Com a procés clau en la fabricació de peces estructurals complexes, la tecnologia de conformació superplàstica de plaques d'aliatge de titani té aplicacions importants en l'aeroespacial, la indústria de l'automoció i altres camps. Aquest article ofereix una explicació professional i anàlisi tècnica dels tres mètodes principals d'aquesta tecnologia: conformació al buit, conformació pneumàtica (emmotllament per bufat) i emmotllament (emmotllament per acoblament).
Mètode de conformació al buit: conformat de precisió a baixa-pressió
La formació al buit consisteix bàsicament a utilitzar la diferència de pressió atmosfèrica per realitzar la formació de plaques, que pertany a la categoria de conformació a baixa pressió, que es pot dividir en mètode de matriu de punxó i mètode de matriu còncava.
Mètode de perforació: la placa escalfada a temperatura superplàstica s'adsorbeix a la matriu de punxó amb les característiques de forma interna de la peça, que és adequada per a peces de cavitat profunda que requereixen una gran precisió dimensional a l'interior. En la fabricació de peces estructurals de precisió de naus espacials, aquest mètode pot controlar eficaçment la precisió del perfil i la distribució del gruix de la paret per satisfer els requisits d'estabilitat dimensional en condicions de treball extremes.
Mètode de matriu còncava: la placa s'adsorbeix a la matriu còncava amb la forma de la peça i s'utilitza principalment per a peces de cavitat poc profunda amb una gran precisió dimensional. En el camp de les peces exteriors d'automòbils, aquest mètode pot garantir una bona qualitat de la superfície i una consistència de forma, cosa que afavoreix la realització d'emmotllaments lleugers i integrats.
Característiques tècniques i limitacions: la pressió de conformació al buit d'aproximadament . 0.1 MPa depèn del comportament superplàstic del material per a peces amb plaques fines (normalment < 2 mm de gruix) i variacions de curvatura suaus. Per a peces amb grans gruixos o estructures complexes, la capacitat de conformació és limitada i cal optimitzar el procés i modificar el material per ampliar el seu rang d'aplicació.
Mètode de formació de pressió d'aire (mètode de modelat per bufat): conformació flexible sota pressió d'aire controlable
La formació de pressió pneumàtica aplica una pressió controlada mitjançant gas inert (com l'argó) per ajustar gradualment la placa en estat superplàstic al motlle, que es divideix en dues categories: modelat per bufat lliure i modelat per bufat.
Emmotllament per bufat lliure: no es requereix motlle, la placa s'expandeix lliurement per la pressió de l'aire i sovint s'utilitza per a peces esfèriques, en forma de-caputxa i altres peces axisimètriques. Els seus avantatges són el baix cost del motlle i el temps de cicle curt, però el control de la forma es basa en l'ajust dels paràmetres del procés, adequat per a la producció de prova o la producció de lots petits.
Moldeig per bufat:
Formació del punxó: la pressió de l'aire actua a l'exterior de la placa, fent que s'embolica al voltant del punxó. La forma interna de la peça té una gran precisió i una gran proporció de profunditat-a-ample, però la dificultat de desemmotllament i la utilització del material són baixes, i la part inferior és fàcil d'engrossir.
Formació de motlles còncaus: la pressió de l'aire actua a l'interior de la placa perquè encaixi a la cavitat del model còncava. La forma de la peça té una alta precisió, un fàcil desemmotllament i una gran utilització del material, però la relació d'aspecte és limitada i el gruix inferior és relativament petit.
Avantatges del procés: el conformat pneumàtic pot ajustar la pressió en el rang de 0,3 a 2,0 MPa per adaptar-se a geometries més complexes i deformacions més grans. La fricció és petita i l'estat de tensió és uniforme durant el procés de deformació, cosa que ajuda a millorar la consistència del límit de formació del material i les propietats mecàniques de les peces.
Mètode d'emmotllament (emmotllament per acoblament): conformació de contactes d'alta{0}}precisió
L'emmotllament es pressuritza amb les matrius superior i inferior tancades, i es forma a una velocitat de tensió molt baixa (normalment 10⁻⁴–10⁻³ s⁻¹) a temperatures superplàstiques. Tot i que teòricament estan disponibles peces d'alta-precisió i alta-qualitat de superfície, es presenten els reptes següents:
El motlle ha de tenir una bona estabilitat tèrmica i resistència a la fluïdesa a altes temperatures, i normalment està fet d'aliatges a base de níquel-o materials ceràmics.
Els requisits de precisió d'ajustament del motlle són extremadament alts, especialment per a perfils complexos, la dificultat de processament i el cost augmenten significativament;
Durant el procés de conformació, la fricció i la distribució de la temperatura entre la placa i el motlle s'han de controlar estrictament per evitar l'aprimament o l'esquerdament local.
Per tant, actualment aquest procés s'utilitza principalment per a investigacions experimentals o peces específiques d'alta-precisió, i l'aplicació industrial encara necessita més avenços en tecnologia de motlles i condicions de lubricació.
Selecció del procés i perspectives
En la producció real, la selecció del procés s'ha de fer segons les característiques estructurals, els requisits de precisió, el lot i el cost de les peces:
Formació al buit: adequat per a peces de precisió de cavitat poc profunda o cavitat profunda de plaques primes, centrant-se en el control de costos i la qualitat de la superfície;
Conformat pneumàtic: adequat per a formes tridimensionals complexes, plaques mitjanes i pesades i peces estructurals que requereixen una deformació uniforme;
Emmotllament: actualment limitat a proves i peces d'alta-precisió per lots petits-, pot haver-hi marge de millora amb el desenvolupament de la tecnologia de motlles en el futur.
La tecnologia de conformació superplàstica s'està desenvolupant en la direcció dels processos de compostos (com ara la conformació en calent-formació de compostos superplàstics), el control intel·ligent de processos (basat en simulació numèrica i monitorització en temps real-) i el desenvolupament de nous aliatges de titani (materials superplàstics d'alta-deformació), que ampliaran encara més les perspectives d'aplicació d'aliatges lleugers i estructures integrades de titani.