Materjali omadused ja vormitavus
Titaanil ja selle sulamitel on ainulaadsed mehaanilised omadused, mis mõjutavad oluliselt nende sügavtõmbumiskäitumist. Puhtal titaanil on külmvormimiseks sobiv kõrge elastsus, erakordselt kõrge normaalne anisotroopia (r-väärtus) ligikaudu 5, mis on väga soodne lehtmetalli vormimise jaoks. See kõrge r-väärtus võimaldab materjalil deformatsiooni ajal hõrenemisele vastu pidada, võimaldades pressvormimismeetodite abil valmistada sügavaid-põhjasilindrilisi tasse.
Titaanisulamitest on beeta-titaanisulamid, nagu Ti-15V-3Cr-3Sn-3Al (Ti-15-3), suhteliselt head külmvormimise elastsus, kuigi üldiselt on nende töödeldavus madalam kui puhtal titaanil. Alfa-titaani sulamite kuusnurkne tihedalt pakitud (HCP) kristallstruktuur esitab arvulises simulatsioonis erilisi väljakutseid, nõudes spetsiaalseid materjalimudeleid, nagu Barlat 1989 mudel, millel on koormuskõverad nii deformatsiooni kõvenemise kui ka deformatsioonist sõltuvate plastide deformatsioonisuhete jaoks, et adekvaatselt tabada plasti omadusi.
Süvajoonistamise peamised väljakutsed
Titaani süvatõmbamise peamine takistus onkrambid ja näriminetitaani kõrge keemilise reaktsioonivõime tõttu tööriistamaterjalidega. See probleem muutub eriti tõsiseks raskete vormimistoimingute puhul, nagu sügavtõmbamine ja triikimine, kus värsked titaanpinnad puutuvad otse kokku stantsi- ja stantsipindadega. Selle probleemi leevendamiseks on välja töötatud mitu strateegiat:
Oksiidkatte kuumutamine: Tooriku kuumutamine õhus kaitsva oksiidikihi moodustamiseks (ligikaudu 0,0015 mm paksune 750 kraadi juures 0,3 ks) hoiab ära otsese metalli---kontakti metalliga titaanist tooriku ja vormimistööriistade vahel. See meetod on võimaldanud pikkade beeta-titaanisulamist tasside edukat mitmeastmelist süvatõmbamist ilma vahepealse lõõmutamiseta.
Pinnatöötlused ja määrdeained: Tavaliselt kasutatakse teflonpihustuskatteid ja muid spetsiaalseid määrdeaineid, et vältida kinnikiilumist vormimisprotsessi ajal.
Tööriistade disaini uuendused: Hõõrdumise vähendamiseks ja keeruliste gofreeritud titaanist topside moodustamiseks on välja töötatud soonte õlgadega rull-kuulivormid ja paigutatud teraskuulid, mille piirtõmbeaste (LDR) on 2,5 või rohkem.
Protsessi parameetrid ja moodustamise piirangud
Sügavtõmbamise ajal läbivad titaanlehed kombineeritud painutamist ja venitamist, kui toorik tõmmatakse üle matriitsi raadiuse matriitsi õõnsusse. Protsess nõuab hoolikat kontrolli, et vältida kahte kriitilist rikkerežiimi:paindumine/kortsumineääriku piirkonnas tekkivate surve-ümbermõõdu pingete tõttu jatõmbe rebiminetopsi seinas liigse venitamise tõttu. Seetõttu tuleb konstruktsioonis arvesse võtta nii titaanmaterjali surve- kui ka tõmbetugevust.
Lehttooriku eelkuumutamist kasutatakse sageli vormitavuse parandamiseks, eriti -tugevamate titaanisulamite puhul. Temperatuuri reguleerimine on ülioluline, kuna teatud sulamite (nt Ti-15-3) kristallstruktuur muutub temperatuuril üle 720 kraadi beetafaasiks, muutes oluliselt deformatsioonikäitumist.
Täiustatud vormimistehnikad
Pikkade silindriliste tasside valmistamiseks,mitmeastmeline sügavtõmbamine vahepealse triikimisegaon osutunud tõhusaks. See lähenemine ei saavuta mitte ainult suuremat tassi sügavust, vaid parandab ka pinna karedust terade viimistlemise kaudu. Vormimisjärgne termomehaaniline töötlus võib veelgi parandada tõmmatud tasside mehaanilisi omadusi ja pinna kvaliteeti.
Lõplike elementide analüüsi (nagu LS-Dyna) kasutav arvsimulatsioon on muutunud oluliseks tööriistaks vormimiskäitumise ennustamiseks, tööriista geomeetria optimeerimiseks ja kulukate füüsiliste katsete vähendamiseks. Rikete prognoosimiseks kasutatakse Nakajima meetodi abil määratud piirdiagramme koos lihtsustatud protseduuridega piiravate nihkepingete saamiseks standardsetes tõmbekatsemasinates.
