subtle swirl template - chiang mai universitypersonel.eng.cmu.ac.th/~wasawat/metal forming 1.pdf•...
TRANSCRIPT
![Page 1: Subtle Swirl Template - Chiang Mai Universitypersonel.eng.cmu.ac.th/~wasawat/Metal Forming 1.pdf• เป นกระบวนการแปรร ป (deformation) ท เก ยวข](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022040515/5e721b075a40fe1ca858590d/html5/thumbnails/1.jpg)
การขึน้รปูโลหะ (Metal Forming)
รหสัวชิา 255417
โดย....ดร.วสวชัร นาคเขียว
ภาควิชาวิศวกรรมอตุสาหการ
คณะวิศวกรรมศาสตร ์มหาวิทยาลยัเชียงใหม่
![Page 2: Subtle Swirl Template - Chiang Mai Universitypersonel.eng.cmu.ac.th/~wasawat/Metal Forming 1.pdf• เป นกระบวนการแปรร ป (deformation) ท เก ยวข](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022040515/5e721b075a40fe1ca858590d/html5/thumbnails/2.jpg)
กระบวนการผลติ (Manufacturing Processes) • คาํวา่ manufacturing มรีากทางภาษามาจากภาษาละตนิ manu factus แปลวา่ ทาํดว้ย
มอื
• กระบวนการผลติ (Manufacturing Processes) เกีย่วขอ้งกบัการทาํใหว้ตัถุดบิเปลีย่น
รปูทรง ขนาด หรอืสมบตั ิมาเป็นสนิคา้ (product) ทีต่อ้งการ
• การเปลีย่นรปูทรง ขนาด หรอืสมบตั ินัน้มกีารทาํไดห้ลายกระบวนการ เชน่
- กระบวนการขจดัเศษต่างๆ เชน่ การกลงึ, การกดั, การเจยีระไน, และอื่นๆ
0 การขึน้รปูหรอืเปลีย่นรปูทรงโดยไมม่เีศษออกมา เชน่ การขึน้รปูลกัษณะต่างๆ
+ การเพิม่หรอืเชือ่มวสัดุเขา้ดว้ยกนั เชน่ กระบวนการเชือ่ม, กรรมวธิโีลหะผง, และ
อื่นๆ
![Page 3: Subtle Swirl Template - Chiang Mai Universitypersonel.eng.cmu.ac.th/~wasawat/Metal Forming 1.pdf• เป นกระบวนการแปรร ป (deformation) ท เก ยวข](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022040515/5e721b075a40fe1ca858590d/html5/thumbnails/3.jpg)
กระบวนการผลติ (Manufacturing Processes) การเปลีย่นแปลงรปูทรง ขนาด
• นอกจากดจูะแยกตามวธิกีารขา้งตน้แลว้ ยงัสามารถแยกไปเป็น ระดบัของกระบวนการ
- Macro Scale (มหภาค)
- Micro Scale (จลุภาค)
เชน่
กระบวนการ Macro-scale Micro-scale
0 การรดีขึน้รปู (Rolling)
การขดัเงาระดบัพืน้ผวิ: Surface
Burnishing
การตขีึน้รปู (Forging)
การดนัขึน้รปู (Forging)
+ การเชือ่ม (Welding) Electroplating:การชบุโลหะดว้ยไฟฟ้า
- การกลงึ (Turning) Micro-laser
การกดั (Milling)
![Page 4: Subtle Swirl Template - Chiang Mai Universitypersonel.eng.cmu.ac.th/~wasawat/Metal Forming 1.pdf• เป นกระบวนการแปรร ป (deformation) ท เก ยวข](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022040515/5e721b075a40fe1ca858590d/html5/thumbnails/4.jpg)
กระบวนการผลติ (Manufacturing Processes) การเปลีย่นแปลงรปูทรง ขนาด
• นอกจากน้ียงัอาจแบง่ไดต้ามอุณหภมู ิ
- การขึน้รปูเยน็ (Cold Working): มกีารแปรรปู (deformation) ทีอุ่ณหภมูติํ่ากวา่ 0.5*Tm
