาวามีกระบวนอะไรที่
สามารถขึ้นรูปชิ้นงานดังกลาวดวยวัสดุที่ถูกกวาอยางเชน SPCC ไดเพียงขั้นเดียว
รูปที่ 4.1 – ชิ้นงาน Reflector ที่ทางบริษัทผลิตอยูเดิม
4.1 การจําลองการขึ้นรูปช้ินงานของบริษัทดวยกระบวนการ Deep Drawing
เริ่มจากการจําลองการขึ้นรูปของชิ้นงาน Reflector ของบริษัทดวยวัสดุ SPCC ซึ่งเริ่มจากการทํา
สรางรูปแบบไฟไนตเอลิเมนตใหกับเครื่องมือตางๆ ไดแก พั้นช ดาย และแผนจับยึด หลังจากนั้นจึงทํา
การสรางรูปแบบไฟไนตเอลิเมนตใหกับโลหะแผน และกําหนดแรงจับยึดที่กระทําตอการขึ้นรูปเทากับ
20 ตัน ดังแสดงในรูปที่ 4.2
- 34 -
รูปที่ 4.2 – รูปแบบไฟไนตเอลิเมนตของชิ้นงาน Reflector ดวยกระบวนการ Deep Drawing
จากผลการจําลองคาความสามารถในการขึ้นรูป (Formability) ของชิ้นงาน Light Reflector ของบริษัท
ดวยกระบวนการ Deep Drawing พบวา ชิ้นงานเกิดการฉีกขาดบริเวณต่ํากวาจุดยอดของชิ้นงาน
เนื่องจากบริเวณที่เกิดการฉีกขาดมีการกระจายตัวของความเครียดหลักและรองเกินกวาเสน FLC ดังรูป
ที่ 4.3 และเมื่อพิจารณาผลลัพธการกระจายความหนา (Thickness) พบวาบริเวณที่ฉีกขาดเปนบริเวณที่
บางที่สุดซึ่งมีคาความหนาเพียง 0.0052 มิลลิเมตร ซึ่งหมายความวาชิ้นงานเกิดการฉีกขาดกอนถึง
ตําแหนงสูงสุด ดังรูปที่ 4.4
BHF = 50*4 kN
- 35 -
รูปที่ 4.3 – ผลการจําลองความสามารถในการขึ้นรูป (Formability) ของชิ้นงาน Reflector ดวย
กระบวนการ Deep Drawing
รูปที่ 4.4 – ผลการจําลองการกระจายความหนาของชิน้งาน Reflector ดวยกระบวนการ Deep
Drawing
Crack
อยูเหนือเสน FLC
ตําแหนงฉีกขาด
เสน FLC
- 36 -
4.2 การจําลองการขึ้นรูปช้ินงานของบริษัทดวยกระบวนการ Hydromechanical Deep
Drawing (HMD)
เริ่มจากการทําสรางรูปแบบไฟไนตเอลิเมนตใหกับเครื่องมือตางๆ ไดแก พั้นช ดาย และแผนจับ
ยึด โดยรูปแบบของดายจะเปนลักษณะของอางน้ําหรือดายแบบเปดแทน หลังจากนั้นจึงทําการสราง
รูปแบบไฟไนตเอลิเมนตใหกับโลหะแผน และกําหนดแรงจับยึดที่กระทําตอการขึ้นรูปเทากับ 20 ตัน
เหมือนกับกระบวนการ Deep Drawing แตมีการเพิ่มแรงดันน้ําแบบเสนตรงขนาด 27 MPa กระทําสวน
กับทิศทางการขึ้นรูป ดังแสดงในรูปที่ 4.5
รูปที่ 4.5 – รูปแบบไฟไนตเอลิเมนตของชิ้นงาน Reflector ดวยกระบวนการ Hydromechanical
Deep Drawing
BHF = 50*4 kN
Pressure = 27 MPa
- 37 -
จากผลการจําลองคาความสามารถในการขึ้นรูป (Formability) ของชิ้นงาน Light Reflector ของบริษัท
ดวยกระบวนการ Hydromechanical Deep Drawing พบวา ชิ้นงานไมเกิดการฉีกขาด เนื่องจากไมมี
ชิ้นงานใดมีการกระจายตัวของความเครียดหลักและรองเกินกวาเสน FLC ดังรูปที่ 4.6 และเมื่อพิจารณา
ผลลัพธการกระจายความหนา (Thickness) พบวาบริเวณที่บางที่สุดซึ่งมีคาความหนาถึง 0.8462
มิลลิเมตร ซึ่งหมายความวาชิ้นงานไมเกิดการฉีกขาด ดังรูปที่ 4.7
รูปที่ 4.6 – ผลการจําลองความสามารถในการขึ้นรูป (Formability) ของชิ้นงาน Reflector ดวย
กระบวนการ Hydromechanical Deep Drawing
เสน FLC
- 38 -
รูปที่ 4.7 – ผลการจําลองการกระจายความหนาของชิน้งาน Reflector ดวยกระบวนการ
Hydromechanical Deep Drawing
4.3 ชิ้นงานที่ใชสําหรับทํางานวิจัยเทียบกับชิ้นงานของบริษัท
รูปที่ 4.8 เปนการเปรียบเทียบรูปทรงชิ้นงาน Light Reflector ของบริษัทเทียบกับชิ้นงาน Light
Reflector ที่ทํางานในงานวิจัยนี้ พบวาชิ้นสวนที่ใชสําหรับทํางานวิจัยมีลักษณะที่หัวแหลมกวา พรอมทัง้
สวนลําตัวก็จะแคบกวาและสูงกวา ทําใหชิ้นงานที่ทํางานวิจัยมีการขึ้นรูปที่ยากกวาและทาทายกวา ใน
การขึ้นรูปดวยกระบวนการ Hydromechanical Deep Drawing
รูปที่ 4.8 – ชิ้นงานทีใ่ชสําหรับทํางานวิจยัเทียบกับชิ้นงานของบริษัท
Min Thickness = 0.8462 mm
CAP-Part
Research-Part
- 39 -
บทที่ 5
การจําลองเพ่ือศึกษาพฤติกรรมของการขึ้นรูปชิ้นงานจานฉาย
5.1. การจําลองการขึ้นรูปโลหะแผนดวยน้ําสําหรับชิ้นงานจานฉาย
