Pp2

Simultaneous Optimization of The Initial Blank Shape and Blank Holder Force in Deep Drawing

Process

การคำ�านวณรปร�างชิ้��นงานเร��มต้�นและแรงกดยึ�ดชิ้��นงานที่��เหมาะสมที่��ส�ดในกระบวนการลากขึ้��นรปล�ก เพื่%�อลดคำวามสญ

เส�ยึว(สด�

DR. JIRASAK SRIRATASSOC.PROF.DR.PONGPHAN KAEWTATHIP

กระบวนการลากขึ้��นร ปล�ก จะใช้�แผ่�นโละเร��มต้�นจากแผ่�นเหล�กร�ดร�อนหร!อแผ่�นเหล�กร�ดเย็�น มาทำ$าการต้%ดให�ได�ขึ้นาดต้ามทำ��ต้�องการ ซึ่��งส่�วนมากจะใช้�ว%ส่ด*เหน�ย็ว ทำ��ม�ความส่ามารถในการย็!ดต้%วได�ด� และขึ้��นร ปด�วย็แม�พิ�มพิ.ลากขึ้��นร ปล�ก เพิ!�อให�ได�ร ปร�างขึ้องผ่ล�ต้ภั%ณฑ์.

บที่ที่�� 1 บที่น�า

ทำ��มา : http://metallurgyfordummies.com/deep-drawing

ร ปทำ�� 1.4 ภัาพิต้%วอย็�างผ่ล�ต้ภั%ณฑ์.ทำ��ผ่ล�ต้จากกระบวนการลากขึ้��นร ปล�ก


ร ปทำ�� 1.5 ภัาพิต้%วอย็�างผ่ล�ต้ภั%ณฑ์.ทำ��ผ่ล�ต้จากกระบวนการลากขึ้��นร ปล�กทำ��มา : http://eng.sut.ac.th/metal/images/stories/pdf/p1-

12_5_deepdraw_SUT.pdf

ร ปทำ�� 1.3 กระบวนการลากขึ้��นร ปล�ก (Deep Drawing Process)


กระบวนการลากขึ้��นร ปล�ก เป2นกระบวนการขึ้��นร ปโลหะ โดย็ทำ��แผ่�นช้��นงานจะถ กแรงกระทำ$าจาก พิ%นช้. กดลงไปใน ดาย็ ให�ม�ร ปร�างเป2นหล*มลงไป

โดย็แม�พิ�มพิ.จะม�องค.ประกอบหล%กอย็ � 3 ช้��นส่�วน ค!อ

1 .พิ%นช้.(Punch)2. ดาย็(Die)3. แผ่�นจ%บช้��นงาน(Blank Holder

Plate)

Blank Holder Plate

Blank Holder Plate

ทำ��มา:http://www.doitpoms.ac.uk/tlplib/metal-forming-2/other_processes.php


1.1 ที่��มาและคำวามส�าคำ(ญ จากภัาวะว�กฤต้�เศรษฐก�จขึ้องประเทำศในป7จจ*บ%น ประกอบก%บการแขึ้�งขึ้%นในอ*ต้ส่าหกรรมการขึ้��นร ปโลหะแผ่�น(Sheet metal forming)ทำ��เขึ้�มขึ้�นขึ้��น ส่�งผ่ลให�ผ่ �ประกอบการต้�องแขึ้�งขึ้%นก%นมากขึ้��นด�วย็ ซึ่��งการลดต้�นทำ*นและเวลาในการผ่ล�ต้จ�งเป2นป7จจ%ย็ส่$าค%ญในการแขึ้�งขึ้%น และว�ธี�หน��งซึ่��งส่ามารถน$ามาใช้�เพิ��มศ%กย็ภัาพิในการแขึ้�งขึ้%นค!อ การประย็*กต้.ใช้�ไฟไนต้.เอล�เมนต้.ในการออกแบบและว�เคราะห.ก�อนการผ่ล�ต้ช้��นงานจร�ง