- การขึน้รปูรอ้น (Hot Working): มกีารแปรรปู (deformation) ทีอุ่ณหภมูปิระมาณหรอืสงู
กวา่ 0.5*Tm
โดยที ่Tm คอืจดุหลอมเหลวของวสัดุ
(ในบางกรณมีกีารใหค้วามรอ้นกบัวสัดุจนถงึประมาณ 0.3*Tm (การขึน้รปูอุ่น) เพือ่ลด
แรงทีใ่ชใ้นการขึน้รปู)
![Page 5: Subtle Swirl Template - Chiang Mai Universitypersonel.eng.cmu.ac.th/~wasawat/Metal Forming 1.pdf• เป นกระบวนการแปรร ป (deformation) ท เก ยวข](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022040515/5e721b075a40fe1ca858590d/html5/thumbnails/5.jpg)
การขึน้รปูโลหะ (Metal Forming)
• เป็นกระบวนการแปรรปู (deformation) ทีเ่กีย่วขอ้งในสว่นของการแปรรปูถาวร (plastic
deformation) ของวสัดุโดยจะเป็นการไหลของของแขง็ (การหล่อ (casting) นัน้ตอ้งทาํให้
โลหะหลอมเหลวก่อน)
นกัศกึษาคงทราบวา่ :การแปรรปูของวสัดุ (deformation process) มสีองแบบคอื การแปรรปูแบบ
ยดืหยุน่ (elastic deformation) และ การแปรรปูแบบถาวร (plastic deformation) ซึง่จะดไูด้
จากการทดสอบแรงดงึ (tensile test)
แสดงการทดสอบแรงดงึ
specimen extensometer
![Page 6: Subtle Swirl Template - Chiang Mai Universitypersonel.eng.cmu.ac.th/~wasawat/Metal Forming 1.pdf• เป นกระบวนการแปรร ป (deformation) ท เก ยวข](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022040515/5e721b075a40fe1ca858590d/html5/thumbnails/6.jpg)
การขึน้รปูโลหะ (Metal Forming)
ตวัอยา่ง ลกัษณะกราฟทีไ่ดจ้ากการทดสอบแรงดงึ
• โดยปกตแิลว้ในการขึน้รปูโลหะจะตอ้งใชแ้รงมาก (มกีารใหค้วามรอ้นเพือ่ลดแรงในการขึน้รปู)
![Page 7: Subtle Swirl Template - Chiang Mai Universitypersonel.eng.cmu.ac.th/~wasawat/Metal Forming 1.pdf• เป นกระบวนการแปรร ป (deformation) ท เก ยวข](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022040515/5e721b075a40fe1ca858590d/html5/thumbnails/7.jpg)
ตวัแปรตน้ของการขึน้รปูโลหะ
• ในทางคณติศาสตร ์สมการเสน้ตรงธรรมดา y = ax+b นัน้ y = ตวัแปรตาม, x = ตวัแปรตน้,
a= slope,และ b = จดุตดัแกน y แต่ในความเป็นจรงิของกระบวนการนัน้ในแต่ละตวัแปรตาม
มกัจะประกอบไปดว้ยหลายตวัแปรตน้
• ตวัแปรต้น (Independent variable) ทีส่าํคญัของการขึน้รปูโลหะ เชน่
- วสัดุตัง้ตน้
- รปูทรงวสัดุตัง้ตน้
- เครือ่งมอื เครือ่งจกัรทีใ่ชใ้นการขึน้รปู รปูทรงของได (die)
- อุณหภมูติัง้ตน้
- ความเรว็ของกระบวนการ
- ปรมิาณของการแปรรปู
![Page 8: Subtle Swirl Template - Chiang Mai Universitypersonel.eng.cmu.ac.th/~wasawat/Metal Forming 1.pdf• เป นกระบวนการแปรร ป (deformation) ท เก ยวข](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022040515/5e721b075a40fe1ca858590d/html5/thumbnails/8.jpg)
ตวัแปรตามของการขึน้รปูโลหะ
• ตวัแปรตาม (dependent variable) ทีส่าํคญั
ของการขึน้รปูโลหะ เชน่
- แรงและพลงังานทีใ่ช ้
- สมบตัขิองชิน้งานทีอ่อกมา
