Deep Drawing Fundamental

การลากขึ้นรูปมักจะเกิดควบคู่กับงานขึ้นรูปอื่นๆเสมอในการขึ้นรูปผลิตภัณฑ์ การอธิบายขบวนการลากขึ้นรูปสามารถอธิบายจากการศึกษาพฤติกรรมการลากขึ้นรูปถ้วยกลมกันราบ จากรูปที่ 3.1 (ข)แผ่นกดกดอยู่บนแผ่นเปล่าเพื่อควบคุมการไหลตัวของโลหะแผ่นระหว่างการลากขึ้นรูป แรงกระทำส่งผ่านพั๊นซ์เคลื่อนที่ลงมากดแผ่นเปล่าและพาแผ่นเปล่าไหลตัวผ่านดายจนเป็นถ้วยทรงกระบอกก้นราบ ดังแสดงในรูปที่1(ก) ความสามารถในการลากขึ้นรูปถ้วยกลมสามารถดูได้จากสัดส่วนลากขึ้นรูปซึ่งเป็นสัดส่วนระหว่างขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางของแผ่นเปล่ากับขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางของถ้วยกลมและจะสัญลักษณ์  แทนสัดส่วนลากขึ้นรูปได้แสดงในสมการดังนี้

รูปที่ 1 (ก) ชิ้นงานที่ได้จากการลากขึ้นรูป (ข) ชุดแม่พิมพ์ลากขึ้นรูปถ้วยกลม

การศึกษาพฤติกรรมการเปลี่ยนรูปของการลากขึ้นรูปถ้วยกลมก้นราบ ชิ้นงานถูกแบ่งออกเป็น 3 ส่วนคือพื้นที่ ก. พื้นที่ ข. และพื้นที่ ค. ดังรูปที่ 3.2 พื้นที่ส่วน ก. เป็นพื้นที่ที่แผ่นเปล่าถูกกดอยู่ระหว่างผิวหน้าของแผ่นกดและผิวหน้าของดาย พื้นที่ ข. เป็นพื้นที่แผ่นเปล่าที่ไม่ได้สัมผัสกับชุดแม่พิมพ์ และพื้นที่ ค. เป็นพื้นที่แผ่นเปล่าสัมผัสกับหน้าพั๊นซ์แต่ด้านตรงข้ามไม่ได้สัมผัสกับส่วนใดๆของแม่พิมพ์


รูปที่ 2 แสดงสภาวะเริ่มต้นการลากขึ้นรูป (ก) สภาวะเมื่อพั๊นซ์สัมผัสแผ่นเปล่า (ข) สภาวะเมื่อพั๊นซ์เคลื่อนที่พาแผ่นเปล่าผ่านดาย (ค) สภาวะการเปลี่ยนรูปของแผ่นเปล่าขณะเกิดการลากขึ้นรูป โดยพื้นที่สีดำหมายถึง บริเวณที่เกิดการเปลี่ยนรูปแบบถาวร(ข้อมูลจาก W. Johnson.และ P.B. Mellor [9:293])

