Djúpteikning myndunar títan og títan álplötur fyrir sívalur bikarhluta
1. Undirstöðuatriði djúpteikningar fyrir títanplötur
Djúpteikning er málmplötumyndunarferli þar sem flatt eyðublað er dregið inn í deyjahol með kýla til að framleiða holan sívalan, rétthyrndan eða óreglulegan íhlut. Fyrir títan og títan álplötur er þetta ferli sérstaklega krefjandi vegna eðlislægra vélrænna og eðlisfræðilegra eiginleika efnisins sem eru verulega frábrugðnir hefðbundnum djúpum-draganlegum efnum eins og lágt-kolefnisstáli eða álblöndur.
Formhæfni títanplata í djúpteikningu er stjórnað af samspili togaflögunar á flanssvæðinu og þrýstilögunar á bikarveggnum. Þegar kýlið lækkar, verður hringlaga flansinn fyrir geislamyndað togálagi og þrýstiálagi í ummáli, sem veldur því að efnið flæðir inn á við í átt að deyjaopinu. Bikarveggurinn er á sama tíma háður einása spennu þegar hann er dreginn yfir teygjuradíusinn. Takmarkandi dráttarhlutfallið, skilgreint sem hámarkshlutfall eyðuþvermáls og gataþvermáls sem hægt er að ná í einni teikningu án brota, þjónar sem aðal mæligildi fyrir mótun djúpdráttar.
Fyrir verslunarhreint títan gráðu 1 er takmarkandi dráttarhlutfallið venjulega á bilinu 1,8 til 2,2 við stofuhita. Þetta er umtalsvert lægra en gildin 2,2 til 2,5 sem hægt er að ná með djúpdrægu-gæða lágu-kolefnisstáli, sem endurspeglar lægri álag-herðandi veldisvísis títan og hærra hlutfall frákasta-til-togstyrks. Alfa-beta málmblöndur eins og Ti-6Al-4V sýna enn takmarkaðri mótunarhæfni, með takmarkandi dráttarhlutföll sem eru oft undir 1,6 við umhverfishita vegna meiri styrkleika og minni sveigjanleika.
2. Eiginleikar efnis sem hafa áhrif á djúpteikningarhegðun
Kristallógrafísk áferð títanplata hefur mikil áhrif á djúpteikningar. Sexhyrnd, lokuð-kristalbygging úr títan býr yfir takmörkuðum kerfum við stofuhita, fyrst og fremst grunn- og prismatískri skriði þar sem pýramídaskrið verður aðeins umtalsvert við hátt hitastig eða við takmarkaða aflögun. Anisotropy sem myndast framkallar einkennandi eyrnahegðun í dregnum bollum, þar sem bollabrúnin sýnir reglubundnar hæðarbreytingar sem samsvara valinni stefnu.
Sterk grunnáferð með c-ásnum halla í átt að þverstefnunni framleiðir venjulega fjögur eyru sem eru stillt í 0 og 90 gráður miðað við snúningsstefnuna. Þetta eyrnalokk verður að klippa í síðari aðgerðum, sem dregur úr skilvirkni efnisnýtingar. Áferðarstýring með varmavélrænni vinnslu meðan á lakframleiðslu stendur getur lágmarkað alvarleika eyrnalokka, þó að algjört brotthvarf sé almennt óframkvæmanlegt.
Álags-herðandi veldisvísirinn, táknaður sem n-gildi, mælir getu efnisins til samræmdra plastaflögunar áður en hálsfesting hefst. Títan málmblöndur sýna almennt lægri n-gildi en djúpt-stál, sem þýðir að staðsetning álags á sér stað auðveldari og öruggur myndunargluggi er þrengri. Plastálagshlutfallið, eða r-gildið, mælir mótstöðuna gegn þynningu á móti í-aflögun plans. Hærri r-gildi gefa til kynna betri mótunarhæfni djúpdráttar vegna þess að efnið þolir þynningu í bikarveggnum þar sem togspennan er mest. Títanplötur ná venjulega r-gildum á milli 2,0 og 4,0 eftir áferð og vinnsluferli, sem er hagstætt miðað við mörg efni þó að alger formhæfni sé enn bundin af öðrum þáttum.
