材料特性と成形性
チタンとその合金は、深絞り挙動に大きな影響を与える独特の機械的特性を示します。純チタンは、冷間成形に適した高い延性を備え、約 5 という非常に高い垂直異方性 (r- 値) を備えており、板金成形作業に非常に有利です。この高い r- 値により、材料は変形中に薄くなりにくくなり、プレス成形法による深底円筒形カップの製造が可能になります。-
チタン合金の中でも、Ti-15V-3Cr-3Sn-3Al (Ti-15-3) などのベータチタン合金は、冷間成形に対して比較的良好な延性を示しますが、一般に純チタンよりも加工性が低くなります。アルファチタン合金の六方最密（HCP）結晶構造は、数値シミュレーションにおいて特別な課題を提示しており、塑性特性を適切に把握するには、ひずみ硬化とひずみ依存の塑性ひずみ比の両方の荷重曲線を備えた Barlat 1989 モデルなどの特殊な材料モデルが必要です。
深絞り加工における主な課題
チタン深絞り加工における主な障害は、焼き付きとかじりこれは、チタンと工具材料との高い化学反応性によるものです。この問題は、深絞り加工やしごき加工など、新鮮なチタンの表面がダイやパンチの表面と直接接触する過酷な成形作業において特に深刻になります。この問題を軽減するために、いくつかの戦略が開発されています。
酸化皮膜加熱: ブランクを空気中で加熱して保護酸化層 (750 度、0.3 ks で約 0.0015 mm の厚さ) を形成すると、チタン ブランクと成形工具の間の金属同士の直接接触が防止されます。--この方法により、中間焼鈍を行わずに長いベータチタン合金カップを多段階で深絞り加工することに成功しました。
表面処理と潤滑剤: 成形プロセス中の焼き付きを防ぐために、テフロン スプレー コーティングやその他の特殊な潤滑剤が一般的に適用されます。
ツール設計の革新: 溝付きショルダーと配置された鋼球を備えたローラー ボール ダイスは、摩擦を低減し、限界絞り比 (LDR) 2.5 以上の複雑な波形チタン カップの成形を可能にするために開発されました。
プロセスパラメータと成形限界
深絞り加工中、ブランクがダイの半径を越えてダイのキャビティ内に引っ張られると、チタンシートは曲げと伸びが組み合わされます。このプロセスでは、次の 2 つの重大な障害モードを回避するために慎重な制御が必要です。座屈/しわフランジ領域の圧縮円周応力によるもの、および引張引裂き過度の伸びによりカップ壁に隙間が生じます。したがって、設計ではチタン材料の圧縮降伏強度と引張降伏強度の両方を考慮する必要があります。
ブランクシートの予熱は、特に高強度のチタン合金の成形性を向上させるためによく使用されます。{0}特定の合金 (Ti-15-3 など) の結晶構造は約 720 度を超える温度でベータ相に変態し、変形挙動が大きく変化するため、温度制御は非常に重要です。
高度な成形技術
長い円筒形のカップを製造する場合、多段深絞り加工、中間しごき加工付き効果的であることが証明されています。このアプローチは、より深いカップ深さを実現するだけでなく、結晶粒の微細化により表面粗さも改善します。成形後の熱機械処理により、絞り加工されたカップの機械的特性と表面品質をさらに向上させることができます。
有限要素解析（LS-Dyna など）を使用した数値シミュレーションは、成形挙動の予測、工具形状の最適化、コストのかかる物理的試行の削減に不可欠なツールとなっています。中島法によって決定された成形限界線図は破損予測に使用され、標準的な引張試験機で限界せん断ひずみを取得するための手順が簡略化されています。
