1. Simultaneous Optimization of The Initial Blank Shape and
Blank Holder Force in Deep Drawing Process
การคานวณรูปร่างชิ้นงานเริ่มต้นและแรงกดยึดชิ้นงานที่เหมาะสมที่สุดใน
กระบวนการลากขึ้นรูปลึก เพื่อลดความสูญเสียวัสดุ
DR. JIRASAK SRIRAT
ASSOC.PROF.DR.PONGPHAN KAEWTATHIP

2. บทที่ 1 บทนำ
1.1 ที่มาและความสาคัญ
จากภาวะวิกฤติเศรษฐกิจของประเทศในปัจจุบัน
ประกอบกับการแข่งขันในอุตสาหกรรมการขึ้นรูปโลหะแผ่น
(Sheet metal forming)ที่เข้มข้นขึ้น ส่งผลให้ผู้ประกอบการต้อง
แข่งขันกันมากขึ้นด้วย ซึ่งการลดต้นทุนและเวลาในการผลิตจึง
เป็นปัจจัยสาคัญในการแข่งขัน และวิธีหนึ่งซึ่งสามารถนามาใช้
เพิ่มศักยภาพในการแข่งขันคือ การประยุกต์ใช้ไฟไนต์เอลิ
เมนต์ในการออกแบบและวิเคราะห์ก่อนการผลิตชิ้นงานจริง
รูปที่ 1.1 ภาพชิ้นงานที่ใช้แผ่นโลหะเริ่มต้นเกินความจาเป็น
ที่มา: http://www.thomasnet.com/articles/custom-manufacturing-fabricating/deep-drawing

3. ด้วยเหตุดังกล่าวจึงทาให้เกิดแนวคิด ในการศึกษาการขึ้นรูป
โลหะแผ่น โดยการประยุกต์ใช้วิธีไฟไนต์เอลิเมนต์กับการลากขึ้นรูปลึก
(Deep drawing) เพื่อช่วย ลดความสูญเสียวัสดุได้อย่างมีประสิทธิภาพ
Keywords: Deep-Drawing, Sheet Metal Forming, Finite Element
Method, Forming Limit Diagrams, Variable Blank Holder Force
บทที่ 1 บทนำ
ที่มา:http://metallurgyfordummies.com/deep-drawing/
รูปที่ 1.2 ลักษณะงานลากขึ้นรูปที่เกิดขึ้นในรูปแบบต่าง

4. รูปที่ 1.3 กระบวนการลากขึ้นรูปลึก(Deep Drawing Process)
บทที่ 1 บทนำ
กระบวนการลากขึ้นรูปลึก เป็นกระบวนการขึ้นรูป
โลหะ โดยที่แผ่นชิ้นงานจะถูกแรงกระทาจาก พันช์ กดลงไป
ใน ดาย ให้มีรูปร่างเป็นหลุมลงไป โดยที่ความหนาของ
ชิ้นงานมีการเปลี่ยนแปลง
โดยแม่พิมพ์จะมีองค์ประกอบหลักอยู่ 3 ชิ้นส่วน คือ
1. พันช์(Punch)
2. ดาย(Die)
3. แผ่นจับชิ้นงาน(Blank Holder Plate)
Blank Holder PlateBlank Holder Plate
ที่มา:http://www.doitpoms.ac.uk/tlplib/metal-forming-2/other_processes.php

5. กระบวนการลากขึ้นรูปลึก จะใช้แผ่นโละเริ่มต้นจากแผ่นเหล็กรีดร้อนหรือแผ่นเหล็กรีดเย็น
มาทาการตัดให้ได้ขนาดตามที่ต้องการ ซึ่งส่วนมากจะใช้วัสดุเหนียว ที่มีความสามารถในการยืดตัวได้ดี
และขึ้นรูปด้วยแม่พิมพ์ลากขึ้นรูปลึก เพื่อให้ได้รูปร่างของผลิตภัณฑ์
บทที่ 1 บทนำ
ที่มา : http://metallurgyfordummies.com/deep-drawing
รูปที่ 1.4 ภาพตัวอย่างผลิตภัณฑ์ที่ผลิตจากกระบวนการลากขึ้นรูปลึก

6. บทที่ 1 บทนำ
รูปที่ 1.5 ภาพตัวอย่างผลิตภัณฑ์ที่ผลิตจากกระบวนการลากขึ้นรูปลึก
ที่มา : http://eng.sut.ac.th/metal/images/stories/pdf/p1-12_5_deepdraw_SUT.pdf