เมื่อแรงกระทำที่ส่งผ่านพั๊นซ์ทำการลากขึ้นรูปแผ่นเปล่า พื้นที่ ก.ถูกกดอยู่ระหว่างผิวหน้าของแผ่นกดและผิวหน้าของดาย เมื่อพั๊นซ์เริ่มพาแผ่นเปล่าเข้าสู่ปากดายขนาดของแผ่นเปล่าจะลดลงอันเนื่องมาจากเนื้อโลหะไหลตัวตามแนวรัศมีถายใต้ภาระกรรมความเค้นดึงและทำให้เกิดภาระกรรมความเค้นอัดตามแนวเส้นรอบวงซึ่งเป็นสาเหตุสำคัญที่ทำให้ความหนาของแผ่นเปล่าเพิ่มขึ้นและในบางโอกาส ถ้าแรงกดแผ่นเปล่าต่ำเกินไปอิทธิพลของความเค้นอัดในแนวเส้นรอบวงทำให้เกิดการพับเป็นร่อยย่นบนพื้นที่ ก.เมื่อพื้นที่ ก.ถูกลากผ่านรัศมีดายทำให้ความหนาของผนังถ้วยกลมลดลง เนื่องจากการเปลี่ยนรูปถาวรภายใต้การดัดที่รัศมีดายทำให้ผนังถ้วยกลมเกิดความเค้นดึงตามแนวรัศมี เมื่อสิ้นสุดกระบวนการลากขึ้นรูป ด้านในของพื้นที่ ก. มีความหนาลดลงและด้านนอกของพื้นที่ ก. มีความหนาเพิ่มขึ้นตามลักษณะในรูปที่ 3 พื้นที่ ข. บนแผ่นเปล่าเป็นพื้นที่ไม่ได้
สัมผัสกับชิ้นส่วนของแม่พิมพ์ เมื่อกระบวนการลากขึ้นรูปเกิดขึ้น พื้นที่นี้บนแผ่นเปล่าเกิดภาระกรรม 3 ลักษณะพร้อมกันคือประการที่หนึ่ง ถูกดัดให้งอพร้อมกับการลื่นไถลบนรัศมีดายประการสองถูกดึงให้ยืดออกอยู่ระหว่างรัศมีพั๊นซ์และรัศมีดายและประการสุดท้ายแผ่นเปล่าถูกดัดให้งอพร้อมกับการลื่นไถลบนรัศมีพั๊นซ์ พื้นที่ ค.บนแผ่นเปล่าถูกดึงให้ยืดออกและมีการลื่นไถลบนรัศมีพั๊นซ์ กับแผ่นเปล่าโดยลักษณะการกระจายความเครียดของแผ่นเปล่าขึ้นอยู่กับลักษณะของหัวพั๊นซ์และองค์ประกอบของความเสียดทานระหว่างผิวสัมผัสของหน้าพั๊นซ์และแผ่นเปล่าจากการเปลี่ยนรูปบนแผ่นเปล่า

รูปที่ 3 แสดงการเปลี่ยนความหนาของถ้วยกลมก้นราบหลังลากขึ้นรูปบนพื้นที่ ก. ข. และ ค.

สามารถสรุปภาระกรรมที่กระทำบนแผ่นเปล่าได้ดังนี้
1. แผ่นเปล่าถูกลากขึ้นรูปตามแนวรัศมี ซึ่งถูกกดอยู่ระหว่างผิวหน้าแผ่นกดและผิวหน้าดาย
2. แผ่นเปล่าถูกดัดให้งอและลื่นไถลอยู่บนรัศมีดาย
3. แผ่นเปล่าถูกดึงให้ยืดออกอยู่ระหว่างรัศมีพั๊นซ์และรัศมีดาย
4. แผ่นเปล่าถูกดัดให้งอและลื่นไถลอยู่บนรัศมีพั๊นซ์
5. แผ่นเปล่าถูกดึงและลื่นไถลบนหน้าพั๊นซ์