- ความเรยีบผวิ (surface finish) และ ความ
เทีย่งตรง (precision)
- อุณหภมูสิดุทา้ย
• การหาความสมัพนัธร์ะหวา่งตวัแปรตน้กบัตวัแปร
ตาม สามารถทาํไดโ้ดยใชเ้ทคนิคทางสถติเิชน่
ANOVA, Multiple-linear regression, finite
element analysis และประสบการณ์ เขา้มาหา
ความสมัพนัธข์องตวัแปรตน้ กบั ตวัแปรตาม
![Page 9: Subtle Swirl Template - Chiang Mai Universitypersonel.eng.cmu.ac.th/~wasawat/Metal Forming 1.pdf• เป นกระบวนการแปรร ป (deformation) ท เก ยวข](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022040515/5e721b075a40fe1ca858590d/html5/thumbnails/9.jpg)
States of Stress (ความเคน้)
![Page 10: Subtle Swirl Template - Chiang Mai Universitypersonel.eng.cmu.ac.th/~wasawat/Metal Forming 1.pdf• เป นกระบวนการแปรร ป (deformation) ท เก ยวข](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022040515/5e721b075a40fe1ca858590d/html5/thumbnails/10.jpg)
กระบวนการขึน้รปูลกัษณะต่างๆ
การรดีขึน้รปู
การตขีึน้รปู
การดนัขึน้รปู
การรดีขึน้
รปูแบบหมุน
เฉือน
![Page 11: Subtle Swirl Template - Chiang Mai Universitypersonel.eng.cmu.ac.th/~wasawat/Metal Forming 1.pdf• เป นกระบวนการแปรร ป (deformation) ท เก ยวข](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022040515/5e721b075a40fe1ca858590d/html5/thumbnails/11.jpg)
กระบวนการขึน้รปูลกัษณะต่างๆ การขึน้รปูถว้ย
การบบีขึน้รปู
การขึน้รปู
พมิพล์กึ
การดงึขึน้รปู
ลวดหรอืถว้ย
![Page 12: Subtle Swirl Template - Chiang Mai Universitypersonel.eng.cmu.ac.th/~wasawat/Metal Forming 1.pdf• เป นกระบวนการแปรร ป (deformation) ท เก ยวข](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022040515/5e721b075a40fe1ca858590d/html5/thumbnails/12.jpg)
แรงเสยีดทาน และสารหลอ่ลืน่ ในการขึน้รปู
• ในกระบวนการขึน้รปูนัน้ ตอ้งใชแ้รง และ แรงดนัสงูในการทีจ่ะทาํใหว้สัดุตัง้ตน้ แปรรปู ในหลายๆกระบวนการ อาจจะใชพ้ลงังานมากกวา่ 50% ทีเ่สยีไปจากแรงเสยีดทาน (friction)
• การนําพวกสารหล่อลื่นมาใช ้สามารถทาํใหก้ารไหลของวสัดุของแขง็ทาํไดด้ขี ึน้ สามารถลดของเสยีจากการขึน้รปู ปรบัสภาพพืน้ผวิ ความเรยีบ หลงัการขึน้รปู
• อตัราในการผลติ (production rate), เครือ่งมอื เครือ่งจกัรทีใ่ช,้ การสกึกรอ่นของเครือ่งมอื ได นัน้สามารถหาภาวะทีด่ทีีส่ดุ (optimize) ไดด้ว้ยการควบคุม และจดัการกบัแรงเสยีดทาน
• แรงเสยีดทานในการขึน้รปูประกอบดว้ยสองสว่น
1. ทีแ่รงดนั (pressure) ตํ่า นัน้ F = µ N โดยที ่F = แรงเสยีดทาง (นิวตนั), µ = คา่สมัประสทิธิข์องแรงเสยีดทาน, และ N = แรงปฎกิริยิาทีต่ ัง้ฉากกบัผวิสมัผสั (นิวตนั)
2. ทีแ่รงดนั (pressure) สงู นัน้ แรงเสยีดทานเกีย่วเน่ืองกบั ความแขง็แรง (strength) ของวสัดุทีม่คีา่ความตา้นแรงดงึตํ่ากวา่ ซึง่กค็อืวสัดุตัง้ตน้ทีถ่กูนํามาขึน้รปูนัน่เอง
