Karakteristike materijala i mogućnost oblikovanja
Titan i njegove legure pokazuju jedinstvena mehanička svojstva koja značajno utječu na njihovo ponašanje dubokog izvlačenja. Čisti titan posjeduje visoku duktilnost pogodnu za hladno oblikovanje, s izuzetno visokom normalnom anizotropijom (r-vrijednost) od približno 5, što je vrlo povoljno za operacije oblikovanja lima. Ova visoka r-vrijednost omogućuje materijalu otpornost na stanjivanje tijekom deformacije, što omogućuje proizvodnju cilindričnih čaša s dubokim-dnom metodama prešanja.
Među legurama titana, legure beta titana kao što je Ti-15V-3Cr-3Sn-3Al (Ti-15-3) pokazuju relativno dobru duktilnost za hladno oblikovanje, iako općenito pokazuju nižu obradivost od čistog titana. Heksagonalna tijesno pakirana (HCP) kristalna struktura alfa-titanovih legura predstavlja posebne izazove u numeričkoj simulaciji, zahtijevajući specijalizirane materijalne modele kao što je Barlat 1989 model s krivuljama opterećenja i za deformacijsko otvrdnjavanje i omjere plastične deformacije ovisne o deformaciji kako bi se adekvatno uhvatila plastična svojstva.
Ključni izazovi u dubokom crtanju
Primarna prepreka dubokom izvlačenju titana jenapadaj i žučenjezbog visoke kemijske reaktivnosti titana s materijalima alata. Ovaj problem postaje osobito ozbiljan u teškim operacijama oblikovanja kao što su duboko izvlačenje i glačanje, gdje svježe površine titana dolaze u izravan kontakt s površinama matrice i probijača. Za ublažavanje ovog problema razvijeno je nekoliko strategija:
Zagrijavanje oksidnog premaza: Zagrijavanje obrasca na zraku kako bi se formirao zaštitni oksidni sloj (debljine otprilike 0,0015 mm na 750 stupnjeva tijekom 0,3 ks) sprječava izravan kontakt metala-na-metal između titanijskog obrasca i alata za oblikovanje. Ova metoda je omogućila uspješno višefazno duboko izvlačenje dugih čašica od legure beta titana bez međužarenja.
Površinski tretmani i maziva: Teflonski premazi u spreju i druga specijalizirana maziva obično se primjenjuju kako bi se spriječilo zapinjanje tijekom procesa oblikovanja.
Inovacije dizajna alata: Roller ball matrice s užljebljenim ramenima i raspoređenim čeličnim kuglicama razvijene su kako bi se smanjilo trenje i omogućilo oblikovanje složenih valovitih titanskih čaša s graničnim omjerima izvlačenja (LDR) od 2,5 ili više.
Parametri procesa i granice oblikovanja
Tijekom dubokog izvlačenja, ploče od titana podvrgavaju se kombiniranom savijanju i istezanju dok se sirovina povlači preko radijusa matrice u šupljinu matrice. Proces zahtijeva pažljivu kontrolu kako bi se izbjegla dva kritična načina kvara:izvijanje/boranjezbog tlačnih obodnih naprezanja u području prirubnice, izatezno kidanjeu stijenci čašice zbog pretjeranog rastezanja. Dizajn stoga mora uzeti u obzir i tlačnu i vlačnu čvrstoću tečenja titanskog materijala.
Prethodno zagrijavanje neobrađenog lima često se koristi za poboljšanje mogućnosti oblikovanja, posebno za legure titana veće-čvrstoće. Kontrola temperature je ključna jer se kristalna struktura određenih legura (kao što je Ti-15-3) transformira u beta fazu na temperaturama iznad približno 720 stupnjeva, značajno mijenjajući ponašanje deformacije.
Napredne tehnike oblikovanja
Za proizvodnju dugih cilindričnih šalica,višestupanjsko duboko izvlačenje s međuglačanjemse pokazao učinkovitim. Ovaj pristup ne samo da postiže veću dubinu čašice, već i poboljšava hrapavost površine kroz usitnjavanje zrna. Termomehanički tretmani nakon -formiranja mogu dodatno poboljšati mehanička svojstva i kvalitetu površine izvučenih čašica.
Numerička simulacija pomoću analize konačnih elemenata (kao što je LS-Dyna) postala je bitan alat za predviđanje ponašanja oblikovanja, optimiziranje geometrije alata i smanjenje skupih fizičkih ispitivanja. Granični dijagrami oblikovanja utvrđeni metodom Nakajima koriste se za predviđanje sloma, s pojednostavljenim postupcima za dobivanje graničnih posmičnih deformacija na standardnim strojevima za vlačna ispitivanja.
