بررسی کشش عمیق

فصل اول
کشش عمیق
۱-۱-    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.
۱-۲-    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 (۱-۱) 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:
۱-کشش شعاعی خالص بین قالب و ورق‌گیر.
۲- خمش و لغزیدن بر سطح انحنای قالب.
۳-کشش بین قالب و سمبه .
۴-خمش و لغزیدن در لبه انحنای سمبه .
۵- کشش و لغزش روی سطح سمبه.
بر روی قسمتهای مختلف X تمام یا بعضی از فرایندهای شماره ۱ ، ۲ و ۳ عمل می‌گردد.
بر روی قسمتهای مختلف Y تمام یا بعضی از فرایندهای شماره ۲، ۳ و ۴ عمل می‌گردد.
بر روی قسمتهای مختلف Z تمام یا بعضی از فرایندهای شماره ۳، ۴ و ۵ عمل می‌گردد.
در فرایند اول، ورق ضخیم و در سایر فرایندها نازک می‌شود. بین قسمتهای 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.
در شکل (۱-۲) 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 ]۱۲[.
۱-۳ ناپایداری پلاستیک در کشش عمیق
در سال ۱۹۷۲، السبایی  وملور  ]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 ]۱[ انجا شده، نشان داده شده که، شکست در قطعه در دو موقعیت واقع می‌شود.
۱-    در منطقه‌ای از فلانج که به سمبه می‌رسد که در شکل (۱-۳) با شماره (۱) نشان داده شده است.
۲- منطقه‌ای از دیواره که در محل اتصال دیواره به ساق سمبه است، که در شکل (۱-۳) با شماره (۲) نشان داده شده است.
شکست در موقعیت اول در اثر ناپایداری شکست تحت تنش تک محوری  می‌باشد. در منطقه (۲) 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 (۱) بروز می‌کند و در آلومینیوم نرم و برنج، ناپایداری در محل اتصال پروفیل سمبه با ساق سمبه (منطقه (۲) ) تحت موقعیت کرنش صفحه ای انجام می‌شود. نتایج آزمایش با تحلیل تئوری که در آن از روش «اختلاف محدود»  استفاده شده، مقایسه شده است. برای شناخت بیشتر شرایط ناپایداری در مورد آنها توضیح داده می‌شود.

۱-۳-۱- 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:
(۱-۱-)    
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 ۱-۴ رسم شده است.

                       شکل ۱-۴ تعیین حد نسبت کشش در کشش شعاعی 
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.
۱-۳-۲- 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. مور  و والاس ، تئوری سوئیفت  را برای پیشگوئی ناپایداری مواد غیر ایزوتروپ تحت تنش دو محوری بسط داده‌اند. عبارت بحرانی Z که با            تعریف می شود از رابطه زیر بدست می‌آید:
(۱-۲)
که y نسبت تنش هوپ به تنش محوری، در یک المان ناپایدار تحت شرایط کرنش صفحه‌ای می‌باشد.
(۱-۳)
با جایگزینی رابطه (۱-۳) در رابطه (۱-۲) داریم؛
(۱-۴)
برای یک ماده با رفتار                       ، کرنش موثر در ناپایداری در کشش کرنش صفحه‌ای عبارتست از:
(۱-۵)
و بار بحرانی در دیواره ظرف با این عبارت بدست می‌آید:
(۱-۶)
که   تنش محوری است که در حالت کرنش بدست آمده از معادله (۱-۵) ایجاد شده و d قطر میانگین ظرف، t ضخامت جاری در مقطع بحرانی است که از رابطه زیر بدست می‌آید:
(۱-۷)
و همچنین:
(۱-۸)
با در نظر گرفتن معادلات ۱-۶ تا ۱-۸ نیروی بحرانی سمبه در حالت ناپایداری از رابطه زیر بدست می‌آید:
(۱-۹)

این معادله در شکل ۱-۵، رسم شده و دیده می‌شود که   تقریبا با R به صورت خطی افزایش می یابد. (برای یک n مشخص)

