the journal 2-07 - kmutt · บทนำ...

52

วารสารวิชาการพระจอมเกล้าพระนครเหนือ ปีที่ 17 ฉบับที่ 2 พ.ค. - ส.ค. 2550 The Journal of KMITNB., Vol. 17, No. 2, May - Aug. 2007

การออกแบบการขึน้รปูชิน้สว่นขวางยดึเครือ่งยนตโ์ดยการวเิคราะหก์ารฉกีขาดและรอยยน่ Forming Design of Engine Cross Member via Tearing and Wrinkling Analysis

ทวีภัทร์ บูรณธิติ * และ ทัศน์ชัย ผองผาย **

บทคัดย่อ การขึ้นรูปโลหะแผ่นในการผลิตชิ้นส่วนรถยนต์มัก

จะเกิดปัญหาการเกิดรอยย่น การฉีกขาด และการสปริงตัวกลับ ทั้งนี้กระบวนการขึ้นรูปโลหะแผ่นนั้นมีการกำหนดค่าตัวแปรกระบวนการผลิตต่างๆ ที่สำคัญ เช่น แรงกดของตัวประสานหรือแรงจับยึดแบลงค์ ตำแหนง่ของดรอวบ์ดี และขนาดรปูรา่งของแบลงค ์เปน็ตน้ งานวจิยันีไ้ดน้ำระเบยีบวธิไีฟไนตเ์อลเิมนตแ์บบไมเ่ชงิเสน้ มาประยุกต์ในการจำลองสถานการณ์และการวิเคราะหก์ารขึ้นรูปโลหะแผ่นของชิ้นส่วนขวางยึดเครื่องยนต์มาเป็นกรณีศึกษา โดยทำการศึกษาถึงอิทธิพลของแรงกดของตัวประสาน และตำแหน่งดรอว์บีดแบบต่างๆ ต่อการไหลของวัสดุในกระบวนการขึ้นรูปโลหะที่มีต่อการฉกีขาดและการเกดิรอยยน่ซึง่เปน็เงือ่นไขการออกแบบหลกั แผ่นโลหะที่ใช้ในการศึกษานี้ คือ เหล็กกล้า JSC440W ที่มีความหนาเริ่มต้น 1 มม. ความสามารถในการขึ้น รูปชิ้นส่วนนี้ถูกพิจารณาโดยการเปรียบเทียบกับแผนภูมิขีดจำกัดการขึ้นรูป ซึ่งเป็นลักษณะเฉพาะที่สำคัญทางด้านความไม่เสถียรทางพลาสติกของแต่ละชนิดโลหะแผ่น ผลจากการศึกษาพบว่าดรอว์บีดสามารถควบคุมการไหลของวัสดุได้ดีกว่าการใช้แรงกดของตัวประสานเพียงอย่างเดียว การเลือกตำแหน่ง ดรอว์บีดมีความสำคัญ โดยการวางแนวดรอว์บีดอย่าง

สมำ่เสมอนัน้ไมเ่พยีงพอตอ่การขึน้รปูสำหรบักรณศีกึษานี ้การใช้ดรอว์บีดแบบ 6 ช่วงตำแหน่ง จะสามารถช่วยในการลดปัญหาทั้งการฉีกขาดและรอยย่นได้ดีในกรณี ศึกษานี้

คำสำคัญ : ชิ้นส่วนขวางยึดเครื่องยนต์ การขึ้นรูป

การฉีกขาด รอยย่น การวิเคราะห์ไฟไนต์ เอลิเมนต์แบบไม่เชิงเส้น

Abstract

The sheet metal forming in the production of

automotive parts has often encountered problems of

wrinkling, tearing, and springback. In sheet metal

forming, many important process parameters such

as binder force or blank holder force, drawbead

layouts, and blank configurations need to be

defined. This research applies a nonlinear finite

element method to simulate and analyze a forming

process of an engine cross member as the case

study. The effects of the binder force and drawbead

layouts to the material flow in the metal forming

process to tearing and wrinkling as the major design

condition are investigated. The metal sheet used in

* อาจารย์ สายวิชาเทคโนโลยีวัสดุ คณะพลังงานสิ่งแวดล้อมและวัสดุ มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าธนบุรี Email: [email protected]