The Optimum Forming Temperature of Transformable Austenitic Stainless Steels

C.P.Linitsanos.และ P.F.Thomaon.ศึกษาพฤติกรรมการเปลี่ยนรูปถาวรของเหล็กกล้าไร้สนิมชนิดออสเตนนิติก ผลกระทบของสภาวะความเค้นในการเปลี่ยนแปลงเฟสของเหล็กกล้าไร้สนิมชนิดออสเตนนิติก ซึ่งจะทำให้ทราบถึงองค์ประกอบที่เหมาะสมในการขึ้นรูปโลหะแผ่น ตัวแปรที่ส่งผลต่อความแข็งแรงและความเหนียวของเหล็กกล้าไร้สนิมชนิดออสเตนนิติกโดยตรงคือการเปลี่ยนแปลงเฟสจากออสเทนไนท์เป็นมาร์เทนไซด์ การเปลี่ยนแปลงเฟสนี้ขึ้นอยู่กับส่วนผสม อัตราความเครียด และอุณหภูมิ จากการศึกษาพบว่าอุณหภูมิทำให้เปอร์เซ็นต์การยืดตัวสูงสุดคืออุณหภูมิ 52.0 องศาเซลเซียล ในการรับภาระกรรมแบบแนวแกนด้วยการทดสอบการดึงแต่ความแตกต่างของสภาวะความเค้นที่เกิดขึ้นบนโลหะแผ่นมีผลต่อการเปลี่ยนแปลงเฟส จากออสเทนไนท์เป็นมาร์เทนไซด์โดยเมื่อทำการทดสอบคึงสองแนวแกนพบว่าอุณหภูมิที่ให้เปอร์เซ็นต์การยืดตัวสูงสุดคือ 62.0 องศาเซลเซียสซึ่งน่าจะเป็นผลที่น่าพอใจที่จะนำไปพิจารณา ร่วมกับกระบวนการขึ้นรูปเหล็กกล้าไร้สนิมชนิดออสเตนนิติกด้วยการทดสอบแบบ Swift cup test โดยการแบ่งอุณหภูมิในการศึกษาจาก 31.0 องศาเซลเซียส ถึง 90.0 องศาเซลเซียสออกเป็น 7 ระดับ พบว่าที่อุณหภูมิ 62 .0 องศาเซลเซียสสามารถเพิ่มสัดส่วนขีดจำกัดการลากขึ้นรูปได้ โดยอุณหภูมิระดับอื่นไม่สามารถทำได้ แสดงว่าอุณหภูมิและสภาวะความเค้นที่เกิดขึ้นบนเหล็กกล้าไร้สนิมชนิดออสเตนนิติกมีผลต่อการเปลี่ยนแปลงเฟสจากออสเตนไนท์เป็นมาร์เทนไซด์ส่งผลโดยตรงต่อ พฤติกรรมการเปลี่ยนรูปถาวรในการขึ้นรูปโลหะแผ่น

Effect of Multi-Axial Loading Part On Limiting Drawing Ratio

Eiji Sata. ,Sagar,R.,Juneja,B.L.และ Liou,J.H. ศึกษาผลของการให้แรงแบบแนวแกนหลายครั้ง ต่อสัดส่วนขีดจำกัดการลากขึ้นรูป ในการลากขึ้นรูปกล่องสี่เหลี่ยมจัตุรัสขนาด 30 มม.โดยพิจารณาจากค่าสัมประสิทธิ์ อัลฟ่าซึ่ง มีค่าดังนี้ซึ่งในการลากขึ้นรูปทั่วไปแล้วค่าสัมประสิทธิ์อัลฟ่าไม่คงที่ตลอดระยะเคลื่อนที่ของพั๊นซ์ แต่ในงานวิจัยนี้จะทำการปรับค่าความเร็วของพั๊นซ์ เพื่อทำให้ค่าสัมประสิทธิ์อัลฟ่าคงที่ตลอดการลากขึ้นรูป ในการทดลองลากขึ้นรูปกล่องสี่เหลี่ยมจัตุรัสขนาด 30 มม. วัสดุทดสอบคือ อลูมิเนียมA1100 - H มีความหนา 3.0 มม.ใช้โมลิบตินั้มไดส์ซัลไฟด์เป็นสารหล่อลื่น เมื่อทำการทดสอบลากขึ้นรูปทั่วไปจะได้สัดส่วนขีดจำกัดการลากขึ้นรูป 2.20 แต่เมื่อทดสอบลากขึ้นรูปโดยควบคุมค่าสัมประสิทธิ์อัลฟ่าให้คงที่ พบว่าค่าสัดส่วนขีดจำกัดการลากขึ้นรูปเพิ่มขึ้นตามค่าสัมประสิทธิ์ โดยเริ่มทดลองจากค่าสัมประสิทธิ์อัลฟ่าที่ 0.03 และสัดส่วนขีดจำกัดการลากขึ้นรูปสูงสุดที่ค่า 3.4 เมื่อค่าสัมประสิทธิ์อัลฟ่าเท่ากับ 0.1 เมื่อพิจารณาความสัมพันธ์ระหว่างแรงและระยะทางในการลากขึ้นรูป โดยทำให้ค่าสัมประสิทธิ์อัลฟ่าคงที่พบว่าช่วงกลางของเส้นโค้งของแรงลากขึ้นรูปแสดงค่าแรงมีลักษณะคล้ายคลื่นได้แสดงในรูปที่2.2 ซึ่งเป็นการให้แรงแบบแนวแกนหลายครั้ง ซึ่งสามารถเพิ่มขีดจำกัดการลากขึ้นรูปกล่องอลูมิเนียม A1100 - H ได้ถึง 55.00 เปอร์เซ็นต์เมื่อเทียบกับการลากขึ้นรูปแบบทั่วไป

