บทท 5 การขนรปวสด Metal Forming

ครงท 2

รองศาสตราจารยธรรมณชาต วนแตง สาขาวชาวศวกรรมการผลตและการจดการ มหาวทยาลยราชภฏเพชรบรณ

EXTRUSIONS

STANDARD EXTRUSIONS

การดนขนรป (Extrusion)

1) การดนขนรปโดยตรง

(Direct Extrusion)

2) การดนขนรปโดยออม

(Indirect Extrusion)

Types of Extrusion

Direct Extrusion

Direct Extrusion

Friction increases

the extrusion

force.

Hollow section is

formed using a

mandrel.

Indirect Extrusion

Indirect Extrusion

Metal is forced to flow

through the die in an

opposite direction to

the ram’s motion.

Lower extrusion force

as the work billet

metal is not moving

relative to the

container wall.

Hydrostatic Extrusion

Hydrostatic Extrusion

Using hydrostatic system to reduce the friction and

lower the power requirement.

Sealing is the major problem.

Lateral Extrusion

Extrusion-Die Configurations (a)

(b)

(c)

Figure 15.8 Typical extrusion-die configurations: (a) die for nonferrous metals; (b) die for ferrous metals; (c) die for T-shaped extrusion, made of hot-work die steel and used with molten glass as a lubricant.

Hydraulic-Extrusion Press

Components for Extruding

Hollow Shapes

Extrusion Processes

Hot extrusion

Cold extrusion

C

Lead 200–250

Aluminum and its alloys 375–475

Copper and its alloys 650–975

Steels 875–1300

Refractory alloys 975–2200

Cold Extruded Spark Plug

Figure 15.12 Production steps for a cold extruded spark plug.

Figure 15.13 A cross-section of the metal part in Fig. 15.12, showing the grain flow pattern.

Factors Influencing the

Forces

• Friction - Material Properties

• Reduction In Area - Speed

• Temperature - Geometry Of The Die

Extrusion Defects

a) Centre-burst: internal crack due to excessive tensile

stress at the centre possibly because of high die angle,

low extrusion ratio.

b) Piping: sink hole at the end of billet under direct

extrusion.

c) Surface cracking: High part temperature due to low

extrusion speed and high strain rates.

Impact Extrusion

WIRE

DRAWING

WIRE DRAWING

WIRE DRAWING

Draw Dies Approach angle about 6 to 20

Back relief angle about 30

Die Materials Overview • Tungsten Carbide:

– Lowest cost, shock resistance, ease of production, large sizes

available.

– Lower life expectancy.

• Natural Diamonds:

– Wear resistance, gives excellent wire surface, high thermal

conductivity, longer life expectancy

– Susceptible to fractures from shock or wear, limited availability

in required high quality and quantity, constantly escalating price.

• Synthetic Single Crystal:

– Consistently uniform material, gives excellent wire surface, high

thermal conductivity, predictable wear schedule, uniform wear

pattern gives longer life expectancy.

– Larger size ranges are still costly at this time.

• Polycrystalline Diamond:

– Excels in life expectancy, wear resistance of diamond, shock

resistance of carbide, high availability, cost effectiveness

– Higher drawing force, smaller fines requires more filtration, may

be damaged by temperatures above 700ºC, wire surface

condition less than from natural diamond.

Examples of Tube-Drawing

Operations

Figure 15.24 Two views of a multistage wire-drawing machine that is typically used in the making of copper wire for electrical wiring. Source: H. Auerswald.

Multistage Wire-Drawing

Wire and Bar Drawing

Reducing the cross section of a bar, rod or wire by pulling it

through a die.

Bar drawing is generally in a batch mode while the wire

drawing is in general in a continuous mode.

พนช

ดาย ดาย

วสดชนงาน

สวนโคงมน

วสดชนงาน

สวนเรยบตรง

ดาย ดาย

พนช ระยะกนลก

วสดฉกขาด พนช

ดาย ดาย

ขนตอนท 1 การเปลยนรปอยางถาวร (Plastic deformation)

ขนตอนท 2 การกดลก (Penetration)

ขนตอนท 3 การฉกขาดของเนอวสด (Fracture)

การขนรปโลหะแผน (Sheet-Metal Forming)

การตดเฉอน (Shearing)

ขอบชนงานทไดจากการตด

สวนโคงมน

สวนเรยบตรง

รอยฉกขาด

ครบ

จดบกพรองทเกดขนบนขอบตดจรง

วสด เปอรเซนตระยะกนลก

วสด เปอรเซนตระยะกนลก

ตะกว 50 เหลกกลา 0.1%คารบอน) 50 (ผานการอบออน) 38 (รดเยน) ดบก 40

อะลมเนยม 60 เหลกกลา 0.2%คารบอน) 40 (ผานการอบออน) 28 (รดเยน) สงกะส 50

ทองแดง 55 เหลกกลา 0.3%คารบอน) 33 (ผานการอบออน) 22 (รดเยน) ทองเหลอง 50

บรอนซ 25 นกเกล 55

เหลกกลาผสมซลกอน

30

DP

CL = 0.5 (DP - DD)

