Optimizacija procesa in analiza učinkovitosti ekstrudiranja cevi iz titanove zlitine Ti-B25

Da bi pospešili uporabo titanove zlitine Ti-B25 v ladijskih komunikacijskih sistemih, je ta študija uporabila programsko opremo za končne elemente DEFORM-3D za simulacijo procesa iztiskanja cevi pod pogoji temperature deformacije 900. stopnja in hitrost deformacije 0,1 s^-1 na podlagi konstitutivne enačbe, določene v zgodnji fazi, in procesnih parametrov, optimiziranih z diagramom vroče obdelave, in to preverjeno z dejanskimi poskusi iztiskanja. Rezultati kažejo, da je bila pod tem procesnim pogojem uspešno ekstrudirana cevna gredica iz titanove zlitine Ti-B25 s premerom 62 mm × 12 mm, z odlično kakovostjo površine in rekristaliziranimi zrni v strukturi. Po obdelavi raztopine s staranjem pri 830 stopinjah /1h + 600 stopinjah /8h je cevna gredica pokazala odlično ujemanje trdnosti in plastičnosti, kar je v celoti izpolnilo zahteve za uporabo ladijskih antenskih cevi.

I. Konstrukcija modela končnih elementov
1. Geometrijski model
Slika 1 prikazuje shematski diagram ekstrudirane gredice in matrice. Tridimenzionalni model gredice, ekstruzijskega valja in ekstrudijske palice je bil izdelan s programsko opremo SolidWorks in pretvorjen v datoteko STL, ki jo lahko prepozna programska oprema DEFORM-3D.

Da bi izboljšali učinkovitost izračuna, je bila le 1/4 cevi fino mrežasta (glej sliko 2), da bi zagotovili natančnost in konvergenco simulacijskega procesa.

2. Konstitutivni model
Na podlagi prejšnje študije o obnašanju visokotemperaturne deformacije titanove zlitine Ti-B25 ta simulacija uporablja specifično konstitutivno enačbo (specifična formula je tukaj izpuščena in prikazana v obliki slike), ki natančno opisuje reološko obnašanje material pri različnih temperaturah in hitrostih deformacije.

3. Nastavitev parametrov
Glede na diagram termične obdelave titanove zlitine Ti-B25 je temperatura deformacije izbrana kot 900 stopinj, hitrost deformacije pa 0.1 s^-1 . Istočasno je koeficient trenja med gredico in matrico nastavljen na 0,3, toplotna prevodnost pa na 5. Postopek simulacije uporablja velikost koraka 0,5 mm, skupaj 600 korakov, podatki pa se shranijo vsakih 2 koraka za zagotovitev izčrpnosti rezultatov simulacije.

II. Rezultati simulacije in analiza
1. Analiza napetostnega polja
Slika 3 prikazuje porazdelitev napetostnega polja cevnih gredic iz titanove zlitine Ti-B25 na različnih stopnjah med postopkom ekstruzije. V zgodnji fazi je velika napetost koncentrirana na glavi in ​​repu cevi; ko ekstrudiranje napreduje, se napetost znatno poveča, ko sprednji del vstopi v ekstruzijski sod, in napetost se hitro sprosti po prehodu skozi kalibrirni trak. Največja ekvivalentna napetost se še naprej pojavlja na polmeru matrice ekstruzijske cevi.

2. Analiza deformacijskega polja
Slika 4 razkriva spremembe deformacijskega polja med postopkom iztiskanja. Začetna deformacija je majhna in ko cev prehaja skozi dimenzionirni trak, se deformacija močno poveča, zlasti na polmeru dimenzionirnega pasu, ki zlahka tvori deformacijsko mrtvo cono, zato je treba posvetiti posebno pozornost.

3. Analiza temperaturnega polja
Slika 5 prikazuje porazdelitev temperaturnega polja med postopkom iztiskanja. V zgodnji fazi se površina cevne gredice ohladi zaradi izmenjave toplote, deformacijski del pa se segreje zaradi pretvorbe dela plastične deformacije v toplotno energijo, kar povzroči resno neenakomerno temperaturno polje. Najvišja in najnižja temperaturna razlika je 170 stopinj, kar nakazuje, da je treba temperaturo deformacije strogo nadzorovati in zasnovo matrice optimizirati.

III. Poskus iztiskanja cevi
1. Ocena kakovosti površine
Eksperiment uporablja parametre temperature deformacije 900 stopinj, hitrost deformacije 0,1 s^-1 in hitrost iztiskanja 50 mm/s za iztiskanje. Kot je prikazano na sliki 6, ima ekstrudirana cev visoko ravnost in gladko površino, vendar so na sprednjem koncu manjše napake zaradi nenadnega padca temperature in nestabilne deformacije, kar je običajen pojav.

2. Mehanske lastnosti pri sobni temperaturi
S staranjem v trdni raztopini cev iz titanove zlitine Ti-B25 kaže odlično ujemanje trdnosti in plastičnosti ter izpolnjuje stroge zahteve za ladijske antenske cevi. Ta rezultat potrjuje natančnost numerične simulacije in racionalnost procesnih parametrov.