Som en nøgleproces i fremstillingen af komplekse strukturelle dele har titanlegeringsplades superplastisk formningsteknologi vigtige anvendelser inden for rumfart, bilindustrien og andre områder. Dette papir giver en professionel forklaring og teknisk analyse af de tre vigtigste metoder til denne teknologi: vakuumformning, pneumatisk formning (blæsestøbning) og formning (koblingsstøbning).
Vakuumformningsmetode: lav-præcisionsformning
Vakuumformning er i det væsentlige at bruge den atmosfæriske trykforskel til at realisere pladeformning, som hører til kategorien lav-trykformning, som kan opdeles i stanseformemetode og konkave matricemetode.
Stansemetode: Pladen, der er opvarmet til superplastisk temperatur, adsorberes på stansematricen med delens indre formkarakteristika, som er velegnet til dybe kavitetsdele, der kræver høj dimensionel nøjagtighed på indersiden. Ved fremstilling af præcisionsstrukturelle dele til rumfartøjer kan denne metode effektivt kontrollere profilnøjagtigheden og vægtykkelsesfordelingen for at opfylde kravene til dimensionsstabilitet under ekstreme arbejdsforhold.
Konkav matricemetode: Pladen adsorberes på den konkave matrice med delens form og bruges hovedsageligt til lavvandede hulrumsdele med høj dimensionsnøjagtighed. Inden for automotive udvendige dele kan denne metode sikre god overfladekvalitet og formkonsistens, hvilket er befordrende for realiseringen af letvægts og integreret støbning.
Tekniske funktioner og begrænsninger: Vakuumdannende tryk på kun ca. . 0.1 MPa afhænger af materialets superplastiske opførsel for dele med tynde plader (typisk < 2 mm tykke) og jævne krumningsvariationer. For dele med store tykkelser eller komplekse strukturer er formningskapaciteten begrænset, og procesoptimering og materialemodifikation er påkrævet for at udvide deres anvendelsesområde.
Lufttryksformningsmetode (blæsestøbningsmetode): fleksibel formning under kontrollerbart lufttryk
Pneumatisk trykformning påfører kontrolleret tryk gennem inert gas (såsom argon) for gradvist at passe pladen i superplastisk tilstand ind i formen, som er opdelt i to kategorier: fri blæsestøbning og formblæsestøbning.
Gratis blæsestøbning: Der kræves ingen form, pladen udvides frit af lufttryk og bruges ofte til sfæriske, hætteformede- og andre aksesymmetriske dele. Dens fordele er lave formomkostninger og kort cyklustid, men formkontrol er afhængig af procesparameterjustering, velegnet til prøveproduktion eller små batchproduktion.
Formblæsestøbning:
Stempeldannelse: Lufttrykket virker på ydersiden af pladen, hvilket får den til at vikle sig rundt om stansen. Den indvendige form af delen har høj nøjagtighed og stort forhold mellem dybde-til-bredde, men vanskeligheden ved at fjerne formen og materialeudnyttelsen er lav, og bunden er let at tykkere.
Konkav formdannelse: Lufttrykket virker på indersiden af pladen for at få den til at passe ind i det konkave modelhulrum. Formen på delen har høj nøjagtighed, nem udtagning af formen og høj materialeudnyttelse, men størrelsesforholdet er begrænset, og bundtykkelsen er relativt lille.
Procesfordele: Pneumatisk formning kan justere trykket i området 0,3-2,0 MPa for at imødekomme mere komplekse geometrier og større deformationer. Friktionen er lille, og spændingstilstanden er ensartet under deformationsprocessen, hvilket er befordrende for at forbedre konsistensen af materialedannelsesgrænsen og deles mekaniske egenskaber.
Støbningsmetode (koblingsstøbning): høj-kontaktformning
Støbning sættes under tryk med de øvre og nedre matricer lukkede og dannes ved en meget lav belastningshastighed (typisk 10⁻⁴-10⁻³ s⁻¹) ved superplastiske temperaturer. Mens høj-nøjagtighed,-overfladekvalitetsdele teoretisk er tilgængelige, præsenteres følgende udfordringer:
Formen skal have god termisk stabilitet og krybemodstand ved høje temperaturer og er almindeligvis lavet af nikkel-baserede legeringer eller keramiske materialer.
Kravene til formpasningsnøjagtighed er ekstremt høje, især for komplekse profiler, forarbejdningsbesværet og omkostningerne stiger betydeligt;
Under formningsprocessen skal friktionen og temperaturfordelingen mellem pladen og formen kontrolleres nøje for at undgå lokal udtynding eller revner.
Derfor bruges denne proces i øjeblikket mest til eksperimentel forskning eller specifikke høj-præcisionsdele, og industriel anvendelse kræver stadig yderligere gennembrud inden for formteknologi og smøreforhold.
Procesvalg og prospekter
I den faktiske produktion bør procesvalget foretages i henhold til de strukturelle egenskaber, præcisionskrav, batch og omkostninger til dele:
Vakuumformning: velegnet til præcisionsdele med lavt hulrum eller dybt hulrum af tynde plader med fokus på omkostningskontrol og overfladekvalitet;
Pneumatisk formning: velegnet til komplekse tre-dimensionelle former, mellemstore og tunge plader og strukturelle dele, der kræver ensartet deformation;
Støbning: I øjeblikket begrænset til testning og små-partier med høj-præcisionsdele, kan der være plads til forbedringer med udviklingen af formteknologi i fremtiden.
Superplastisk formningsteknologi udvikler sig i retning af kompositprocesser (såsom varmformning-superplastisk kompositformning), intelligent processtyring (baseret på numerisk simulering og real-tidsovervågning) og udviklingen af nye titanlegeringer (superplastiske materialer med høj-deformationshastighed), som yderligere vil udvide anvendelsesområdet for titan- og letvægts integrerede lys. strukturer.