DP : เสนผานศนยกลางพนช DD : เสนผานศนยกลางดาย CL : เคลยแรนซ

ขนาดชองวางแมพมพหรอระยะเคลยแรนซ (Effects of cutting clearance)

DD

พนช

ดาย

ระยะเคลยแรนซทเหมาะ สมท าใหรอยแตกบรรจบกนพอด

วสดชนงาน

ชนงานหรอเศษ

ฝงทเกดครบ

ระยะเคลยแรนซ

สวนโคงมน

สวนโคงมน สวนเรยบตรง

รอยฉกขาด

ระยะเคลยแรนซเหมาะสม (Optimum cutting clearance)

ระยะเคลยแรนซนอยเกนไป (Insufficient cutting clearance) พนช

ดาย

ระยะเคลยแรนซทนอยเกนไปท าใหรอยแตกไมบรรจบกน

ครบ

ระยะเคลยแรนซ

สวนโคงมน

รอยฉกขาดทสอง

รอยฉกขาด สวนเรยบตรงทสอง

กรณระยะเคลยแรนซมากเกนไป (Excessive cutting clearance)

วสดชนงาน

ชนงานหรอเศษ

ครบ

ระยะเคลยแรนซ สวนโคงมน

สวนโคงมน

สวนเรยบตรง

รอยฉกขาดทไมสมบรณ

สวนเรยบตรง รอยฉกขาด

การก าหนดระยะเคลยแรนซและขนาดของพนชกบดาย งานแบลงค หรอแผนเปลา (Cut out part or Blank) จะมขนาดเทากบรดาย

งานเพยชงจะมขนาดเทากบพนช

Fine Blanking

การพบ (Bending) Wire Edge

Double Hem

Single Hem

1. การพบมมว (V-Bending)

2. การพบขอบ (Edge Bending)

การขนรปลก (Deep Drawing)

• Drawing การลากขนรป

กอน

หลง

ขบวนการขนรป

• Redrawing การลากขนรปใหม

ตวอยางชนงาน

ขนตอน 1 2 3 4 5 6

• Reverse Redrawing การลากขนรปใหมกลบทาง

• Ironing การรด

กอน หลง

แผนเปลา (Blank)

แมพมพตวผ (Punch)

ผานปากแมพมพตวเมย (Lip of Die)

ซงจะท าใหมรปรางของผลตภณฑตามแมพมพ

Blank Holder Force

คณภาพของชนงานส าเรจ

ปจจยทตองค านงถง

ปองกนความเสยหาย

ตวแปรทมอทธพลตอความสามารถในการขนรป เราสามารถจดกลมตวแปรไดเปน 2 กลมดงน

1. Process Variables 2. Material Variables

2. Double Action เปนการลากขนรปโดยใชแผนกดในการสรางแรงกดโดยการใชแผนกด เพอลดการยน (Wrinkle) ทเกดทปกถวย

ลกษณะการลากขนรปม 2 ลกษณะคอ 1. Single Action เปนการลากขนรปโดยไมใชแผนกด

ความเคนดงตามแนวการกดของแมพมพตวผ

ทกนถวยเกดสภาวะความเคนดงทงสองแนวแกน

ความเคนอดตามแนวเสนรอบวง (Hoop compression stress)

ผนงถวยไดรบความเคนดง ตามแนวแกน (Axial tension)

ลกษณะรปรางท ปรากฎบนชนงาน

ความเสยหายทเกดขน

สาเหตทเกด ความเสยหาย

แนวทางการแกไข

ลกษณะการแตกขาดทบรเวณใกลกนถวย

ใชอตราการลากขนรปทสงเกนไปตอวสดชนงานและรปรางแมพมพ

ลดอตราการลากขน รปลง

ตารางแสดงความเสยหายทเกดในการลากขนรป

ลกษณะการฉกขาดออกบรเวณกนถวย

1. รศมดายนอยเกนไป 2. ชองวางระหวางแมพมพ นอยเกนไป 3. ความเรวพนชสงเกนไป 4. แรงทใชจบยดแผนชนงานเปลามากเกนไป

1. เพมรศมดายและพนช 2. เพมชองวางระหวางแมพมพ 3. ลดความเรวพนชลง 4. ปรบแรงจบยดแผนชนงานใหเหมาะสม

ลกษณะการเกดรอยยนบรเวณขอบชนงาน ( Wrinkle in the flange)

