کشش عمیق

 

در طی فرآیند کشش عميق ، ممکن است ورق مسطح به پوسته توخالی و يا اینکه پوسته توخالی به يک پوسته کوچک‌ تری تبديل شود. تغيير شکل  در این فرآیند به گونه ‌ای است که تغيير قابل توجهی در ضخامت ورق روی نمی دهد. در واقع طبق تعریف، کشش عميق نوعی فرآیند فلزکاری برای شکل دادن ورق تخت است که این عمل با قرار گرفتن لقمه با سایز مناسب روی قالب شکل ‌دار و فشار دادن فلز به داخل قالب با یک سنبه صورت می گیرد. همچنین در کشش عمیق ، ورقهای مسطح و تخت می ‌توانند به شکل‌ استوانه ، مخروط و جعبه ای تغییر شکل بدهند.

 

در قالب های کشش عمیق از اجزا مورد استفاده شامل ماتریس (Die) ، سنبه (Punch) و ورقگیر(Blank Holder) می باشد. در این قالب ها، حفره ای روی ماتریس قرار گرفته است و در نهایت بلنک با هدایت سنبه روی آن کشیده می شود.

کشش عمیق آلومینیوم

آلومینیوم فلزی با کاربرد گسترده، پایدار و قابل بازیافت است و تنها حدود یک سوم وزن فولاد است. کشش عمیق آلومینیوم روز به روز در بین تولید کنندگان و مشتریان محبوب تر می شود. چراکه قطعات حاصل از کشش عمیق آلومینیوم ، مقاومت بالایی در برابر ضربه و زنگ زدگی دارند. همچنین، نسبت وزن به استحکام قابل توجهی دارد. به گونه ای که ویژگی های قطعات حاصل از کشش عمیق آلومینیوم سبب شده است که به گزینه ای محبوب برای کاربردهایی در صنایع هوافضا ، خودروسازی و پزشکی تبدیل کرده است.

کشش عمیق آلومینیوم مزایای قابل توجهی نسبت به کشش آلومینیوم دارد ، چراکه آلومینیوم یک ماده غیرالاستیک است. در واقع، کشش عمیق آلومینیوم به قطعات مورد نظر مقاومت بالایی در برابر فرورفتگی می بخشد. به این معنا که برای فرو رفتن پانل های آلومینیومی نسبت به فلزات دیگر نیروی بیشتری لازم است. لازم به ذکر است که آلومینیوم کاملا قابل بازیافت است و پس از اتمام عمر مفید نیازی به تهیه مواد اولیه جدید برای انجام فرآیند نیست.

فرآیند کشش عمیق

در فرآیند کشش عمیق ، ماده تحت تنش کششی شعاعی و به­ طور پیوسته به داخل قالب می ­رود. کاهش پیوسته شعاع، یک تنش محیطی فشاری به وجود می آورد که سبب افزایش قابل توجه ضخامت ماده مورد نظر می­ شود. برای جلوگیری از این افزایش ضخامت می توان از اعمال یک فشار عمود بر ورق به ­وسیله ورق ­گیر استفاده کرد.

 

تنش محیطی فشاری در كشش عميق ، عموماً سبب چین و چروک می­ شود. هنگامی ­که ماده از داخل قالب عبور می­ کند، تحت تنش کششی دچار خمیدگی شده و نازک می شود. در نتیجه‌ قسمت­ های داخلی به ­وسیله کشش بین قالب و سنبه نازک می ­شوند. سپس ضخامت قسمت­ های خارجی افزایش می یابد.

پرس هیدرولیک کشش عمیق

پرس هیدرولیک کشش عمیق به منظور ایجاد فشار یکنواخت روی ورقگیر (blank holder) طراحی شده است تا از ایجاد چین و چروک در طول فرآیند جلوگیری شود. همچنین استفاده از پرس هیدرولیک ، سبب بالا رفتن کیفیت و تعداد تولید محصولات می شود. در پرس هیدرولیک كشش عميق، از سیلندر هيدروليک برای تولید نیروی فشاری استفاده می شود. در واقع به جای استفاده از نیروی مکانیکی برای فشرده سازی مواد، از نیروی هيدرولیک و سیالات بر اساس قانون پاسکال استفاده می شود.

 

در فرآیند پرس هیدرویک کشش عمیق ، فشار در سرتاسر یک محیط بسته ثابت است. در نتیجه اگر نیرویی به یک سمت که سطح مقطع کوچک تری دارد، وارد شود و در سمت دیگر سطح مقطع بزرگ تر باشد، به دلیل ثابت بودن فشار در دو سطح، نیروی بزرگ تری به سطح مقطع بزرگ تر وارد می شود.

کشش عمیق هیدرودینامیکی

امروزه با پیشرفت فناوری و افزایش بازار رقابتی، اغلب صنایع تولیدی قطعات فلزی ورقی، تمایل به تولید محصولاتی با کیفیت بهتر، کمترین دورریز، همراه با کاهش مراحل، زمان و هزینه تولید دارند. در میان روش های شکل دهی ورق های فلزی، فرآیند هیدروفرمینگ به دلیل امکان دستیابی به نسبت کشش بیشتر ، تولید قطعات پیچیده تر و کیفیت بالایی قطعات تولیدی، مورد توجه زیادی قرار گرفته است. در این فرآیند یک محفظه حاوی یک نوع سیال، جایگزین قالب سخت می شود.

