Optimalizácia procesu a analýza výkonu vytláčania rúr z titánovej zliatiny Ti-B25

S cieľom urýchliť aplikáciu titánovej zliatiny Ti-B25 v lodných komunikačných systémoch sa v tejto štúdii použil softvér konečných prvkov DEFORM-3D na simuláciu procesu vytláčania rúr za podmienok deformačnej teploty 900 stupeň a rýchlosť deformácie 0,1 s^-1 na základe konštitutívnej rovnice stanovenej v počiatočnom štádiu a procesných parametrov optimalizovaných diagramom práce za tepla a overili to skutočnými experimentmi s vytláčaním. Výsledky ukazujú, že za týchto podmienok procesu bol úspešne vytlačený predvalok z titánovej zliatiny Ti-B25 s priemerom 62 mm × 12 mm, s vynikajúcou kvalitou povrchu a rekryštalizovanými zrnami v štruktúre. Po ošetrení starnutím v roztoku pri 830 stupňoch / 1 h + 600 stupňoch / 8 h vykazoval rúrkový blok vynikajúce zladenie pevnosti a plasticity, čo plne spĺňalo požiadavky na použitie rúrok lodných antén.

I. Konštrukcia modelu konečných prvkov
1. Geometrický model
Obrázok 1 znázorňuje schematický diagram pretláčaného predvalku a matrice. Trojrozmerný model predvalku, extrúzneho valca a extrúznej tyče bol skonštruovaný pomocou softvéru SolidWorks a konvertovaný do súboru STL, ktorý dokáže rozpoznať softvér DEFORM-3D.

Aby sa zlepšila efektívnosť výpočtu, iba 1/4 rúrky bola jemne sieťovaná (pozri obrázok 2), aby sa zabezpečila presnosť a konvergencia procesu simulácie.

2. Konštitutívny model
Na základe predchádzajúcej štúdie o vysokoteplotnom deformačnom správaní titánovej zliatiny Ti-B25 táto simulácia používa špecifickú konštitutívnu rovnicu (konkrétny vzorec je tu vynechaný a zobrazený vo forme obrázka), ktorá presne popisuje reologické správanie materiál pri rôznych teplotách a rýchlostiach deformácie.

3. Nastavenie parametrov
Podľa diagramu tepelného spracovania titánovej zliatiny Ti-B25 je teplota deformácie zvolená ako 900 stupňov a rýchlosť deformácie je 0,1 s^-1 . Súčasne je koeficient trenia medzi predvalkom a matricou nastavený na 0,3 a tepelná vodivosť na hodnotu 5. Proces simulácie využíva veľkosť kroku 0,5 mm, celkovo 600 krokov a údaje sa ukladajú každý 2 kroky na zabezpečenie úplnosti výsledkov simulácie.

II. Výsledky simulácie a analýzy
1. Analýza napäťového poľa
Obrázok 3 zobrazuje distribúciu napäťového poľa predvalkov rúr z titánovej zliatiny Ti-B25 v rôznych fázach procesu vytláčania. V počiatočnom štádiu sa veľké napätie sústreďuje na hlavu a koniec trubice; ako postupuje extrúzia, napätie sa výrazne zvyšuje potom, čo predný koniec vstúpi do extrúzneho valca, a napätie sa rýchlo uvoľní po prechode cez kalibračný pás. Maximálne ekvivalentné napätie sa naďalej objavuje na polomere vytláčacej valcovej formy.

2. Analýza deformačného poľa
Obrázok 4 ukazuje zmeny deformačného poľa počas procesu extrúzie. Počiatočné napätie je malé a keď rúrka prechádza cez kalibračný pás, napätie sa prudko zvyšuje, najmä v polomere kalibračného pásu, ktorý ľahko vytvorí deformačnú mŕtvu zónu, a je potrebné venovať osobitnú pozornosť.

3. Analýza teplotného poľa
Obrázok 5 ukazuje distribúciu teplotného poľa počas procesu extrúzie. V počiatočnom štádiu sa povrch rúrkového predvalku ochladzuje v dôsledku výmeny tepla a deformačná časť sa zahrieva v dôsledku premeny plastickej deformačnej práce na tepelnú energiu, čo má za následok vážne nerovnomerné teplotné pole. Najvyšší a najnižší teplotný rozdiel je 170 stupňov, čo naznačuje, že deformačná teplota musí byť prísne kontrolovaná a dizajn matrice musí byť optimalizovaný.

III. Experiment s vytláčaním rúrok
1. Hodnotenie kvality povrchu
Experiment využíva parametre deformačná teplota 900 stupňov , rýchlosť deformácie 0,1 s^-1 a rýchlosť extrúzie 50 mm/s pre extrúziu. Ako je znázornené na obrázku 6, extrudovaná rúrka má vysokú priamosť a hladký povrch, ale na prednom konci sú mierne chyby v dôsledku náhleho poklesu teploty a nestabilnej deformácie, čo je normálny jav.

2. Mechanické vlastnosti pri izbovej teplote
Vďaka ošetreniu starnutím v tuhom roztoku vykazuje rúrka z titánovej zliatiny Ti-B25 vynikajúce zladenie pevnosti a plasticity, čím spĺňa prísne požiadavky na rúrky lodných antén. Tento výsledok overuje presnosť numerickej simulácie a racionálnosť parametrov procesu.