** นักศึกษา หลักสูตรการออกแบบและผลิตแบบบูรณาการ คณะพลังงานสิ่งแวดล้อมและวัสดุ มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าธนบุรี

53


this study is JSC440W steel with the initial

thickness of 1 mm. The formability of this part can

be considered by comparing with the forming limit

diagram (FLD), which is an important characteristic

on plastic instability to each sheet metal. From the

study, it is found that the implementation of

drawbeads can better control the material flow

during forming steps than that of only binder force.

The selection of drawbead layouts is important. A

uniform layout of drawbead lines is not sufficient to

have a successful forming in this case study. The

drawbead lines with 6 locations can well reduce the

tearing and wrinkling problems in this case study.

Keywords: Engine cross member, Forming,

Tearing, Wrinkling, Nonlinear finite

element analysis

1. บทนำ หลักการของโครงสร้างผนังบาง (Thin-Walled

Structures) ได้ถูกนำมาประยุกต์ใช้ในอุตสาหกรรมยานยนต์ เพื่อให้การใช้วัสดุเป็นไปอย่างมีประสิทธิภาพ (Efficient) ประกอบกับต้องการให้มีน้ำหนักน้อย เพื่อให้ใช้เชื้อเพลิงในการขับเคลื่อนที่ต่ำที่สุด ดังนั้นโลหะแผ่นจึงเป็นวัตถุดิบสำคัญในการผลิตชิ้นส่วนโครงสร้างของยานยนต์จำนวนมาก ขณะเดียวกันการขึ้นรูปโลหะแผ่น (Sheet Metal Forming) ที่มาจากการผลิตโดยวิธีการขึ้นรูปเย็น (Cold Forming) ในรูปแบบการปั้มขึ้นรูป (Stamping) มักจะเกิดความเสียหายแบบการคอคอด (Necking) การฉีกขาด (Tearing) การเกิดรอยย่น (Wrinkling) และเกิดการสปริงตัวกลับ (Springback) ดังแสดงใน Buranathiti et al. [1] อย่างไรก็ตามวิธีนี้เป็นวิธีที่ทำให้การผลิตชิ้นส่วนเป็นไปอย่างสะดวกและรวดเร็วเมื่อแม่พิมพ์ได้รับการออกแบบอย่างเหมาะสม จึงมีความจำเป็นที่จะต้องออกแบบกระบวนการปั้มขึ้นรูปที่ปราศจากความเสียหายจากกรณีดังกล่าว กลไก

การแปรรูปวัสดุจากกระบวนการขึ้นรูปโลหะแผ่นประกอบด้วยการแปรรูปอยู่ 2 ส่วนหลักๆ คือ การแปรรูปในช่วงยืดหยุ่น (Elasticity) และ ช่วงพลาสติก (Plasticity) แต่มักพบว่าการแปรรูปในช่วงยืดหยุ่นนั้นมีสัดส่วนน้อยมากเมื่อเปรียบเทียบกับการแปรรูปทั้งหมด แต่ในขณะเดียวกันจะมีผลกระทบในด้านการสปริงตัวกลับมาก