                       شکل ۱-۵- تغییر نیروی بحرانی سمبه با نسبت کرنش R
اکنون می‌توان حد نسبت کشش را با بار بحرانی سمبه مقایسه کرد، که ، با بار کششی شعاعی جدول بندی شده است. نتایج در شکل ۱-۶، نشان داده شده است. قابل توجه است که حدهای نسبت کششی که با این معیار پیش‌بینی شده اند، کمتر متاثر از N هستند و بیشتر به r بستگی دارند.
                         شکل۱-۶ تغییرات حد نسبت کششی با مقدار n
۱-۳-۳- بحث در مورد نتایج شکل ۱-۶
تغییرات حد نسبت کشش بر اساس هر کدام از معیارها در شکل ۱-۶، نشان داده شده است. بسیاری از فرایندهای کشش عمیق واقعی با استفاده از مواد آنیل شده که nهای بین ۰.۲ تا ۰.۵ دارند، انجام می‌شود. دیده می‌شود که ناپایداری تحت کرنش صفحه‌ای در دیواره ظرف بوجود می آید. در این ناحیه، n، کمتر روی حد نسبت کشش اثر می‌گذارد تا R در nهای کم، موارد ناپایداری تحت کشش تک محوری در فلانج روی می‌دهد . برای موادی که R کمتر از یک، دارند؛ حد نسبت کشش (بر اساس این تحلیل تئوری) برای تمام nها، تقریبا ثابت است. اما برای R=2 ، حد نسبت کشش برای یک ماده‌ای که قبلا به مقدار زیاد: کار سخت شده، به طور محسوسی کمتر از یک ماده‌ای است که n معادل ۰.۳ دارد.
نتایج آزمایش بدست آمده برای حدهای نسبت کشش، برای آلومینیوم نرم، آلومینیوم نیمه سخت و برنج نیز در شکل ۱-۶، آمده است. تمام مواد، R کمتر از واحد دارند.
تغییرات حد نسبت کشش کم است. همانطور که انتظار می‌رود؛ نتایج آزمایشگاهی زیر نتایج تئوری افتاده. زیرا این مقدار بستگی به روانکاری ایده‌آل در سطح فلانج دارد.
نتایج تئوری نشان می‌دهدکه، نسبت‌های کشش بیشتری می‌توان بدست آورد؛ موقعیت ناپایداری از دیواره ظرف به فلانج منتقل شود ( از منطقه (۲) به منطقه (۱) در شکل ۱-۳) البته این روش برای nهای زیاد به صرفه است. راه عملی رسیدن به این منظور، گیردادن ورق به طور محکم به ساق سمبه است. یکی از راههای آن استفاده از فشار سیال است که در این پروژه در مورد آن در فصلهای بعد به طور مفصل بحث شده است.
۱-۴-ناپایداری در اثر کمانش صفحه‌ای
در قسمتهایی که ورق با قالب در تماس نیست و یا زیر نیروی جانبی ورق گیر قرار ندارد، به دلیل وجود تنش محیطی امکان ایجاد کمانش صفحه ای یا در اصطلاح، «موج دارشدن»  ، در این مکانها وجود دارد. تحلیل این نوع ناپایداری در فصل سوم آمده است.