Yfirborðsástand hefur veruleg áhrif á teiknihegðun. Efnafræðilega virka títaníumyfirborðið hefur tilhneigingu til að galla gegn verkfærastáli undir þrýstingi, sem leiðir til stiga, upptöku og hugsanlegs brots. Yfirborðsmeðferðir, þar með talið fosfatbreytingarhúð, smurefni í föstu filmu eða myndun oxíðlags geta dregið úr tilhneigingu til að drekka. Fínstilla verður yfirborðsgrófleika til að halda smurefni á meðan forðast álagsstyrk sem gæti komið af stað sprungum.
3. Smur- og núningsstjórnun
Árangursrík smurning er mikilvæg fyrir árangursríka djúpteikningu á títanplötum. Hár snertiþrýstingur við mótunarradíus og viðmót eyðuhaldara, ásamt tilhneigingu títan til límslits, krefst smurefna með óvenjulegum filmustyrk og efnafræðilegum stöðugleika.
Hefðbundin jarðolíu-undirstaða smurefni eru almennt ófullnægjandi fyrir títan djúpdrátt. Klóruð paraffínvax hefur í gegnum tíðina verið notað vegna framúrskarandi öfgakenndra-þrýstingseiginleika, þó að umhverfis- og heilsufarsáhyggjur hafi ýtt undir skiptingu með brennisteins- og fosfóruðum efnasamböndum. Tilbúið smurefni sem byggir á fjölliðum-, sérstaklega þau sem innihalda pólýtetraflúoretýlen eða mólýbden tvísúlfíð agnir, veita skilvirka smurningu á mörkum við þær erfiðu aðstæður sem upp koma.
Solid smurefnisfilmur settar á eyðuna fyrir teikningu bjóða upp á kosti í ferli samkvæmni. Hægt er að tengja pólývínýlklóríð eða pólýetýlenhúð við yfirborð laksins, sem gefur fórnarlag sem aðskilur títanið frá verkfærunum. Þessa húðun verður að fjarlægja alveg eftir mótun til að koma í veg fyrir mengun í síðari vinnslu eða þjónustu.
Núningsstuðullinn milli títan og verkfærastáls við dæmigerð djúpdráttarskilyrði er á bilinu 0,15 til 0,30 með virkri smurningu, samanborið við 0,05 til 0,10 fyrir smurt stál. Þessi meiri núningur eykur kraftinn sem þarf til að koma í veg fyrir hrukkum, sem aftur eykur togspennu í bikarveggnum og dregur úr dráttarhlutfalli sem hægt er að ná. Nákvæm hagræðing á þrýstingi í eyðuhaldara, með því að nota sundurgreinda eða forritanlega eyðuhaldara þar sem hægt er, getur að hluta til vegið upp þessa takmörkun.
4. Forsendur fyrir hönnun verkfæra
Radíushönnun fyrir títaníumdjúpteikningu krefst vandlegrar athygli á jafnvægi milli of mikillar beygju og ófullnægjandi stuðnings. Deyjaradíus sem er of lítill skapar mikla beygjuspennu þar sem eyðublaðið flæðir yfir radíus, sem getur hugsanlega valdið broti á gataradíus eða bollavegg. Á hinn bóginn dregur of stór deyjaradíus úr þvingun á efnisflæði, sem stuðlar að hrukkum á óstuddu veggsvæðinu. Fyrir títanplötur eru deyjaradíurnar venjulega á bilinu 5 til 10 sinnum þykkt plötunnar, samanborið við 4 til 8 sinnum fyrir stál.
Gatradíusinn verður að vera nægilega stór til að koma í veg fyrir álagsstyrk við neðsta hornið. Ríkulegur höggradíus, venjulega 3 til 5 sinnum þykkt blaðsins, dreifir beygjuaflöguninni og dregur úr hámarks togspennu. Hins vegar auka mjög stórir höggradíur óstudda vegghæð og hrukkutilhneigingu.
Hönnun tómahaldara verður að veita jafna þrýstingsdreifingu yfir flansinn. Einfaldar-pressur með föstum auða haldara eru oft ófullnægjandi fyrir títan vegna þröngs vinnslugluggans. Tvöfaldar-pressur með óháð stýrðum krafti í eyðuhaldaranum leyfa stigvaxandi þrýstingsstillingu meðan á teikningu stendur, sem jafnar upp á breyttri rúmfræði flans og efnisþykkt. Hægt er að setja teikniperlur til að auka viðnám á svæðum sem eru viðkvæm fyrir of miklu efnisflæði, sem jafnar álagsdreifinguna.