การเกิดรอยย่นและการฉีกขาด จากการปั้มขึ้นรูปนั้นมักเป็นปัญหาหลักที่ผู้ออกแบบจะต้องคำนึงถึงเป็นอันดับแรกก่อน จากนั้นจึงพิจารณาผลกระทบจากการเกิดการสปริงตัวกลับ ดังนั้นงานวิจัยนี้จึงมุ่งเน้นไปที่การคำนึงถึงการเกิดรอยย่นและการฉีกขาด ในการออกแบบกระบวนการปั้มขึ้นรูปที่แข่งขันได้ในปัจจุบันนั้น จำเป็นอย่างยิ่งที่จะต้องประยุกต์นำเอาการสร้างแบบจำลองมาจำลองสถานการณ์กระบวนการผลิตเพื่อประกอบการออกแบบ และวิธีการที่มีศักยภาพสูงสุดเป็นที่ยอมรับในปัจจุบัน คือ วิธีไฟไนต์เอลิเมนต์ (Finite Element Method หรือ FEM) โดยเฉพาะแบบไม่เชิงเส้น (Nonlinear) โดยคำนึงถึงความเป็นพลาสติกซิตี้ (Plasticity) การสัมผัส-การกระแทก (Contact-Impact) และเงื่อนไขขอบ (Boundary Conditions) เข้ามาประกอบในแบบจำลอง เพื่อที่จะทำนายการเกิดความเสียหายและกำหนดเงื่อนไขในการผลิตจริงต่อไป อย่างไรก็ตาม FEM สามารถให้ผลการวิเคราะห์ออกมาในรูปความเค้นและความเครียดเท่านั้น จึงจำเป็นต้องอาศัยแบบจำลองความไม่เสถียรพลาสติก (Plastic Instability) เข้ามาประกอบในรูปแบบของแผนภูมิ ขีดจำกัดการขึ้นรูป (Forming Limit Diagram หรือ FLD) ซึ่งมีการเริ่มใช้ตั้งแต่งานของ Keeler and Backofen [2] ซึ่งงานวิจัยนี้ก็จะใช้ FLD ในการเปรียบเทียบเพื่อเป็นดัชนีชี้วัด (Key Performance Index หรือ KPI) ของการขึ้นรูปด้วย

งานวิจัยนี้ได้ทำการศึกษาการผลิตชิ้นส่วนขวางยึดเครื่องยนต์ (Engine Cross Member) ซึ่งเป็นชิ้นส่วนโครงสร้างที่สำคัญของยานยนต์ ทำหน้าที่รับน้ำหนักของเครื่องยนต์ ซึ่งมีลักษณะเป็นโครงสร้างผนังบาง ดัง

54


แสดงในรูปที่ 1 เนื่องจากกระบวนการผลิตชิ้นส่วนนี้ถูกจำกัดด้วยรูปร่างของชิ้นส่วนที่ต้องการ การควบคุมกระบวนการผลิตนี้จึงมุ่งไปที่ปัจจัยแวดล้อมอื่นในด้านแรงกดของประสาน (Binder Force หรือบางครั้งเรียกว่า แรงจับยึดแบลงค์ หรือBlank Holder Force) และ ตำแหน่งของดรอว์บีด (Drawbead)

2. ชุดแม่พิมพ์

กระบวนการปั้มขึ้นรูปชิ้นส่วนขวางยึดเครื่องยนต์นั้นประกอบไปด้วยส่วนประกอบหลักๆ คือ แบลงค์ (Blank) ตัวประสาน (Binder) แม่พิมพ์ (Die) และหัวกด (Punch) ดังแสดงในรูปที่ 2 ตัว Die จะอยู่ในตำแหน่งล่างสุด ส่วนชุด Punch กับ Binder จะอยู่ด้านบน ซึ่งตัว Die จะไม่มีการเคลื่อนที่ ในการทำงาน Binder จะเคลื่อนที่ลงมากดด้านข้างของชิ้นงานไว้ก่อนแล้วเพื่อควบคุมการไหลของวัสดุหรือเป็นการป้องกันไม่ให้ชิ้นงานเกิดการรูด จากนั้นชุด Punch จะค่อยๆ เคลื่อนที่ลงมากดแผ่นชิ้นงานจนสุดช่วงชัก (Stroke)