با حرکت سنبه به داخل محفظه، سیال درون آن فشرده شده و به زیر ورق فشار وارد می کند و آن را محکم به سنبه می چسباند و در نتیجه، ورق شکل سنبه را به خود می گیرد. فرآیند کشش عمیق هیدرودینامیکی با فشار شعاعی یکی از انواع فرآیندهای هیدروفرمینگ است که دارای مزایایی از جمله استفاده از ابزاربندی ساده تر و افزایش نسبت کشش در ورق است.

 

طرح قالب در فرآیند كشش عميق هیدرودینامیکی به گونه ای است که لقی بین ماتریس و ورقگیر خیلی کوچک است. از این رو، مقدار کمی از مایع از این فاصله به خارج جریان یافته و در نتیجه، از طرف سیال بر لبه ورق فشار اعمال می شود. با اعمال فشار شعاعی به لبه ورق، نیروی كشش کاهش و نسبت كشش افزایش می یابد.

برای دستیابی به عمق های بالاتر و گوشه های تیزتر، از عملیات کشش عميق چند مرحله ای بهره گیری می شود که گاهی انجام آن غیرممکن می باشد. فرآیند هیدروفرمینگ از جمله روش هایی است که با توجه به مزایای آن می تواند به عنوان یک راهکار مناسب برای رفع مشکل موجود در زمینه شکل دهی قطعات پیچیده مانند ظرف های با سطح مقطع مستطیلی، مطرح گردد.

پارامترهای موثر بر فرآیند کشش عمیق

به منظور ساخت قطعات صنعتی بدون نقص و استاندارد، ضروری است که عوامل تاثیرگذار بر فرآیند کشش عمیق به درستی مورد بررسی قرار گیرد. در ادامه به بررسی برخی از عوامل پرداخته می شود.

سرعت کشش

در کشش عميق ، عامل مهمی که بر روی زمان تولید محصول و تیراژ تولید تاثیر می گذارد سرعت حرکت سنبه است. زیاد بودن سرعت حرکت سنبه سبب ترک خوردن و یا نازک شدن دیواره ی قطعه کار می شود و همچنین پایین بودن آن منجر به کاهش تیراژ تولید می شود.

 

همچنین تنش تسلیم ماده و راندمان روانکاری متاثر از سرعت كشش می باشد. لازم به ذکر است که برای مواد سخت از سرعت های پایین تر (۱۲ تا ۲۰ متر بر دقیقه) و برای مواد نرم از سرعت های بالاتر (۳۰ تا ۴۵ متر بر دقیقه) استفاده می شود.

شعاع انحنا سنبه

در فرآیند کشش عمیق ، هندسه ی سنبه تاثیر زیادی در ضخامت و نازک شدن ورق دارد که شعاع لبه ها تاثیرگذارترین عامل می باشد. چرا که تیز بودن لبه های سنبه و ماتریس باعت ایجاد تنش موضعی بسیار بالا در محل تماس می شود.

 

تنش موضعی منجر به پارگی و از هم گسستگی می شود. همچنین، در صورتیکه شعاع لبه های سنبه بیشتر از حد مجاز باشد ممکن است چروکیدگی ورق مشاهده شود. به همین دلیل شعاع لبه های سنبه همواره بزرگتر از لبه های ماتریس در نظر گرفته می شود.

لقی شعاعی بین سنبه و ماتریس

لقی کمتر از حد مجاز در فرآیند کشش عمیق ، سبب نازک شدن ورق می شود. همچنین لقی بیش از حد ، منجر به چروکیده شدن و کاهش کیفیت سطح ورق می شود. در صورت مهم بودن ابعاد خارجی قطعه، لقی باید روی سنبه اعمال شود و همچنین در صورت مهم بودن قطر داخلی، لقی باید روی ماتریس ایجاد می شود.

 

لازم به ذکر است که لقی زیاد ، باعث ایجاد دهانه گشاد در نزدیکی لبه فنجان می شود که در این صورت به عملیات بازکشش نیاز می­ گردد.

روانسازی

در فرآیند کشش عمیق ، فشرده شدن دو قطعه به روی یکدیگر ممکن است منجر به ایجاد اتصالات موضعی شود. این اتصالات منجر به افزایش نیروی كشش و پاره شدن قطعه کار می شود. به همین دلیل به منظور پیشگیری از این پدیده، روانسازی ورق انجام می شود. روانسازی در فرآیند کشش عميق علاوه بر کاهش اتصالات موضعی، سبب کاهش نیروی كشش ، جداسازی آسان تر ورق، پیشگیری از خوردگی، افزایش عمر ابزار و … می شود.

هزینه کشش عمیق

به طور کلی، خدمات کشش عمیق به دلایل متعدد برای سفارشات تولید در مقادیر زیاد یا طولانی مدت بسیار ارزشمند  است. این فرآیند معمولاً با هزینه کمتر مواد اولیه نسبت به روش های سنتی همراه است.

 

لازم به ذکر است که هزینه راه اندازی پرس به طور قابل توجهی بالا است. همچنین به تجربه و تخصص قابل توجهی نیاز دارد.هزینه کشش عمیق برای تولیدات کم و کوتاه مدت ، گران تر می باشد. به طور کلی، برای مقرون به صرفه بودن فرآیند، حداقل مقدار سفارش باید صدتا باشد.