รูปที่ 5.1 - รูปแบบไฟไนตเอลิเมนตของการขึ้นรูปชิน้งานรปูทรงพาราโบลา
ทําการสรางรูปแบบไฟไนตเอลิเมนตของแมพิมพและโลหะแผน และกําหนดคาในการจําลอง ดังรูปที่
5.1 หลังจากนั้นทําการคาในการจําลอง ในสวนของ Tooling ถือวาเปนวัสดุแข็งเกร็ง จึงกําหนด
คุณสมบัติเปน Rigid Material โดยใช Material หมายเลข 20 ในโปรแกรม LS-Dyna สวนโลหะแผนนั้น
มีการเสียรูปและมีอิทธิผลของ Anisotropy จึงเลือกใช 3-Parameters Balat Material โดยใช Material
หมายเลข 36 ในโปรแกรม LS-Dyna และประเภทของเอลิเมนตแบบ Belytschko – T Say โดย
กําหนดใหมี Integration Point ตลอดความหนาเทากับ 5 โดยขอบเขตของแรงดันที่กําหนดนั้นจะอยู
ภายใน Counter Pot Radius เขามา ในการขึ้นรูปพันชจะเคลื่อนที่ลงมาลึก 125 mm ดวยความเร็ว 6750
mm/s เนื่องจากการคํานวณเปนแบบ Explicit การกําหนดเวลาในการจําลองตองนอยกวาความเปนจริง
1,000 เทา สงผลใหเวลาที่ใชในการจําลองเปน 0.0302 วินาที ในเวลาคํานวณ ซึ่งเวลาที่ใชทั้งหมด
ประกอบดวยเวลาในการ Pre-Bulge 0.01 วินาที และเวลาในการขึ้นรูป (Forming) 0.0202 วินาที โดยมี
เงื่อนไขการสัมผัสแบบ Coulomb Friction และมีสัมประสิทธิแรงเสียดทานสถิตระหวางพันชกับโลหะ
Punch
Blank holder
Blank
Counter Pot 8000 elements, 8161 nodes
- 40 -
แผนเทากับ 0.12 และมีสัมประสิทธิแรงเสียดทานสถิตระหวาง Binder, Counter Pot กับโลหะแผน
เทากับ 0.06
5.2 ลักษณะของแรงดันและแรงจับยึด
ในการรูปพาราโบลาดวยกระบวนการ HMD ลักษณะของแรงดันที่มากระทําจะมีลักษณะเปน
เสนตรงและมีแรงจับยึดแบบคงที่ ดังแสดงในรูปที่ 5.2
รูปที่ 5.2 - ลักษณะของแรงดันและแรงจับยดึในการขึ้นรูปชิ้นงานรูปทรงพาราโบลา
5.3 การศึกษาพฤติกรรมการข้ึนรูปโลหะแผนดวยน้ําสําหรับช้ินงานจานฉาย
ในกระบวนการขึ้นรูปชิน้งานจานฉายรูปทรงพาราโบลานัน้ พบวามีพืน้ที่วางที่ไมถูกสนับสนนุ
โดยแมพิมพซ่ึงมีโอกาสในเกิดรอยยนบริเวณผนังขึน้ได โดยในขั้นตอนแรกโลหะแผนจะถูกเปาโปงขึ้น
ไปกอนหลังจากนั้น พัน้ชจะเคลื่อนที่ลงมาซ่ึงแรงจับยึดและแรงดันจะถูกควบคุมเพื่อใหไดชิน้งานที่ไม
เกิดความเสียหาย รูปที่ 5.3 ไดดังแสดงคุณลกัษณะของการขึ้นรูปถวยทรงพาราโบลาดวยวิธีการขึ้นรูป
โลหะแผนดวยน้ําแบบไฮโดรแมคแคนนิคอลดีปดอรอิ้ง
- 41 -
รูปที่ 5.3 – คุณลักษณะของการขึ้นรูปถวยทรงพาราโบลาดวยวิธีการขึ้นรูปโลหะแผนดวยน้ําแบบไฮโดร
แมคแคนนคิอลดีปดอรอิ้ง
กระบวนการขึ้นรูปชิ้นสวนจานฉายดวยน้ํา ไดทําการเลือกวิธีการขึ้นรูปโลหะแผนดวยน้ําแบบไฮโดร
แมคแคนนิคอลดีปดอรอิ้ง (Hydromechanical Deep Drawing; HMD) ซึ่งกระบวนการขึ้นรูปดังกลาว
สามารถแบงไดเปน 4 ขั้นตอนใหญดังรูปที่ 5.4
ขั้นตอนที่ 1 – เปนขั้นตอนของการเปาโลหะแผนใหโปงออกสวนทางกับการขึ้นรูป (Pre-Bulge)
ขั้นตอนของการเปาโลหะแผนใหโปงออกสวนทางกับการขึ้นรูปมีหนาที่อยู 2 หนาที่ คือ หนึ่ง
เปนการสรางแรงดันในชวงเริ่มตนของกระบวนการ กับ สองเปนการเปล่ียนสถานะความเคนของโลหะ
แผนรอบๆ ที่สัมผัสกับพั้นช เพื่อหลีกเลี่ยงปญหาดานการฉีกขาดและรอยยนในชวงเริ่มตน ปจจัยในการ
กําหนด Pre-Bulge คือ แรงดัน แรงจับยึด และความสูง โดยมากปจจัยทั้งสามจะถูกกําหนดเพื่อทําให
โลหะแผนเกิดชวง Plastic Strain ที่ 2-8%
ขั้นตอนที่ 2 – ขั้นตอนที่ทําใหชิ้นงานมีความหนาลดลง (Thin-Out)
ขั้นตอนนี้จะเริ่มจากการที่พั้นชเริ่มเคลื่อนที่ลงมาสัมผัสกับโลหะแผน ผลจากรูปรางที่เปนโดม
สัมประสิทธ์ิแรงเสียดทานระหวางพั้นชกับโลหะแผน แรงดัน และแรงจับยึด ทําใหโลหะแผนบริเวณที่
สัมผัสกับพั้นชถูกดึงรั้ง จึงทําใหบริเวณดังกลาวมีความหนาที่ลดลงอยางตอเนื่อง การควบคุม
กระบวนการผลิตเพื่อใหชิ้นงานสุดทายในตําแหนงที่หนานอยที่สุด ใหมีคามากที่สุด ในขั้นตอนนี้ตอง
พยายามรักษาแรงดันและแรงจับยึดใหใกลเคียงกับคาเริ่มตนของกระบวนการ Pre-Bulge ถามีการเพิ่ม
แรงดันในขั้นตอนนี้มากเกินไปชิ้นงานจะเกิดการฉีกขาดได ขั้นตอนนี้การไหลของโลหะแผนจะมีไม
Thin-Out Area