ปัจจัยหนึ่งที่ช่วยไม่ให้เกิดปัญหารอยย่นของแผ่นโลหะคือ การใช้แรงกดของตัวประสาน ซึ่งสามารถสร้างความสัมพันธ์ระหว่างแรงดันของตัวประสาน (Binder pressure; PBH) ในท่อความดัน และส่วนพื้นที่ในการรับความดัน (ABH) และแรงที่กระทำที่ Binder ได้จาก

FBH = ABH PBH (1)

รูปที่ 2 ตำแหน่งการจัดวางชุดแม่พิมพ์

3. สมบัติของวัสดุ

วัสดุที่ใช้ในการวิจัยนี้คือเหล็กกล้า JSC440W ที่มีความหนาเริ่มต้นที่ 1 mm และสมบัติไม่เท่ากันทุกทิศทาง (Anisotropy) ซึ่งเป็นลักษณะทั่วไปของโลหะแผ่นที่ผ่านกระบวนการรีด (Rolling) มาให้เป็นแผ่น สมบัติทางกลของวัสดุ JSC440W สำหรับการสร้างแบบจำลองได้รวมแสดงในตารางที่ 1 โดยทฤษฎีพลาสติกซิตี้ เบื้องต้นสามารถติดตามได้ที่งานของ Hill [3] สมการที่ใช้แสดงความสัมพันธ์ระหว่างความเค้นจริง ประสิทธิผล (Effective True Stress, ) กับความเครียดจริงประสิทธิผล (Effective True Strain, ) ในรูปแบบกฎยกกําลัง (Power law) เป็นดังนี้

= (2)

ตารางที่ 1 สมบัติของวัสดุ JSC440W

สมบัติเชิงกล Young’s Modulus (E) 207 GPa

Yield stress (Y) 312.6 MPa

Poisson’s Ratio (v) 0.28

Hardening Exponent (n) 0.181

Hardening coefficient (K) 745 MPa

Anisotropy coefficients

R0 1.16

R45 0.746

R90 1.37

รูปที่ 1 ลักษณะของชิ้นส่วนขวางยึดเครื่องยนต์ (หน่วย mm)

55


4. แบบจำลองไฟไนต์เอลิเมนต์ของการขึ้นรูป การสร้างแบบจำลองเริ่มต้นจากการสร้างแบบ

จำลองตาข่าย (Mesh Model) เพื่อการแบ่งเอลิเมนต์ (Elements) ของแม่พิมพ์แต่ละชุดและแบลงค์ โดย Mesh ของ Die, Binder, Punch และ Blank ถูกสร้างในโปรแกรม Dynaform [4] แสดงในรูปที่ 3-6 ตามลำดับ

รูปที่ 3 Mesh Model ของตัว Die

รูปที่ 4 Mesh Model ของ Binder

รูปที่ 5 Mesh Model ของ Punch

แบบจำลองแผน่แบลงคน์ัน้ถกูจำลองดว้ย เอลเิมนต ์

โครงสร้างแบบเปลือก (Shell Element) ที่เป็นแบบ Belytschko et al. [5] ทีก่ำหนดใหม้จีำนวน 5 จดุอนิทเิกรต ตามแนวความหนา เนื่องจากการวิเคราะห์นี้ไม่ได้คำนึงถึงผลกระทบจากการสปริงตัวกลับ จึงไม่ได้ใช้ 7 จุด อินทิเกรตตามแนวความหนาดังที่แนะนำใน [6]

นอกจากนี้กำหนดให้แบลงค์มีการปรับตาข่ายแบบปรับเปลี่ยนตามสถานการณ์ (Adaptive Meshing) ได้ 3 ระดับ และกำหนดให้แบลงค์เป็นวัตถุที่แปรรูปได้ (Deformable Body) ขณะที่กำหนดให้ชิ้นส่วนแม่พิมพ์อื่นๆ ในรูปที่ 3-5 เป็นวัตถุแข็งเกร็ง (Rigid Body) กำหนดสมัประสทิธิค์วามเสยีดทาน (Friction Coefficient) ระหว่างโลหะแผ่นกับชุดแม่พิมพ์เป็น 0.08

