Karakteristik Material dan Kemampuan Bentuk
Titanium dan paduannya menunjukkan sifat mekanik unik yang secara signifikan mempengaruhi perilaku deep drawing-nya. Titanium murni memiliki keuletan tinggi yang cocok untuk pembentukan dingin, dengan anisotropi normal (nilai r-) yang sangat tinggi sekitar 5, yang sangat cocok untuk operasi pembentukan lembaran logam. Nilai r-yang tinggi ini memungkinkan material untuk menahan penipisan selama deformasi, sehingga memungkinkan pembuatan cangkir silinder bagian bawah yang dalam melalui metode pembentukan tekan.
Di antara paduan titanium, paduan titanium beta seperti Ti-15V-3Cr-3Sn-3Al (Ti-15-3) menunjukkan keuletan yang relatif baik untuk pembentukan dingin, meskipun umumnya menunjukkan kemampuan kerja yang lebih rendah dibandingkan titanium murni. Struktur kristal heksagonal padat padat (HCP) dari paduan alfa-titanium menghadirkan tantangan khusus dalam simulasi numerik, memerlukan model material khusus seperti model Barlat 1989 dengan kurva beban untuk pengerasan regangan dan rasio regangan plastik yang bergantung pada regangan agar dapat menangkap sifat plastik secara memadai.
Tantangan Utama dalam Deep Drawing
Kendala utama dalam menggambar dalam titanium adalahkejang dan rasa sakitkarena reaktivitas kimia titanium yang tinggi dengan bahan perkakas. Masalah ini menjadi sangat parah pada operasi pembentukan yang berat seperti deep drawing dan ironing, dimana permukaan titanium baru bersentuhan langsung dengan permukaan die dan punch. Untuk mengurangi masalah ini, beberapa strategi telah dikembangkan:
Pemanasan lapisan oksida: Memanaskan blanko di udara untuk membentuk lapisan oksida pelindung (ketebalannya kira-kira 0,0015 mm pada 750 derajat selama 0,3 ks) mencegah kontak langsung logam-ke-logam antara blanko titanium dan alat pembentuk. Metode ini telah memungkinkan keberhasilan penarikan dalam multitahap cangkir paduan titanium beta panjang tanpa anil perantara.
Perawatan permukaan dan pelumas: Pelapis semprotan teflon dan pelumas khusus lainnya biasanya digunakan untuk mencegah tersangkut selama proses pembentukan.
Inovasi desain alat: Bola rol mati dengan bahu beralur dan bola baja tersusun telah dikembangkan untuk mengurangi gesekan dan memungkinkan pembentukan cangkir titanium bergelombang kompleks dengan rasio penarikan batas (LDR) 2,5 atau lebih.
Parameter Proses dan Batas Pembentukan
Selama deep drawing, lembaran titanium mengalami gabungan pembengkokan dan peregangan saat blanko ditarik melewati radius cetakan ke dalam rongga cetakan. Proses ini memerlukan kontrol yang cermat untuk menghindari dua mode kegagalan kritis:tekuk/kerutanakibat tegangan melingkar tekan pada daerah flensa, danrobekan tarikdi dinding cangkir karena peregangan yang berlebihan. Oleh karena itu, desainnya harus mempertimbangkan kekuatan luluh tekan dan tarik bahan titanium.
Pemanasan awal pada lembaran kosong sering kali digunakan untuk meningkatkan sifat mampu bentuk, khususnya untuk paduan titanium{0}}berkekuatan lebih tinggi. Kontrol suhu sangat penting, karena struktur kristal paduan tertentu (seperti Ti-15-3) bertransformasi ke fase beta pada suhu di atas sekitar 720 derajat, sehingga secara signifikan mengubah perilaku deformasi.
Teknik Pembentukan Tingkat Lanjut
Untuk memproduksi cangkir silinder panjang,gambar dalam multi-tahap dengan penyetrikaan menengahtelah terbukti efektif. Pendekatan ini tidak hanya mencapai kedalaman cangkir yang lebih besar tetapi juga meningkatkan kekasaran permukaan melalui penghalusan butiran. Perawatan termomekanis pasca-pembentukan dapat lebih meningkatkan sifat mekanik dan kualitas permukaan cangkir yang ditarik.
Simulasi numerik menggunakan analisis elemen hingga (seperti LS-Dyna) telah menjadi alat penting untuk memprediksi perilaku pembentukan, mengoptimalkan geometri alat, dan mengurangi uji coba fisik yang mahal. Diagram batas pembentukan yang ditentukan melalui metode Nakajima digunakan untuk prediksi kegagalan, dengan prosedur yang disederhanakan untuk memperoleh regangan geser pembatas pada mesin uji tarik standar.