ร ปทำ�� 1.1 ภัาพิช้��นงานทำ��ใช้�แผ่�นโลหะเร��มต้�นเก�นความจ$าเป2นทำ��มา: http://www.thomasnet.com/articles/custom-manufacturing-fabricating/

deep-drawing

ด�วย็เหต้*ด%งกล�าวจ�งทำ$าให�เก�ดแนวค�ด ในการศ�กษาการขึ้��นร ปโลหะแผ่�น โดย็การประย็*กต้.ใช้�ว�ธี�ไฟไนต้.เอล�เมนต้.ก%บการลากขึ้��นร ปล�ก (Deep drawing) เพิ!�อช้�วย็ ลดความส่ ญเส่�ย็ว%ส่ด*ได�อย็�างม�ประส่�ทำธี�ภัาพิ

Keywords: Deep-Drawing, Sheet Metal Forming, Finite Element Method, Forming Limit Diagrams, Variable Blank Holder Force


ทำ��มา:http://metallurgyfordummies.com/deep-drawing/

ร ปทำ�� 1.2 ล%กษณะงานลากขึ้��นร ปทำ��เก�ดขึ้��นในร ปแบบต้�างๆ


1.2 ว(ต้ถุ�ประสงคำ*ขึ้องงานว�จั(ยึ1.2.1 เพิ!�อศ�กษาการประย็*กต้.ใช้�ว�ธี�ไฟไนต้.เอล�เมนต้.ก%บงานลากขึ้��นร ปล�ก 1.2.2 เพิ!�อลดความส่ ญเส่�ย็ว%ส่ด*ในกระบวนการลากขึ้��นร ปล�ก

1.3 ขึ้อบเขึ้ต้งานว�จั(ยึ1.3.1 ศ�กษาและออกแบบงานลากขึ้��นร ปล�กก%บโลหะ....... และม�ร ปทำรง..... โดย็ม�ความหนาเร��มต้�น.......ม�ลล�เมต้ร1.3.2 การทำดส่อบการลากขึ้��นร ปล�กก%บเคร!�องเพิรส่ไฮดรอล�คขึ้นาด.......ต้%น


1.4 ประโยึชิ้น*และที่��คำาดว�าจัะได�ร(บ1.4.1 ทำ$าให�ทำราบส่ภัาวะทำ��เหมาะส่มทำ��ส่*ดขึ้องการลากขึ้��นร ปล�กทำ��ได�จากประย็*กต้.ใช้�ว�ธี�ไฟไนต้.เอล�เมนต้.1.4.2 เพิ!�อส่ามารถลดความส่ ญเส่�ย็ว%ส่ด*ในกระบวกการลากขึ้��นร ปล�กได�


1.5 ขึ้(�นต้อนการด�าเน�นงาน 1.5.1. ออกแบบแม�พิ�มพิ. Deep drawing 1.5.2. ทำดส่อบการขึ้��นร ปล�ก ทำ��ภัาคว�ช้าว�ศวกรรมเคร!�องม!อและว%ส่ด* มหาว�ทำย็าล%ย็เทำคโนโลย็�พิระเจ�าเกล�าธีนบ*ร�1.5.3. จ$าลองและว�เคราะห.การลากขึ้��นร ปล�กด�วย็พิาราม�เต้อร.ทำ��เหม!อนการขึ้��นร ปจร�ง1.5.4. ว�เคราะห.ผ่ลการทำดลองทำ��เก�ดขึ้��นและแนวทำางการแก�ไขึ้ป7ญหา1.5.5. จ$าลองและว�เคราะห.การขึ้��นร ปทำ��แก�ไขึ้ใหม�1.5.6 ทำ$าการขึ้��นร ปใหม�อ�กคร%�ง1.5.7. ส่ร*ปผ่ลการทำดลอง


1.6 งานว�จั(ยึที่��เก��ยึวขึ้�องNaceur, Y.Q. Guo and, J.L. Batoz [1] Blank optimization in sheet metal forming using an evolutionary algorithm งานว�จ%ย็น��ทำ$าการเปล��ย็นแปลงโครงส่ร�างด�วย็การลด element ขึ้นาดเล�กภัาย็ในออกและทำ$าการเพิ��มความแขึ้�งแรงขึ้องโครงส่ร�างแทำนหร!อเร�ย็กว�ธี�น��ว�า“Evolutionary Structural Optimization(ESO)”