7. บทที่ 1 บทนำ
1.2 วัตถุประสงค์ของงานวิจัย
1.2.1 เพื่อศึกษาการประยุกต์ใช้วิธีไฟไนต์เอลิเมนต์กับงานลากขึ้นรูปลึก
1.2.2 เพื่อลดความสูญเสียวัสดุในกระบวนการลากขึ้นรูปลึก
1.3 ขอบเขตงานวิจัย
1.3.1 ศึกษาและออกแบบงานลากขึ้นรูปลึกกับโลหะ....... และมีรูปทรง..... โดยมีความหนา
เริ่มต้น.......มิลลิเมตร
1.3.2 การทดสอบการลากขึ้นรูปลึกกับเครื่องเพรสไฮดรอลิคขนาด.......ตัน

8. บทที่ 1 บทนำ
1.4 ประโยชน์และที่คาดว่าจะได้รับ
1.4.1 ทาให้ทราบสภาวะที่เหมาะสมที่สุดของการลากขึ้นรูปลึกที่ได้จากประยุกต์ใช้วิธีไฟไนต์เอลิเมนต์
1.4.2 เพื่อสามารถลดความสูญเสียวัสดุในกระบวกการลากขึ้นรูปลึกได้

9. บทที่ 1 บทนำ
1.5 ขั้นตอนการดาเนินงาน
1.5.1 ศึกษากรรมวิธีการขึ้นรูปลึก Deep drawing จากงานวิจัยอื่นที่เกี่ยวข้อง
1.5.2. ออกแบบแม่พิมพ์ Deep drawing
1.5.3. จาลองและวิเคราะห์การลากขึ้นรูปลึกด้วยระเบียบวิธีไฟไนต์เอลิเมนต์ โดยใช้ซอฟท์แวร์ Abaqus
1.5.4. ทดสอบการขึ้นรูปลึก ที่ภาควิชาวิศวกรรมเครื่องมือและวัสดุ มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระเจ้าเกล้าธนบุรี
1.5.5. จาลองและวิเคราะห์การลากขึ้นรูปลึก เปรียบเทียบผลกับผลการขึ้นรูปจริง
1.5.6. วิเคราะห์ผลการทดลองที่เกิดขึ้นและแนวทางการแก้ไขปัญหา
1.5.7. จาลองและวิเคราะห์หารขึ้นรูปที่แก้ไขใหม่
1.5.8. เปรียบเทียบผลที่ได้จากการจาลองขึ้นรูปกับการขึ้นกับการขึ้นรูปจริงขั้นสุดท้าย
1.5.9. สรุปผลการทดลอง

10. บทที่ 1 บทนำ
1.6 งานวิจัยที่เกี่ยวข้อง
Naceur, Y.Q. Guo and, J.L. Batoz [1] Blank optimization in
sheet metal forming using an evolutionary algorithm งานวิจัย
นี้ทาการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างด้วยก็ลด element ขนาดเล็ก
ภายในออกและทาการเพิ่มความแข็งแรงของโครงสร้างแทน
หรือเรียกวิธีนี้ว่า“Evolutionary Structural Optimization(ESO)”
*Iter : Iteration(การย้า)
Keyword: Evolutionary StructuralOptimization(ESO)

11. บทที่ 1 บทนำ
1.6 งานวิจัยที่เกี่ยวข้อง
S.H.Park ,J.W.Yoon [2] ได้ทาการทดลองการขึ้นรูปลึกและศึกษาการใช้วิธีไฟไนต์เอลิเมนต์จาลองการลากขึ้นรูปลึก
ซึ่ง Blank ที่ขึ้นรูปจะมีพึ้นที่ฐานเป็นรูปสี่เหลี่ยม ในขั้นตอนการจาลองจึงคิดเพียง1/4ของพื้นที่ฐานเท่านั้น
วัตถุประสงค์ของงานวิจัยนี้เพื่อลด earing ที่เกิดขึ้น
Wei Zhu [3] ได้ศึกษาการขึ้นรูปแผ่นเหล็กที่ผ่านการชุบสังกะสีแบบจุ่มร้อนด้วยระเบียบวิธีไฟไนต์เอลิเมนต์ โดยทา
การขึ้นรูปเหล็กเป็นรูปกล่องสี่เหลี่ยม ทาการสุ่มค่าอินพุตที่ป้อนเข้าสู่ระบบ ได้แก่ แรงที่จับยึดชิ้นงานและงานกดขึ้น
รูปชิ้นงาน และจากผลการสุ่มทดลองค่า พบว่า ถ้าความหนาของเหล็กที่ผ่านการขึ้นรูปลดลงไม่ถึง 20% เหล็กเหล่านั้น
จะเกิดรอยยับขึ้นและความหนาของเหล็กที่ผ่านการขึ้นรูปลดลงประมาณ 22% เหล็กนั้นจะมีความสมบูรณ์ที่สุด คือ
ไม่เกิดคอคอดและรอยยับ

