Optimizacija procesa i analiza performansi ekstruzije cijevi od legure titana Ti-B25

Kako bi se ubrzala primjena legure titana Ti-B25 u brodskim komunikacijskim sustavima, ova studija koristila je softver konačnih elemenata DEFORM-3D za simulaciju procesa ekstruzije cijevi pod uvjetima temperature deformacije od 900 stupnja i brzine deformacije od 0,1 s^-1 na temelju konstitutivne jednadžbe utvrđene u ranoj fazi i parametara procesa optimiziranih pomoću dijagrama vruće obrade, i to potvrđeno kroz stvarne eksperimente ekstruzije. Rezultati pokazuju da je pod ovim procesnim uvjetima uspješno ekstrudirana cijevna gredica od legure titana Ti-B25 promjera 62 mm × 12 mm, s izvrsnom kvalitetom površine i rekristaliziranim zrncima u strukturi. Nakon tretmana starenjem otopine na 830 stupnjeva /1 h + 600 stupanj /8 h, gredica cijevi pokazala je izvrsnu usklađenost čvrstoće i plastičnosti, što je u potpunosti zadovoljilo zahtjeve upotrebe brodskih antenskih cijevi.

I. Konstrukcija modela konačnih elemenata
1. Geometrijski model
Slika 1 prikazuje shematski dijagram ekstrudirane gredice i matrice. Trodimenzionalni model gredice, ekstruzionog cilindra i ekstruzijske šipke konstruiran je pomoću softvera SolidWorks i pretvoren u STL datoteku koju može prepoznati DEFORM-3D softver.

Kako bi se poboljšala učinkovitost proračuna, samo je 1/4 cijevi bila fino mrežasta (vidi sliku 2) kako bi se osigurala točnost i konvergencija procesa simulacije.

2. Konstitutivni model
Na temelju prethodne studije o ponašanju visokotemperaturne deformacije Ti-B25 legure titana, ova simulacija koristi specifičnu konstitutivnu jednadžbu (specifična formula je ovdje izostavljena i prikazana u obliku slike), koja točno opisuje reološko ponašanje materijala pri različitim temperaturama i brzinama deformacije.

3. Podešavanje parametara
Prema dijagramu toplinske obrade legure titana Ti-B25, temperatura deformacije je odabrana kao 900 stupnjeva, a brzina deformacije je 0.1 s^-1 . U isto vrijeme, koeficijent trenja između trupca i matrice je postavljen na 0,3, a toplinska vodljivost je postavljena na 5. Proces simulacije koristi veličinu koraka od 0,5 mm, ukupno 600 koraka, a podaci se spremaju svakih 2 koraka kako bi se osigurala iscrpnost rezultata simulacije.

II. Rezultati simulacije i analiza
1. Analiza polja naprezanja
Slika 3 prikazuje raspodjelu polja naprezanja trupaca cijevi od titanijske legure Ti-B25 u različitim fazama tijekom procesa ekstruzije. U ranoj fazi, veliki stres je koncentriran na glavi i repu cijevi; kako ekstruzija napreduje, napetost se značajno povećava nakon što prednji kraj uđe u cijev ekstruzije, a napetost se brzo oslobađa nakon prolaska kroz traku za dimenzioniranje. Maksimalno ekvivalentno naprezanje nastavlja se pojavljivati ​​na radijusu ekstruzijske cijevi.

2. Analiza polja deformacije
Slika 4 otkriva promjene polja deformacija tijekom procesa ekstruzije. Početna deformacija je mala, a kako cijev prolazi kroz remen za dimenzioniranje, deformacija se naglo povećava, posebno na radijusu remena za dimenzioniranje, gdje je lako formirati mrtvu zonu deformacije, na što treba obratiti posebnu pozornost.

3. Analiza temperaturnog polja
Slika 5 prikazuje raspodjelu temperaturnog polja tijekom procesa ekstruzije. U ranoj fazi, površina gredice cijevi se hladi zbog izmjene topline, a deformacijski dio se zagrijava zbog pretvorbe rada plastične deformacije u toplinsku energiju, što rezultira ozbiljnim neravnomjernim temperaturnim poljem. Najviša i najniža temperaturna razlika je 170 stupnjeva, što sugerira da temperaturu deformacije treba strogo kontrolirati i dizajn matrice treba optimizirati.

III. Pokus istiskivanja cijevi
1. Ocjena kvalitete površine
Eksperiment koristi parametre temperature deformacije 900 stupnjeva, brzine deformacije 0,1 s^-1 i brzine ekstruzije 50 mm/s za ekstruziju. Kao što je prikazano na slici 6, ekstrudirana cijev ima visoku ravnost i glatku površinu, ali postoje mali nedostaci na prednjem kraju zbog naglog pada temperature i nestabilne deformacije, što je normalna pojava.

2. Mehanička svojstva pri sobnoj temperaturi
Tretmanom starenja u čvrstoj otopini, cijev od legure titana Ti-B25 pokazuje izvrsnu usklađenost čvrstoće i plastičnosti, ispunjavajući stroge zahtjeve za brodske antenske cijevi. Ovaj rezultat potvrđuje točnost numeričke simulacije i racionalnost parametara procesa.