فصل دوم
روشهای استفاده از هیدروفرمینگ در کشش عمیق

۲-۱- پیشگفتار
در این فصل ابتدا دلیل استفاده از هیدروفرمینگ در کشش عمیق و ویژگیهای آن، از نظر تئوری و عملی، مورد بحث و بررسی قرار می‌گیرد. معایب و مزایای این روش در این فصل شرح داده می‌شود و سپس روشهای مختلف استفاده از آن به طور خلاصه تشریح می‌شود. پس از آن مختصری در مورد ماشینهای هیدروفرم بحث می‌شود.
۲-۲- ویژگیهای روشهای کشش عمیق به کمک هیدروفرمینگ
در فصل گذشته نشان داده شد که اگر، ناپایداری شکست را در نسبتهای کشش بالاتر، بتوان از انتهای ظرف به ابتدای فلانج منتقل کرد، می‌توان نسبت کشش را بالا برد.
اولین راه حل برای رسیدن به این مطلوب، فشردن قطعه به سمبه با فشار زیاد است. زیرا به کمک این کار، نیروی سمبه، دیگر به انتهای ظرف وارد نمی‌شود؛ بلکه، تمام آن صرف تغیر شکل ناحیه از فلانج (ناحیه (۱) شکل ۱-۳) می‌گردد. این فشردن مطلوب، با قرار گرفتن انتهای سمبه در فشار سیال بدست می‌آید.
در سال ۱۹۷۲، السبایی و ملور در ادامه تحقیقات در مورد کشش عمیق، بررسیهایی نیز در مورد کشش عمیق، هنگامی که عملیات تحت یک فشار سیال بالا قرار می‌گیرد نیز انجام دادند که در مرجع ]۲[ آمده است. شکل ۱-۶ از فصل قبل را در نظر بگیرید. همانطور که گفته شد، به کمک فشار سیال می‌توان موقعیت ناپایداری را به ناپایداری تحت کشش تک محوری در انتهای فلانج منتقل کرد. یعنی نمودارهای حد نسبت کشش شکل ۱-۶، تبدیل به شکل ۲-۱، می‌شود.

      شکل۲-۱ حد نسبت کشش نسبت به n در این شکل نتایج آزمایشگاهی با نتایج تئوری مقایسه شده‌اند.
با روشهای عددی که در مراجع ]۲[ و ]۱[ آمده، این منحنی‌ها بدست می‌آید. مشاهده می‌شود که به خصوص برای موادی که ضریب کار سختی بالاتر از ۰.۳ دارند، استفاده از این روش، چقدر می‌تواند، در افزایش حد نسبت کشش کمک کننده باشد. در شکل ۲-۱، مشاهده می‌شود که نتایج تئوری با آزمایشهای انجام شده و نتایج تجربی همخوانی خوبی دارند. در شکلهای ۲-۲- الف، تا ۲-۲- ت، روش استفاده از فشار سیال، با روش متداول مقایسه شده که نشان می‌دهد، چگونه در یک مرحله می‌توان، ظرفی با نسبت کشش ۴۴۷/۳ از جنس برنج نرم ۷۰/۳۰ بدست آورد.

                       شکل ۲-۲- حدود نسبت کشش موفق و منجر به شکست شده
الف- عملیات متداول، برنج نرم ۷۰/۳۰ ، سمبه با سطح خشن، روانکار Droyt-Sol4M
ب- عملیات به کمک فشار سیال ، برنج نرم ۷۰/۳۰ ، سمبه با سطح خشن، فشار اولیه صفر و فشار ماکزیمم ۳۰MN/m2 ، روانکار Droyt-Sol4M

پ- عملیات به کمک فشار سیال، برنج نرم ۷۰/۳۰ ، سمبه خشن، فشار اولیه ۶MN/m2  و فشار نهایی ۳۰MN/m2، روانکار Droyt-Sol4M
ت- عملیات به کمک فشار سیال، برنج نرم ۷۰/۳۰، سمبه با سطح خشن، فشار اولیه ۶MN/m2 و فشار نهایی ۳۰MN/m2، ، روانکار Droyt-Sol4M به همراه PTFE

شکل ۲-۳، تجهیزات استفاده شده در این آزمایشها را نشان می‌دهد. و شکل ۲-۴ نیز فشار سیال استفاده شده در آزمایشهای گفته شده را نمایش می‌دهد.

