آزمون های استاندارد

با توجه به کاربردهای مختلف دستگاه آزمون‌های عمومی ورق‌ها، آزمون‌های استاندارد ورق‌ها در این بخش معرفی می‌شوند.

آزمون بالج (Bulge Test)

یکی از مهم ترین خواص مکانیکی ماده، منحنی تنش-کرنش است که اطلاعات مهمی را در خصوص خواص مکانیکی و استحکام فلز ارائه می‌کند. برای تعیین این منحنی معمولا از آزمون کشش استفاده می‌گردد. اما این روش دارای محدودیت هایی است. به عنوان مثال نمونه اولیه با هندسه دمبلی شکل باید آماده شود که عموما نیاز به ماشینکاری و ... می باشد. علاوه بر آن کرنش شکست نهایی در تست کشش تک‌محوری از حالت کشش دو محوری (که شرایط واقعی بارگذاری در ورق‌ها است) پایین تر است. آزمون بالج که بر اساس استاندارد ISO 16808 انجام می‌شود می‌تواند محدودیت‌های فوق را در تعیین منحنی تنش-کرنش ورق‌ها مرتفع سازد . در این آزمون ورق بین قالب و ورق‌گیر بسته می‌شود. محفظه سیال با سیالی مانند روغن یا آب پر می‌شود. با افزایش سیال محفظه، ورق به سمت قالب کشیده شده شکل نیم‌کروی پیدا می‌کند. حین فرایند، فشار محفظه سیال و نحوه تغییر شکل ورق به صورت لحظه‌ای اندازه گیری می‌شود. بر اساس اطلاعات اندازه‌گیری شده، تنش و کرنش موثر در مرکز ورق محاسبه و منحنی تنش-کرنش بدست می‌آید.

منحنی حد شکل پذیری (Forming Limit Curve)

دیاگرام حد شکل پذیری (FLD)، دیاگرامی است که محورهای افقی و عمودی آن به ترتیب کرنش فرعی و کرنش اصلی نقاط مختلف قطعه را نشان می‌دهند. کرنش‌های اصلی و فرعی هر نقطه از قطعه بر روی دیاگرام حد شکل‌پذیری به صورت یک نقطه نشان داده می‌شود. بر روی این دیاگرام یک منحنی که به آن منحنی حد شکل‌پذیری (FLC) گفته می شود، ناحیه بین نقاط سالم و نقاط گلویی شده و نقاط پاره شده را از هم جدا می‌کند. منحنی حد شکل‌پذیری برای یک ماده مشخص با استفاده از استاندارد ISI 12004-2 تعیین می‌شود و حداکثر تغییر شکلی که می‌توان در مسیرهای مختلف بارگذاری به قطعه اعمال کرد را نشان‌ می‌دهد. با ظهور نرم‌افزارهای المان محدود، با مدلسازی فرایند شکل‌دهی ورق می‌توان توزیع تنش و کرنش را با منحنی FLC مقایسه و از نتایج المان محدود، احتمال کشش سالم یا پارگی قطعه را تشخیص داد و با توجه به نتایج، احیانا هندسه قالب و پارامترهای فرایند، اصلاح می شود تا فرایند تولیدی بدون عیب بدست آید.

آزمون ناکازیما (Nakazima Test)

آزمون ناکازیما بر اساس استاندارد ISO 12004-2 برای تعیین منحنی حد شکل‌پذیری (FLC) استفاده می‌شود. در این آزمون، ورق با چندین هندسه مختلف که طبق استاندارد تعیین می‌شود، برش داده می شود. بر روی سطح مسطح ورق‌ها و قبل از تغییر شکل، یک شبکه‌بندی دقیق یا یک الگوی تصادفی اعمال می‌شود. ورق بین ورق گیر و قالب به گونه‌ای بسته می‌شود که حرکت شعاعی نداشته باشد. یک سنبه سرکروی با قطر 100 میلیمتر به سمت ورق حرکت می‌کند و آن را تا لحظه شروع پارگی شکل‌ می‌دهد و به محض شروع پارگی سنبه متوقف می‌شود. کرنش در نقاط مجاور پارگی با استفاده از تغییر ابعاد شبکه بندی اولیه یا الگوی تصادفی اولیه اعمال شده محاسبه و حداکثر کرنشی که می‌توان به ورق اعمال کرد، تعیین می‌شود که یک نقطه از منحنی حد شکل‌پذیری (FLC) را نشان می‌دهد. با انجام این تست برای نمونه‌های با هندسه های مختلف، نقاط مختلفی از FLC محاسبه و با اتصال آنها به یکدیگر منحنی حد شکل پذیری ورق مورد نظر تعیین می‌شود.

