Lastnosti materiala in sposobnost oblikovanja
Titan in njegove zlitine imajo edinstvene mehanske lastnosti, ki pomembno vplivajo na njihovo obnašanje pri globokem vlečenju. Čisti titan ima visoko duktilnost, primerno za hladno preoblikovanje, z izjemno visoko normalno anizotropijo (vrednost r-) približno 5, kar je zelo ugodno za postopke preoblikovanja pločevine. Ta visoka r-vrednost omogoča, da je material odporen na tanjšanje med deformacijo, kar omogoča izdelavo cilindričnih skodelic z globokim-dnom z metodami preoblikovanja.
Med titanovimi zlitinami beta titanove zlitine, kot je Ti-15V-3Cr-3Sn-3Al (Ti-15-3), izkazujejo razmeroma dobro duktilnost za hladno oblikovanje, čeprav imajo na splošno manjšo obdelovalnost kot čisti titan. Heksagonalna tesno zapakirana (HCP) kristalna struktura alfa-titanovih zlitin predstavlja posebne izzive pri numerični simulaciji, ki zahteva posebne modele materialov, kot je model Barlat 1989 s krivuljami obremenitve tako za deformacijsko utrjevanje kot razmerja plastične deformacije, ki so odvisna od deformacije, da se ustrezno zajame plastične lastnosti.
Ključni izzivi pri globokem risanju
Glavna ovira pri globokem vleku titana jenapad in srbenjezaradi visoke kemične reaktivnosti titana z orodnimi materiali. Ta težava postane še posebej resna pri težkih postopkih oblikovanja, kot sta globoko vlečenje in likanje, kjer pridejo sveže titanove površine v neposreden stik s površinami matrice in luknjačev. Za ublažitev te težave je bilo razvitih več strategij:
Ogrevanje oksidnega premaza: Segrevanje surovca na zraku, da se oblikuje zaščitna oksidna plast (debela približno 0,0015 mm pri 750 stopinjah za 0,3 ks) preprečuje neposreden stik kovin-na-kovino med surovcem iz titana in orodji za preoblikovanje. Ta metoda je omogočila uspešno večstopenjsko globoko vleko dolgih skodelic iz beta titanove zlitine brez vmesnega žarjenja.
Površinske obdelave in maziva: Teflonski razpršilni premazi in druga specializirana maziva se običajno uporabljajo za preprečevanje zagozdenja med postopkom oblikovanja.
Inovacije v oblikovanju orodja: Matrice z valjčnimi kroglicami z žlebičastimi rameni in razporejenimi jeklenimi kroglicami so bile razvite za zmanjšanje trenja in omogočanje oblikovanja kompleksnih valovitih skodelic iz titana z mejnimi razmerji vlečenja (LDR) 2,5 ali več.
Procesni parametri in meje oblikovanja
Med globokim vlekom so titanove plošče podvržene kombiniranemu upogibanju in raztezanju, ko se surovec potegne čez polmer matrice v votlino matrice. Postopek zahteva skrben nadzor, da se izognemo dvema kritičnima načinoma okvare:upogibanje/gubanjezaradi tlačnih obodnih napetosti v območju prirobnice innatezno trganjev steni skodelice zaradi prevelikega raztezanja. Zasnova mora torej upoštevati tako tlačno kot natezno mejo tečenja titanovega materiala.
Predgretje surovca pločevine se pogosto uporablja za izboljšanje preoblikovalnosti, zlasti za-trdnejše titanove zlitine. Nadzor temperature je ključnega pomena, saj se kristalna struktura nekaterih zlitin (kot je Ti-15-3) preoblikuje v beta fazo pri temperaturah nad približno 720 stopinj, kar bistveno spremeni obnašanje deformacije.
Napredne tehnike oblikovanja
Za izdelavo dolgih cilindričnih skodelic,večstopenjski globoki vlek z vmesnim likanjemse je izkazalo za učinkovito. Ta pristop ne le doseže večjo globino čaše, ampak tudi izboljša hrapavost površine s prefinjenostjo zrn. Termomehanske obdelave po -oblikovanju lahko dodatno izboljšajo mehanske lastnosti in kakovost površine vlečenih skodelic.
Numerična simulacija z uporabo analize končnih elementov (kot je LS-Dyna) je postala bistveno orodje za napovedovanje obnašanja pri oblikovanju, optimizacijo geometrije orodja in zmanjšanje dragih fizičnih poskusov. Mejni diagrami oblikovanja, določeni z metodo Nakajima, se uporabljajo za napovedovanje napak, s poenostavljenimi postopki za pridobivanje mejnih strižnih deformacij na standardnih nateznih preskusnih napravah.
