การประยุกต์ใช้ระเบียบวิธีไฟไนต์เอลิเมนต์สำหรับกระบวนการดึงขึ้นรูปลึกโลหะแผ่น: Application of Finite Element Methods for Deep Drawing Process of Metal Sheet

Komsan Wongkalasin; Vatcharin Keowkrai

Authors

Komsan Wongkalasin Sri Songkhram Industrial Technology College, Nakhon Phanom University
Vatcharin Keowkrai Faculty Agriculture and Technology, Nakhon Phanom University

Keywords:

การขึ้นรูปโลหะแผ่น, กระบวนการดึงขึ้นรูปลึก, ระเบียบวิธีไฟไนต์เอลิเมนต์, Sheet metal forming,, Deep drawing process, Finite element method

Abstract

งานวิจัยนี้เป็นการประยุกต์ใช้ระเบียบวิธีไฟไนต์เอลิเมนต์สำหรับกระบวนการดึงขึ้นรูปลึกโลหะแผ่นเพื่อช่วยลดขั้นตอนในการผลิตลดการลองผิดลองถูกของกระบวนการ โดยนำผลการวิเคราะห์ที่ดีที่สุดไปออกแบบแม่พิมพ์และกำหนดเงื่อนไขของกระบวนการและทำการทดสอบขึ้นรูปจริงแล้วนำมาเปรียบเทียบผล วัสดุที่ใช้ในการขึ้นรูปเป็นเหล็กแผ่น SPCC JIS G 3141 ชิ้นงานต้นแบบมีเส้นผ่าศูนย์กลาง 71 mm สูง 19 mm และมีความหนา 0.5 mm จากการวิเคราะห์ทางระเบียบวิธีไฟไนต์เอลิเมนต์ได้ขนาดแผ่นชิ้นงานเปล่าที่เหมาะสมเท่ากับ 95 mm รัศมีดาย 3 mm และแรงในการจับยึดชิ้นงาน 6 kN ซึ่งเป็นค่าที่เหมาะสมกับการขึ้นรูปชิ้นงานนี้ จากข้อมูลที่ได้นำไปออกแบบชุดแม่พิมพ์และทำการทดสอบขึ้นรูปจริง ผลที่ได้ชิ้นงานมีลักษณะตรงกับชิ้นงานที่ได้จากการจำลองและชิ้นงานต้นแบบ การเกิดรอยย่นจะเกิดที่ตำแหน่งบริเวณที่ใกล้เคียงกัน ดังนั้นจะเห็นว่าการนำระเบียบวิธีไฟไนต์เอลิมนต์เข้ามาประยุกต์ใช้ในกระบวนการดึงขึ้นรูปลึกสามารถช่วยในการการออกแบบชุดแม่พิมพ์ การหาขนาดของแผ่นชิ้นงานเปล่าและการหาแรงในการจับยึดชิ้นงานได้ เป็นการช่วยลดเวลาในการลองผิดลองถูกและลดค่าใช้จ่ายในการผลิตชิ้นงาน

This research is an application of finite element methods for deep drawing process to assist in reducing the steps in the process. The mold was designed from a simulation and analysis of the deep drawing process. The material, JIC G 3141 SPCC, was used for molding. The prototype model’s was 71, 19, 0.5 mm. in diameter, height and thickness respectively. An analysis of finite element method resulted in a suitable diameter of 95 mm. for the blank sheet, while the die radius was 3 mm. and the blank holder force was 6 kN. The mold was designed, and the real model was formed. A comparison of the results from the real model and simulation model showed that they were the same shape with some differences in the locations of tears and wrinkles. The findings indicated that applying finite element method of the deep drawing process had aided in designing the mold, as well as in calculating the diameter of the blank sheet and blank holder force which had reduced time and costs.

References

Batti, S. K., Patil, D. C., & Rajesh, D. G. (2015). Finite element simulation of sheet metal deep drawing using explicit code and result validation. International Research Journal of Engineering and Technology (IRJET), 2(6), 1080-1086.

Dechaumphai, P. (2007). Finite element for engineering. Bangkok: Chulalongkorn University Press.

Goodwin, G. M. (1968). Application of strain analysis to sheet metal forming problems in the press shop. Society of Automotive Engineers, 680093, 380-387.

Hariharan, K., & Balaji, C. (2009). Material optimization: A case study using sheet metal-forming analysis. Journal of Materials Processing Technology, 209, 324-331.

Hill, R. (1950). The mathematical theory of plasticity. Oxford, London: The Clarendon Press.

Hosford, W. F., & Caddell, R. M. (1993). Metal forming: Mechanics and metallurgy (2nd ed.). Englewood Cliffs, NJ: Prentice-Hall.

Torsakul, S., & Buntaopis, K. (2013). Effect of liquid pressure on drawing force in the hydrodynamic deep drawing to SPCC cold rolled carbon steel. The Journal of KMUTNB., 23(3), 618-629.

Keeler, S. P. (1961). Plastic instability and fracture in sheet stretched over rigid punches (Doctoral dissertation). Massachusetts Institute of Technology, Boston, MA: Cambridge MIT Press.

Kurt, L. (1985). Handbook of Metal Forming. Dearborn, MI: McGraw-Hill.

Oehler, G., & Kaiser, F. (1973). Blanking Punching and Drawing Tool (6th ed.). Berlin, Heidenberg, New York: Springer-Verlag.

Premanond, V., & Kaewtatip, P. (2009). Die design for deep drawing: Metal sheet forming. Bangkok: Technology Promotion Association (Thailand-Japan) Press.