![Page 13: Subtle Swirl Template - Chiang Mai Universitypersonel.eng.cmu.ac.th/~wasawat/Metal Forming 1.pdf• เป นกระบวนการแปรร ป (deformation) ท เก ยวข](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022040515/5e721b075a40fe1ca858590d/html5/thumbnails/13.jpg)
แรงเสยีดทาน และสารหลอ่ลืน่ ในการขึน้รปู
• สารหล่อลื่น มหีน้าทีห่ลกัๆคอื ลดแรงเสยีดทาน เพือ่ลดความสกึกรอ่นของเครือ่งมอื, ได และในบางกรณยีงัสามารถชว่ยลดอตัราการขึน้สนิม เป็นน้ํายาระบายความรอ้น ไดด้ว้ย
![Page 14: Subtle Swirl Template - Chiang Mai Universitypersonel.eng.cmu.ac.th/~wasawat/Metal Forming 1.pdf• เป นกระบวนการแปรร ป (deformation) ท เก ยวข](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022040515/5e721b075a40fe1ca858590d/html5/thumbnails/14.jpg)
อุณหภมูใินการขึน้รปู
• การขึน้รปูเยน็ (Cold Working): มกีารแปรรปู (deformation) ทีอุ่ณหภมูติํ่ากวา่ 0.5*Tm ซึง่
เป็นอุณหภมูวิสัดุจะมกีารจดัเรยีง crystal ใหม ่(recrystallization temperature) โดยที ่Tm คอื
จดุหลอมเหลวของวสัดุ
- การแปรรปูถาวร (plastic deformation) เกดิขึน้ทีอุ่ณหภมูติํ่ากวา่ recrystallization
temperature
ข้อดี
1) ใชใ้นการผลติชิน้สว่นหรอืผลติภณัฑจ์าํนวนมาก
2)โดยมากจะมชีิน้สว่นทีผ่ลติออกมาจะพืน้ผวิเรยีบ
3) ไมค่อ่ยมสีิง่เจอืปน
4) ความเทีย่งตรงด ี
5) ไมใ่ชพ้ลงังานมากในการใหค้วามรอ้น
![Page 15: Subtle Swirl Template - Chiang Mai Universitypersonel.eng.cmu.ac.th/~wasawat/Metal Forming 1.pdf• เป นกระบวนการแปรร ป (deformation) ท เก ยวข](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022040515/5e721b075a40fe1ca858590d/html5/thumbnails/15.jpg)
อุณหภมูใินการขึน้รปู
ข้อเสีย
1) ใชแ้รงมากในการทาํใหเ้กดิการแปรรปูแบบถาวร
2) ตอ้งใชพ้ลงังานมาก เครือ่งมอื เครือ่งจกัรตอ้งออกแบบมาเพือ่สามารถรบัแรงไดส้งู
3) อาจจะตอ้งปรบัปรงุสมบตัทิางกลของวสัดุดว้ยกระบวนการทางความรอ้นเชน่ annealing
process (เพือ่ปรบัปรงุความยดืหยุน่ของผลติภณัฑ ์(ductility))
4) ความเคน้ตกคา้งแบบดงึ (tensile residual stress) ทีไ่มพ่งึประสงคม์กัจะตกคา้งอยูใ่นวสัดุ
ซึง่ทาํใหอ้ายุการใชง้านของวสัดุลดน้อยลง
![Page 16: Subtle Swirl Template - Chiang Mai Universitypersonel.eng.cmu.ac.th/~wasawat/Metal Forming 1.pdf• เป นกระบวนการแปรร ป (deformation) ท เก ยวข](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022040515/5e721b075a40fe1ca858590d/html5/thumbnails/16.jpg)
อุณหภมูใินการขึน้รปู
• การขึน้รปูรอ้น (Hot Working): มกีารแปรรปู (deformation) ทีอุ่ณหภมูปิระมาณหรอืสงูกวา่
0.5*Tm
ข้อดี เชน่
a) ลดแรงในการแปรรปู
b) มคีวามยดืหยุน่ทีด่ ี
ขอ้เสยี เชน่
1) ใชพ้ลงังานมากในการใหค้วามรอ้น
2) ถา้มสีิง่เจอปนมาก อตัราการเยน็ตวัของวสัดุและสิง่เจอืปนจะไมเ่ทา่กนั อาจทาํใหเ้กดิการ
แตกหกัได ้(cracking)