รูปที่ 6 Mesh Model ของแผ่น Blank

56


งานวิจัยนี้นำแบบจำลองดรอว์บีดแบบเส้น (Line Drawbead Model) มาใช้โดยตามแบบของ Stoughton [7] ที่จำลองรูปร่างของ Drawbead ที่เป็นแบบสมมาตรดังรูปที่ 7 ให้อยู่ในรูปแบบสมมูล (Equivalent) อย่างง่ายในการคำนวณแรงต้านที่เกิดขึ้นจาก Drawbead

5. เงื่อนไขของกระบวนการขึ้นรูป

ในการจำลองสถานการณ์การขึ้นรูปชิ้นส่วนขวางยึดเครื่องยนต์ กำหนดความเร็วของ Punch ที่ 10,000 mm/s เพื่อให้สามารถคำนวณได้อย่างรวดเร็ว โดยมีระยะ Punch Stroke ที่ระยะ 101.134 mm นอกจากนี้หากมีการนำเอา Drawbead มาประยุกต์ใช้ก็กำหนดให้มีแรงล็อค (Lock Force) ที่ 534 N/mm และความลึก (Depth) ที่ 1 mm เหมือนกันในทุกแบบของการทดลอง รูปแบบและเงื่อนไขการทดลองทั้ง 6 แบบในงานวิจัยนี้รวมแสดงในตารางที่ 2 ต่อไปนี้

ตารางที่ 2 รูปแบบและเงื่อนไขการทดลอง

แบบที่ Binder Force (kN) Drawbeads หมายเหตุ

1 20 none รูปที่ 8 2 30 none 3 50 none 4 50 2 ขา้งยาวตลอดแนว

ของ Binder รูปที่ 9

5 50 8 ตำแหน่งบน Binder

รูปที่ 10

6 50 6 ตำแหน่งบน Binder

รูปที่ 11

แบบที่ 1 กำหนดแรงกดของ Binder ที ่20 kN ดงัรปูที ่8

รปูที ่8 แรงกด Binder และความเรว็ Punch ของแบบที ่1 แบบที่ 2 กำหนดแรงกดของ Binder ที่ 30 kN แบบที่ 3 กำหนดแรงกดของ Binder ที่ 50 kN แบบที่ 4 กำหนดแรงกดของ Binder ที่ 50 kN และใส่

Drawbead 2 ข้างยาวตลอดแนวของ Binder ดังรูปที่ 9

รูปที่ 9 ตำแหน่ง Drawbead ทั้ง 2 ข้างของแบบที่ 4

แบบที่ 5 กำหนดแรงกดของ Binder เปน็ 50 kN และใส ่

Drawbead 8 ตำแหนง่บน Binder ดงัรปูที ่10

รปูที ่10 ตำแหนง่ Drawbead ทัง้ 8 ตำแหนง่ของแบบที ่5

รูปที่ 7 ลักษณะของ Drawbead ทั่วไป

57


แบบที ่6 กำหนดแรงกดของ Binder ที่ 50 kN และใส่ Drawbead 6 ตำแหน่งบน Binder ดังรูปที่ 11

6. ผลวิเคราะห์และอภิปรายผล

แบบทั้ง 6 ที่ได้กล่าวมาแล้ว ถูกนำมาประมวลผลด้วย Explicit Nonlinear FEM โดยใช้โปรแกรม LSDYNA [8] เพื่อประเมินความสามารถในการขึ้นรูปในแต่ละแบบได้อย่างสม่ำเสมอ การคำนวณทั้งหมดทำบน PC workstation ที่มีตัวประมวลผล Intel Xeon 3.2 GHz และ RAM ที่ 1 GB โดยใช้เวลาคำนวณแต่ละแบบประมาณ 2 ชั่วโมง

