Като ключов процес в производството на сложни структурни части, технологията за суперпластично формоване на пластини от титаниева сплав има важни приложения в космическата, автомобилната индустрия и други области. Тази статия предоставя професионално обяснение и технически анализ на трите основни метода на тази технология: вакуумно формоване, пневматично формоване (издухване) и формоване (съединително формоване).
Метод на вакуумно формоване: прецизно формоване под ниско{0}}налягане
Вакуумното формоване по същество се състои в използване на разликата в атмосферното налягане за реализиране на формоване на плочи, което принадлежи към категорията на формоване под ниско-налягане, което може да бъде разделено на метод на щанцова матрица и метод на вдлъбната матрица.
Метод на щанцоване: Плочата, нагрята до свръхпластична температура, се адсорбира върху щанцовата матрица с характеристиките на вътрешната форма на частта, която е подходяща за части с дълбока кухина, които изискват висока точност на размерите отвътре. При производството на прецизни структурни части на космически кораби, този метод може ефективно да контролира точността на профила и разпределението на дебелината на стената, за да отговори на изискванията за стабилност на размерите при екстремни работни условия.
Метод на вдлъбната матрица: Плочата се адсорбира върху вдлъбната матрица с формата на детайла и се използва главно за части с плитка кухина с висока точност на размерите. В областта на автомобилните екстериорни части, този метод може да осигури добро качество на повърхността и консистенция на формата, което е благоприятно за реализацията на леки и интегрирани формовки.
Технически характеристики и ограничения: Налягането на вакуумно формоване от само приблизително . 0.1 MPa разчита на свръхпластичното поведение на материала за части с тънки пластини (обикновено < 2 mm дебелина) и плавни вариации на кривината. За детайли с големи дебелини или сложни структури, капацитетът за формоване е ограничен и е необходима оптимизация на процеса и модификация на материала, за да се разшири обхватът им на приложение.
Метод на формоване под въздушно налягане (метод на формоване чрез издухване): гъвкаво формоване при контролирано въздушно налягане
Пневматичното формоване под налягане прилага контролирано налягане чрез инертен газ (като аргон), за да постави постепенно плочата в свръхпластично състояние във формата, която е разделена на две категории: формоване със свободно издухване и формоване с издухване на матрица.
Формоване със свободно издухване: Не е необходима форма, плочата се разширява свободно от въздушно налягане и често се използва за сферични части, с форма на-качулка и други осесиметрични части. Предимствата му са ниска цена на формата и кратко време на цикъл, но контролът на формата разчита на настройка на параметрите на процеса, подходящ за пробно производство или производство на малки партиди.
Издухване на мухъл:
Оформяне на щанца: Въздушното налягане действа върху външната страна на плочата, карайки я да се увие около щанцата. Вътрешната форма на частта има висока точност и голямо съотношение на дълбочина-към-широчина, но трудността при изваждане от формата и използването на материала са ниски, а дъното е лесно за удебеляване.
Формиране на вдлъбната форма: Налягането на въздуха действа върху вътрешната страна на плочата, за да я накара да пасне в кухината на вдлъбнатия модел. Формата на частта има висока точност, лесно изваждане от формата и високо използване на материала, но аспектното съотношение е ограничено и дебелината на дъното е сравнително малка.
Предимства на процеса: Пневматичното формоване може да регулира налягането в диапазона от 0,3–2,0 MPa, за да поеме по-сложни геометрии и по-големи деформации. Триенето е малко и състоянието на напрежение е равномерно по време на процеса на деформация, което е благоприятно за подобряване на консистенцията на границата на формиране на материала и механичните свойства на частите.
Метод на формоване (формоване на съединителя): високо-прецизно контактно формоване
Формоването е под налягане със затворени горни и долни матрици и се формира при много ниска скорост на деформация (обикновено 10⁻4–10⁻³ s⁻¹) при свръхпластични температури. Въпреки че теоретично са налични части с висока-прецизност и високо{4}}качество на повърхността, са представени следните предизвикателства:
Формата трябва да има добра термична стабилност и устойчивост на пълзене при високи температури и обикновено се прави от сплави на -основа на никел или керамични материали.
Изискванията за точност на напасване на матрицата са изключително високи, особено за сложни профили, трудността на обработката и разходите се увеличават значително;
По време на процеса на формоване разпределението на триенето и температурата между плочата и матрицата трябва да се контролира стриктно, за да се избегне локално изтъняване или напукване.
Следователно този процес в момента се използва най-вече за експериментални изследвания или специфични високо{0}}прецизни части, а промишленото приложение все още се нуждае от по-нататъшни пробиви в технологията на формите и условията на смазване.
Избор на процес и перспективи
В действителното производство изборът на процес трябва да се направи в съответствие със структурните характеристики, изискванията за точност, партидата и цената на частите:
Вакуумно формоване: подходящо за прецизни части с плитка кухина или дълбока кухина от тънки плочи, като се фокусира върху контрола на разходите и качеството на повърхността;
Пневматично формоване: подходящо за сложни три{0}}измерни форми, средни и тежки плочи и структурни части, които изискват равномерна деформация;
Формоване: Понастоящем ограничено до тестване и малки{0}}партиди с висока-прецизност части, може да има място за подобрение с развитието на технологията за формоване в бъдеще.
Технологията за свръхпластично формоване се развива в посока на композитни процеси (като горещо формоване-суперпластично композитно формоване), интелигентен контрол на процеса (базиран на числена симулация и мониторинг в реално-време) и разработването на нови титанови сплави (суперпластични материали с висока-скорост на деформация), което допълнително ще разшири перспективите за приложение на титаниевите сплави в областта на леките и интегрирани структури.