Val á efni í verkfærum verður að taka á títaníum tilhneigingu. Hert verkfærastál með slípuðu yfirborði og harðri húðun eins og títanítríði, títanálnítríði eða demants-líkt kolefni veita aukna slitþol og minni viðloðun. Í sumum tilfellum eru innskot úr sementuðu karbíði eða keramikverkfærum notuð til að framleiða mikið-magn.
Úthreinsun á milli kýla og deyja verður að taka tillit til bakslags og þykktarbreytinga á títan. Dæmigert úthreinsunargildi eru á bilinu 1,1 til 1,3 sinnum nafnþykkt lak, örlítið stærra en fyrir stál til að mæta lægri stuðli efnisins og hærra hlutfalli álagsstyrks.
5. Hagræðing færibreytu ferlis
Autt handhafakraftur táknar mikilvægustu ferlibreytuna í títan djúpteikningu. Ófullnægjandi kraftur gerir kleift að hrukka óstudda flansinn, á meðan of mikill kraftur takmarkar efnisflæði og veldur broti í bikarveggnum. Ákjósanlegur eyðuhaldarkraftur eykst meðan á teikningu stendur eftir því sem flanssvæðið minnkar og viðnám gegn flæði breytist. Forritanlegir vökva- eða pneumatic eyðuhaldarar gera þessa kraftmiklu stillingu kleift.
Teikningarhraði hefur áhrif á hitamyndun og efnissvörun. Hærri hraði eykur adiabatíska upphitun á aflögunarsvæðinu, sem getur mýkt títanið á staðnum og bætt mótunarhæfni. Hins vegar dregur of mikill hraði úr virkni smurefnisins og getur valdið kraftmiklum áhrifum eins og titringi eða misjöfnun á-stöngum. Teikningshraði fyrir títan er venjulega á bilinu 100 til 300 millimetrar á sekúndu, hægari en fyrir stál til að leyfa nægilegt viðhald á smurfilmu og hitaleiðni.
Fjöldi teikningastiga sem krafist er fer eftir rúmfræði íhlutanna og formhæfni efnisins. Eins-teikning er takmörkuð við miðlungs teikningarhlutföll, með endurteikningaraðgerðum sem nauðsynlegar eru fyrir dýpri íhluti. Hægt er að teikna aftur beint á eins og-dreginn bikarinn án milliglæðingar fyrir hreint títan í atvinnuskyni, að því tilskildu að uppsafnaður álag fari ekki yfir getu efnisins. Alfa-beta málmblöndur þurfa almennt milliglæðingu á milli drátta til að endurheimta sveigjanleika, þar sem loftgræðsluloftinu er vandlega stjórnað til að koma í veg fyrir myndun alfahylkja.
Strau, ferli sem dregur úr veggþykkt á meðan þvermál bolla er viðhaldið, er hægt að sameina með djúpteikningu til að framleiða íhluti með samræmda veggþykkt. Þetta á sérstaklega við um títaníumbolla þar sem skilvirkni efnisins er mikilvæg, þó að viðbótar aflögunin ögri enn frekar mótunarmörkum efnisins.
6. Hitastig-Djúpteikning með aðstoð
Djúpdráttur með hækkuðu hitastigi bætir verulega títanmótunarhæfni með því að virkja viðbótarslipkerfi og draga úr hlutfalli-til-togstyrks. Hlý teikning við 200 til 400 gráður á Celsíus fyrir hreint títan í atvinnuskyni getur aukið takmarkandi dráttarhlutfallið um 20 til 40 prósent miðað við stofuhita. Ákjósanlegasta hitastigið fer eftir samsetningu málmblöndunnar, þar sem alfa málmblöndur njóta góðs af lægra hitastigi og alfa-beta málmblöndur þurfa hærra hitastig til að ná marktækum framförum.
Heitt teikning við 500 til 800 gráður á Celsíus gerir enn meiri aflögun kleift, þó myndun alfafalls verði alvarlegt áhyggjuefni. Hlífðar andrúmsloft eða húðun verður að koma í veg fyrir mengun andrúmsloftsins við hitun og myndun. Eftir heita teikningu verður að fjarlægja alfahylkið með vinnslu eða efnasýringu, bæta við vinnsluþrepum og kostnaði.