Side Wall Wrinkling Area
Flange Wrinkling Area
Blank Holder Blank Holder
Counter Pot Counter Pot
Punch
Blank
Draw-in
Support by pressure
- 42 -
รูปที่ 5.4 - ขั้นตอนการขึ้นรูปโลหะแผนดวยน้ําของชิ้นงานพาราโบลา
Blank Holder Blank Holder
Counter Pot Counter Pot
Stage 1 – Pre-Bulge
Blank Holder Blank Holder
Counter Pot Counter Pot
Stage 2 – Thin-Out
Blank Holder Blank Holder
Counter Pot Counter Pot
Stage 3 – Wrinkling
Blank Holder Blank Holder
Counter Pot Counter Pot
Stage 4 – Final
- 43 -
รูปที่ 5.5 - กลไกการเกิดรอยยน
รูปที่ 5.6 - กลไกการเกิดรอยยนบริเวณปก
Flange Wrinkle
Binder
Counter Pressure Pot
ชองวางที่มากพอ
BHF
P Normal Force
A
A’
ทิศทางการไหล
ของโลหะแผน
SYM
SYM
- 44 -
มากเนื่องจากพื้นที่โดมของขั้นตอน Pre-Bulge ชวยชดเชยใหโลหะแผนเขารูปกับพั้นชไดมากขึ้น
ขั้นตอนนี้จะสิ้นสุดเมื่อโลหะแผนเริ่มไหลเขาสู Counter Pressure Pot เร็วขึ้น
ขั้นตอนที่ 3 – ขั้นตอนที่ทําใหชิ้นงานเกิดรอยยน (Wrinkling)
ขั้นตอนนี้ เริ่มตนจากไหลของโลหะแผนเขาสู Counter Pot อยางรวดเร็ว ซึ่งเกิดการ
เปล่ียนแปลงเสนรอบวงที่มีขนาดใหญไปสูเสนรอบวงที่มีขนาดเล็กกวา เริ่มตั้งแตบริเวณขอบของโลหะ
แผนเขาสูบริเวณปก (Flange) และจากปกไปสูผนังถวย (Wall) ทําใหเกิด Compressive Stress ดังรูปที่
5.5 การกําจัด Compressive Stress ทําไดโดยการทําใหชิ้นงานตั้งแตปกจนถึงผนังมีความตึง (Stretching)
มากขึ้น ในกรณีที่เกิดรอยยนบริเวณปก (Flange Wrinkle) สามารถแกไดดวยการเพิ่มแรงจับยึด (Blank
holder force) ใหมากขึ้นเนื่องจากวาขณะเกิดรอยยนจะเกิดแรงตั้งฉากขึ้นในทิศสวนทางกับแรงจับยึด
ซึ่งถาแรงจับยึดไมมากพอรอยยนบริเวณปกจะมีขนาดใหญขึ้นเรื่อยๆ สงผลใหเกิดชองวางระหวาง
Binder กับ Counter Pressure Pot ขึ้น แสดงดังรูปที่ 5.6
ขั้นตอนที่ 4 – ขั้นตอนที่ทําอัดชิ้นงานใหเขากับรูปรางพันช (Re-strike)
ขั้นตอนนี้แรงจับยึดและแรงดันจะถูกเพิ่มขึ้นระดับหนึ่งเพื่อใหชิ้นงานมีขนาดใกลเคียงกับพันช
มากที่สุด
5.4 การหาแรงดันและแรงจับยึดที่เหมาะสมในการข้ึนรูปชิ้นงานจานฉาย
ในการหาคาแรงดันและแรงจับยึดที่เหมาะสมในที่นี้ไดกําหนดใหลักษณะของแรงดันเปนแบบ
เสนตรงและแรงจับยึดเปนแบบคงที่ ดังรูปที่ 5.7
โดยมีการกําหนดวัตถุประสงคของการขึ้นรูปใหไดคาความบางที่นอยที่สุดมากที่สุด โดยไมเกิดรอยยับ
ยนและการฉีกขาด
5.4.1 ขอกําหนดของขอบกพรองที่เกิดขึ้นกับชิ้นงานรูปทรงพาราโบลา
ชิ้นงานรูปทรงพาราโบลาที่ไดจากกระบวนการขึ้นรูปโลหะแผนดวยน้ํา จะพบลักษณะ
ของเสียหลักอยู 3 ลักษณะ คือ
1. การฉีกขาด (Crack)
2. รอยยนบริเวณปก (Flange Wrinkle)
3. รอยยนบริเวณผนัง (Side Wall Wrinkle)
- 45 -
รูปที่ 5.7 - ลักษณะของปญหาในการหาคาแรงดันและแรงจับยึดที่เหมาะสม
5.4.1.1 การฉีกขาด (Crack) โดยทั่วไปขอกําหนดของการฉีกขาดของชิ้นงานมีดวยกันหลายวิธี
เชนการใชแผนภาพ FLD หรือ FLSDs แตที่ภาคอุตสาหกรรมนิยมใชกันจะเปนคาความบาง
(Thinning) ในการขึ้นรูป ในงานวิจัยนี้ไดใชความบางเปนเกณฑในการฉีกขาด โดยทําการเทียบ
กับ FLD พบวาคาความบางที่มากที่สุดที่ทําใหชิ้นงานฉีกขาดประมาณ 40 % ดังรูปที่ 5.8
5.4.1.2 รอยยนบริเวณปก (Flange Wrinkle) ในขณะที่โลหะแผนไหลเขาสูอางน้ํา โลหะแผน
บริเวณปกจะเกิดการบีบอัด (Compressive) ถาคา Compressive Stress เกิดขึ้นมากพอจะทําให
ชิ้นงานบริเวณปกเกิดการโกงตัวขึ้น (Buckling) ถาแรงจับยึดไมมากพอการโกงตัวนี้ก็จะมากขึน้
และดันให Binder รอยขึ้น จนทําใหเห็นรอยยนไดชัดขึ้น โดยระยะหางระหวาง Binder และ
Counter Pot (Die) หรือเรียกวา Flange Wrinkle Amplitude (FAM) ที่มากกวา 5% ของความ
หนา จะสังเกตเห็นรอยยนบริเวณปกได ดังรูปที่ 5.9 ดังนั้นเกณฑถาโลหะแผนหนา 1 mm การ
เกิดรอยยนบริเวณปกจะมีคา FAM 1.05 mm
Punch
Blank holder
Blank
Counter Pot
Stroke
FBH
??
