Materialegenskaper och formbarhet
Titan och dess legeringar uppvisar unika mekaniska egenskaper som avsevärt påverkar deras djupdragningsbeteende. Rent titan har hög duktilitet lämplig för kallformning, med ett exceptionellt högt normalanisotropi (r-värde) på cirka 5, vilket är mycket fördelaktigt för plåtformningsoperationer. Detta höga r-värde gör det möjligt för materialet att motstå förtunning under deformation, vilket gör det möjligt att tillverka cylindriska koppar med djup-botten genom pressformningsmetoder.
Bland titanlegeringar uppvisar beta titanlegeringar såsom Ti-15V-3Cr-3Sn-3Al (Ti-15-3) jämförelsevis god duktilitet för kallformning, även om de i allmänhet uppvisar lägre bearbetbarhet än rent titan. Den hexagonala tätpackade (HCP) kristallstrukturen av alfa-titaniumlegeringar ger särskilda utmaningar i numerisk simulering, vilket kräver specialiserade materialmodeller som Barlat 1989-modellen med belastningskurvor för både töjningshärdning och töjningsberoende plasttöjningsförhållanden för att adekvat fånga plastegenskaper.
Nyckelutmaningar inom djupteckning
Det primära hindret i titan djupritning äranfall och gnagandepå grund av titans höga kemiska reaktivitet med verktygsmaterial. Detta problem blir särskilt allvarligt vid svåra formningsoperationer såsom djupdragning och strykning, där färska titanytor kommer i direkt kontakt med form- och stansytor. För att lindra detta problem har flera strategier utvecklats:
Oxidbeläggning uppvärmning: Uppvärmning av ämnet i luft för att bilda ett skyddande oxidskikt (cirka 0,0015 mm tjockt vid 750 grader i 0,3 ks) förhindrar direkt metall-till-metallkontakt mellan titanämnet och formverktygen. Denna metod har möjliggjort framgångsrik flerstegs djupdragning av långa bägare av beta titanlegering utan mellanliggande glödgning.
Ytbehandlingar och smörjmedel: Teflonspraybeläggningar och andra specialiserade smörjmedel appliceras vanligtvis för att förhindra att det fastnar under formningsprocessen.
Innovationer i verktygsdesign: Rullkulformar med räfflade skuldror och arrangerade stålkulor har utvecklats för att minska friktionen och möjliggöra formning av komplexa korrugerade titankoppar med gränsdragningsförhållanden (LDR) på 2,5 eller mer.
Processparametrar och formningsgränser
Under djupdragning genomgår titanplåtar kombinerad böjning och sträckning när ämnet dras över formradien in i formhåligheten. Processen kräver noggrann kontroll för att undvika två kritiska fellägen:buckling/rynkningpå grund av tryckomkretsspänningar i flänsområdet, ochdragrivningi koppväggen på grund av överdriven sträckning. Konstruktionen måste därför ta hänsyn till både tryck- och dragsträckgränser hos titanmaterialet.
Förvärmning av plåtämnet används ofta för att förbättra formbarheten, särskilt för högre-hållfasta titanlegeringar. Temperaturkontroll är avgörande, eftersom kristallstrukturen hos vissa legeringar (som Ti-15-3) omvandlas till betafasen vid temperaturer över cirka 720 grader, vilket väsentligt förändrar deformationsbeteendet.
Avancerade formningstekniker
För framställning av långa cylindriska koppar,flerstegs djupdragning med mellanstrykninghar visat sig vara effektiv. Detta tillvägagångssätt uppnår inte bara större koppdjup utan förbättrar också ytjämnheten genom kornförfining. Termomekaniska behandlingar efter-formning kan ytterligare förbättra de dragna kopparnas mekaniska egenskaper och ytkvalitet.
Numerisk simulering med finita elementanalys (som LS-Dyna) har blivit ett viktigt verktyg för att förutsäga formningsbeteende, optimera verktygsgeometri och minska kostsamma fysiska försök. Formningsgränsdiagram fastställda genom Nakajima-metoden används för felförutsägelse, med förenklade procedurer för att erhålla begränsande skjuvtöjningar på standarddragprovningsmaskiner.
