Karakteristike materijala i mogućnost oblikovanja
Titanijum i njegove legure pokazuju jedinstvena mehanička svojstva koja značajno utiču na njihovo ponašanje pri dubokom izvlačenju. Čisti titan ima visoku duktilnost pogodnu za hladno oblikovanje, sa izuzetno visokom normalnom anizotropijom (r-vrijednost) od približno 5, što je veoma povoljno za operacije oblikovanja lima. Ova visoka r-vrijednost omogućava materijalu otpornost na stanjivanje tokom deformacije, što omogućava proizvodnju cilindričnih čaša sa dubokim-donim putem metoda presovanja.
Među legurama titanijuma, beta legure titanijuma kao što je Ti-15V-3Cr-3Sn-3Al (Ti-15-3) pokazuju relativno dobru duktilnost za hladno oblikovanje, iako generalno pokazuju nižu obradivost od čistog titanijuma. Heksagonalna zatvorena (HCP) kristalna struktura legura alfa-titanijuma predstavlja posebne izazove u numeričkoj simulaciji, zahtevajući specijalizovane modele materijala kao što je model Barlat iz 1989. sa krivuljama opterećenja i za stvrdnjavanje deformacijom i za omjere plastične deformacije zavisne od deformacije kako bi se adekvatno uhvatila plastična svojstva.
Ključni izazovi u dubokom crtanju
Primarna prepreka u dubokom izvlačenju titana jenapadaj i žučenjezbog visoke hemijske reaktivnosti titanijuma sa materijalima alata. Ovaj problem postaje posebno ozbiljan u teškim operacijama oblikovanja kao što su duboko izvlačenje i glačanje, gdje svježe površine titana dolaze u direktan kontakt s površinama matrice i bušotine. Da bi se ovaj problem ublažio, razvijeno je nekoliko strategija:
Zagrijavanje oksidnog premaza: Zagrijavanje blanka na zraku kako bi se formirao zaštitni sloj oksida (otprilike 0,0015 mm debljine na 750 stepeni za 0,3 ks) sprječava direktan kontakt metala-na-metal između titanijumske blanke i alata za oblikovanje. Ova metoda je omogućila uspješno višestepeno duboko izvlačenje dugih čaša od beta titanijumske legure bez srednjeg žarenja.
Površinski tretmani i maziva: Teflonski premazi u spreju i druga specijalizovana maziva se obično primenjuju kako bi se sprečilo zaglavljivanje tokom procesa formiranja.
Inovacije u dizajnu alata: Roler kuglice sa žljebljenim ramenima i raspoređenim čeličnim kuglicama su razvijene kako bi se smanjilo trenje i omogućilo formiranje složenih valovitih čašica od titanijuma sa graničnim omjerom izvlačenja (LDR) od 2,5 ili više.
Procesni parametri i granice oblikovanja
Tokom dubokog izvlačenja, titanijumski limovi se podvrgavaju kombinovanom savijanju i istezanju dok se blanko 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, izateznog kidanjau zidu čaše zbog prevelikog istezanja. Dizajn stoga mora uzeti u obzir i tlačnu i vlačnu čvrstoću tečenja titanijumskog materijala.
Predgrijavanje prazne ploče se često koristi za poboljšanje formabilnosti, posebno za legure titanijuma veće čvrstoće{0}}. Kontrola temperature je ključna, jer se kristalna struktura određenih legura (kao što je Ti-15-3) transformiše u beta fazu na temperaturama iznad približno 720 stepeni, značajno menjajući ponašanje deformacije.
Napredne tehnike oblikovanja
Za proizvodnju dugih cilindričnih čaša,višestepeno duboko izvlačenje sa srednjim peglanjempokazao se efikasnim. Ovaj pristup ne samo da postiže veću dubinu čašice, već i poboljšava hrapavost površine kroz prečišćavanje zrna. Termomehanički tretmani nakon -obrada mogu dodatno poboljšati mehanička svojstva i kvalitet površine izvučenih čaša.
Numerička simulacija pomoću analize konačnih elemenata (kao što je LS-Dyna) postala je suštinski alat za predviđanje ponašanja oblikovanja, optimizaciju geometrije alata i smanjenje skupih fizičkih ispitivanja. Granični dijagrami oblikovanja utvrđeni metodom Nakajima koriste se za predviđanje sloma, uz pojednostavljene postupke za dobivanje graničnih posmičnih deformacija na standardnim strojevima za ispitivanje zatezanja.