แบบที ่1 แรงกด Binder ที่ 20 kN

จากรูปที่ 12 จะเห็นว่าชิ้นงานจากการขึ้นรูป มีรอยย่นเกิดขึ้นมากบริเวณสันด้านบนและด้านปลายทั้ง 2 ด้านซึ่งแสดงเป็นสีม่วงและวงไว้ ชิ้นงานนี้มีความหนา ต่ำสุดอยู่ที่ 0.83 mm โดยเกิดบริเวณมุมใกล้ๆ กับสัน ดังแสดงในรูปที่ 13 ซึ่งรอยย่นจำนวนมากนี้มากเกินกว่าที่จะยอมรับได้ เพราะจะไปลดความแข็งแรงของโครงสร้าง (Structural Integrity) ได ้ แบบที ่2 แรงกด Binder ที่ 30 kN

รูปที่ 14 แสดงผลการวิเคราะห์การฉีกขาดและการเกิดรอยย่นของแบบที่ 2 พบว่าบริเวณที่เกิดรอยย่นยังเกิดบริเวณเดิมและใกล้เคียงกับแบบที่ 1 ส่วนความหนาต่ำสุดอยู่ที่ 0.82 mm และเกิดที่บริเวณมุมใกล้ๆ กับสัน ดังรูปที่ 15 พบว่าผลที่ได้ไม่ดีขึ้นจากแบบที่ 1 แต่การเพิ่มแรงกดตัวประสานทำให้ชิ้นงานที่ได้บางขึ้น

รปูที ่11 ตำแหนง่ Drawbead ทัง้ 6 ตำแหนง่ของแบบที ่6

รูปที่ 12 ผลการวิเคราะห์ FLD จากแบบที่ 1

รูปที่ 13 การกระจายความหนาของแบบที่ 1



58




แบบที ่3 แรงกด Binder ที่ 50 kN จากรูปที่ 16 พบว่ายังคงเกิดรอยย่นบริเวณเดิม

และปริมาณรอยย่นยังใกล้เคียงกับ 2 แบบที่ผ่านมา ส่วนความหนาต่ำสุดอยู่ที่ 0.80 mm และเกิดที่บริเวณมุมใกล้ๆ กับสัน ดังรูปที่ 17

แบบที ่4 แรงกด Binder ที่ 50 kN และใส่ Drawbead 2 ตำแหน่งบน Binder

รูปที่ 18 แสดงผลการวิเคราะห์การฉีกขาดและการเกิดรอยย่นของแบบที่ 4 พบว่าบริเวณที่เกิดรอยย่นลดลงโดยจะเกิดเฉพาะตรงกลางด้านบน ส่วนปลายด้านล่างทั้ง 2 ข้างรอยย่นหายไป แต่ก็จะมีบริเวณมุมใกล้ๆ กับร่องสันที่มีโอกาสฉีกขาด ส่วนความหนาต่ำสุดอยู่ที่ 0.75 mm และเกิดที่บริเวณมุมใกล้ๆ กับสัน เหมือนกรณีที่แล้วมา ในรูปที่ 19 ทำให้แบบที่ 4 นี้ยังไม่สามารถนำไปใช้ได้


จากรูปที่ 20 เห็นได้ว่าชิ้นงาน มีรอยย่นบริเวณตรงกลางด้านบนและด้านปลายทั้ง 2 ด้านซึ่งแสดงเป็น สีม่วงและวงไว้ ส่วนความหนาต่ำสุดอยู่ที่ 0.82 mm โดยเกิดบริเวณมุมใกล้ๆ กับสันดังรูปที่ 21 เหมือนกรณีที่แล้วมา