รูปที่ แสดงความสัมพันธ์ระหว่างแรงลากขึ้นรูปกับระยะเคลื่อนที่ของพั๊นซ์เมื่อควบคุมค่าสัมประสิทธิ์อัลฟ่าให้คงที่

Influence of the tool clearance in the cylindrical cup drawing process

Y.M.Huang และ J.W.Chen ทำการศึกษาผลของระยะช่องว่างระหว่างดายและพั๊นซ์ในการลากขึ้นรูปถ้วยกลม โดยได้นำเอาวิธี Updated Lagrangian Formulation มาใช้ช่วยพยากรณ์ผลการทดลอง เพื่อใช้เปรียบเทียบกับการทดลองจริง ในส่วนของการทดลองถูกแบ่งออกเป็นสองส่วน คือศึกษาผลของระยะช่องว่างระหว่างดายและพั๊นซ์ต่อแรงในการลากขึ้นรูปถ้วยกลมและสัดส่วนขีดจำกัดการลากขึ้นรูป ระดับระยะช่องว่างระหว่างดายและพั๊นซ์ที่ทำการศึกษาคือ 1.04 1.15 และ 1.22 เท่าของความหนา ลากขึ้นรูปถ้วยกลมเหล็กกล้าคาร์บอนต่ำBA-DDQ ความหนา 1.2 มม. และใช้น้ำมันขึ้นรูปทั่วไปและการเคลือบผิวด้วยสังกะสีเป็นสารหล่อลื่น จากการทดลองความสัมพันธ์ระหว่างระยะช่องว่างระหว่างดายและพั๊นซ์ต่อแรงในการลากขึ้นรูปพบว่าที่ระยะช่องว่างระหว่างดายและพั๊นซ์ที่ 1.05 และ 1.15 เท่าของความหนาให้แรงในการลากขึ้นรูปที่จุดสูงสุดเท่ากัน แสดงว่าระยะช่องว่างระหว่างดายและพั๊นซ์มีค่ามากเกินไปจะมีผลต่อการเพิ่มของแรงในการลากขึ้นรูป เมื่อศึกษาต่อไปโดยพิจารณาผลของสัดส่วนขีดจำกัดการลากขึ้นรูป พบว่ามีระยะช่องว่างระหว่างดายและพั๊นซ์ 1.15 เท่าของความหนาให้สัดส่วนขีดจำกัดการลากขึ้นรูปเพิ่มขึ้น โดยระยะช่วงว่างระหว่างดายและพันซ์ที่เหมาะสมจะช่วยลดแรงดึงที่ผนังถ้วยลดโอกาสในการฉีกขาด จึงสรุปได้ว่าระยะช่องว่างระหว่างดายและพั๊นซ์ มีผลต่อแรงในการลากขึ้นรูปและมีสัดส่วนขีดจำกัดการลากขึ้นรูป และถ้าใช้ระยะช่องว่างระหว่างดายและพันซ์ที่มีค่ามากจะเพิ่มแรงในการลากขึ้นรูปและลดสัดส่วนขีดจำกัดในการลากขึ้นรูป

