پیشگفتار
به دلیل اینکه توضیح در مورد فرایندهای کشش عمیق به کمک هیدروفرمینگ و مزایا و معایب نسبی آن نیاز به آشنایی با فرایند کشش عمیق متداول دارد، در این بخش لازم دیده شده که به مقدار کافی، این روش تولید، معرفی گردد. ابتدا تعریف و ویژگیهای این روش به طور خلاصه ارایه شده و پس از آن درباره ناپایداری پلاستیک و انواع آن در این فرایند بحث شده است. در فصلهای بعدی از نتایج بدست آمده در این فصل استفاده می‌شود و در نتیجه، موثر بودن روشهای کشش عمیق به کمک هیدروفرمینگ بر اساس این نتایج مورد بررسی قرار می‌گیرد.
فرایند کشش عمیق
کشش عمیق فرایندی است که، در آن یک ورق بین عمل فرو رفتن یک سمبه در یک ماتریس قرار می‌گیرد. در نتیجه شکلی با سطح مقطع شبیه به سمبه و ماتریس به خود می‌گیرد. اصول این فرایند در شکل (1-1) نشان داده شده است..
مشاهده می شود که ورق به سه منطقه X و Y و Z تقسیم شده. منطقه حلقوی X تماما با سطح قالب در تماس است. منطقه حلقوی Y، نه با قالب و نه با سمبه در تماس است.
بالاخره منطقه حلقوی Z کاملا با سطح سر سمبه در تماس است. در حالی که سمبه میلیمترهای اولیه مسیر را به سمت پایین طی می‌کند، تمرکز اولین کرنش در منطقه y ظاهر می‌شود. این تمرکز تنش به سوی منطقه X پیشروی می‌کند. همچنانکه فرایند کشش عمیق انجام می‌شود، المانها تحت تاثیر تنش شعاعی به داخل قالب کشیده می‌شوند. لذا شعاع منطقه X هر لحظه کم می گردد که سبب تنش فشاری محیطی می شود و در نهایت ضخامت به میزان قابل توجهی افزایش می یابد. از طرف دیگر در فلانج موج ایجاد می شود در حالی که المانها از روی سطح انحنایی قالب عبور می‌کنند، تحت تاثیر خمش پلاستیک قرار می گیرند که در این صورت، ضخامت آنها کاهش می یابد. پس از جدایی قسمت داخلی X از سطح انحنائی قالب، به علت وجود کشش بین سمبه و قالب، این قسمت ورق کمی نازک خواهد شد. تاثیر نهایی فرایند کشش عمیق بر منطقه X این است که، ضخامت این منطقه زیاد می‌شود. منطقه Y به سه قسمت تقسیم می‌شود. قسمتی از آن ضمن اینکه روی انحنای قالب سر می‌خورد، در عین حال تحت تاثیر خمش است و قسمت دیگر در کشش بین قالب و سمبه کشیده می‌شود.
قسمت سوم تحت تاثیر خمش و لغزش روی انحنای لبه سمبه می باشد. منطقه Z در سطح سمبه از همه طرف کشیده می‌شود و نیز روی سطح می‌لغزد. پس پنج فرایند به طور همزمان اتفاق می افتد:
1-کشش شعاعی خالص بین قالب و ورق‌گیر.
2- خمش و لغزیدن بر سطح انحنای قالب.
3-کشش بین قالب و سمبه .
4-خمش و لغزیدن در لبه انحنای سمبه .
5- کشش و لغزش روی سطح سمبه.
بر روی قسمتهای مختلف X تمام یا بعضی از فرایندهای شماره 1 ، 2 و 3 عمل می‌گردد.
بر روی قسمتهای مختلف Y تمام یا بعضی از فرایندهای شماره 2، 3 و 4 عمل می‌گردد.
بر روی قسمتهای مختلف Z تمام یا بعضی از فرایندهای شماره 3، 4 و 5 عمل می‌گردد.
در فرایند اول، ورق ضخیم و در سایر فرایندها نازک می‌شود. بین قسمت های مرتبط با کشش بالای قالب و کشش لبه سمبه، یک قسمت باریک وجود دارد. در لبه سمبه کشش و خمش تواما ایجاد می‌شود. در لبه سمبه ضخامت ورق نسبت به ضخامت دو طرف لبه کمی بیشتر می‌شود در حالی که دو طرف لبه سمبه، فلز تحت تاثیر کشش تنها یا تواما با لغزیدن قرار دارد و سبب نازک‌تر شدن فلز می شود.
(تصاویر در فایل اصلی موجود است)
در شکل (1-2) تغییرات ضخامت فلز به صورت اغراق آمیز برای دو نوع سطح سمبه یعنی سطح صاف و سطح کروی نشان داده شده است. شکست یا پارگی فلز در یک یا چند نقطه در این گردنه‌های نازک اتفاق می‌افتد و معمولا از نزدیکترین نقطه به سر سمبه رخ می‌دهد ]12[.
