Đặc tính vật liệu và khả năng định dạng
Titan và các hợp kim của nó thể hiện các tính chất cơ học độc đáo ảnh hưởng đáng kể đến khả năng kéo sâu của chúng. Titan nguyên chất có độ dẻo cao thích hợp cho việc tạo hình nguội, với giá trị dị hướng thông thường (r{1}}) đặc biệt cao khoảng 5, rất thuận lợi cho các hoạt động tạo hình kim loại tấm. Giá trị r{4}}cao này cho phép vật liệu chống lại sự mỏng đi trong quá trình biến dạng, giúp có thể sản xuất các cốc hình trụ có đáy sâu-thông qua phương pháp tạo hình ép.
Trong số các hợp kim titan, các hợp kim titan beta như Ti-15V-3Cr-3Sn-3Al (Ti-15-3) thể hiện độ dẻo tương đối tốt khi tạo hình nguội, mặc dù chúng thường có khả năng gia công thấp hơn titan nguyên chất. Cấu trúc tinh thể lục giác đóng kín (HCP) của hợp kim alpha-titan đặt ra những thách thức đặc biệt trong mô phỏng số, đòi hỏi các mô hình vật liệu chuyên dụng như mô hình Barlat 1989 với các đường cong tải trọng cho cả tỷ lệ biến dạng dẻo phụ thuộc vào biến dạng và độ cứng biến dạng để nắm bắt đầy đủ các đặc tính dẻo.
Những thách thức chính trong việc vẽ sâu
Trở ngại chính trong việc vẽ sâu titan làco giật và nôn naodo khả năng phản ứng hóa học cao của titan với vật liệu dụng cụ. Vấn đề này trở nên đặc biệt nghiêm trọng trong các hoạt động tạo hình khắc nghiệt như kéo sâu và ủi, khi bề mặt titan mới tiếp xúc trực tiếp với bề mặt khuôn và đột. Để giảm thiểu vấn đề này, một số chiến lược đã được phát triển:
Gia nhiệt lớp phủ oxit: Làm nóng phôi trong không khí để tạo thành lớp oxit bảo vệ (dày khoảng 0,0015 mm ở 750 độ trong 0,3 ks) ngăn chặn sự tiếp xúc trực tiếp của kim loại -với-kim loại giữa phôi titan và dụng cụ tạo hình. Phương pháp này đã cho phép vẽ sâu nhiều tầng thành công các cốc hợp kim titan beta dài mà không cần ủ trung gian.
Xử lý bề mặt và bôi trơn: Lớp phủ phun Teflon và các chất bôi trơn chuyên dụng khác thường được áp dụng để ngăn ngừa hiện tượng co ngót trong quá trình tạo hình.
Đổi mới thiết kế công cụ: Khuôn bi lăn có vai có rãnh và các bi thép được sắp xếp đã được phát triển để giảm ma sát và cho phép tạo hình các cốc titan dạng sóng phức tạp với tỷ lệ kéo giới hạn (LDR) từ 2,5 trở lên.
Thông số quy trình và giới hạn hình thành
Trong quá trình kéo sâu, các tấm titan trải qua quá trình uốn và kéo dài kết hợp khi phôi được kéo qua bán kính khuôn vào khoang khuôn. Quá trình này yêu cầu kiểm soát cẩn thận để tránh hai dạng lỗi nghiêm trọng:oằn/nhăndo ứng suất nén chu vi ở vùng mặt bích, vàrách kéotrong thành cốc do bị kéo giãn quá mức. Do đó, thiết kế phải xem xét cả cường độ chịu nén và độ bền kéo của vật liệu titan.
Việc gia nhiệt trước phôi tấm thường được sử dụng để cải thiện khả năng tạo hình, đặc biệt đối với các hợp kim titan có độ bền- cao hơn. Kiểm soát nhiệt độ là rất quan trọng, vì cấu trúc tinh thể của một số hợp kim nhất định (như Ti-15-3) chuyển sang pha beta ở nhiệt độ trên khoảng 720 độ, làm thay đổi đáng kể hành vi biến dạng.
Kỹ thuật tạo hình nâng cao
Để sản xuất cốc hình trụ dài,vẽ sâu nhiều tầng với bàn ủi trung gianđã chứng tỏ hiệu quả. Cách tiếp cận này không chỉ đạt được độ sâu cốc lớn hơn mà còn cải thiện độ nhám bề mặt thông qua quá trình sàng lọc hạt. Xử lý cơ nhiệt sau tạo hình-có thể nâng cao hơn nữa các tính chất cơ học và chất lượng bề mặt của cốc được vẽ.
Mô phỏng số bằng cách sử dụng phân tích phần tử hữu hạn (chẳng hạn như LS{0}}Dyna) đã trở thành một công cụ thiết yếu để dự đoán hành vi tạo hình, tối ưu hóa hình dạng công cụ và giảm các thử nghiệm vật lý tốn kém. Các sơ đồ giới hạn hình thành được xác định thông qua phương pháp Nakajima được sử dụng để dự đoán hư hỏng, với các quy trình đơn giản hóa để thu được biến dạng cắt giới hạn trên các máy thử độ bền kéo tiêu chuẩn.