آزمون مارسیناک (Marciniak Test)

آزمون مارسنیاک نیز مانند آزمون ناکازیما طبق استاندارد ISO 12004-2 برای تعیین منحنی حد شکل‌پذیری استفاده می‌شود. در این آزمون از یک سنبه سر تخت برای شکل‌دهی ورق‌ها استفاده می‌شود. برای جلوگیری از تماس ورق‌ها با قسمت تخت سنبه، بین ورق مورد نظر و سنبه از یک ورق کمکی که در مرکز دارای سوراخی (معمولا به قطر 32 تا 34 میلیمتر) است، استفاده می‌شود. بدین ترتیب توزیع کرنش یکنواخت‌تر و شکست در نقطه مناسب‌تری رخ خواهد داد. ورق کمکی باید از ماده ای با شکل‌پذیری بالاتر یا حداقل برابر با ورق تحت آزمون باشد.

آزمون جامی شدن (Erichsen Cupping Test)

آزمون جامی شدن اریکسن بر اساس استاندارد ISO 20482، برای تعیین شکل‌پذیری ورق‌های فلزی قابل استفاده است. نمونه بین قالب و ورق‌گیر بسته می‌شود و سنبه‌ای سرکروی با قطر 20 میلی‌متر با حرکت به سمت آن، ورق را به داخل حفره قالب می‌کشد. در لحظه شروع مشاهده ترک، آزمون متوقف می‌شود و عمق کشیده شده (مقدار حرکت سنبه از نقطه شروع تماس) به عنوان پارامتر شکل‌پذیری یا اندیس جامی شدن اریکسن (IE) معرفی می شود.

آزمون کشش عمیق (Deep Drawing Test)

فرایند کشش عمیق فرایندی است که در آن یک ورق فلزی تخت توسط یک سنبه به داخل حفره یک ماتریس کشیده می شود و ورق با حرکت شعاعی به داخل حفره ماتریس، دیواره ظرف را شکل می‌دهد. ناحیه فلنج ورق اولیه تنش کششی در راستای شعاعی و تنش فشاری در راستای محیطی را تحمل می کند. تنش فشاری در منطقه فلنج می تواند منجر به چین خوردگی ورق شود که برای جلوگیری از آن معمولا از یک ورق‌گیر استفاده می‌شود. نیروی کششی برای حرکت شعاعی ورق به داخل حفره توسط سنبه به ورق اعمال می‌شود و در صورتی که این نیرو از حد تحمل ورق بیشتر شود، منجر به پارگی قطعه می‌گردد. بنابراین حداکثر قطر ورقی که می‌توان به داخل حفره ماتریس کشید محدود است. نسبت حداکثر قطر ورقی که بدون پارگی به داخل حفره ماتریس کشیده می‌شود به قطر سنبه را حد نسبت کشش (Limiting Drawing Ratio یا LDR) می‌گویند که با استفاده از آزمون کشش عمیق و کشش قطعات با قطرهای‌ قابل تعیین است. همچنین در فرایند کشش عمیق، به علت خواص مکانیکی جهت‌دار ورق امکان گوش‌واره‌ای شدن نیز وجود دارد که بر اساس استاندارد ISO 11531 قابل اندازه‌گیری است.

آزمون انبساط سوراخ (Hole expansion Test)

تست انبساط سوراخ بر اساس استاندارد ISO 16630، برای بررسی مناسب بودن ورق‌های فلزی در شکل‌دهی فلنج‌ها استفاده می شود. ابتدا بر روی ورق سوراخی با قطر 10 میلیمتر ایجاد می شود. سپس ورق بین قالب و ورق‌گیر بسته می شود و سنبه ای مخروطی با زاویه مخروط 60 درجه وارد سوراخ ایجاد شده در ورق شده و تا لحظه شروع ترک در لبه سوراخ، آن را به داخل حفره ماتریس می‌کشد. درصد افزایش قطر سوارخ اولیه، به عنوان حد انبساط سوراخ، محاسبه می شود.

آزمون انبساط سوراخ (Hole expansion Test)

در فرایند هیدروفرمینگ، سنبه جای خود را به سیال می دهد. در این فرایند ورق بین قالب و ورق‌گیر بسته می‌شود. محفظه سیال با سیالی مانند روغن یا آب پر می‌شود. با افزایش سیال محفظه، ورق به سمت قالب کشیده شده و نهایتا شکل قالب را به خود می‌گیرد.