59






รูปที่ 22 แสดงผลการวิเคราะห์การฉีกขาดและการเกิดรอยย่นของแบบที่ 6 พบว่าบริเวณที่เกิดรอยย่นลดลงมากโดยเฉพาะสันด้านบนและขอบ ส่วนความหนาต่ำสุดอยู่ที่ 0.81 mm และเกิดที่บริเวณมุมใกล้ๆกับสัน ดังรูปที่ 23 ซึ่งแนวโน้มการเกิดรอยย่นที่น้อยลงมากนี้ และไม่มีการฉีกขาด ทำให้แบบที่ 6 นี้ เหมาะสมที่สุดจากทั้ง 6 แบบ ในการนำไปใช ้

จากการวิเคราะห์แนวทางการออกแบบทั้ง 6 แบบดังที่ได้กล่าวมาแล้วนั้น สามารถสรุปผลการวิเคราะห์ทางด้านแนวโน้มการฉีกขาด แนวโน้มการเกิดรอยย่น และความหนาต่ำสุดของชิ้นส่วนได้ในตารางที่ 3

ตารางที่ 3 สรุปผลที่ได้จากการวิเคราะห์

แบบที่ แนวโน้มฉีกขาด แนวโน้มรอยย่น ความหนา

ต่ำสุด (mm)

1 ไม่มี ย่นมาก 0.83

2 ไม่มี ย่นมาก 0.82

3 ไม่มี ย่น 0.80

4 มีโอกาสสูง ย่นเล็กน้อย 0.75

5 ไม่มี ย่น 0.82

6 ไม่มี ย่นเล็กน้อย 0.81

7. สรุป

จากการวิเคราะห์ผลจากการจำลองสถานการณ์การขึ้นรูปโลหะแผ่นของชิ้นส่วนขวางยึดเครื่องยนต์ (Engine Cross Member) ในกรณีต่างๆ พบว่าแรงกดของตัวประสานแผ่นยึดชิ้นงานมีผลต่อความหนาที่เปลี่ยนแปลง ยิ่งถ้าแรงกดมาก ชิ้นงานก็จะขาด แต่ถ้าน้อยเกินไปชิ้นงานจะย่น ในการออกแบบจึงจำเป็นต้องหาจุดประณีประนอม (Compromise) ระหว่างการแก้ไขรอยย่นและการฉีกขาด

การสร้าง Drawbead สามารถช่วยควบคุมการไหลของโลหะได้ดีกว่าแรงที่เกิดจาก Binder เพียงอย่างเดียว เนื่องจากการสัมผัสกันของ Binder กับชิ้นงานจะไม่เต็มที่ ทั้งนี้เพื่อให้การคำนวณเป็นไปอย่างรวดเร็วจึงได้ใช้แบบจำลองดรอว์บีดแบบเส้น (Line Drawbead) แทน ดรอว์บีดแบบเรขาคณิต (Geometry Drawbead)

จากผลการวิเคราะห์ในแบบที่ 6 ซึ่งเป็นการปรับปรุง ด้วยการใส่ Drawbead 6 ตำแหน่ง จะมีความเหมาะสมมากที่สุดเนื่องจาก โอกาสเกิดการฉีกขาดมีน้อย แนวโน้มการเกิดรอยย่นก็มีน้อยมากเมื่อเทียบกับแบบที่ 1-5 และความหนาต่ำสุดอยู่ในค่าที่ยอมรับได้คือ

60


0.81 mm ซึ่งดีกว่าแบบที่ 4 ที่กำหนดให้ Drawbead เป็นแนวที่สม่ำเสมอตลอดแนว

การวิเคราะห์การเกิดรอยย่นนั้นมีความสำคัญต่อการผลิตชิ้นส่วนโครงสร้าง เนื่องจากถ้าชิ้นส่วนมีรอยย่นแล้ว ความแข็งแรงในการรับภาระกรรมของชิ้นส่วนโดยเฉพาะแรงกด ก็จะลดลงไปด้วย

