Vlastnosti materiálu a tvarovatelnost
Titan a jeho slitiny vykazují jedinečné mechanické vlastnosti, které významně ovlivňují jejich chování při hlubokém tažení. Čistý titan má vysokou tažnost vhodnou pro tváření za studena, s výjimečně vysokou normální anizotropií (r-hodnota) přibližně 5, což je velmi příznivé pro operace tváření plechu. Tato vysoká hodnota r-umožňuje materiálu odolávat ztenčování během deformace, což umožňuje vyrábět válcové kalíšky s hlubokým{5}} dnem pomocí metod lisování.
Ze slitin titanu vykazují slitiny beta titanu, jako je Ti-15V-3Cr-3Sn-3Al (Ti-15-3), poměrně dobrou tažnost pro tváření za studena, ačkoli obecně vykazují nižší zpracovatelnost než čistý titan. Hexagonální uzavřená (HCP) krystalová struktura alfa-titanových slitin představuje zvláštní výzvy v numerické simulaci, která vyžaduje specializované materiálové modely, jako je model Barlat 1989 se zátěžovými křivkami jak pro deformační zpevnění, tak pro poměry deformace závislé na deformaci, aby bylo možné adekvátně zachytit plastové vlastnosti.
Klíčové výzvy v hluboké kresbě
Hlavní překážkou hlubokého tažení titanu jezáchvat a dřenídíky vysoké chemické reaktivitě titanu s nástrojovými materiály. Tento problém se stává zvláště závažným při náročných tvářecích operacích, jako je hluboké tažení a žehlení, kde se čerstvé titanové povrchy dostávají do přímého kontaktu s povrchy matrice a razníku. Ke zmírnění tohoto problému bylo vyvinuto několik strategií:
Zahřívání oxidového povlaku: Zahřívání polotovaru na vzduchu za účelem vytvoření ochranné oxidové vrstvy (přibližně 0,0015 mm tlusté při 750 stupních po dobu 0,3 ks) zabraňuje přímému kontaktu kovu-na-kov mezi titanovým polotovarem a tvářecími nástroji. Tato metoda umožnila úspěšné vícestupňové hluboké tažení dlouhých kalíšek z beta titanové slitiny bez mezižíhání.
Povrchové úpravy a maziva: Teflonové nástřiky a další specializovaná maziva se běžně používají, aby se zabránilo zadření během procesu tváření.
Inovace designu nástrojů: Válcové kulové raznice s drážkovanými rameny a uspořádanými ocelovými kuličkami byly vyvinuty pro snížení tření a umožnění tvarování složitých vlnitých titanových pohárků s mezními poměry tažení (LDR) 2,5 nebo více.
Parametry procesu a meze tváření
Během hlubokého tažení jsou titanové plechy podrobeny kombinovanému ohýbání a natahování, když je polotovar tažen přes poloměr zápustky do dutiny zápustky. Proces vyžaduje pečlivou kontrolu, aby se zabránilo dvěma kritickým režimům selhání:vyboulení/vrásněnív důsledku tlakových obvodových napětí v oblasti příruby atrhání v tahuve stěně poháru v důsledku nadměrného natahování. Návrh proto musí uvažovat jak mez kluzu v tlaku, tak v tahu titanového materiálu.
Ke zlepšení tvařitelnosti se často používá předehřívání plechového polotovaru, zejména u slitin titanu s vyšší pevností. Kontrola teploty je klíčová, protože krystalová struktura určitých slitin (jako je Ti-15-3) se při teplotách nad přibližně 720 stupňů přeměňuje na beta fázi, což významně mění deformační chování.
Pokročilé tvářecí techniky
Pro výrobu dlouhých válcových šálků,vícestupňové hluboké tažení s mezižehlenímse osvědčila. Tento přístup nejen dosahuje větší hloubky kalíšku, ale také zlepšuje drsnost povrchu díky zjemnění zrna. Po-formování termomechanické úpravy mohou dále zlepšit mechanické vlastnosti a kvalitu povrchu tažených pohárků.
Numerická simulace využívající analýzu konečných prvků (jako je LS-Dyna) se stala základním nástrojem pro predikci chování při tváření, optimalizaci geometrie nástroje a snížení nákladných fyzických zkoušek. Pro predikci porušení se používají mezní diagramy tváření stanovené metodou Nakajima se zjednodušenými postupy pro získání mezních smykových deformací na standardních strojích pro zkoušení tahem.