Stroke
P
??
- 46 -
รูปที่ 5.8 – คาความบางเทียบกับ FLD
รูปที่ 5.9 – เกณฑการวดัรอยยนบริเวณปก
Thinnest Area 40%
Crack allowance 1 = 0.39, 2 = 0.09 or Thinning = 40%
Crack area 1 = 0.39, 2 = 0.09
FAM = 1.05
Blank holder
Counter pot
- 47 -
5.4.1.3 รอยยนบริเวณผนัง (Sidewall Wrinkle) เกิดจากแรงตึงของโลหะแผนไมมากพอ
โดยเฉพาะบริเวณที่ชิ้นงานไมมี Tooling มาสนับสนุน ทําใหชิ้นงานบริเวณผนังเกิดการบีบอัด
(Compressive) ซึ่งถาแรงบีบอัดมากพอชิ้นงานบริเวณผนังจะเกิดรอยยนซึ่งสามารถวัดไดจาก
ระยะหางของโลหะแผนกับ Punch ซึ่งจะเรียกวาคา SW ดังรูปที่ 5.10 ถาคาความหนาของ
โลหะแผนบริเวณนี้มากกวา 5% จะสังเกตเห็นรอยยนบริเวณผนัง เนื่องจากวาการวิเคราะหดวย
ไฟไนตเอลิเมนตจะใช Mid-Surface ในกรณีที่โลหะแผนหนา 1 mm เกณฑที่จะเกิดรอยยน
บริเวณผนังจะมีคา SW 0.525
รูปที่ 5.10 – เกณฑการวดัรอยยนบริเวณผนัง
5.4.2 วิธีการคนหาคําตอบ
วิธีการคนหาแรงดันและแรงจับยึดที่เหมาะสม แสดงดังรูปที่ 5.11 หลังจากทําการกําหนด
เงื่อนไขการเกิดขอบกพรองแลว ไดทําการกําหนดวัตถุประสงคของการหาคําตอบคือใหไดความบางที่
นอยที่สุดมากที่สุด โดยไมเกิดการฉีกขาดและรอยยน ขั้นตอนตอมาคือการกําหนดชวงของคนหา
คําตอบโดยกําหนดใหแรงดัน (P) และแรงจับยึด (BHF) ดังนี้
Li P Ui ; 22.00 MPa P 40.00 MPa
Li BHF Ui ; 50,000 N BHF 260,000 N
SW = MAX (Distancei) Punch Surface
(Reference)
Part Midplane (FE Mesh)
fif
if
i zyx ReReRe ,,
Distancei (Perpendicular with tangent at
punch surface)
nodi
nodi
nodi zyx ,,Nodei
- 48 -
รูปที่ 5.11 – วิธีการคนหาแรงดนัและแรงจับยึดที่เหมาะสม
หลังจากนั้นจึงใชแบบแผน 2D-interval halving ในการกําหนด Neighborhood เพื่อทําการรันใน FEA
Simulation ดังแสดงในรูปที่ 5.12 คือทําการแบงพื้นที่รวมเปน 4 สวน และใชจุดกึ่งกลางเปนตัวแทนใน
การรัน หลังจากนั้นพิจารณาผลลัพธของขอบกพรองท้ัง 3 ประเภทที่เกิดจากการรันวาผลลัพธใดใหผล
ตอบท่ีดีที่สุด
Define constraints - No crack
- No wrinkle
Define crack and wrinkle criteria
Define search space
Create neighborhoods Pi , BHFi
FEA
Collect feasible points
Closed form equation by RSM
Optimal P and BHF
P/Pi < 5% or BHF/BHFi < 5%
2-D interval halving
Pold = 0, BHFold = 0
Check all solutions with constraints
No Yes
Feasible region definition
Criterion to determine the centers of the next search (Fig. 5.13)
Constraints from feasible region
Stop
- 49 -
รูปที่ 5.12 – แผนการสราง Neighborhoods แบบ 2D-interval halving
การพิจารณาผลลัพธใดดีที่สุดแสดงแบบแผนดังรูปที่ 5.13 ถามี Neighborhood ใดผานเกณฑทั้งหมดถือ
วา Neighborhood นั้นใหคาแรงดันและแรงจับยึดที่สามารถขึ้นรูปชิ้นงานไดดี (Feasible Solution) ซึ่งใน
การรันครั้งตอไปตองนําไป Neighborhood นี้ไปสราง Neighborhood ใหมดวย แตถา Neighborhood ทั้ง
4 ไมมี Neighborhood ผานทุกเกณฑ ใหพิจารณาดังตอไปนี้
เริ่มจากการใชลําดับการพิจารณาจากเกณฑความบางกอนโดยพิจารณาคาความบางที่ไดเทียบกับเกณฑ
ความบางที่เกิดการฉีกขาดคือ 40% จากสูตร (5-1)
Lim
Limi
Thin
ThinThinDefectThin (5-1)
ตอมาพิจารณาเกณฑการเกิดรอยยนบริเวณปก โดยทําการเปรียบเทียบคา FAM กับเกณฑ FAM ที่ทําให
เกิดรอยยนบริเวณปกคือ 1.05 จาดสูตร (5-2)
Lim
Limi
FW
FWFWDefectFW (5-2)
Pressure (MPa)
BHF (N)
BHFMin BHFAvg BHFMax
PMin
PMax
PAvg
Iteration 1
Iteration 2
Iteration 3 The best from iteration 1
NB1 NB3
NB2 NB4
- 50 -
ในลําดับสุดทายพิจารณาเกณฑการเกิดรอยยนบริเวณผนัง โดยทําการเปรียบเทียบคา SW กับเกณฑ SW
ที่ทําใหเกิดรอยยนบริเวณผนังคือ 0.525 จาดสูตร (5-3)
Lim
Limi
SW
SWSWDefectSW (5-3)
รูปที่ 5.13 – เกณฑตดัสินใจในการพิจารณาหา Neighborhood ที่ดีที่สุด
หลังจากทําการสราง Neighborhood ทั้งหมด 17 Neighborhoods จํานวน 3 Iterations จนถึงเงื่อนไขการ
หยุด ทําใหไดคา Feasible Solutions ท้ังหมด 9 คา นํามาพล็อตและสรางเปน Feasible Region ดังรูปที่
5.14
NB1 NB2 NB3 NB4
0DefectThin
0DefectFW
0DefectSW