The interaction of properties of stainless steel sheet its

M.Met และ R.Jackson แสดงให้เห็นความสัมพันธ์ระหว่างคุณสมบัติของเหล็กกล้าไร้สนิมชนิดแผ่นกับการนำมาขึ้นรูป เหล็กกล้าไร้สนิมชนิดแผ่นที่ทำมาศึกษาได้แก่ ชนิดออสเตนนิติก และชนิดเฟอร์ริติกเมื่อนำเหล็กกล้าไร้สนิมชนิดแผ่นไปทดสอบหาคุณสมบัติทางกล เพื่อใช้เปรียบเทียบกับความสามารถในการขึ้นรูป พบว่าเหล็กกล้าไร้สนิมชนิดออสเตนนิติก มีความแข็งแรงที่จุดคลากความแข็งแรงสูงสุด เปอร์เซ็นต์การยืดตัวและค่าสัมประสิทธิ์ความเครียดแข็งสูงก่วาเหล็กก้ลาไร้สนิมชนิดเฟอร์ริติกมีผลให้เหล็กก้ลาไร้สนิมชนิดออสเตนนิติกมีความสามารถในการขึ้นรูปได้ดีก่วาชนิดเฟอร์ริติก เมื่อศึกษาถึงส่วนผสมของเหล็กกล้าไร้สนิมชนิดออสเตนนิติก เกรด AISI 302 พบว่าที่ปริมาณนิเกลที่ 8.80 เปอร์เซ็นต์จะให้เปอร์เซ็นต์การยืดตัวสูงสุดถึง 68.0เปอร์เซ็นต์ เมื่อปริมาณนิเกลเปลี่ยนไปเล็กน้อยทำให้เปอร์เซ็นต์การยืดตัวเปลี่ยนแปลงอย่างมาก แสดงว่าปริมาณนิเกิลมีความไวต่อการเปลี่ยนแปลงของเปอร์เซนต์การยืดตัวอย่างมาก นอกจากนี้ ยังแสดงผลของรัศมีดายและรัศมีพั๊นซ์ของการลากขึ้นรูปถ้วยกลมเหล็กกล้าไร้สนิมชนิดออสเตนนิติกAISI 302 ต่อสัดส่วนลากขึ้นรูปสูงสุดในการทดลองใช้เหล็กกล้าไร้สนิมมีความหนา 1.20 มม. ทำการเปลี่ยนระดับรัศมีดาย 4 ถึง 12 เท่าของความหนาและรัศมีพั๊นซ์ 2 ถึง 8 เท่าของความหนา ซึ่งผลจากการทดลองพบว่ารัศมีพั๊นซ์มีผลต่อสัดส่วนลากขึ้นรูปน้อยมาก โดยผลของ 4 ถึง 8 เท่าของความหนาให้ผลต่อสัดส่วนลากขึ้นรูปเท่ากัน แต่สูงกว่าที่ 2 เท่าของความหนา ส่วนอิทธิผลรัศมีดายมีผลต่อสัดส่วนลากขึ้นรูปอย่างมาก รัศมีที่ศึกษาและให้สัดส่วนขีดจำกัดการลากขึ้นรูปสูงสุด (LDR = 2.32) คือ 12 เท่าของความหนา

Investigation of the influence of various parameters on the deep drawing quality of sheet metals