12. บทที่ 2 ทฤษฏีที่เกี่ยวข้อง
2.1 หลักการพื้นฐาน(Concept Design)
2.1.1 การลากขึ้นรูปลึก (Deep Drawing Process )
รูปที่ 2.1 แสดงลักษณะของการลากขึ้นรูปลึก
ที่มา; http://mm.cit.kmutnb.ac.th/td/pdf/research01.pdf
กระบวนการลากขึ้นรูป (Deep Drawing) เป็นการ
ลากขึ้นรูปจากโลหะแผ่นโดยการกดแผ่นเปล่า(Blank) ด้วย
แม่พิมพ์ตัวผู้ (Punch) ผ่านปากแม่พิมพ์ตัวเมีย(Die) ซึ่งจะทา
ให้มีรูปร่างของผลิตภัณฑ์ตามแม่พิมพ์

13. บทที่ 2 ทฤษฏีที่เกี่ยวข้อง
รูปที่ 2.2 พฤติกรรมการไหลตัวของแผ่นโลหะ รูปที่ 2.3 ผลจากความเค้นอัดในแนวเส้นรอบวง
ที่มา: http://eng.sut.ac.th/metal/images/stories/pdf/p1-12_5_deepdraw_SUT.pdf

14. บทที่ 2 ทฤษฏีที่เกี่ยวข้อง
อิทธิพลของแรงกดบนแผ่นจับยัดชิ้นงาน
รอยย่นบนปีกถ้วย เกิดจาก
แรงจับยึดบนชิ้นงานไม่
เพียงพอ
รอยฉีกขาดที่บริเวณใต้รัศมี
Punch เกิดจากแรงจับยึดบน
ชิ้นงานสูงเกินไป

15. บทที่ 2 ทฤษฏีที่เกี่ยวข้อง
2.1.2 แผนภาพขีดจากัดการขึ้นรูป
(Forming Limit Diagram; FLD)
กูดวินน์และคีเลอร์ได้ทาการทดลองกดแผ่นเปล่า
ด้วยหัวกดทรงกลม โดยจะทาการหาจุดวิกฤติ(Critical
Point) ของวัสดุก่อนที่จะเกิดการฉีกขาดขึ้นแล้วนามา
แสดงที่ตาแหน่งต่างๆระหว่างความเครียดหลักและ
ความเครียดรอง โดยทฤษฎีของกูดวินน์จะเน้นอธิบาย
ในส่วนของกระบวนการลากขึ้นรูป และในส่วนของ
ทฤษฎีของคีเลอร์เน้นในส่วนของกระบวนการดึงยืด
(Stretch Forming)
รูปที่ 2.4 แผนภาพขีดจากัดการขึ้นรูปของอะลูมิเนียม
ที่มา:Lange,K.,1985,Handbook of Metal Forming, McGraw-Hill

16. บทที่ 2 ทฤษฏีที่เกี่ยวข้อง
แผนภาพขีดจากัดการขึ้นรูปเป็นแผนภาพที่บอกถึงอนุภาค
ของโลหะแผ่นสามารถขึ้นรูป ก่อนจะเกิดคอคอด(Necking)
โดยให้แผนภาพจะมีMajor Strain ε1= In(d1/d0) และ Minor
Strain ε2 = In(d2/d0)
รูปที่ 2.5 แสดงลักษณะการเสียรูปของวงกลมในชิ้นงาน
ที่มา;http://www.uotechnology.edu.iq/dep-production/conferences/emad%20ali.ppt
รูปที่ 2.6 ตัวอย่างแผนภาพขีดจากัดการขึ้นรูปของโลหะ SPCC
ที่มา;http://www.isit.or.th/uploads/Portfolio/37-file.pdf
(Forming Limit Curve; FLC)

17. บทที่ 2 ทฤษฏีที่เกี่ยวข้อง
2.1.3 ระเบียบวิธีไฟไนต์เอลิมนต์
2.1.3.1การแบ่งเอลิเมนต์ไปตามมิติ

18. บทที่ 2 ทฤษฏีที่เกี่ยวข้อง
2.1.3.2 สทิฟเนสเมทริกซ์(Stiffness Matrix)
ระบบโครงสร้างทั้งหมดของชิ้นงานซึ่งประกอบด้วยหลาย ๆ จุดต่อที่มีการเปลี่ยนแปลงหรือเกิดการ
กระจัดเกิดขึ้นเมื่อได้รับแรงมากระทา ในการวิเคราะห์โครงสร้างทั้งระบบด้วยวิธีไฟไนต์เอลิเมนต์จาเป็นต้อง
หาสทิฟเนสเมทริกซ์ของทั้งระบบทั้งหมดก่อน สมการพื้นฐานไฟไนต์เอลิเมนต์ในการวิเคราะห์ซึ่งจะเริ่มจากสมการ
ของระบบอยู่ในรูป