 شکل ۲-۳- تجهیزات استفاده شده از آزمایش‌های کشش عمیق به کمک فشار سیال            

شکل ۴-۲- تغییرات فشار سیال برحسب حرکت پانچ در آزمایشهای کشش عمیق به کمک فشار سیال
علاوه بر آن، این فشار، خود می‌تواند عملیات شکل دهی قطعه را نیز انجام دهد، که این مساله خود از مزایای عمده این روشهاست؛ زیرا، نیمی از قالب – در مقایسه با روش متداول -حذف شده و نیازی به آن نیست.
در این روشها، حد نسبت کشش بالاتر است. قطعات مخروطی ، کروی ، سهمی، در یک مرحله کشش تولید می‌شوند، که در روشهای سنتی ساخت آنها نیاز به مراحل کشش زیاد و آنیل قطعه بین عملیات کشش است.
در این روشها ورقهای نازک را می‌توان شکل داد.بر روی قطعه تولیدی، هیچگونه شیار و خطی ایجاد نمی شود. این بدان معناست که پولیش و سنگ زنی روی قطعه تولیدی، کاهش داده می‌شود یا حذف می‌شود. این ویژگیها باعث کاهش عملیات و زمان تولید قطعه می شود. تغییر ضخامت ورق در طول فرایند ناچیز است. به کمک این روشها، با ساده‌ترین ابزارها انعطاف بالا در تولید قطعات به دست می‌آید؛ زیرا، محفظه سیال می‌تواند در تولید انواع قطعات مورد استفاده قرار گیرد. یک سری ابزار در تولید قطعات مختلف استفاده می شود. برای تولید یک قطعه جدید نیاز به طراحی فقط یک سمبه جدید است و بقیه اجزای قالب تغیری نمی‌کند. قطعاتی که با روش متداول کشش نمی‌توان آنها را تولید کرد، به کمک این روش به راحتی قابل تولیدند. و از نظر تئوری، هر شکلی که این قابلیت را داشته باشد که بعد از عملیات شکل دهی از سمبه جدا شود؛ مثلا زاویه منفی نداشته باشد، به کمک این روشها می‌تواند تولید شود. ابزار آزمایشی در این روشها می‌تواند از مواد ارزان قیمت و بدون عملیات حرارتی، ساخته شود. با تغییرات در جنس بلانک، نیازی به ساخت ابزار جدید نیست و تغییرات در قطعات به راحتی با تنظیم و کنترل فشار سیال انجام می‌شود.
در ماشینهای هیدروفرم اجزای ماشین ساده‌تر و تعداد آنها کمتر است،وتنظیم قالب همیشه لازم نیست. خرابی اتفاقی ابزار به خاطر اشتباه در ضخامت مواد، اشتباه در تغذیه و … دیگر اتفاق نمی‌افتد. تعمیر و نگهداری ابزار ساده‌تر است.
این فرایندا در عین حال، عوامل محدود کننده‌ای نیز دارند. به علت بالا بودن فشار سیال، قالب یا محفظه سیال باید بزرگ ساخته شود که همین محفظه بزرگ نیز برای قطعات ضخیم که نیاز به فشار بالاتری دارند، مناسب نیست. به دلیل همین فشار زیاد نیروی شکل دهی که توسط سمبه اعمال می‌شود نیز باید به مقدار زیادی افزایش یابد. این مسایل در نهایت منجر به بزرگ شدن دستگاهها و پرسهای شکل دهی توسط سیال می‌شود. این عامل محدود کننده از نظر اقتصادی است.
از دیگر ویژگیهای این روشها این است که در این فرایندها سطح سمبه را، عمدا، به کمک شن پاشی ، ساچمه زنی  یا دیگر روشها کمی خشن می‌سازند. زیرا با افزایش ضریب اصطکاک بین ورق و سمبه، عمل گرفتن ورق روی سمبه توسط سیال بهتر انجام می‌شود و در نتیجه عمل کشش با توفیق بیشتری پایان می‌پذیرد. این گرفتن ورق روی سمبه کاربردهایی دارد به عنوان مثال تولید لوله از روش کشش عمیق به کمک فشار سیال، با توجه به شکل ۲-۷، ابتدا ورقی که وسط آن سوراخی با قطر کوچکتر از قطر سمبه تعبیه

        شکل۲-۷ ترتیب عملیات برای ساخت لوله به کمک کشش عمیق با هیدروفرمینگ
شده روی قالب قرار می‌گیرد. با پایین آمدن سمبه و عمل کشش عمیق به دلیل وجود فشار سیال، تغییری در قطر سوراخ بوجود نمی‌آید. بعد از اینکه مرحله کشش به مقدار لازم انجام شد، فشار پشت ظرف حذف می‌شود و با ادامه اعمال نیروی سمبه، سوراخ ته ظرف بزرگ شده و لوله ایجاد می شود. شکل ۲-۸، نمونه واقعی آن را نشان می‌دهد.