*Iter : Iteration(การย็$�า)Keyword: Evolutionary Structural Optimization(ESO)


1.6 งานว�จั(ยึที่��เก��ยึวขึ้�องS.H.Park ,J.W.Yoon [2] ได�ทำ$าการทำดลองการขึ้��นร ปล�กและศ�กษาการใช้�ว�ธี�ไฟไนต้.เอล�เมนต้.จ$าลองการลากขึ้��นร ปล�ก ซึ่��ง Blank ทำ��ขึ้��นร ปจะม�พิ��นทำ��ฐานเป2นร ปส่��เหล��ย็ม ในขึ้%�นต้อนการจ$าลองจ�งค�ดเพิ�ย็ง1/4ขึ้องพิ!�นทำ��ฐานเทำ�าน%�น ว%ต้ถ*ประส่งค.ขึ้องงานว�จ%ย็น��เพิ!�อลด earing ทำ��เก�ดขึ้��น

Wei Zhu [3] ได�ศ�กษาการขึ้��นร ปแผ่�นเหล�กทำ��ผ่�านการช้*บส่%งกะส่�แบบจ*�มร�อนด�วย็ระเบ�ย็บว�ธี�ไฟไนต้.เอล�เมนต้. โดย็ทำ$าการขึ้��นร ปเหล�กเป2นร ปกล�องส่��เหล��ย็ม ทำ$าการส่*�มค�าอ�นพิ*ต้ทำ��ป=อนเขึ้�าส่ �ระบบ ได�แก� แรงทำ��จ%บย็�ดช้��นงานและงานกดขึ้��นร ปช้��นงาน และจากผ่ลการส่*�มทำดลองค�า พิบว�า ถ�าความหนาขึ้องเหล�กทำ��ผ่�านการขึ้��นร ปลดลงไม�ถ�ง 20% เหล�กเหล�าน%�นจะเก�ดรอย็ย็%บขึ้��นและความหนาขึ้องเหล�กทำ��ผ่�านการขึ้��นร ปลดลงประมาณ 22% เหล�กน%�นจะม�ความส่มบ รณ.ทำ��ส่*ด ค!อ ไม�เก�ดคอคอดและรอย็ย็%บ

บที่ที่�� 2 ที่ฤษฏี�ที่��เก��ยึวขึ้�อง

2.1 หล(กการพื่%�นฐาน(Concept Design)2.1.1 การลากขึ้��นร ปล�ก (Deep Drawing Process )

ร ปทำ�� 2.1 แส่ดงล%กษณะขึ้องการลากขึ้��นร ปล�กทำ��มา; http://mm.cit.kmutnb.ac.th/td/pdf/research01.pdf

กระบวนการลากขึ้��นร ป (Deep Drawing) เป2นการลากขึ้��นร ปจากโลหะแผ่�นโดย็การกดแผ่�นเปล�า(Blank) ด�วย็แม�พิ�มพิ.ต้%วผ่ � (Punch) ผ่�านปากแม�พิ�มพิ.ต้%วเม�ย็(Die) ซึ่��งจะทำ$าให�ม�ร ปร�างขึ้องผ่ล�ต้ภั%ณฑ์.ต้ามแม�พิ�มพิ.


ร ปทำ�� 2.2 พิฤต้�กรรมการไหลต้%วขึ้องแผ่�นโลหะ

ร ปทำ�� 2.3 ผ่ลจากความเค�นอ%ดในแนวเส่�นรอบวง ทำ��มา: http://eng.sut.ac.th/metal/images/stories/pdf/p1-