The feasible solution and the centers of next search
The minimum thin defect is the representative to
comparing of the other defects to be the center of the next
search
No
Yes
Yes
Yes
No
No
The minimum FW defect is the representative to comparing of
the other defects to be the center of the next search
The minimum SW defect is the representative to comparing of
the other defects to be the center of the next search
Comparing values of all defects, the minimum is
chosen to be the center of next search
- 51 -
รูปที่ 5.14 – พื้นที่ท่ีไดผลตอบท่ีดี (Feasible Region)
นํา Feasible Region ที่ไดไปสราง Response Surface ดวยสมการที่ (5-4) เพื่อหาความสัมพันธของ
Thinning กับ แรงดัน (P) และแรงจับยึด (BHF)
1
1 11
2
10
k
i
k
ijjiij
k
jjjj
k
jjj xxxxy (5-4)
ไดสมการ Thinning สัมพันธกับ แรงดัน (P) และแรงจับยึด (BHF) ดังสมการที่ (5-5) และมีเงื่อนไข
ขอบเขตดังสมการที่ (5-7) – (5-10)
P.BHF101.39969-.3Thinning -4 0322575064080
2106 10020621088183 BHF.5PBHF.4 (5-6)
โดยที:่
P 29.875 (5-7)
BHF 63125 (5-8)
20 40 60 80 100 120 140 160
P -5.17429E-05BHF + 31.232
P 29.875
P -1.28571E-04BHF + 41.366
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
BHF (kN)
BHF 63125
Pressure (MPa)
- 52 -
P -1.28571E-04BHF + 41.366 (5-9)
P -5.17429E-05BHF + 31.232 (5-10)
คาพื้นผิวผลตอบโดยประมาณแสดงดังรูปที่ 5.15 คาแรงดนัและแรงจับยึดที่เหมาะสมสามารถหาไดดวย
วิธี Simplex ซ่ึงไดคา BHF ที่เหมาะสมเทากับ 63,125 N (1 ใน 4) และ P ที่เหมาะสมเทากับ 27.625 MPa
ซึ่งใหผลลัพธคาความบาง Thinning =33.21% (ไมขาด) FAM = 1.046 mm (ไมมีรอยยนบริเวณปก) และ
SW = 0.489 (ไมมีรอยยนบริเวณผนัง) ผลลัพธจากไฟไนตเอลิเมนตแสดงดังรูปที่ 5.16
รูปที่ 5.15 – พื้นที่ท่ีไดผลตอบท่ีดี (Feasible Region)
Pressure (MPa)
60 78
96 114
132
34
24.0 25.5
27.0 28.5
30.0
38
37
36
35
BHF (kN)
Th
inn
ing
(%
)
Min. Thinning 33.21%
- 53 -
รูปที่ 5.16 – การกระจายความหนาของชิ้นงานทีไ่ดจากคาแรงดันและแรงจับยึดที่เหมาะสม
Thinnest is 33.21%
BHF (kN)
Stroke
6633..112255
125 20
2255
P (MPa)
Stroke 3
20 125
27.625
- 54 -
บทที่ 6
การทดลองการขึ้นรูปชิ้นงานจานฉาย
6.1 การทดสอบการจําลองกับผลการทดสอบจริงเบื้องตน
6.1.1 การติดต้ังแมพิมพและทดสอบเบื้องตน
การติดตั้งแมพมิพ
หลังจากทําการออกแบบพิมพ และส่ังสรางแมพิมพจนแลวเสร็จ จึงนํามาติดตั้งเขากับเครื่องปม
ดังแสดงในรูปที่ 6.1
รูปที่ 6.1 – การตดิตั้งแมพิมพเขากับเครื่องปม
การวางโลหะแผนกลมใหอยูตําแหนงกึ่งกลางกับชุดแมพิมพจะทําไดยาก จึงไดจัดทําแผนไกดเพื่อเปน
การสะดวกในการจัดวาง แสดงดังรูปที่ 6.2 หลังจากนั้นทําการทดสอบการเคลื่อนที่ขึ้นลงของชุด
แมพิมพกับเครื่องปม โดยตําแหนงสุดทายของการขึ้นรูป ในขณะที่อางน้ําถูกยกขึ้น แสดงดังรูปที่ 6.3
- 55 -
รูปที่ 6.2 – การจดัวางตําแหนงของโลหะแผนกลม
รูปที่ 6.3 – ตําแหนงสุดทายของการขึน้รูป ในขณะที่อางน้ําถูกยกขึน้
6.1.2 การทดสอบแมพมิพแบบไมมีแรงดันน้ํา
การทดสอบนี้เพื่อทดสอบความสามารถในการขึ้นรูปของโลหะแผนวาสามารถขึ้นรูปชิ้นงาน
ทรงพาราโบลิกไดภายในสโตรกเดียวโดยไมมีน้ําไดหรือไม พบวาผลลัพธจากการทดลองจริงชิ้นงานฉกี
ขาดที่ความสูง 88.5 มม. และเกิดการ Buckle ใกลกับรัศมีปากอางน้ํา โดยมีเสนผานศูนยกลางสุดทายที่
Punch Binder
Blank
Guide
Binder
- 56 -
306 มม. ซึ่งผลลัพธดังกลาวใกลเคียงกับผลลัพธที่ไดจากการจําลองดวยระเบียบไฟไนตเอลิเมนต ดัง
แสดงในรูปที่ 6.4
รูปที่ 6.4 – ผลการขึ้นรูปชิ้นงานพาราโบลิกแบบไมมีแรงดนัน้ํา
89.8 mm
Crack
Buckle
88.5 mm
Buckle
306 mm 307.57 mm
- 57 -
6.1.3 การทดสอบแมพมิพแบบแรงดันน้ําคงที่และแรงจับยึดคงที่
เนื่องจากยังไมทราบถึงลักษณะของแรงดันและแรงจับยึดที่เหมาะสมในการขึ้นรูปชิ้นงานทรง
พาราโบลา ในเบื้องตนจึงไดทําการกําหนดลักษณะของพารามิเตอรทั้งสองแบบคงที่ โดยเลือกแรงจับยึด
ที่ 63,125 N ในการวิเคราะหหนึ่งในสี่ สวนในการทดสอบจริงจะใชแรงจับยึดเต็มอยูที่ 25.25 ตัน โดย
