ทำนายรอยแตก stretch flange ใน JSTAMP

รอยแตก stretch flange คืออะไร

Stretch flange เกิดเมื่อขอบแผ่นถูกดึงให้ยาวขึ้นระหว่างยกปีก เช่นตอนขยายรูหรือขึ้นปีกโค้งตามขอบที่ตัดมา รอยแตกเริ่มที่ขอบนั้นแล้ววิ่งเข้าไปในชิ้นงาน เพราะขอบถูกตัดหรือเจาะมา จึงมีความเสียหายจากการเฉือนอยู่แล้ว จะแตกที่ความเครียดต่ำกว่าเหล็กชนิดเดียวกันกลางแผ่น

เป็นความเสียหายที่พบบ่อยในเหล็ก 590 MPa ขึ้นไป เหล็กอาจผ่านการทดสอบแรงดึงด้วยค่า elongation ดี แต่ยังแตกที่ขอบได้ จึงต้องวัดความเหนียวของขอบแยกต่างหาก มักใช้การทดสอบ hole expansion ซึ่งรายงานเป็นอัตราการขยายรู λ

ทำไม FLD ทำนายไม่ดี

FLD ตัดสินจากความเครียดที่ผิวแผ่น แต่ที่ขอบตัด ค่าจำกัดขึ้นกับสภาพขอบและชนิดเหล็ก และความเครียดลดลงชันมากเมื่อห่างจากขอบ การตรวจ FLD ทีละจุดแยกไม่ออกว่ายอดความเครียดแหลมที่วัสดุทนได้ ต่างจากยอดกว้างที่วัสดุทนไม่ได้อย่างไร

JESOLVA ประเมินอย่างไร

1. อ่านความเครียดที่ขอบ หลังวิเคราะห์การขึ้นรูป นำ maximum principal strain ตามแนวขอบ (ทิศ circumferential) มาใช้
2. วัด gradient หาว่าความเครียดนั้นลดลงเร็วแค่ไหนเมื่อเข้าไปจากขอบในทิศรัศมี ในสไลด์ลดจากประมาณ 0.42 ที่ขอบเหลือประมาณ 0.32 ที่ระยะ 5 mm
3. เทียบกับค่าจำกัดของวัสดุ เหล็กแต่ละเกรดมี critical strain ที่เพิ่มตาม strain gradient คือ gradient ชันขึ้น ขอบรับความเครียดได้มากขึ้น จุดที่ได้จะถูกเทียบกับเส้นนั้น จุดที่อยู่เหนือเส้นถูกทำนายว่าแตก

วิธีนี้ใช้ strain gradient เป็นดัชนี และได้รับรางวัล Technology Development Award ปีงบประมาณ 2017 ของ Japan Society for Technology of Plasticity

ตัวอย่าง: เหล็กสองเกรด ชิ้นงานเดียว

สไลด์เทียบเหล็กสองเกรดบนชิ้นงานเดียวกัน ตั้ง cutting clearance ที่ 12.5% ของความหนาแผ่น เหล็ก G มี tensile strength สูงกว่าและ elongation เกือบเท่ากัน แต่อัตราการขยายรูต่ำกว่ามาก

Elongation ต่างกันไม่ถึงสองจุด แต่ λ ต่างกัน 24 จุด บนกราฟ จุดของ G อยู่เหนือเส้น critical strain ของมัน ส่วนจุดของ F อยู่ใต้เส้นของตัวเอง ผลทดลองปั๊มสอดคล้องกัน เหล็ก G แตกที่ปีก ส่วนเหล็ก F ไม่แตก

บทเรียนคือคุณสมบัติแรงดึงอย่างเดียวแยกเหล็กสองเกรดนี้ไม่ได้ พฤติกรรมที่ขอบต้องมีการตรวจของตัวเอง และ strain gradient คือสิ่งที่เชื่อมผลจำลองเข้ากับวัสดุ

ควรใช้เมื่อไร

• ชิ้นงานที่มีปีกรู ปีกโค้ง หรือขอบที่ถูกยืดอื่น ๆ ในเหล็กกล้าความแข็งแรงสูง
• เลือกเกรดเหล็กหรือผู้ผลิตสำหรับชิ้นงานที่ขอบเป็นจุดวิกฤต
• ตัดสินใจว่าจะเปลี่ยน cutting clearance หรือสภาพขอบ หรือปรับรูปทรงปีก

ออปชันอื่น

• การแตกล่าช้า (delayed fracture): รอยแตกจากไฮโดรเจนที่เกิดหลังขึ้นรูป ประเมินจากความเค้นตกค้าง
• 3D-FLD: รอยแตกกระจายแบบ plane strain ในการดัด ประเมินด้วยแรงกดสัมผัส

แหล่งที่มา

ตัวอย่างและข้อมูลจากสไลด์ด้านบน ซึ่งระบุที่มาว่า JFE Steel (Ishiwatari et al., 2013) ส่วนรางวัลและรายละเอียดผลิตภัณฑ์จาก ประกาศของ JSOL และ JFE Steel (ภาษาญี่ปุ่น)