Ti-B25 titano lydinio vamzdžių ekstruzijos proceso optimizavimas ir našumo analizė
Siekiant paspartinti Ti-B25 titano lydinio pritaikymą laivų ryšio sistemose, šiame tyrime buvo panaudota baigtinių elementų programinė įranga DEFORM-3D, kuri imitavo vamzdžio ekstruzijos procesą, kai deformacijos temperatūra yra 900. laipsnis ir įtempimo greitis 0,1 s^-1, remiantis konstitucine lygtimi, nustatyta ankstyvoje stadijoje, ir proceso parametrais, optimizuotais karštojo darbo diagrama, ir patikrinta tai atlikus faktinius ekstruzijos eksperimentus. Rezultatai rodo, kad tokiomis proceso sąlygomis Ti-B25 titano lydinio vamzdžio ruošinys, kurio skersmuo 62 mm × 12 mm, buvo sėkmingai išspaustas su puikia paviršiaus kokybe ir perkristalizuotais grūdeliais struktūroje. Po tirpalo sendinimo 830 laipsnių /1h + 600 laipsniu /8h, vamzdžio ruošinio stiprumas ir plastiškumas puikiai atitiko, o tai visiškai atitiko laivo antenos vamzdžių naudojimo reikalavimus.
I. Baigtinių elementų modelio konstravimas
1. Geometrinis modelis
1 paveiksle parodyta ekstruzinio ruošinio ir matricos schema. Trimatis ruošinio, ekstruzijos cilindro ir ekstruzijos strypo modelis buvo sukurtas naudojant SolidWorks programinę įrangą ir konvertuotas į STL failą, kurį gali atpažinti DEFORM-3D programinė įranga.
Siekiant pagerinti skaičiavimo efektyvumą, tik 1/4 vamzdžio buvo smulkiai surišta (žr. 2 pav.), kad būtų užtikrintas modeliavimo proceso tikslumas ir konvergencija.
2. Konstitucinis modelis
Remiantis ankstesniu Ti-B25 titano lydinio deformacijos aukštoje temperatūroje tyrimu, šis modeliavimas naudoja specifinę konstitucinę lygtį (konkreti formulė čia praleista ir rodoma paveikslėlio pavidalu), kuri tiksliai apibūdina reologinį elgseną. medžiaga skirtingomis temperatūromis ir tempimo laipsniais.
3. Parametrų nustatymas
Pagal Ti-B25 titano lydinio terminio apdorojimo schemą, deformacijos temperatūra parenkama kaip 900 laipsniai, o deformacijos greitis yra 0.1 s^-1 . Tuo pačiu metu trinties koeficientas tarp ruošinio ir matricos nustatomas į 0,3, o šilumos laidumas – į 5. Modeliavimo procese naudojamas 0,5 mm žingsnio dydis, iš viso 600 žingsnių, o duomenys išsaugomi kas 2 žingsniai, siekiant užtikrinti, kad modeliavimo rezultatai būtų išsamūs.
II. Modeliavimo rezultatai ir analizė
1. Streso lauko analizė
3 paveiksle parodytas Ti-B25 titano lydinio vamzdžių ruošinių įtempių lauko pasiskirstymas įvairiais ekstruzijos proceso etapais. Ankstyvoje stadijoje didelis įtempimas koncentruojasi ties vamzdelio galvute ir uodega; ekstruzijos eigoje įtempimas žymiai padidėja po to, kai priekinis galas patenka į ekstruzijos cilindrą, o įtempimas greitai atsipalaiduoja, kai praeina per dydžio juostą. Didžiausias lygiavertis įtempis ir toliau atsiranda ties ekstruzijos statinės štampo spinduliu.
2. Deformacijos lauko analizė
4 paveiksle parodyti deformacijos lauko pokyčiai ekstruzijos proceso metu. Pradinis įtempimas yra nedidelis, o vamzdeliui einant per matavimo juostą, įtempimas smarkiai padidėja, ypač dydžių juostos spinduliu, todėl nesunku suformuoti deformacijos negyvąją zoną, todėl reikia atkreipti ypatingą dėmesį.
3. Temperatūros lauko analizė
5 paveiksle parodytas temperatūros lauko pasiskirstymas ekstruzijos proceso metu. Ankstyvoje stadijoje vamzdžio ruošinio paviršius atšąla dėl šilumos mainų, o deformacinė dalis įkaista dėl plastinės deformacijos darbų pavertimo šilumos energija, todėl susidaro rimtas netolygus temperatūros laukas. Didžiausias ir žemiausias temperatūrų skirtumas yra 170 laipsnių, o tai rodo, kad reikia griežtai kontroliuoti deformacijos temperatūrą ir optimizuoti štampo konstrukciją.
III. Vamzdžių ekstruzijos eksperimentas
1. Paviršiaus kokybės įvertinimas
Eksperimente naudojami parametrai: deformacijos temperatūra 900 laipsnių, deformacijos greitis 0,1 s^-1 ir ekstruzijos greitis 50 mm/s. Kaip parodyta 6 paveiksle, ekstruzinis vamzdis turi didelį tiesumą ir lygų paviršių, tačiau priekiniame gale yra nedidelių trūkumų dėl staigaus temperatūros kritimo ir nestabilios deformacijos, o tai yra normalus reiškinys.
2. Kambario temperatūros mechaninės savybės
Dėl senėjimo kieto tirpalo Ti-B25 titano lydinio vamzdis puikiai atitinka stiprumą ir plastiškumą ir atitinka griežtus laivų antenų vamzdžių reikalavimus. Šis rezultatas patvirtina skaitmeninio modeliavimo tikslumą ir proceso parametrų racionalumą.