กําหนดใหแรงดันน้ําคงที่เทากับคาในการเปาโปง (Pre-Bulge) การทดสอบนี้มีวัตถุประสงคเพื่อกําหนด
คาที่ใชในการจําลองใหไดผลลัพธที่ใกลเคียงกับการทดสอบจริง จะไดนําไปสูการหาคาของแรงจับยึด
และแรงดันในขั้นตอนตอไป ซ่ึงผลการจําลองและผลการทดสอบไดแสดงดังรูปที่ 6.5-6.8
รูปที่ 6.5 - ภาพดานบนของชิ้นงานที่ขึน้รูปแรงจับยึด 63,125 N (เต็มเทากับ 25.25 ตัน) และแรงดันคงที ่
3 MPa
รูปที่ 6.6 - ภาพดานหนาของชิน้งานที่ขึน้รูปแรงจับยดึ 63,125 N (เต็มเทากับ 25.25 ตัน) และแรงดัน
คงที่ 3 MPa
289 mm
284.15 mm
288.5 mm
107 mm 105 mm
285 mm
- 58 -
รูปที่ 6.7 - ภาพเปรียบเทียบการเกดิรอยยนที่เกิดขึน้บนชิน้งานจากการทดสอบและการจําลอง
ผลการทดสอบพบวาชิ้นงานไดรับผลจากคุณสมบัติที่ไมเทากันทุกดาน (anisotropy) สงผลให
เสนผาศูนยกลางที่ส้ันที่สุดมีขนาด 285 mm และ เสนผาศูนยกลางที่ยาวที่สุดในแนว 45 ของเสนที่สั้นมี
ขนาด 289 mm ในขณะที่ผลการจําลองใหเสนผาศูนยกลางที่ส้ันที่สุดมีขนาด 284.15 mm และยาวที่สุดมี
ขนาด 288.5 mm โดยความสูงของช้ินงานที่ไดจากการทดสอบจริงมีความสูง 107 mm สวนการจําลองมี
ความสูง 105 mm และดวยคาพารามิเตอรที่กําหนดทั้งผลการทดสอบจริงและผลการจําลองแสดงถึงการ
เกิดรอยยนที่ผนังอยางชัดเจน ผลจากการจําลองจะไมแสดงรอยยนบริเวณปกแตการทดสอบจริงจะพบ
รอยยนบริเวณปกเพียงเล็กนอย
รูปที่ 6.8 - ภาพผาครึ่งของชิ้นงานจากการทดสอบจริง
Side wall wrinkle
Flange wrinkle No flange wrinkle
- 59 -
Thickness Comparison
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
0 50 100 150 200 250
Curvilinear (mm)
Th
ick
ne
ss
(m
m)
FEM
Experiment
รูปที่ 6.9 – คาเปรียบเทียบการกระจายตวัของความหนาตลอดความยาวของชิ้นงานระหวางการทดสอบ
จริงกับการจําลอง
รูปที่ 6.9 แสดงผลการเปรียบเทียบการกระจายตัวของความหนาตลอดความยาวของชิ้นงาน
ระหวางการทดสอบจริงกับการจําลองซึ่งสอดคลองกันและมีคาความหนาที่นอยที่สุดอยูหางจาก
จุดสูงสุดที่ 25 mm
สามารถทําการสรุปไดวาคาพารามิเตอรตางๆ ที่กําหนดในการจําลองมีสภาวะใกลเคียงกับการ
ทดสอบจริง ดังนั้นในการหาคาแรงจับยึดและแรงดันที่เหมาะสมจะใชเงื่อนไขการจําลองนี้ทําการ
วิเคราะหหา
6.2 การทดสอบแรงดันและแรงจับยึดที่เหมาะสมทีไ่ดการจําลองกับผลการทดสอบจริง
ในการทดสอบแรงดันและแรงจับยึดที่ เหมาะสมพบวาแรงดันที่ไดจากเครื่อง Pressure
Intensifier แสดงดังรูปที่ 6.10 แรงดันที่ไดจะมีลักษณะคลายเสนตรงแตไมเปนเสนตรงเหมือนกับใน
Simulation นอกจากนั้นลักษณะของแรงจับยึดที่ไดจากเครื่องมีลักษณะแสดงดังรูปที่ 6.11 ซึ่งไมได
ลักษณะเปนเสนตรงคงที่เหมือนใน Simulation
- 60 -
0
0.5
1
1.5
2
2.5
0 20 40 60 80 100Time
Pre
ssu
re (
x1
0M
Pa)
รูปที่ 6.10 – ลักษณะแรงดันที่ไดจากเครื่อง Pressure Intensifier
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
0 100 200 300 400 500 600
Ram Stroke (mm)
BH
F (
To
n)
รูปที่ 6.11 – ลักษณะแรงจับยดึที่ไดจากเครื่อง Press
- 61 -
ผลลัพธจากการทดสอบแสดงดังรูปที่ 6.12
รูปที่ 6.12 – ชิ้นงานที่ไดจากแรงดันและแรงจับยดึที่เหมาะสม
จากชิ้นงานที่ไดยังพบรอยยนบริเวณผนังและรอยยนบริเวณปกเพียงเล็กนอย ซึ่งอาจจะมาจากแรงดัน
และแรงจับยึดที่ไมไดอยางที่ตองการ นอกจากนั้นสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานก็เปนปจจัยที่ยากที่จะ
ควบคุมได ทําใหผลลัพธท่ีไดไมตรงกับผล Simulation มากนัก
รอยยนบริเวณปก
รอยยนบริเวณผนัง
- 62 -
บทที่ 7
การวิเคราะหทางเศรษฐศาสตร
กระบวนการเดิม กระบวนการใหมตนทุนการผลิต Deep Drawing Process หนวย (วินาที) Hydromechanical Deep Drawing หนวย (วินาที)
1. drawing step 1 40 1. hydroforming 120
2. drawing step 2 40 2. post part dry/clean 90
3. drawing step 3 40
4. drawing step 4 40
5. drawing step 5 40
หนวย ( - ) หนวย ( - )
* Production Lead Time (sec/part) 40 * Production Lead Time (sec/part) 120
* Production cap. (parts/work shift) 720 240
ตนทุนเครื่องจักร Deep Drawing Process หนวย (ล.บ.) Hydromechanical Deep Drawing หนวย (ล.บ.)
