Determination of Mechanical Properties of Low Carbon Steel with Hydraulic Bulge Test for Using in Hydromechanical Deep Drawing Process Simulation

Abstract

งานวิจัยนี้นำเสนอแนวทางของการหาค่าความสัมพันธ์ระหว่างความเค้นและความเครียดของโลหะแผ่นเหล็กกล้าคาร์บอนต่ำ SPCC ความหนา 1 มม. วัตถุประสงค์เพื่อนำผลจำลองการขึ้นรูปด้วยสมบัติจากการทดสอบแบบเป่าโป่งด้วยน้ำนำไปสู่การนำไปใช้ในการลากขึ้นรูปด้วยน้ำ โดยได้ทำการเปรียบเทียบค่าความสัมพันธ์ระหว่างความเค้นและความเครียดที่ได้จาก 2 การทดสอบ ได้แก่ 1) การทดสอบแรงดึงแกนเดียวตามมาตรฐาน ASTM E8/E8M-09 และ E646-16 มีค่าเท่ากับ 512.29 ค่าเท่ากับ 0.159 และมีค่า r-Lankford ตามมาตรฐาน ASTM E517-00 เท่ากับ 1.29 และ 2) การทดสอบแบบเป่าโป่งด้วยน้ำ เป็นการทดสอบขึ้นรูปในสภาวะแรงดึงสองทิศทาง (Biaxial) โดยได้ทำการพิสูจน์แม่พิมพ์จากงานวิจัยของสุวัฒน์ แล้วพบว่ามีสภาวะการขึ้นรูปเป็นไปตามทฤษฎีแผ่นบาง (Membrane) ทำให้การใช้ข้อมูลทดสอบที่ได้จากแม่พิมพ์นี้มีความน่าเชื่อถือ จากนั้นทำการทดสอบแบบเป่าโป่งด้วยน้ำและวัดค่าพารามิเตอร์ต่างๆ เพื่อหาค่าความเค้นและความเครียดประสิทธิผล พบว่ามีค่าระดับความเครียดประมาณ 0.85 แต่การทดสอบแรงดึงแกนเดียวสามารถให้ช่วงความเครียดเพียง 0.3 เท่านั้น ซึ่งสอดคล้องกับการทบทวนวรรณกรรมต่างๆ แต่เมื่อหาความเข้ากันของสมการกฎยกกำลัง พบว่า การทดสอบแบบเป่าโป่งด้วยน้ำของเหล็กกล้าคาร์บอนต่ำนี้แสดงอิทธิพลคุณสมบัติความไม่เท่ากันทุกทิศทาง ทำให้ค่าความเค้นมีค่าสูงมากต้องทำการลดอิทธิพลค่า r-Lankford ออก แต่เนื่องจากยังไม่สามารถทำการหาค่า r-Lankford จากการทดสอบแบบเป่าโป่งด้วยน้ำได้ จึงต้องใช้ค่า r-Lankford ที่ได้จากการทดสอบแรงดึงแกนเดียวมาทำการลดอิทธิพลค่าดังกล่าวแทนได้ค่า K และ n เท่ากับ 665.04 และ 0.3007 โดยจะนำเอาค่าพารามิเตอร์ที่ได้จากทั้ง 2 การทดสอบ มาจำลองการขึ้นรูปชิ้นงานพาราโบลิกผ่านระเบียบวิธีไฟไนต์เอลิเมนต์ เปรียบเทียบกับการขึ้นรูปชิ้นงานพาราโบลิกจริง พบว่า ลักษณะชิ้นงานพาราโบลิกที่มีการกระจายความหนาบริเวณผนังชิ้นงานใกล้เคียงสอดคล้องกับการทดสอบขึ้นรูปจริงที่มีค่าประมาณ 0.755 มม. มากที่สุดคือผลจากการจำลองการขึ้นรูปด้วยสมบัติทางกลที่ได้จากการทดสอบแบบเป่าโป่งด้วยน้ำ ที่มีค่าการกระจายความหนาบริเวณผนังชิ้นงานประมาณ 0.759 มม. แต่ผลจำลองการขึ้นรูปที่ได้การทดสอบแบบแรงดึงแกนเดียวนั้นมีค่าการกระจายความหนาบริเวณผนังชิ้นงานประมาณ 0.605 มม. ซึ่งต่างจากผลการทดสอบขึ้นรูปจริง 0.15 มม.

This research has presented an alternative method to obtain the flow stress curve of low carbon steel sheet (SPCC) with thickness 1 mm. The objective is forming simulation result from Hydraulic bulge test to utilize Hydromechanical deep drawing process. By comparison flow stress curves that is obtained from 2 experiments as 1) Uniaxial tensile test is according to the standard of ASTM E8/E8M-09 and E646-16 that has the K value is 512.29, the n value is 0.159 and the r-Lankford value is according to the standard of ASTM E517-00 that is 1.29. And 2) Hydraulic bulge test which is formed under biaxial condition. This research did proof the mold from the research of Suwat that formed under biaxial condition is according to Membrane theory. Therefore, this mold is a reliability to use experiment data. Later, formed Hydraulic bulge test and measure parameters were employed to calculate the effective stress and strain were about 0.85 of strain level. But the Tensile test were only 0.3 of strain level. It is consistent with review other literature. When finding compatible with power law of flow stress curve from Hydraulic bulge test of low carbon steel sheet show the influence of anisotropy. It is high stress values cause that have to reduce the influence of the r-Lankford value. But due to this cannot make to find the r-Lankford value from the Hydraulic bulge test. Moreover, this have to use the r-Lankford value that is obtained from the Tensile test to the reduction of the aforementioned influence instead. This gets the K value and the nvalue that is equal to 665.04 and 0.3007. However, this brings the parameter values that are obtained from 2 experiments to simulate the forming of the parabolic work piece via Finite element method. These are compare with the forming of the real parabolic work piece. Then, this comparison is found that the parabolic work piece simulation has the distribution of the thickness in side wall of the work piece is conformed to the real forming that is the value approximate 0.755 mm at the most that this is the result of the simulation of forming with the mechanic property from the Hydraulic bulge test. It is the distribution of the thickness in side wall of the work piece simulation approximately at 0.759 mm. But the result of the simulation of forming with the mechanic property from the Tensile test has the distribution of the thickness in side wall of the work piece is approximately at 0.605 mm. This is different from the result of the real forming at 0.15 mm.