19. บทที่ 2 ทฤษฏีที่เกี่ยวข้อง
{f}: vector of element nodal forces
[k] : element stiffness matrix
{d}: vector of unknown element nodal degrees of freedom
รวมเป็น Complex matrix
(1)

20. บทที่ 2 ทฤษฏีที่เกี่ยวข้อง
ที่มา: เอกสารประกอบการเรียน
MEE511 Finite element method

21. บทที่ 2 ทฤษฏีที่เกี่ยวข้อง
2.1.3.3 การกาหนดความสัมพันธ์ระหว่างความเครียด-การกระจัดและความเครียด-ความเค้น
การหาสมการที่ใช้ในการวิเคราะห์ด้วยวิธีไฟไนต์เอลิเมนต์ จะต้องอาศัยความสัมพันธ์ระหว่าง
ความเครียดกับการกระจัดหรือความเครียดกับความเค้น ตัวอย่าง ในกรณีที่เป็นหนึ่งมิติการยืดตัวของเอลิ
เมนต์ในทิศทางใดทิศทางหนึ่ง เช่นในทิศทางแกน x จะมีความสัมพันธ์กับความเครียด (𝜀 𝑥)
𝜀 𝑥 =
𝑑𝑢
𝑑𝑥
อีกหนึ่งของความสัมพันธ์ระหว่างความเครียด-ความเค้นจะไปตามกฎของฮุค(Hooke’s law)
𝜎𝑥= 𝐸𝜀 𝑥
𝜎𝑥: Stress in the x direction
E : Modulus of elasticity
(2)
(3)

22. บทที่ 2 ทฤษฏีที่เกี่ยวข้อง
2.2 แผนการดาเนินงาน
แผนการดาเนินงานตลอดโครงงานวิจัย สิงหาคม
2556
กันยายน
2556
ตุลาคม
2556
พฤศจิกายน
2556
ธันวาคม
2556
มกราคม
2557
กุมภาพันธ์
2557
มีนาคม
2557
เมษายน
2557
พฤษภาคม
2557
1.กาหนดตารางแผนงานตลอดทั้ง1 ปี
2.กาหนดวัตถุประสงค์และขอบเขตของงานวิจัย
3. เขียน proposal
4. ศึกษาทฤษฎีและงานวิจัยที่เกี่ยวข้องกับโครงงานวิจัย
5 .ออกแบบ Algorithm ของการคานวณ
6. จาลองการขึ้นรูปลึกด้วยระเบียบวิธีFinite element
7. ออกแบบและทดลองการขึ้นรูปลึก
8. เปรียบเทียบผลระหว่างการจาลองและผลการทดลองจริง
9. วิจารณ์และสรุปการทดลอง
10.จัดทารูปเล่ม
11.เตรียมตัวนาเสนองานวิจัย

23. Reference
Website
http://thelibraryofmanufacturing.com/deep_drawing.html
http://www.siamstainless.com/?p=1385
http://www.academia.edu/2928625/A_REVIEW_OF_THE_OPTIMIZATION_TECHNIQUES_APPLIED_TO_THE_DEEP_DRAWING_PROCESS
JournalPaper (บางส่วน)
JirasakSRIRAT,Satoshi KITAYAMAand KoetsuYAMAZAKI.,Optimization of InitialBlankShapewith a VariableBlankHolder Forcein
Deep-Drawingvia SequentialApproximate Optimization, KanazawaUniversity, Kakuma-machi,Kanazawa,920-1192,Japan
H. Naceur.,Y.Q.Guo.,andJ.L. Batoz.Blankoptimization in sheetmetal formingusing anevolutionary algorithm, Journalof Materials
Processing Technology151(2004) 183–191
Textbook
Dixit,PrakashM . Modelingof metalformingand machiningprocesses: by finite element andsoft computingmethods. London: Springer, 2008.
Myers,RaymondH.Responsesurfacemethodology: processand productoptimizationusing designed experiments.NewYork: J. Wiley,2002
Lange,K.,1985,Handbookof MetalForming, McGraw-Hill,pp.(18.11)-(18.15).

24. นายภุมเรศน์ เอื้อโอภาพัฒน์ รหัสนักศึกษา 53210346
นายเสถียรพงษ์ คงกระจง รหัสนักศึกษา 53210394
นายเกริกชัย ผลวัฒนะ รหัสนักศึกษา 53210422