Ca proces cheie în fabricarea pieselor structurale complexe, tehnologia de formare a plăcilor superplastice din aliaj de titan are aplicații importante în industria aerospațială, auto și în alte domenii. Această lucrare oferă o explicație profesională și o analiză tehnică a celor trei metode principale ale acestei tehnologii: formare în vid, formare pneumatică (formare prin suflare) și turnare (formare prin cuplare).
Metoda de formare în vid: formare cu precizie la presiune joasă-
Formarea în vid este, în esență, să folosească diferența de presiune atmosferică pentru a realiza formarea plăcilor, care aparține categoriei de formare la presiune joasă-, care poate fi împărțită în metoda matriței perforate și metoda matriței concave.
Metoda de perforare: placa încălzită la temperatura superplastică este adsorbită pe matrița de perforare cu caracteristicile de formă internă ale piesei, care este potrivită pentru părțile cu cavitate adânci care necesită precizie dimensională ridicată în interior. La fabricarea pieselor structurale de precizie a navelor spațiale, această metodă poate controla eficient precizia profilului și distribuția grosimii peretelui pentru a îndeplini cerințele de stabilitate dimensională în condiții extreme de lucru.
Metoda matriței concave: placa este adsorbită pe matrița concavă cu forma piesei și este utilizată în principal pentru piese cu cavitate puțin adânci, cu precizie dimensională ridicată. În domeniul pieselor exterioare auto, această metodă poate asigura o bună calitate a suprafeței și consistența formei, ceea ce este favorabil realizării de turnare ușoară și integrată.
Caracteristici tehnice și limitări: presiunea de formare a vidului de numai aproximativ . 0.1 MPa se bazează pe comportamentul superplastic al materialului pentru piesele cu plăci subțiri (de obicei < 2 mm grosime) și variații de curbură netede. Pentru piesele cu grosimi mari sau structuri complexe, capacitatea de formare este limitată, iar optimizarea procesului și modificarea materialelor sunt necesare pentru extinderea domeniului de aplicare.
Metoda de formare sub presiune a aerului (metoda de formare prin suflare): formare flexibilă sub presiune de aer controlabilă
Formarea sub presiune pneumatică aplică o presiune controlată prin gaz inert (cum ar fi argonul) pentru a potrivi treptat placa în stare superplastică în matriță, care este împărțită în două categorii: turnare cu suflare liberă și turnare prin suflare a matriței.
Turnare prin suflare gratuită: nu este necesară matriță, placa este extinsă liber prin presiunea aerului și este adesea folosită pentru piese sferice, în formă de capotă-și alte piese axisimetrice. Avantajele sale sunt costul scăzut al matriței și timpul scurt al ciclului, dar controlul formei se bazează pe ajustarea parametrilor procesului, potrivit pentru producția de probă sau producția de loturi mici.
Turnare prin suflare a mucegaiului:
Formarea poansonului: Presiunea aerului acționează pe exteriorul plăcii, determinând-o să se înfășoare în jurul poansonului. Forma internă a piesei are o precizie ridicată și un raport mare adâncime-la-lățime, dar dificultatea de demulare și utilizarea materialului sunt scăzute, iar fundul este ușor de îngroșat.
Formarea matriței concave: presiunea aerului acționează pe interiorul plăcii pentru a se potrivi în cavitatea modelului concav. Forma piesei are o precizie ridicată, o demulare ușoară și o utilizare ridicată a materialului, dar raportul de aspect este limitat, iar grosimea fundului este relativ mică.
Avantajele procesului: Formarea pneumatică poate regla presiunea în intervalul 0,3–2,0 MPa pentru a se adapta geometriilor mai complexe și deformațiilor mai mari. Frecarea este mică și starea de stres este uniformă în timpul procesului de deformare, ceea ce conduce la îmbunătățirea consistenței limitei de formare a materialului și a proprietăților mecanice ale pieselor.
Metoda de turnare (turnare prin cuplare): formare de contact de{0}}înaltă precizie
Turnarea este presurizată cu matrițele superioare și inferioare închise și se formează la o rată de deformare foarte scăzută (de obicei 10⁻⁴–10⁻³ s⁻¹) la temperaturi superplastice. Deși teoretic sunt disponibile piese de-precizie înaltă, de înaltă-calitate de suprafață, sunt prezentate următoarele provocări:
Forma trebuie să aibă stabilitate termică bună și rezistență la fluaj la temperaturi ridicate și este de obicei realizată din aliaje pe bază de nichel{0}}sau materiale ceramice.
Cerințele de precizie de potrivire a matriței sunt extrem de mari, în special pentru profile complexe, dificultatea de prelucrare și costurile cresc semnificativ;
În timpul procesului de formare, frecarea și distribuția temperaturii dintre placă și matriță trebuie controlate strict pentru a evita subțierea sau crăparea locală.
Prin urmare, acest proces este utilizat în prezent în cea mai mare parte pentru cercetare experimentală sau anumite piese de înaltă{0}}precizie, iar aplicațiile industriale necesită încă progrese suplimentare în tehnologia matrițelor și condițiile de lubrifiere.
Selecția procesului și perspectivele
În producția efectivă, selecția procesului trebuie făcută în funcție de caracteristicile structurale, cerințele de precizie, lotul și costul pieselor:
Formare în vid: potrivit pentru piese de precizie cu cavitate mică sau adâncime ale plăcilor subțiri, concentrându-se pe controlul costurilor și calitatea suprafeței;
Formare pneumatică: potrivit pentru forme complexe tri-dimensionale, plăci medii și grele și piese structurale care necesită o deformare uniformă;
Turnare: în prezent limitată la testare și la piese de înaltă-loturi de-loturi mici, de înaltă precizie, este posibil să existe loc de îmbunătățire odată cu dezvoltarea tehnologiei matriței în viitor.
Tehnologia de formare superplastică se dezvoltă în direcția proceselor compozite (cum ar fi formarea la cald-formarea compozitelor superplastice), controlul inteligent al procesului (bazat pe simulare numerică și monitorizare-în timp real) și dezvoltarea de noi aliaje de titan (materiale superplastice cu viteză-de deformare ridicată), care vor extinde și mai mult perspectivele de aplicare a aliajelor ușoare și a structurilor integrate de titan.