재료 특성 및 성형성
티타늄과 그 합금은 딥 드로잉 동작에 큰 영향을 미치는 독특한 기계적 특성을 나타냅니다. 순수 티타늄은 냉간 성형에 적합한 높은 연성을 가지며, 법선 이방성(r-값)이 약 5로 매우 높아 판금 성형 작업에 매우 유리합니다. 이러한 높은 r-값은 재료가 변형 중에 얇아지는 것을 방지할 수 있게 하여 프레스 성형 방법을 통해 깊은 바닥이 있는 원통형 컵을 제조할 수 있게 해줍니다.
티타늄 합금 중에서 Ti-15V-3Cr-3Sn-3Al(Ti-15-3)과 같은 베타 티타늄 합금은 일반적으로 순수 티타늄에 비해 가공성이 낮지만 냉간 성형에 있어서 비교적 우수한 연성을 나타냅니다. 알파-티타늄 합금의 육각형 밀집형(HCP) 결정 구조는 수치 시뮬레이션에서 특정한 과제를 제시하며, 플라스틱 특성을 적절하게 포착하기 위해 변형 경화 및 변형 의존 소성 변형 비율 모두에 대한 부하 곡선이 있는 Barlat 1989 모델과 같은 특수 재료 모델이 필요합니다.
딥 드로잉의 주요 과제
티타늄 딥 드로잉의 주요 장애물은발작과 갈증티타늄은 공구 재료와 화학적 반응성이 높기 때문입니다. 이 문제는 새로운 티타늄 표면이 다이 및 펀치 표면과 직접 접촉하는 딥 드로잉 및 아이어닝과 같은 엄격한 성형 작업에서 특히 심각합니다. 이 문제를 완화하기 위해 몇 가지 전략이 개발되었습니다.
산화물 코팅 가열: 블랭크를 공기 중에서 가열하여 보호 산화물 층(0.3ks 동안 750도에서 약 0.0015mm 두께)을 형성함으로써 티타늄 블랭크와 성형 도구 사이의 직접적인 금속{3}}대-접촉을 방지합니다. 이 방법을 사용하면 중간 어닐링 없이 긴 베타 티타늄 합금 컵의 성공적인 다단계 딥 드로잉이 가능해졌습니다.
표면 처리 및 윤활제: 성형 공정 중 붙는 현상을 방지하기 위해 테프론 스프레이 코팅 및 기타 특수 윤활제를 일반적으로 도포합니다.
도구 설계 혁신: 홈이 파인 숄더와 배열된 스틸 볼이 있는 롤러 볼 다이는 마찰을 줄이고 한계 연신비(LDR)가 2.5 이상인 복잡한 주름진 티타늄 컵의 성형을 가능하게 하기 위해 개발되었습니다.
공정 매개변수 및 성형 한계
딥 드로잉 중에 블랭크가 다이 반경을 넘어 다이 캐비티 안으로 당겨지면서 티타늄 시트는 굽힘과 신장이 결합됩니다. 이 프로세스에는 두 가지 중요한 실패 모드를 방지하기 위해 신중한 제어가 필요합니다.버클링/주름플랜지 영역의 압축 원주 응력으로 인해인장 찢어짐과도한 스트레칭으로 인해 컵 벽에 따라서 설계 시 티타늄 소재의 압축 항복 강도와 인장 항복 강도를 모두 고려해야 합니다.
시트 블랭크의 예열은 특히 고강도 티타늄 합금의 경우 성형성을 개선하기 위해 종종 사용됩니다. 특정 합금(예: Ti-15-3)의 결정 구조가 약 720도 이상의 온도에서 베타 상으로 변형되어 변형 동작이 크게 변경되므로 온도 제어가 중요합니다.
고급 성형 기술
긴 원통형 컵을 생산하기 위해서는,중간 다림질을 포함한 다단계 딥 드로잉효과적인 것으로 입증되었습니다. 이 접근 방식은 더 큰 컵 깊이를 달성할 뿐만 아니라 입자 미세화를 통해 표면 거칠기를 향상시킵니다. 성형 후 열역학적 처리는 드로잉 컵의 기계적 특성과 표면 품질을 더욱 향상시킬 수 있습니다.
유한 요소 분석(예: LS{0}}Dyna)을 사용한 수치 시뮬레이션은 성형 동작을 예측하고, 도구 형상을 최적화하고, 비용이 많이 드는 물리적 시험을 줄이는 데 필수적인 도구가 되었습니다. Nakajima 방법을 통해 결정된 성형 한계 다이어그램은 표준 인장 시험기에서 제한 전단 변형률을 얻기 위한 단순화된 절차와 함께 파손 예측에 사용됩니다.