12_5_deepdraw_SUT.pdf


อ�ที่ธิ�พื่ลขึ้องแรงกดบนแผ่�นจั(บยึ(ดชิ้��นงาน

รอย็ย็�นบนป>กถ�วย็ เก�ดจากแรงจ%บย็�ดบนช้��นงานไม�เพิ�ย็งพิอ

รอย็ฉี�กขึ้าดทำ��บร�เวณใต้�ร%ศม�Punch เก�ดจากแรงจ%บย็�ดบนช้��นงานส่ งเก�นไป


2.1.2 แผ่นภัาพิขึ้�ดจ$าก%ดการขึ้��นร ป (Forming Limit Diagram; FLD) ก ดว�นน.และค�เลอร.ได�ทำ$าการทำดลองกดแผ่�นเปล�าด�วย็ห%วกดทำรงกลม โดย็จะทำ$าการหาจ*ดว�กฤต้�(Critical Point) ขึ้องว%ส่ด*ก�อนทำ��จะเก�ดการฉี�กขึ้าดขึ้��นแล�วน$ามาแส่ดงทำ��ต้$าแหน�งต้�างๆระหว�างความเคร�ย็ดหล%กและความเคร�ย็ดรอง โดย็ทำฤษฎี�ขึ้องก ดว�นน.จะเน�นอธี�บาย็ในส่�วนขึ้องกระบวนการลากขึ้��นร ป และในส่�วนขึ้องทำฤษฎี�ขึ้องค�เลอร.เน�นในส่�วนขึ้องกระบวนการด�งย็!ด (Stretch Forming)

ร ปทำ�� 2.4 แผ่นภัาพิขึ้�ดจ$าก%ดการขึ้��นร ปขึ้องอะล ม�เน�ย็มทำ��มา:Lange,K.,1985,Handbook of Metal

Forming, McGraw-Hill


แผ่นภัาพิขึ้�ดจ$าก%ดการขึ้��นร ปเป2นแผ่นภัาพิทำ��บอกถ�งอน*ภัาคขึ้องโลหะแผ่�นส่ามารถขึ้��นร ป ก�อนจะเก�ดคอคอด(Necking) โดย็ให�แผ่นภัาพิจะม�Major Strain ε1= In(d1/d0) และ Minor Strain ε2 = In(d2/d0)

ร ปทำ�� 2.5 แส่ดงล%กษณะการเส่�ย็ร ปขึ้องวงกลมในช้��นงาน

ทำ��มา;http://www.uotechnology.edu.iq/dep-production/conferences/emad%20ali.ppt

ร ปทำ�� 2.6 ต้%วอย็�างแผ่นภัาพิขึ้�ดจ$าก%ดการขึ้��นร ปขึ้องโลหะ SPCC ทำ��มา;http://www.isit.or.th/uploads/Portfolio/37-file.pdf

(Forming Limit Curve; FLC)


2.1.3 ระเบ�ย็บว�ธี�ไฟไนต้.เอล�มนต้.2.1.3.1การแบ�งเอล�เมนต้.

ไปต้ามม�ต้�


2.1.3.2 ส่ทำ�ฟเนส่เมทำร�กซึ่.(Stiffness Matrix)ระบบโครงส่ร�างทำ%�งหมดขึ้องช้��นงานซึ่��งประกอบด�วย็หลาย็ ๆ จ*ดต้�อทำ��ม�การเปล��ย็นแปลงหร!อเก�ดการกระจ%ดเก�ดขึ้��นเม!�อได�ร%บแรงมากระทำ$า ในการว�เคราะห.โครงส่ร�างทำ%�งระบบด�วย็ว�ธี�ไฟไนต้.เอล�เมนต้.จ$าเป2นต้�องหาส่ทำ�ฟเนส่เมทำร�กซึ่.ขึ้องทำ%�งระบบทำ%�งหมดก�อน ส่มการพิ!�นฐานไฟไนต้.เอล�เมนต้.ในการว�เคราะห.ซึ่��งจะเร��มจากส่มการขึ้องระบบอย็ �ในร ป


{f}: vector of element nodal forces[k] : element stiffness matrix{d}: vector of unknown element nodal degrees of freedom

รวมเป2น Complex matrix

(1)


ทำ��มา: เอกส่ารประกอบการเร�ย็น MEE511 Finite element method


2.1.3.3 การก$าหนดความส่%มพิ%นธี.ระหว�างความเคร�ย็ด-การกระจ%ดและความเคร�ย็ด-ความเค�น

การหาส่มการทำ��ใช้�ในการว�เคราะห.ด�วย็ว�ธี�ไฟไนต้.เอล�เมนต้. จะต้�องอาศ%ย็ความส่%มพิ%นธี.ระหว�าง