           شکل۲-۸ نمونه‌ی واقعی لوله‌ی ساخته شده به کمک کشش عمیق و هیدروفرمینگ
با در نظر گرفتن ویژگیهای ذکر شده در بالا، به نظر می‌رسد، که نمی‌توان به سادگی در مورد اقتصادی بودن یا نبودن روشهای مذکور نظر داد. باید در تولید یک محصول نرخ تولید، سرعت تولید، قابل انعطاف بودن تولید و … در نظر گرفته شود. همچنین روشهای دیگر شکل دهی نیز بررسی شود و با این روشها مقایسه شود. در نهایت می‌توان تصمیم گرفت که آیا استفاده از روشهای شکل دهی به کمک سیال به صرفه هست یا خیر. آنچه که مسلم است، این است که در بعضی موارد این روشها اقتصادی است و هم اکنون در کشورهای پیشرفته صنعتی از جمله ژاپن، المان و سوئد از آنها استفاده می‌شود.
عمده‌ترین موارد استفاده از این روشها، صنایع هوایی و صنایع اتومبیل سازی هستند. به عنوان مثال؛ کاسه چراغ اتومبیل در ژاپن به کمک این روشها ساخته شده است.
شکل‌های ۲-۹ و ۲-۱۰، چند نمونه از قطعات مختلف که به کمک روش کشش با فشار سیال، شکل داده شده‌اند را نشان می‌دهد. ساخت این قطعات به روشهای متداول بسیار وقت‌گیر و پرهزینه و در بعضی موارد غیر ممکن است. در سال ۱۹۸۷ بیش از ۳۰۰ نوع از قطعات اتومبیل و ۱۰۰ نوع از قطعات هواپیما در ژاپن و در شرکت Amino Press Trchnical center Co تولید شده و یا مورد آزمایش قرار گرفته است.رنج ابعادی این قطعات از mm 30*30*30 (برای قطعات کوچک) و mm 250*1000*1200
(برای قطعات بزرگ)، ذکر شده است و ضخامت مواد استفاده شده از mm2/0 تا mm 2/3 عنوان شده و فشار هیدرولیک سیال از ۳۰ تا ۵۰ مگاپاسکال برای ورقهای آلومینیوم، ۳۰ تا ۶۰ مگاپاسکال برای فولاد نرم و ۷۰ تا ۱۰۰ مگاپاسکال برای ورقهای فولاد زنگ نزن عنوان شده است.

       شکل۲-۹ کاسه چراغهای اتومبیل ساخته شده به روش کشش عمیق با هیدروفرمینگ

شکل۲-۱۰ قطعات هواپیما ساخته شده به روش کشش عمیق با هیدروفرمینگ
     

۲-۳- انواع روشهای استفاده از فشار سیال در کشش عمیق
روشهای مختلف استفاده از سیال در کشش عمیق در اصل تفاوتی با هم ندارند، اختلاف آنها در روش استفاده از سیال و مسایل تکنیکی و عملی است. چند روش مهم در این بخش معرفی می‌شوند.