Jafnhitamótun, þar sem bæði verkfærum og eyðublöðum er haldið við hærra hitastig, lágmarkar hitastigsbreytingar og veitir stöðuga efnishegðun. Þessi aðferð er sérstaklega áhrifarík fyrir flóknar rúmfræði eða efni með þrönga vinnsluglugga, þó að flókið verkfæri og hringrásartímar aukist.
Rafsegulmyndun og aðrar háhraðamyndunaraðferðir hafa verið rannsökuð fyrir títaníumdjúpdrátt. Hinn hái álagshlutfall sem tengist þessum ferlum getur bælt hálsmál og seinkað beinbrotum, sem hugsanlega gerir kleift að draga dýpra. Hins vegar hafa búnaðarkostnaður og áskoranir í ferlistýringu takmarkað iðnaðarupptöku.
7. Galla og bilunarhamur
Hrukkur í flans eða veggsvæði stafar af ófullnægjandi krafti í eyðuhaldara eða of miklu efnisflæði. Alvarlegar hrukkur geta læst sig inn í efnið og valdið rifi þegar þær dragast inn í deygjuholið. Minniháttar hrukkur geta verið straujaðar í síðari aðgerðum en valda þykktarbreytingum og álagsstyrk.
Að rífa höggradíus eða bollavegg táknar endanlega mörk mótunarhæfni. Þessi bilunarhamur hefst þegar togálagið í veggnum fer yfir staðbundinn styrk efnisins, venjulega við höggradíus þar sem beygja og togspenna leggjast ofan á. Á undan rifi getur staðbundin hálsun átt sér stað, þó að tiltölulega lágt álag-herðandi veldisvísis títan þýði að hálsmál til bilunar á sér stað hratt þegar það er hafið.
Yfirborðsskorun og galli stafar af ófullnægjandi smurningu eða ósamrýmanlegum verkfærum. Þessir gallar rýra yfirborðsgæði og geta þjónað sem sprungubyrjunarstaðir við hringlaga hleðslu. Í alvarlegum tilfellum veldur galli efnisflutningi frá títanplötunni yfir í deyfinguna, sem minnkar smám saman rúmfræði verkfæra og gæði hluta.
Eyrnalokkar, reglubundin hæðarbreyting við bikarbrúnina, stafar af kristallófræðilegri anisotropy. Þó að það sé ekki galli í skilningi byggingarheilleika, krefst eyrnalokkar klippingar og dregur úr efnisuppskeru. Hægt er að lágmarka alvarleikann með áferðarstýringu meðan á lakframleiðslu stendur eða bæta upp með hagræðingu auðrar lögunar.
Aftur eftir teikningu hefur áhrif á víddarnákvæmni, sérstaklega fyrir íhluti með þröngum vikmörkum. Lítill teygjanlegur stuðull títan ásamt miklum uppskeruþol framleiðir meiri stökkstyrk en stál. Bætur með breytingum á rúmfræði verkfæra eða kvörðunaraðgerðum eftir-myndun gæti verið nauðsynleg.
8. Efnisval fyrir djúpteikningarforrit
Hreint títan gráðu 1 býður upp á bestu djúpdráttarmótunarhæfni meðal títanefna, með lágt súrefnisinnihald sem veitir mikla sveigjanleika og lágan flæðistyrk. Þessi einkunn er ákjósanleg fyrir notkun þar sem meðalstyrkur er ásættanlegur og mótunarhæfni er í fyrirrúmi, svo sem efnavinnslubúnað, byggingarhluta og neysluvörur.
2. stigs títan veitir jafnvægi á mótunarhæfni og styrk, með aðeins hærra súrefnisinnihaldi sem eykur afrakstursstyrk með hóflegum sveigjanleikakostnaði. Það táknar mest notaða einkunn fyrir djúpt-teiknaða íhluti þar sem krafist er hóflegrar burðargetu.
4. stigs títan, með hæsta súrefnisinnihaldið meðal óblandaðra flokka, býður upp á aukinn styrk en verulega minni mótunarhæfni. Djúpteikning af stigi 4 krefst hækkaðs hitastigs eða margra þrepa með milliglæðingu.