1. 60 Ton press 0.6 1. Pressure Intensifier and Controller 3.5
2. 60 Ton press 0.6 2. BHF control system 2
3. 60 Ton press 0.6 3. 200 Ton hydrualic press (1 M/C) 2
4. 60 Ton press 0.6
5. 60 Ton press 0.6
หนวย (ล.บ.) หนวย (ล.บ.)
* Total initial M/C cost 3 * Total initial M/C cost 7.5
ตนทุนพื้นที่โรงงาน Deep Drawing Process หนวย (ตารางเมตร) Hydromechanical Deep Drawing หนวย (ตารางเมตร)
1. Transfer press line (5x 60 ton presses) 45 1. 1x200 ton press 16
2. Pressure Intensifer and controller 4
หนวย (ตารางเมตร) หนวย (ตารางเมตร)
* Total plant area occupied 45 * Total plant area occupied 20
ตนทุนกระบวนการ Deep Drawing Process หนวย (ล.บ.) Hydromechanical Deep Drawing หนวย (ล.บ.)
1. 5 Deep Drawing die setS 1 1. 1 HMD die set 0.2
2. Electric X1 2. Electric X1
3. Lubricant X2 3. Water/Antirust solution/Lubricants ~ X2
4. Blank material X3 4. Blank material X3
หนวย (ล.บ.) หนวย (ล.บ.)
* Total processing cost 1 (+X) 0.2 (+X)
ตนทุนแรงงาน Deep Drawing Process (บาท/วัน) Hydromechanical Deep Drawing (บาท/วัน)
1. worker (on each press) x 5 1000 1. worker (on each press) x 1 200
หนวย ( - ) หนวย ( - )
* labor cost per part (baht/part) 1.39 * labor cost per part (baht/part) 0.83
กระบวนการเดิม กระบวนการใหมDeep Drawing Process Hydromechanical Deep Drawing
ตนทุนการผลิต better
ตนทุนเครื่องจักร better
ตนทุนพื้นที่โรงงาน better
ตนทุนกระบวนการ better
ตนทุนแรงงาน better
รูปที่ 7.1 – ตารางวิเคราะหและตารางสรุปผลการเปรียบเทยีบทางเศรษฐศาสตรของทั้งสองกระบวนการ
ผลิตชิ้นสวนจานฉาย
- 63 -
ในบทนี้จะกลาวถึงการเปรียบเทียบความคุมทุนทางเศรษฐศาสตร ในการประยุกตใช
กระบวนการผลิตทั้งสองวิธี การขึ้นรูปจานฉายจากเหล็กแผนโดย 1. การลากขึ้นรูปลึก (Deep Drawing
Process) 2. การลากขึ้นรูปลึกดวยน้ําอัดความดันสูง (Hydromechanical Deep Drawing Process) ดังที่ได
สรุปไวในรูปที่ 7.1 จากที่ไดอธิบายไปแลวในบทตนๆถึงความแตกตางทางดานเทคโนโลยี และคุณภาพ
ของชิ้นงานที่ไดจากกระบวนการทั้งสอง รูปที่ 7.2 ไดสรุปขอแตกตางเหลานี้ไวดังตอไปนี้
Deep Drawing Process Hydromechanical Deep Drawing Process
1. ขึ้นรูปไดแตตองใชแมพิมพมากกวาหนึ่งชุด 1. ขึ้นรูปไดโดยใชแมพิมพเพียงชุดเดียว
2. ผิวของชิ้นงานอาจมีรอย (shock line, ขีดขวน) 2. ผิวของชิ้นงานสวยไมมีรอย
3. ไ มสาม าร ถ ใช ขึ้น รูป ได ห าก เห ล็ก แผ น มี
ความสามารถในการขึ้นรูปต่ํา
3. สามารถใชขึ้นรูปชิ้นงานที่เหล็กมีความสามารถ
ในการขึ้นรูปต่ําได
4. ไมตองการอุปกรณพิเศษเพิ่มเติม 4. ตองการ Pressure Intensifier และ blank holder
force control system
5. ควบคุมพารามิเตอรในการขึ้นรูปตัวเดียว (ขนาด
แรงหนีบ BHF)
5. ควบคุมพารามิเตอรในการขึ้นรูปสองตัว (ความ
ดันน้ํา PRESSURE และแรงหนีบ BHF)
รูปที่ 7.2 – ตารางเปรียบเทียบเทคโนโลยีของทั้งสองกระบวนการผลิตชินงานจานฉาย
จากผลการวิเคราะหเชิงเศรษฐศาสตรในแงตาง ดังรูปที่ 7.1 พบวาจุดเดนของกระบวนการผลิต
Hydromechanical Deep Drawing เหนือกระบวนการผลิต Deep Drawing คือ
ตนทุนกระบวนการผลิตตอจํานวนชิ้นงานจานฉายถูกกวา โดยมีสาเหตุหลักมาจากใน
กระบวนการผลิตแบบ HMD นั้นตองการแมพิมพเพียงชุดเดียวเทานั้น ในขณะที่ Deep Drawing
ตองการชุดแมพิมพถึง 5 ชุด
ตนทุนแรงงานตอจํานวนชิ้นงานจานฉายถูกกวา โดยมีสาเหตุมาจากจํานวนของคนงานที่
ตองการมีเพียงคนเดียวเพื่อท่ีจะควบคุมแมพิมพและเครื่องสรางความดันน้ํา
ตนทุนพื้นที่โรงงานมีราคาถูกกวา โดยมีสาเหตุมาจาก HMD ตองการเครื่องปมขึ้นรูปขนาด 200