۲-۳-۱ هیدروفرم
در این روش در مقایسه با روش متداول قسمت ماتریس قالب حذف شده است. به جای آن از یک محفظه فشار سیال استفاده شده است. این محفظه توسط یک دیافراگم لاستیکی قابل انعطاف پوشیده شده است. یک قالب نمونه در شکل ۲-۱۱، نشان داده شده است. همانطور که مشاهده می‌شود روی سطح بالایی دیافراگم، توسط یک صفحه سایش  پوشیده شده تا از سایش دیافراگم جلوگیری کند، و بعد از سائیده شدن فقط این قسمت تعویض شود. در سمبه یک راه هوا در نظر گرفته شده تا کنده شدن قطعه از آن آسانتر انجام شود. مراحل مختلف تولید یک قطعه در این روش در شکل ۲-۱۲، نشان داده شده است.
با توجه به شکل ابتدا محفظه بالا آمده و ورق در مکان خود روی ورق‌گیر قرار می‌گیرد. در مرحله بعد محفظه پایین آورده می شود و فشار اولیه اعمال می شود. سپیس سمبه به طرف بالا حرکت می‌کند و ورق حول سمبه شکل داده می‌شود. در مرحله آخر فشار قطع شده و محفظه به طرف بالا حرکت می‌کند. سمبه نیر به طرف پایین حرکت می‌کند. قطعه از آن جدا می‌شود.
ویژگی خاص این روش جدا بودن سیال از سمبه و ورق توسط دیافراگم است. در اینجا لازم می‌شود روانکاری توسط مایع دیگری انجام شود. در ضمن دیافراگم از نشتی سیال به طرف بیرون جلوگیری می‌کند. همین وجود دیافراگم موجب شده است که بتوان محفظه سیال را وارونه ساخت که در بعضی موارد موجب ساده تر شدن ماشین هیدروفرم می‌شود.

ویژگی دیگر این روش این است که نیروی ورق‌گیر نیز توسط همان فشار سیال ایجاد می‌شود. در حقیقت نیروی ورق‌گیر روی ورق، مساوی حاصلضرب فشار سیال در سطح فلانج می باشد. این نیرو به دلیل فشار و سطح فلانج در طول فرایند، معتبر است. همین مساله موجب می‌گردد که کنترلی روی نیروی ورق گیر نتوان اعمال کرد و در نتیجه این یک عامل محدود کننده است؛ زیرا، در بعضی موارد لازم است که بوسیله نیروی ورق‌گیر از بوجود آمدن چروک جلوگیری کرد. در فصل بعدی این روش مورد تحلیل دقیق قرار گرفته است.
ابزار قابل انعطاف: ۱- دیافراگم، ۲- صفحه سایش     ابزار سخت: ۳- حلقه ورق گیر، ۴-دگمه‌های قراردهی، ۵- گیره حلقه ورق‌گیر،     6- پشتیبان حلقه ورق گیر،     7- پین‌های فشار، ۸- ساق، ۹- سمبه، ۱۰- ورق، ۱۱- سوراخ برای جابجایی ۱۲- راه خروج هوا شکل
شماتیک یک پرس در شکل ۲-۱۳، نشان داده شده است. مشاهده می‌شود که این پرس دارای سه رم مستقل است بیانگر آن است که پرس مورد استفاده پیچیده و طبیعتا گران قیمت است. این هم می‌تواند از عوامل محدود کننده باشد.
شکل۲-۱۲ مراحل مختلف فرایند هیدروفرمینگ

                             شکل ۲-۱۳ شکل شماتیک پرس هیدروفرمینگ

۲-۳-۲- کشش عمیق هیدرومکانیک
شکل شماتیک قالب و اجزای دیگر یک سیستم هیدرومکانیک در شکل ۲-۱۴ نشان داده شده است. ترتیب عملیات در این روش به این صورت است:
۱-قالب پایینی (محفظه سیال f و رینگ کشش e) پر از سیال می‌شود.
۲-ورق قطعه کار روی رینگ e قرار می‌گیرد.
۳-هنگامی که فرمان شروع داده شد، پرس بسته می‌شود و ورق‌گیر روی ورق قرار می‌گیرد.
ورق‌گیر را به مقدار فشار تنظیم شده بر روی لایه آب بندی d، فشار می‌دهد. در این حالت محفظه سیال که در پایین قرار دارد، توسط خود ورق قطعه، کاملا بسته و آب بندی می‌شود.
۴-سمبه (a) ورق قطعه کار (c) را با داخل محفظه سیال (e) کشیده و فشاری که قبلا روی رگلاتور (g) تنظیم شده درون، محفظه سیال (e) ایجاد می‌شود.
۵- فشار سیال ورق را بر روی سمبه شکل داده و به صورت یک کشش معکوس محدود در کنار سنبه ادامه پیدا می‌کند. در این حالت ورق روی لبه رینگ کشش (e) هیچگونه تماسی نداشته و بر روی بستری از سیال حرکت می‌کند. مقدار ارتفاع کشش معکوس روی سمبه، بستگی به مقدار تنظیم شده فشار سیال دارد. در این صورت در قطعات مخروطی، فشار سیال باید نسبت به عمق نفوذ سمبه تنظیم شود از رگلاتور (g) جهت تنظیم این فشار استفاده می‌شود.
۶-کشویی‌های پرس و ورق گیر قالب به محل اول خود برگشته و قسمت پایین قالب به صورت خودکار، توسط یک شیر برقی پر از سیال می‌شود و قطعه کار را به خارج از محفظه (f) پرتاب می‌کند. یک رله تایمر، مقدار حجم سیال داخل محفظه f را در مدت پر شدن، کنترل می‌نماید.