การนำเอาวิธี FEM มาใช้ในการออกแบบกระบวนการขึ้นรูปสามารถช่วยลดเวลาในการพัฒนาผลิตภัณฑ์ โดยเฉพาะกับการทดลองจริงที่มีค่าใช้จ่ายสูง และช่วยให้นักออกแบบสามารถทดลองความคิดและแบบใหม่ๆ โดยมีค่าใช้จ่ายที่ต่ำและให้คำตอบที่รวดเร็วทันต่อความเปลี่ยนแปลงของสภาวะตลาดในปัจจุบัน ทั้ งนี้ แนวทางการนำแบบจำลองคอมพิวเตอร์มาประยุกต์ใช้กับงานอุตสาหกรรมขึ้นรูปโลหะแผ่นนั้นส ามารถตรวจสอบได้ จ ากปัญหา เปรี ยบ เที ยบ (Benchmark Problem) ที่มีอยู่ในการประชุมวิชาการนานาชาติ เช่น NUMISHEET เป็นต้น ดังแสดงในรายงานการวิเคราะห์ใน [9], [10] ซึ่งทำการวิเคราะห์และเปรียบเทียบผลการพยากรณ์ด้วยแบบจำลองคอมพิวเตอร์ชนิดต่างๆ กับผลการทดลองที่จัดทำขึ้นมาโดยอิสระกับการสร้างแบบจำลอง

8. กิติกรรมประกาศ

ขอขอบคุณ Engineering Technology Associates Inc. (ETA) จาก USA ที่ช่วยสนับสนุนโปรแกรมช่วยการคำนวณ และขอขอบคุณทุนวิจัย มจธ. สำหรับสนับสนุนค่าใช้จ่ายบางส่วนของงานวิจัยนี้

เอกสารอ้างอิง [1] Buranathiti, T., Cao, J., Xia, Z.C., Chen, W.,

“Probabilistic Design in a Sheet Metal

Stamping Process under Failure Analysis,”

NUMISHEET 2005, Detroit, MI, August 15-19,

2005, pp. 867-872.

[2] Keeler, S. P., and Backofen, W.A., “Plastic

Instability and fracture in sheets stretched over

rigid punches,” ASM Transactions Quarterly,

1964, 56, pp. 25-48.

[3] Hill, R., The Mathematical Theory of Plasticity,

Clarendon Press, Oxford, 1950, 355p.

[4] ETA, Dynaform: User’s Manual Version 5.5,

2006.

[5] Belytschko, T., Lin, J.I., and Tsai, C.S.,

“Explicit algorithms for one point quadrature

shell element,” Computational Methods in

Applied Mechanics and Engineering, 1984, 42,

pp. 225-251.

[6] ทวีภัทร์ บูรณธิติ, และ อาณัติ โฆษิตพิพัฒน์, “การศึกษาความไวของตัวแปรต่อการพยากรณ์การสปริงตัวกลับในการขึ้นรูปรางตัวยู,” วารสารวิชาการพระจอมเกล้าพระนครเหนือ, vol.16, no. 3, pp. 14-18, 2549.

[7] Stoughton, T.B., “Model of drawbead forces in

sheet metal forming,” Proceedings of 15th

Biennial Congress of IDDRG, Dearborn, 1988,

pp. 205-215.

[8] LSTC, LS-DYNA: User’s Manual, Version 970,

2006.

[9] Buranathiti, T., and Cao, J., “NUMISHEET

2005 Benchmark Analysis on Forming of an

Automotive Deck Lid Inner Panel: Benchmark

1,” NUMISHEET 2005, Detroit, MI, August

15-19, 2005, pp. 996-1003

[10] Buranathiti, T., and Cao, J., “NUMISHEET

2005 Benchmark Analysis on Forming of an

Automotive Underbody Cross Member:

Benchmark 2,” NUMISHEET 2005, Detroit,

MI, August 15-19, 2005, pp. 1113-1120.

the journal 2-07 - kmutt · บทนำ...

Documents