1-3 ناپایداری پلاستیک در کشش عمیق
در سال 1972، السبایی[1] وملور[2] ]1[ ، در موقعیتهای ناپایداری پلاستیک در کشش عمیق را بررسی کردند. خلاصه این تحقیقات در این بخش آورده می شود. هدف از توضیح در مورد ناپایداری در کشش عمیق، شناخت بیشتر مسایل و مشکلات این روش تولید است. در فصلهای بعد نشان داده خواهد شد که، چگونه با تغییر در موقعیت ناپایداری به کمک هیدروفرمینگ می‌توان، کشش موفق‌تری را موجب شد.
در آزمایشاتی که در مرجع ]1[ انجا شده، نشان داده شده که، شکست در قطعه در دو موقعیت واقع می‌شود.
در منطقه‌ای از فلانج که به سمبه می‌رسد که در شکل (1-3) با شماره (1) نشان داده شده است.
2- منطقه‌ای از دیواره که در محل اتصال دیواره به ساق سمبه است، که در شکل (1-3) با شماره (2) نشان داده شده است.
شکست در موقعیت اول در اثر ناپایداری شکست تحت تنش تک محوری[3] می‌باشد. در منطقه (2) ترجیح داده شده که ناپایداری آن تحت فرایند کرنش صفحه‌ای در نظر گرفته شود. به دلیل اینکه کرنش هوپ بیشتر هنگامی که ماده به بدنه سمبه می‌رسد، متوقف می‌شود.
در این آزمایش‌ها نشان داده شده که در آلومینیوم سخت، شکست در موقعیت (1) بروز می‌کند و در آلومینیوم نرم و برنج، ناپایداری در محل اتصال پروفیل سمبه با ساق سمبه (منطقه (2) ) تحت موقعیت کرنش صفحه ای انجام می‌شود. نتایج آزمایش با تحلیل تئوری که در آن از روش «اختلاف محدود»[4] استفاده شده، مقایسه شده است. برای شناخت بیشتر شرایط ناپایداری در مورد آنها توضیح داده می‌شود.
(تصاویر در فایل اصلی موجود است)
1-3-1- ناپایداری تحت کشش تک محوری در فلانج
در لبه ورق بیشترین مقدار فشاری خود را دارد. وقتی در طول قالب حرکت کنیم، تنش شعاعی افزایش پیدا می‌کند و تنش محیطی کم می‌شود (از نظر فشار). ممکن است حالتی را در نظر بگیریم که حالت کشش تک محوری را در دهانه قالب داشته باشیم. تحت شرایط مشخص، این مساله، ناپایداری را افزایش می‌دهد.
شرط ناپایداری در کشش تک محوری عبارتست از:
(تصاویر و فرمول ها در فایل اصلی موجود است)
بنابراین برای ماده ای که رفتار آنرا از معادله حدس می‌زنند. کرنش ناپایداری است و تنش مربوطه عبارتست از؛ وقتی که یک المان به قالب می رسد، تحت تاثیر کشش شعاعی و فشار هوپ و کار سختی حالت قبلی قرار دارد. اگر وقتی به دهانه قالب می رسد، المان تحت حالت کشش تک محوری باشد، بلافاصله ناپایدار می‌شود. اگر تنش شعاعی مساوی یا بزرگتر از باشد، برای تعیین حد نسبت کشش لازم است که نتایج بدست آمده برای تنش و کرنش امتحان شود و مشخص شود که، نسبت کشش در کدام مقدار کشش تک محوری امکان دارد. نتایج برای nها و Rهای مختلف در شکل 1-4 رسم شده است.
حد نسبت کشش نقطه مینیمم هر منحنی است. ملاحظه می‌شود که در این حالت حد نسبت کشش به R بستگی دارد، اما به N بستگی بیشتری دارد.
1-3-2- ناپایداری تحت کشش کرنش صفحه‌ای
در تحلیل تئوریک زیر فرض شده است که یک المان در محل اتصال ساق سمبه و پروفیل سمبه تحت تاثیر کشش کرنش صفحه‌ای است. در حالت ایده‌ال کرنشی را روی سر سمبه نداریم و همچنین روانکاری ایده‌ال روی ساق سمبه باعث می‌شود که به تمامی بار سمبه روی همین المان رینگی ماده تحمل شود. با این محدودیت حد نسبت کشش اینگونه بدست می آید که نیروی لازم برای ادامه کشش شعاعی نمی‌تواند از نیرویی که باعث ناپایداری تحت کشش کرنش صفحه‌ای در المان دیواره ظرف می‌شود، فراتر رود
(تصاویر در فایل اصلی موجود است)