                                                شکل۲-۱۴ اجزای سیستم هیدرومکانیک
این روش ویژگیهای خاصی دارد. از جمله اینکه؛ قطعات با شعاع انتهایی بسیار کوچک نیز در این روش کشیده می‌شود. تولید صافی سطح خوب قطعات به دلیل از بین بردن لبه‌های تیز در رینگ کشش. همه کاره بودن این روش بدین معنا که، پرس مخصوص روش هیدرومکانیک جهت تولید قطعات به روش معمولی نیز به کار گرفته می‌شود. مجموعه ظرف سیال در تمامی پرسهای یک مرحله یا دو مرحله ای نصب می‌شود. قطعات آب بندی (O رینگ ها)، به سادگی قابل تعویض بوده و ضمن ایمن کردن، تعمیر و نگهداری آن نیز کاملا راحت است. ساده بودن این سیستم اجازه خودکار کردن این روش را مهیا می‌کند.
در شکل ۲-۱۵- کشش معکوس ورق توسط فشار سیال محدود شده با این کار بهبود زیادی در نسبت کشش ایجاد می‌نماید ]۱۴[. عمل پایین امدن سمبه باعث ایجاد فشار سیال بر روی ورق گردیده که این فشار، ورق را بر روی سمبه خوابانیده و ورق را به فرم سمبه در می‌آورد.
در شکل ۲-۱۶- از روش هیدرومکانیک با پیش برآمده کردن ، برای تولید یک قطعه،استفاده شده است.بدین ترتیب که ابتدا توسط فشار سیال ورق، برآمده می‌شود. سپس سمبه با فرو رفتن در ورق به کمک فشار سیال ورق را شکل می‌دهد. احتمالا علت استفاده از این کار استفاده از خاصیت کشش مجدد در یک مرحله می‌باشد که خود باعث افزایش حد نسبت کشش می شود.

۲-۳-۳- کشش عمیق هیدرودینامیک
در این روش بر خلاف روشهای قبل فشار سیال نقشی در شکل دادن ورق ندارد، بلکه، فقط باعث روانکاری بین ورق و قالب می‌شود. در اصل این روش به مانند روش کشش عمیق معمولی است و وجود قالب لازم و ضروری است. شکل ۲-۱۷، شکل شماتیک این فرایند را نشان می‌دهد.

                                        شکل۲-۱۷ کشش عمیق هیدرودینامیک
جریان سیال بین قالب و ورق باعث روانکاری هیدرو استاتیک می‌شود و ضریب اصطکاک را به مقدار قابل ملاحظه‌ای کاهش می‌دهد. در نتیجه نسبت کشش را مقدار قابل ملاحظه‌ای بالا می‌برد در عین حال نیروی عملیات کششی را نیز کاهش می‌دهد. این روش در اصل جزو روشهای مکشش عمیق به کمک فشار سیال نمی‌شود؛ زیرا، فشار سیال موجب شکل دادن ورق نمی‌شود، اما، به دلیل اهمیت این روش و مشابهت آن با روشهای دیگر، در اینجا لازم دیده شد که توضیح مختصری در مورد آن، آورده شود.
۲-۳-۴- کشش عمیق به کمک فشار سیال و اثر شعاعی آن
در این روش از فشار سیال که به صورت شعاعی به لبه‌های ورق وارد می‌شود علاوه بر فشار معمول، استفاده می‌شود و باعث افزایش کارایی شکل دهی می‌شود. در شکل ۲-۱۸، شکل شماتیک این روش دیده می‌شود.

