Optimizarea procesului și analiza performanței extrudarii tuburilor din aliaj de titan Ti-B25
Pentru a accelera aplicarea aliajului de titan Ti-B25 în sistemele de comunicații ale navelor, acest studiu a folosit software-ul DEFORM-3D cu elemente finite pentru a simula procesul de extrudare a tubului în condițiile unei temperaturi de deformare de 900 gradul și viteza de deformare de 0,1 s^-1 pe baza ecuației constitutive stabilite în stadiul incipient și a parametrilor procesului optimizați prin diagrama de lucru la cald și verificat prin experimente de extrudare efective. Rezultatele arată că în această condiție de proces, o țeavă de tub din aliaj de titan Ti-B25 cu un diametru de 62 mm × 12 mm a fost extrudată cu succes, cu o calitate excelentă a suprafeței și granule recristalizate în structură. După tratamentul de îmbătrânire a soluției la 830 de grade / 1 h + 600 grade / 8 h, țagla tubului a arătat o potrivire excelentă rezistență-plasticitate, care a îndeplinit pe deplin cerințele de utilizare ale tuburilor antenei de nave.
I. Construcția modelului cu elemente finite
1. Model geometric
Figura 1 prezintă o diagramă schematică a țaglei extrudate și a matriței. Modelul tridimensional al țaglei, cilindrului de extrudare și tijei de extrudare a fost construit folosind software-ul SolidWorks și convertit într-un fișier STL care poate fi recunoscut de software-ul DEFORM-3D.
Pentru a îmbunătăți eficiența calculului, doar 1/4 din tub a fost ochiată fin (vezi Figura 2) pentru a asigura acuratețea și convergența procesului de simulare.
2. Model constitutiv
Pe baza studiului anterior privind comportamentul de deformare la temperatură înaltă a aliajului de titan Ti-B25, această simulare utilizează o ecuație constitutivă specifică (formula specifică este omisă aici și afișată sub forma unei imagini), care descrie cu exactitate comportamentul reologic al materialul la diferite temperaturi și viteze de deformare.
3. Setarea parametrilor
Conform diagramei de procesare termică a aliajului de titan Ti-B25, temperatura de deformare este selectată ca 900 grade și rata de deformare este 0.1 s^-1 . În același timp, coeficientul de frecare dintre țagle și matriță este setat la 0,3, iar conductibilitatea termică este setată la 5. Procesul de simulare utilizează o dimensiune a pasului de 0,5 mm, un total de 600 de pași, iar datele sunt salvate la fiecare 2 pași pentru a asigura exhaustivitatea rezultatelor simulării.
II. Rezultate simulări și analize
1. Analiza câmpului de stres
Figura 3 prezintă distribuția câmpului de tensiuni a țaglelor din aliaj de titan Ti-B25 în diferite etape în timpul procesului de extrudare. În stadiul incipient, stresul mare este concentrat la capul și coada tubului; pe măsură ce extrudarea progresează, tensiunea crește semnificativ după ce capătul frontal intră în cilindrul de extrudare, iar tensiunea este eliberată rapid după trecerea prin centura de dimensionare. Tensiunea maximă echivalentă continuă să apară la raza matriței butoiului de extrudare.
2. Analiza câmpului de deformare
Figura 4 dezvăluie modificările câmpului de deformare în timpul procesului de extrudare. Tensiunea inițială este mică și, pe măsură ce tubul trece prin centura de dimensionare, tulpina crește brusc, în special la raza centurii de dimensionare, care este ușor de format o zonă moartă de deformare și trebuie acordată o atenție deosebită.
3. Analiza câmpului de temperatură
Figura 5 prezintă distribuția câmpului de temperatură în timpul procesului de extrudare. În stadiul inițial, suprafața țaglei tubului se răcește din cauza schimbului de căldură, iar partea de deformare se încălzește datorită conversiei lucrărilor de deformare plastică în energie termică, rezultând un câmp de temperatură neuniform grav. Diferența de temperatură cea mai mare și cea mai scăzută este de 170 de grade, ceea ce sugerează că temperatura de deformare trebuie controlată strict, iar designul matriței trebuie optimizat.
III. Experiment de extrudare a tuburilor
1. Evaluarea calității suprafeței
Experimentul folosește parametrii de temperatură de deformare 900 grade, viteza de deformare 0,1 s^-1 și viteza de extrudare 50 mm/s pentru extrudare. După cum se arată în Figura 6, tubul extrudat are o dreptate ridicată și o suprafață netedă, dar există ușoare defecte la capătul frontal din cauza scăderii bruște a temperaturii și a deformării instabile, care este un fenomen normal.
2. Proprietăți mecanice la temperatura camerei
Prin tratamentul de îmbătrânire cu soluție solidă, tubul din aliaj de titan Ti-B25 prezintă o potrivire excelentă rezistență-plasticitate, îndeplinind cerințele stricte ale tuburilor antenei navei. Acest rezultat verifică acuratețea simulării numerice și raționalitatea parametrilor procesului.