K.Lange. และ R.Daiheimer. ทำการศึกษาถึงตัวแปรต่างๆ ต่อคุณภาพงานลากขึ้นรูปโลหะแผ่นโดยให้สังเกตจากแรงของการลากขึ้นรูป ความเรียบของผิวงานหลังลากขึ้นรูปและสัดส่วนขีดจำกัดการลากขึ้นรูป และได้แบ่งขั้นตอนการศึกษาออกเป็นสองขั้นตอน คือ ศึกษาตัวแปรด้วยการลากขึ้นรูปถ้วยขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 50 มม. และศึกษาตัวแปรจากเครื่องมือของ Reihle. เครื่องมือของ Guyot.และเครื่องมือของ Wiegand.และ Kloos.เครื่องมือทั้ง 3 ชิ้นเป็นเครื่องมือจำลองของกระบวนการลากขึ้นรูป ในที่นี้จะกล่าวผลการศึกษาตัวแปรด้วยการลากขึ้นรูปถ้วยทองเหลือง ตัวแปรที่ถูกเลือกมาทำการศึกษาคือ ชนิดของสารหล่อลื่นและขนาดของเกรนซึ่งพบว่าตัวแปรทั้งสองมีผลต่อการเพิ่มสัดส่วนขีดจำกัดการลากขึ้นรูปน้อยมาก สารหล่อลื่นที่ใช้ในงานลากขึ้นรูปจะช่วยลดแรงเสียดทานทำให้ลดแรงในการลากขึ้นรูปได้อย่างมาก ซึ่งส่งผลต่อการเพิ่มสัดส่วนขีดจำกัดการลากขึ้นรูปได้โดยทางอ้อม ขนาดเกรนของโลหะแผ่นมีผลอย่างมากต่อความเรียบผิวของชิ้นงานจากการลากขึ้นรูป โดยโลหะแผ่นที่มีขนาดเกรนเล็กจะให้ความเรียบผิวของชิ้นงานสูงกว่าโลหะแผ่นที่มีขนาดเกรนที่โตกว่า นอกจากนี้ยังพบว่าเมื่อลากขึ้นรูปที่สัดส่วนขีดจำกัดสูงขึ้นจะทำให้ความเรียบผิวของชิ้นงานลดลงด้วย

Instability Modes In Deep Drawing

P.Ng และ Chakrabarty, j. ทำการศึกษาผลของคุณสมบัติของโลหะแผ่นร่วมกับองค์ประกอบของความเสียดทานต่อ สัดส่วนขีดจำกัดการลากขึ้นรูปและแรงของการลากขึ้นรูปถ้วย โลหะแผ่นที่ถูกเลือกเพื่อศึกษาคุณสมบัติ ได้แก่ อลูมิเนียม ทองเหลืองและเหล็กกล้าอลูมิเนียมต่ำ (Aluminum Killed Steel) พบว่าค่าเฉลี่ยของสัดส่วนความเครียดเปลี่ยนรูปถาวรของโลหะแผ่นจะแปรผันตรง กับสัดส่วนขีดจำกัดการลากขึ้นรูปกรณีขององค์ประกอบของความเสียดทานผู้ทำ วิจัยได้แบ่งองค์ประกอบออกเป็น 3 ส่วน คือ

• ชนิดของสารหล่อลื่น

• จุดที่ทาสารหล่อลื่นแ

• ความเรียบของผิวพั๊นซ์

พบว่า องค์ประกอบของความเสียดทานมีผลต่อสัดส่วนขีดจำกัดการลากขึ้นรูปและแรง ในการลากขึ้นรูปถ้วย องค์ประกอบความเสียดทานที่ดีที่สุดในการทดลองนี้ก็คือการใช้แผ่นโพลีเตตะฟลู โอโลอีททีลีน ( Polytetrafluoroethylene film) ปกคลุมบนดายและแผ่นกด ยกเว้นพื้นที่ผิวของพั๊นซ์และใช้พั๊นซ์ที่พิมพ์ลายบนรัศมีพั๊นซ์เพื่อเพิ่ม สัมประสิทธิ์ความเสียดทาน โดยสัดส่วนขีดจำกัดการลากขึ้นรูปที่ดีที่สุด คือการลากขึ้นรูปเหล็กกล้าอลูมิเนียมต่ำ ได้สัดส่วนขีดจำกัดการลากขึ้นรูปถึง 2.67 นอกจากนี้ ยังส่งผลต่อการเกิดแรงในการลากขึ้นรูปในระดับต่ำกว่า องค์ประกอบความเสียดทานอื่นๆ