מאפייני חומר ויכולת צורה
טיטניום וסגסוגותיו מציגים תכונות מכניות ייחודיות המשפיעות באופן משמעותי על התנהגות הציור העמוק שלהם. טיטניום טהור הוא בעל גמישות גבוהה המתאימה ליצירה קרה, עם אניזוטרופיה נורמלית גבוהה במיוחד (ערך r-) של כ-5, שהוא מאוד נוח לפעולות יצירת מתכת. ערך r- גבוה זה מאפשר לחומר להתנגד לדילול במהלך דפורמציה, מה שמאפשר לייצר כוסות גליליות-עמוקות בתחתית באמצעות שיטות יצירת לחץ.
בין סגסוגות טיטניום, סגסוגות טיטניום בטא כגון Ti-15V-3Cr-3Sn-3Al (Ti-15-3) מפגינות גמישות טובה יחסית ליצירה קרה, אם כי הן בדרך כלל מציגות יכולת עבודה נמוכה יותר מטיטניום טהור. מבנה הגביש הצפוף המשושה (HCP) של סגסוגות אלפא-טיטניום מציג אתגרים מיוחדים בסימולציה מספרית, הדורשים מודלים מיוחדים של חומרים כגון דגם Barlat 1989 עם עקומות עומס הן עבור התקשות מתח והן ביחסי מתח פלסטיים תלויי מתח כדי ללכוד כראוי תכונות פלסטיות.
אתגרים מרכזיים ברישום עמוק
המכשול העיקרי ברישום עמוק טיטניום הואהתקף והתפרצויותבשל תגובתיות כימית גבוהה של טיטניום עם חומרי כלי עבודה. בעיה זו הופכת חמורה במיוחד בפעולות צורה חמורות כגון משיכה עמוקה וגיהוץ, כאשר משטחי טיטניום טריים באים במגע ישיר עם משטחי תבנית ואגרוף. כדי להקל על בעיה זו, פותחו מספר אסטרטגיות:
חימום ציפוי תחמוצת: חימום הריק באוויר ליצירת שכבת תחמוצת הגנה (עובי של כ-0.0015 מ"מ ב-750 מעלות למשך 0.3 קילו-קטס) מונע מגע ישיר של מתכת-ל-מתכת בין ריק הטיטניום לכלי היצירה. שיטה זו אפשרה ציור עמוק רב-שלבי מוצלח של כוסות סגסוגת טיטניום בטא ארוכות ללא חישול ביניים.
טיפולי פני שטח וחומרי סיכה: ציפויי תרסיס טפלון וחומרי סיכה מיוחדים אחרים מיושמים בדרך כלל כדי למנוע הידבקות במהלך תהליך היצירה.
חידושים בעיצוב כלים: כדורי רולר עם כתפיים מחורצות וכדורי פלדה מסודרים פותחו כדי להפחית את החיכוך ולאפשר יצירת כוסות טיטניום גלי מורכבות עם יחסי משיכה מוגבלים (LDR) של 2.5 או יותר.
פרמטרים של תהליך ומגבלות גיבוש
במהלך ציור עמוק, יריעות טיטניום עוברות כיפוף ומתיחה משולבים כאשר הריק נמשך על פני רדיוס התבנית לתוך חלל התבנית. התהליך דורש בקרה זהירה כדי למנוע שני מצבי כשל קריטיים:קמטים/קמטיםעקב מתחי היקפי דחיסה באזור האוגן, וקריעת מתיחהבדופן הכוס עקב מתיחה מוגזמת. לכן העיצוב חייב לשקול הן את עוצמות התפוקה הדחיסה והן של חומר הטיטניום.
חימום מוקדם של ריק הגיליון משמש לעתים קרובות כדי לשפר את יכולת הצורה, במיוחד עבור סגסוגות טיטניום בעלות חוזק- גבוה יותר. בקרת טמפרטורה היא קריטית, שכן מבנה הגביש של סגסוגות מסוימות (כגון Ti-15-3) הופך לשלב הבטא בטמפרטורות מעל ל-720 מעלות בערך, מה שמשנה באופן משמעותי את התנהגות העיוות.
טכניקות גיבוש מתקדמות
לייצור כוסות גליליות ארוכות,ציור עמוק רב שלבי עם גיהוץ בינייםהוכח כיעיל. גישה זו משיגה לא רק עומק כוס גדול יותר, אלא גם משפרת את חספוס פני השטח באמצעות עידון גרגירים. טיפולים תרמו-מכניים לאחר יצירה- יכולים לשפר עוד יותר את המאפיינים המכניים ואת איכות פני השטח של הכוסות הנשלפות.
סימולציה מספרית באמצעות ניתוח אלמנטים סופיים (כגון LS-Dyna) הפכה לכלי חיוני לחיזוי התנהגות היווצרות, אופטימיזציה של גיאומטריית הכלים והפחתת ניסויים פיזיים יקרים. יצירת דיאגרמות גבול שנקבעו באמצעות שיטת Nakajima משמשות לחיזוי כשל, עם נהלים פשוטים להשגת מתחי גזירה מגבילים במכונות סטנדרטיות לבדיקת מתיחה.