 این روش به دو صورت امکان پذیر است؛ روش مستقیم و روش غیر مستقیم در روش مستقیم یک راه انحرافی برای سیال تعبیه شده که فشار سیال را به لبه ورق وارد می‌کند. در روش غیر مستقیم فشار سیال از طریق فاصله بین ورق و دیواره قالب به پشت ورق منتهی می‌شود.
این روش را می‌توان تلفیقی از روش هیدرومکانیک و هیدرودینامیک دانست که علاوه بر داشتن امتیازات هر دو، فشار شعاعی هم به افزایش حد نسبت کشش کمک می‌کند. سیال در پشت ورق علاوه بر شکل دهی ورق کار روانکاری بین ورق و قالب و ورق‌گیر را انجام می‌دهد.نتیجه این کار افزایش بسیار خوب حد نسبت کشش است. شکل ۲-۱۹ ، روشهای متداول، هیدرودینامیک معمولی و فشار شعاعی را با هم مقایسه کرده و نشان می‌دهد که حد نسبت کشش به مقدار قابل ملاحظه‌ای افزایش یافته است. در بعضی موارد در صورت نیاز، فشار شعاعی سیال می‌تواند توسط یک پیچ تنظیم کنترل شود.
۲-۳-۵- روشهای ترکیبی
با تلفیق روشهای مختلف که بعضی از آتها تشریح شد، می‌توان قالبهایی ساخت که با یک مرحله، قطعاتی ساخته شود که نسبت کشش بسیار بالایی دارند. به عنوان نمونه، ناکامورا  و ناکاگاوا  در سال ۱۰۹۸۶، روشی را ارایه کردند

                        شکل۲-۱۹ مقایسه‌ی روشهای مختلف کشش عمیق
که طرح آن در شکل های ۲-۱۰، ۲-۲۱ و ۲-۲۲ دیده می‌شود (]۱۰[) این روش ترکیبی از کشش معمولی، کشش با فشار سیال در پشت ورق و فشار شعاعی است. بدین صورت که با توجه به شکل ۲-۲۲، بعد از قرار گرفتن ورق روی ورق‌گیر (۳)، قالب بالایی (۲) پایین آمده و ورق بین قالب و ورق‌گیر محکم می‌شود. با پایین آمدن قالب (۲) و ورق‌گیر (۳) که روی کوشن هوا قرار دارد، عضو (۱) کار سمبه و عضو (۲) کار قالب را انجام داده و عملیات کشش عمیق معمول را انجام می‌دهد. تا اینگه در شکل C)) عملیات کشش عملیات کشش معمولی پایان می‌یابد. سپس عضو شماره (۴) داخل قالب شماره (۱) می‌گردد که پشت آن مایع تحت فشار قرار دارد. با پایین آمدن عضو (۴) (سمبه)، عملیات کشش مجدد معکوس به کمک فشار سیال انجام می‌شود. در حالی که این فشار به لبه‌های ورق نیز وارد می‌گردد. در حقیقت عملیات کشش به کمک فشار شعاعی سیال نیز همزمان انجام می‌شود. (شکل ۲-۲۳) در این حالت است که عضو شماره (۲) کار ورق‌گیر را در این مرحله انجام می‌دهد. نشتی سیال در میان قالب و قطعه کار باعث کاهش اصطکاک می شود و اثر منفی اصطکاک را ناچیز می‌کند. نتیجه این ترکیب نسبتا پیچیده محصولاتی است که در شکل ۲-۲۳، نشان داده شده است. کاملا واضح است که حد نسبت کشش در این مرحله با روش معمولی متفاوت است. در حالی که این محصول در یک مرحله کورس پریس انجام شده. از دیگر ویژگیهای این سیستم این است که، نیاز به سیستم اضافی تولید فشار نیست. با آمدن سمبه (۴) درون محفظه سیال، خود به خود فشار محفظه افزایش می یابد و فشار لازم را برای شکل دادن ایجاد می‌کند…