1. แรงทใชจบยดแผนชนงานเปลานอยเกนไป 2. ชองวางระหวางแมพมพนอยเกนไป 3. รศมดายมากเกนไป

1. เพมแรงจบยดแผนชนงาน 2. เพมระยะชองวางระหวางแมพมพ 3. ลดรศมดาย

ลกษณะการเกดรอยยนบรเวณผนงชนงาน (Wrinkle in the wall)

1. ชองวางระหวางแมพมพมากเกนไป 2. รศมดาย มากเกนไป 3. แรงทใชจบยดแผนชนงานเปลานอยเกนไป

1. ลดระยะชองวางระหวางแมพมพ 2. ลดรศมดาย 3.ปรบแรงจบยดแผนชนงานใหเหมาะสม

ลกษณะการเกดคลนทขอบชนงาน (Earing)

สมบตทางกลในแตละทศทางการรดมคาไมเหมอนกน

ใชวสดทมคาแอนไอโซโทรปต า

การขนรปดวยยาง (Rubber Forming)

1) กระบวนการ Guerin ใชแผน

ยางหนาเปนตวรองกดขนรป

2) Hydroforming

การขนรปดวยวธการอนๆ

การปนแบบสมาเสมอ (Conventional Spinning)

1) การปนขนรป (Spinning)

การปนแบบเฉอน (Shear Spinning)

การปนทอ (Tube Spinning)

2) การยดขนรป (Stretch Forming)

3) การขนรปดวยระเบด (Explosive Forming)

4) การขนรปแบบอเลคโทรไฮดรอลก (Electrohydraulic Forming)

5) การขนรปแบบอเลคโทรแมกเนตก (Electromagnetic Forming)

วธการผลตโลหะผง (Methods of Powder Production)

1. การผสม (Mixing)

2. การอดขนรป (Compaction)

3. การรดขนรปโลหะผง (Powder Rolling)

4. การดนขนรปโลหะผง (Powder Extrusion)

5. การตขนรปโลหะผง (Powder Forging)

6. การฉดขนรปโลหะผง (Powder Injection Molding)

7. กรรมวธซนเตอรง (Sintering Process)

การขนรปพลาสตก และการสรางชนงานตนแบบ

การดนขนรป (Extrusion)

การดนขนรปพลาสตกแผนบาง (Extrusion of Film Plastic)

กระบวนการดนเปาพลาสตก (Blown-Film Extrusion Process)

การฉดพลาสตก (Injection Molding)

การเปาพลาสตก (Blow Molding)

1) การดนเปาขนรป (Extrusion Blow Molding)

2) การฉดเปาขนรป (Injection Blow Molding)

3) การอดขนรป (Compression Molding)

การขนรปพลาสตกดวยความรอน (Thermoforming)

1) การขนรปดวยความรอนแบบสญญากาศ (Vacuum Thermoforming)

2) การขนรปดวยความรอนแบบใชแรงดน (Pressure Thermoforming)

3) การขนรปดวยความรอนทางกล (Mechanical Thermoforming)

การสรางชนงานตนแบบ (Rapid Prototyping)

1. ชลตต มธรสมนตร ปราโมทย พนนายม กลชาต จลเพญ, กระบวนการผลต (Manufacturing Processes) มหาวทยาลยเทคโนโลยราชมงคลธญบร, ส านกพมพศนยสงเสรมอาชวะ, กรงเทพฯ, 2544

2. สารมย บญม, Engineering Materials – วสดวศวกรรม และ foundry sands, สาขาวชาวศวกรรมโลหการ มหาวทยาลยเทคโนโลยสรนาร

3. อนวฒน จตลาภถาวร, กรรมวธการผลต2, ภาควชาวศวกรรมอตสาหการ มหาวทยาลยศรนครนทรวโรฒ องครกษ,2548

4. SCHULER, Metal Forming Handbook, Springer, Verlag Berlin Heidelberg New York, 1998 5. Repp McCarthy, Metalwork Technology and Practice, New York, 1989 6. Matthew Yuen, Extrusion , Research. May 15, 2009 from

http://faculty.ksu.edu.sa/maesaleh/IE%20351/Ch6-Extrusion.ppt 7. ทว เทศเจรญ, กรรมวธการผลต, สถาบนเทคโนโลยพระจอมเกลาเจาคณทหารลาดกระบง, กรงเทพฯ, พมพครงท 2,

2536. 8. สารมภ บญม, Engineering Materials, สาขาวชาวศวกรรมโลหการ มหาวทยาลยเทคโนโลยสรนาร, Research.

May 15, 2008 from http://www.sut.ac.th/Engineering/Metal/courses/engmat.html 9. ปญญา บวฮมบรา และอษนย กตก าธร, Physical Metallurgy Lab I, สาขาวชาวศวกรรมโลหการ มหาวทยาลย

เทคโนโลยสรนาร, Research. May 15, 2012 from http://www.sut.ac.th/Engineering/Metal/courses/phymet1.html

เอกสารอางอง