ตันเพียงตัวเดียวเทานั้น ในขณะที่ Deep Drawing Process ตองใชเครื่องปมขนาดเล็กกวา 60 ตัน
เปนจํานวนถึง 5 เครื่องดวยกัน ดังนั้นพื้นที่โรงงานที่จําเปนตองเพื่อการตั้งลายการผลิตนั้นจึง
นอยกวา
ถึงอยางไรก็ตามกระบวนการ HMD นั้นก็มีขอดอยในเรื่องของเงินลงทุนเริ่มตน ที่ตองลงทุน
จัดสราง หรือจัดซื้อเครื่องสรางน้ําอัดความดัน (pressure intensifier) และระบบควบคุมแรงหนีบ (blank
holder force control system)
- 64 -
บทที่ 8
สรุปผลการดําเนินงาน
จุดประสงคหลักของโครงงานวิจัยพัฒนาและออกแบบแมพิมพขึ้นรูปโลหะแผนดวยน้ําสําหรับ
ชิ้นงานจานฉาย นี้คือ
1. ออกแบบแมพิมพขึ้นรูปโลหะแผนดวยน้ําสําหรับช้ินงานจานฉาย
2. ออกแบบลักษณะของเสนโคงความสัมพันธระหวาง Pressure และ Blank Holder Force ที่
ตองใชในการขึ้นรูปดวยน้ําของถวยทรง Parabolic
โดยมีบริษัทรวมโครงการสองแหงคือ บริษัท เจริญลาภออโตพารท จํากัด และบริษัท วิเชียรไดนามิคส
ทางทีมผูวิจัยไดศึกษากระบวนการขึ้นรูปเหล็กแผนดวยน้ําอัดความดันสูง (Hydromechanical Deep
Drawing Process) ซึ่งเปนกระบวนการผลิตที่คอนขางใหมสําหรับประเทศไทย มาประยุกตทดแทนการ
ขึ้นรูปชิ้นงานจานฉายของบริษัท เจริญลาภออโตพารท จํากัด ซึ่งเดิมใชการขึ้นรูปแบบ Deep Drawing
Process โดยทางทีมวิจัยไดดําเนินการศึกษาทุกขั้นตอนตั้งแต สมบัติทางกลที่เหมาะสมของเหล็กแผน
การออกแบบแมพิมพ การออกแบบพารามิเตอรที่ใชในการขึ้นรูปชิ้นงาน และการทดสอบการขึ้นรูปจริง
ผลงานหลักๆที่ไดจากโครงงานวิจัยในครั้งนี้สามารถสรุปไดเปนขอๆดังตอไปนี้
ชิ้นงานจานฉายที่ทางบริษัทรวมวิจัย เจริญลาภออโตพารท จํากัด มีลักษณะเปนโดมครึ่งทรงกลม
ที่ไดนํามาเปน case study นั้นพบวาดวยกระบวนผลิตเดิม (Deep Drawing 1 step) ทางบริษัท
จําเปนตองใชเหล็กแผนเริ่มตนเกรดสูง (SPCEN) ที่มีความสามารถในการขึ้นรูปที่สูงที่สุดและ
ราคาสูง จึงจะสามารถขึ้นรูปชิ้นงานจานฉายนี้ได
จากการศึกษาดวยการวิเคราะห FEA ดวยกระบวนการผลิตแบบใหม (Hydromechanical Deep
Drawing) ชิ้นงานจานฉายเดียวกันนี้ของบริษัทสามารถขึ้นรูปได โดยใชเหล็กแผนเริ่มตนที่มีเกรด
ต่ํา ราคาถูกสุดได (SPCC) กระบวนการผลิตแบบ HMD นี้มีขอดีที่สามารถใชขึ้นรูปเหล็กแผนที่มี
ความสามารถในการขึ้นรูปต่ําๆได
ชิ้นงานจานฉายของบริษัทรวมวิจัย วิเชียรไดนามิคส มีลักษณะคลายโดมทรงพาลาโปลิกที่มีความ
ยากในการขึ้นรูปมากกวา ชิ้นงานจานฉายจากบริษัทรวมวิจัย เจริญลาภออโตพารท จํากัด ไดถูก
นํามาศึกษาเปนอีกหนึ่ง case study ในโครงการนี้เพื่อศึกษาขอดีและขอเสียของกระบวนการ
HMD อยางละเอียด
ทางทีมวิจัยไดดําเนินการทดสอบหาสมบัติทางกลของเหล็กแผนที่ใชในโครงการ โดยใชการ
ทดสอบแบบ Hydraulic Bulge Test (HBT) ที่สามารถใช flow stress curve ที่เหมาะสมสําหรับ
การขึ้นรูปแบบ Hydroforming เพื่อนําไปใชในการจําลองการขึ้นรูปที่แมนยํา
- 65 -
โปรแกรม DYNAFORM ไดถูกนํามาใชในการจําลองกระบวนการขึ้นรูปชิ้นงานจานฉายนี้เพื่อ
ออกแบบ 1. แมพิมพ HMD ที่แข็งแรงเพียงพอและเหมาะสม 2. ขนาดของพารามิเตอรที่
เหมาะสมเพื่อใชในการควบคุการขึ้นรูปแบบ HMD (water pressure และ blank holder force)
สามารถขึ้นรูปชิ้นงานจานฉายดวยกระบวนการ HMD ไดดวยการทดลองการขึน้รูปจริง และ
พบวาชิ้นงานที่ไดมีคณุภาพพอใช หากแตยังมีปญหารอยยน (sidewall wrinkle) เล็กนอยท่ีบริเวณ
โคนของชิน้งาน โดยมีสาเหตุหลักเนื่องมาจากอุปกรณสรางและควบคุมความดนัของน้ํายังไม
สามารถควบคุมเสนโคงแรงดันที่แปรผนัตามระยะสะโตรกตามที่ออกแบบไวไดอยางแมนยํา
ทางทีมวิจัยไดดําเนินการวิเคราะหเปรียบเทียบทางเศรษฐศาสตรเบื้องตน เพื่อศึกษาความคุมคา
ของการลงทุนในการนํากระบวนการผลิตแบบ HMD นี้ไปใชทดแทนกระบวนการผลิตเดิมแบบ
Deep Drawing
