Materiaalin ominaisuudet ja muovattavuus
Titaanilla ja sen seoksilla on ainutlaatuisia mekaanisia ominaisuuksia, jotka vaikuttavat merkittävästi niiden syvävetokäyttäytymiseen. Puhtaalla titaanilla on korkea sitkeys, joka soveltuu kylmämuovaukseen, ja sen normaali anisotropia (r--arvo) on poikkeuksellisen korkea, noin 5, mikä on erittäin edullista ohutlevyn muovausoperaatioille. Tämän korkean r-arvon ansiosta materiaali kestää ohenemista muodonmuutoksen aikana, mikä mahdollistaa sylinterimäisten sylinterimäisten kuppien valmistuksen puristusmuovausmenetelmillä.
Titaaniseosten joukossa beeta-titaaniseokset, kuten Ti-15V-3Cr-3Sn-3Al (Ti-15-3), osoittavat suhteellisen hyvää sitkeyttä kylmämuovauksessa, vaikka niillä on yleensä alhaisempi työstettävyys kuin puhtaalla titaanilla. Alfa-titaaniseosten kuusikulmainen tiiviisti pakattu (HCP) kiderakenne asettaa erityisiä haasteita numeerisessa simuloinnissa, koska se vaatii erikoistuneita materiaalimalleja, kuten Barlat 1989 -mallia, jossa on kuormituskäyrät sekä jännityskovettumiselle että venytysriippuvaisille muovin jännityssuhteille, jotta muovin ominaisuudet saadaan riittävän hyvin kiinni.
Deep Drawingin tärkeimmät haasteet
Pääasiallinen este titaanin syvävetossa onkohtaukset ja närästystitaanin korkean kemiallisen reaktiivisuuden vuoksi työkalumateriaalien kanssa. Tämä ongelma tulee erityisen vakavaksi vakavissa muovausoperaatioissa, kuten syvävetossa ja silityksessä, joissa tuoreet titaanipinnat joutuvat suoraan kosketukseen meisti- ja lävistyspintojen kanssa. Tämän ongelman lieventämiseksi on kehitetty useita strategioita:
Oksidipinnoitteen lämmitys: Aihion kuumentaminen ilmassa suojaavan oksidikerroksen muodostamiseksi (noin 0,0015 mm paksu 750 asteessa 0,3 ks:n ajan) estää suoran metalli----metallikontaktin titaaniaihion ja muotoilutyökalujen välillä. Tämä menetelmä on mahdollistanut pitkien beeta-titaaniseoskuppien onnistuneen monivaiheisen syvävedon ilman välihehkutusta.
Pintakäsittelyt ja voiteluaineet: Teflon-suihkupinnoitteita ja muita erikoisvoiteluaineita käytetään yleisesti estämään takertuminen muodostusprosessin aikana.
Työkalusuunnittelun innovaatiot: Rullakuulat, joissa on uritetut olakkeet ja järjestetyt teräskuulat, on kehitetty vähentämään kitkaa ja mahdollistamaan monimutkaisten aallotettujen titaanikuppien muodostamisen, joiden rajavetosuhde (LDR) on 2,5 tai enemmän.
Prosessiparametrit ja muodostusrajat
Syväveton aikana titaanilevyjä taivutetaan ja venytetään yhdistettynä, kun aihiota vedetään muotin säteen yli muotinonteloon. Prosessi vaatii huolellista valvontaa kahden kriittisen vikatilan välttämiseksi:lommahdusta/rypistymistäjohtuen puristuskehäjännityksistä laippa-alueella javetolujuuskupin seinämässä liiallisen venytyksen vuoksi. Suunnittelussa on siksi otettava huomioon sekä titaanimateriaalin puristus- että vetolujuudet.
Arkkiaihion esikuumennusta käytetään usein muovattavuuden parantamiseen, erityisesti vahvemmille-titaaniseoksille. Lämpötilan hallinta on ratkaisevan tärkeää, koska tiettyjen metalliseosten (kuten Ti-15-3) kiderakenne muuttuu beetafaasiin yli 720 asteen lämpötiloissa, mikä muuttaa merkittävästi muodonmuutoskäyttäytymistä.
Kehittyneet muovaustekniikat
Pitkien lieriömäisten kuppien valmistukseen,monivaiheinen syväveto ja välisilityson osoittautunut tehokkaaksi. Tällä lähestymistavalla ei saavuteta vain kupin syvyyttä, vaan myös pinnan karheus paranee raehionnalla. Muotoilun jälkeiset lämpömekaaniset käsittelyt voivat parantaa entisestään vedettyjen kuppien mekaanisia ominaisuuksia ja pinnan laatua.
Numeerisesta simulaatiosta, jossa käytetään elementtianalyysiä (kuten LS{0}}Dyna), on tullut olennainen työkalu muovauskäyttäytymisen ennustamisessa, työkalun geometrian optimoinnissa ja kalliiden fyysisten kokeiden vähentämisessä. Nakajima-menetelmällä määritettyjä rajakaavioita käytetään vian ennustamiseen yksinkertaistetuilla menetelmillä rajoittavien leikkausjännitysten saamiseksi tavallisissa vetokoestuskoneissa.