ความเคร�ย็ดก%บการกระจ%ดหร!อความเคร�ย็ดก%บความเค�น ต้%วอย็�าง ในกรณ�ทำ��เป2นหน��งม�ต้�การย็!ดต้%วขึ้องเอล�

เมนต้.ในทำ�ศทำางใดทำ�ศทำางหน��ง เช้�นในทำ�ศทำางแกน x จะม�ความส่%มพิ%นธี.ก%บความเคร�ย็ด ()

อ�กหน��งขึ้องความส่%มพิ%นธี.ระหว�างความเคร�ย็ด-ความเค�นจะไปต้ามกฎีขึ้องฮ*ค(Hooke’s law)

: Stress in the x direction E : Modulus of elasticity

(2)

(3)


2.2 แผ่นการด�าเน�นงาน

แผ่นการด�าเน�นงานต้ลอดโคำรง

งานว�จั(ยึ

ส�งหาคำม

2556

ก(นยึายึน

2556

ต้�ลาคำม

2556

พื่ฤศจั�กายึน

2556

ธิ(นวาคำม

2556

มกราคำม

2557

ก�มภาพื่(นธิ*

2557

ม�นาคำม 2557

เมษายึน

2557

พื่ฤษภาคำม

2557

1.ก$าหนดต้ารางแผ่นงานต้ลอดทำ%�ง 1 ป> 2. ก$าหนด ว%ต้ถ*ประส่งค.และขึ้อบเขึ้ต้ขึ้องงานว�จ%ย็

3. เขึ้�ย็น proposal 4. ศ�กษาทำฤษฎี�และงานว�จ%ย็ทำ��เก��ย็วขึ้�องก%บโครงงานว�จ%ย็

5 .ออกแบบ Algorithm ขึ้องการค$านวณ

6. จ$าลองการขึ้��นร ปล�ก ด�วย็ระเบ�ย็บว�ธี� Finite element

7. ออกแบบและทำดลองการขึ้��นร ปล�ก 8. เปร�ย็บเทำ�ย็บผ่ลระหว�างการจ$าลองและผ่ลการทำดลองจร�ง

9. ว�จารณ.และส่ร*ปการทำดลอง 10.จ%ดทำ$าร ปเล�ม 11.เต้ร�ย็มต้%วน$าเส่นองานว�จ%ย็

Reference

Websitehttp://thelibraryofmanufacturing.com/deep_drawing.htmlhttp://www.siamstainless.com/?p=1385http://www.academia.edu/2928625/

A_REVIEW_OF_THE_OPTIMIZATION_TECHNIQUES_APPLIED_TO_THE_DEEP_DRAWING_PROCESS

Journal Paper (บางส่�วน)Jirasak SRIRAT, Satoshi KITAYAMA and Koetsu YAMAZAKI., Optimization of Initial Blank Shape with a Variable Blank Holder Force in Deep-Drawing via Sequential Approximate Optimization, Kanazawa University, Kakuma-machi, Kanazawa, 920-1192, Japan H. Naceur., Y.Q. Guo.,and J.L. Batoz. Blank optimization in sheet metal forming using an evolutionary algorithm, Journal of Materials Processing Technology 151 (2004) 183–191

Text bookDixit, Prakash M . Modeling of metal forming and machining processes : by

finite element and soft computing methods. London : Springer, 2008.Myers, Raymond H.Response surface methodology : process and product

optimization using designed experiments. New York : J. Wiley, 2002Lange,K.,1985,Handbook of Metal Forming, McGraw-Hill,pp.(18.11)-(18.15).

นาย็ภั*มเรศน. เอ!�อโอภัาพิ%ฒน. รห%ส่น%กศ�กษา 53210346 นาย็เส่ถ�ย็รพิงษ. คงกระจง รห%ส่น%กศ�กษา 53210394นาย็เกร�กช้%ย็ ผ่ลว%ฒนะ รห%ส่น%กศ�กษา 53210422

Pp2

Technology

blank optimization

deep drawing blank punch

deep drawing keywords

sheet metal forming

variable blank holder

element stiffness matrix

ind2d0 spcc http

reference website http