Ti-6Al-4V og önnur alfa-beta málmblöndur henta almennt ekki fyrir hefðbundna stofuhita djúpdrátt vegna takmarkaðrar sveigjanleika og mikils styrkleika. Þegar þörf er á djúpdregin-form úr þessum málmblöndur er notuð ofurplastmyndun við 850 til 950 gráður á Celsíus eða heitteikning með andrúmsloftsvörn. Íhlutirnir sem myndast eru notaðir í loftrýmisþrýstihylki, útblástursíhlutum og öðrum afkastamiklum mannvirkjum þar sem styrkleiki og þyngdarhlutfall málmblöndunnar réttlætir flókna vinnslu.
Beta títan málmblöndur eins og Ti-15V-3Cr-3Al-3Sn bjóða upp á betri kuldamótunarhæfni í lausnmeðhöndluðu ástandi vegna líkamsmiðaðrar kúbiksbyggingar þeirra með víðfeðmari kerfum. Þessar málmblöndur geta verið djúptregnar í mjúku ástandi og síðan aldrað til að ná háum styrk, sem veitir aðlaðandi vinnsluleið fyrir ákveðin notkun.
9. Gæðatrygging og prófun
Eyrnaprófið, framkvæmt með því að teikna hringlaga eyðublað og mæla eyrnahæðarsniðið sem myndast, mælir anisotropy og spáir fyrir um djúpteikningarhegðun. Gildi fyrir eyrnavísitölu yfir 10 prósent gefa venjulega til kynna erfiða anísótrópíu sem krefst breytinga á auða lögun eða aðlögunarferli.
Swift cup prófið ákvarðar takmarkandi dráttarhlutfallið með því að teikna eyðurnar með sífellt stærri þvermál þar til brot eiga sér stað. Þetta gefur beinan mælikvarða á mótunarhæfni við staðlaðar aðstæður, þó að raunveruleg framleiðsla geti verið breytileg vegna munar á verkfærum og breytileika í smurefni.
Erichen bollaprófið mælir teygjanleika með því að þrýsta kúlulaga kýla í klemmt lak þar til brotið er. Þó að það sé ekki beint að mæla frammistöðu djúpteikninga, er Erichen gildið í samræmi við almenna mótunarhæfni blaða og er gagnlegt fyrir efnissamanburð og gæðaeftirlit.
Teikningartilraunir á sívalningum með tækjabúnaði veita nákvæmar upplýsingar um höggkraft, þrýsting á tómahaldara og dreifingu veggþykktar. Þessi gögn gera kleift að fínstilla ferla og sannreyna hermilíkön.
Örbyggingarrannsókn á dregnum íhlutum sannreynir að aflögun hefur ekki framkallað óæskilega eiginleika eins og aflögunartvíbura, staðbundnar klippubönd eða yfirborðssprungur. Fyrir alfa-beta málmblöndur ætti rúmmálshlutfall og formgerð alfa og beta fasa að vera innan forskriftar eftir teikningu.
10. Notkun djúpra-títanbolla
Efnavinnslubúnaður notar djúpt-dregna títanbolla og -hólka í atvinnuskyni fyrir kjarnahylki, varmaskiptahausa og íhluti þrýstihylkja. Framúrskarandi tæringarþol títan í klóríð--- og oxandi efni gerir það betra en ryðfríu stáli í mörgum efnaumhverfi.
Geimferðaforrit fela í sér eldsneytistanka, vökvageyma og útblástursíhluti þar sem styrkur-til-þyngdarhlutfalls títan málmblöndur veitir umtalsverða frammistöðukosti. Ofurplastískt myndaðir Ti-6Al-4V íhlutir ná flóknum rúmfræði sem er ómögulegt með hefðbundinni djúpteikningu.
Framleiðsla lækningatækja notar djúpt-títanbolla fyrir ígræðsluhús, íhluti skurðaðgerðartækja og lyfjavinnslubúnað. Lífsamrýmanleiki og tæringarþol títan í lífeðlisfræðilegu umhverfi eru nauðsynleg fyrir þessi forrit.
Neytendavörur eins og eldhúsáhöld, úrkassar og gleraugnaumgjörðir nýta létt þyngd títan, tæringarþol og fagurfræðilega aðdráttarafl. Djúpteikning gerir -hagkvæma framleiðslu þessara íhluta kleift úr títanflokkum sem eru hreinir í atvinnuskyni.
