Som en nyckelprocess i tillverkningen av komplexa strukturella delar, har titanlegeringsplattor superplastisk formningsteknik viktiga tillämpningar inom flyg-, bilindustrin och andra områden. Detta dokument ger en professionell förklaring och teknisk analys av de tre huvudsakliga metoderna för denna teknik: vakuumformning, pneumatisk formning (formblåsning) och formning (kopplingsformning).
Vakuumformningsmetod: låg-precisionsformning
Vakuumformning är i huvudsak att använda atmosfärstrycksskillnaden för att realisera plåtformning, som tillhör kategorin låg-trycksformning, som kan delas in i stansformningsmetod och konkavformningsmetod.
Stansmetod: Plåten uppvärmd till superplastisk temperatur adsorberas på stansformen med delens inre formegenskaper, vilket är lämpligt för djupa hålrumsdelar som kräver hög dimensionell noggrannhet på insidan. Vid tillverkning av precisionskonstruktionsdelar för rymdfarkoster kan denna metod effektivt kontrollera profilnoggrannheten och väggtjockleksfördelningen för att uppfylla kraven på dimensionell stabilitet under extrema arbetsförhållanden.
Konkav formmetod: Plattan adsorberas på den konkava formen med delens form och används huvudsakligen för grunda kavitetsdelar med hög dimensionsnoggrannhet. När det gäller exteriördelar till fordon kan denna metod säkerställa god ytkvalitet och formkonsistens, vilket bidrar till förverkligandet av lätt och integrerad formgjutning.
Tekniska egenskaper och begränsningar: Vakuumbildande tryck på endast ca . 0.1 MPa är beroende av materialets superplastiska beteende för delar med tunna plåtar (vanligtvis < 2 mm tjocka) och jämna krökningsvariationer. För delar med stora tjocklekar eller komplexa strukturer är formningskapaciteten begränsad, och processoptimering och materialmodifiering krävs för att utöka sitt applikationsområde.
Lufttrycksformningsmetod (formblåsningsmetod): flexibel formning under kontrollerbart lufttryck
Pneumatisk tryckformning applicerar kontrollerat tryck genom inert gas (såsom argon) för att gradvis passa in plattan i superplastiskt tillstånd i formen, som är uppdelad i två kategorier: fri formblåsning och formblåsning.
Gratis formblåsning: Ingen form krävs, plattan expanderas fritt av lufttryck och används ofta för sfäriska,-huvformade och andra axisymmetriska delar. Dess fördelar är låg formkostnad och kort cykeltid, men formkontroll är beroende av processparameterjustering, lämplig för provproduktion eller produktion av små satser.
Formblåsning:
Stansformning: Lufttrycket verkar på utsidan av plattan, vilket gör att den lindas runt stansen. Den inre formen på delen har hög noggrannhet och stort förhållande mellan djup-till-bredd, men svårigheten att ta ur formen och materialutnyttjandet är låg och botten är lätt att tjockna.
Formning av konkav form: Lufttrycket verkar på insidan av plattan för att få den att passa in i den konkava modellens hålighet. Formen på delen har hög noggrannhet, enkel urtagning och hög materialutnyttjande, men bildförhållandet är begränsat och bottentjockleken är relativt liten.
Processfördelar: Pneumatisk formning kan justera trycket i intervallet 0,3–2,0 MPa för att tillgodose mer komplexa geometrier och större deformationer. Friktionen är liten och spänningstillståndet är enhetligt under deformationsprocessen, vilket bidrar till att förbättra konsistensen hos materialbildningsgränsen och delarnas mekaniska egenskaper.
Formningsmetod (kopplingsgjutning): hög-kontaktformning
Formning trycksätts med de övre och nedre formarna stängda och formas vid en mycket låg töjningshastighet (vanligtvis 10⁻⁴–10⁻³ s⁻¹) vid superplastiska temperaturer. Även om delar med hög-precision och hög-ytkvalitet teoretiskt sett är tillgängliga, presenteras följande utmaningar:
Formen måste ha god termisk stabilitet och krypmotstånd vid höga temperaturer och är vanligtvis gjord av nickel-baserade legeringar eller keramiska material.
Formpassningsnoggrannhetskraven är extremt höga, speciellt för komplexa profiler, bearbetningssvårigheten och kostnaden ökar avsevärt;
Under formningsprocessen måste friktionen och temperaturfördelningen mellan plattan och formen kontrolleras strikt för att undvika lokal förtunning eller sprickbildning.
Därför används den här processen för närvarande mest för experimentell forskning eller specifika hög-precisionsdelar, och industriell tillämpning kräver fortfarande ytterligare genombrott inom formteknik och smörjningsförhållanden.
Processurval och framtidsutsikter
I den faktiska produktionen bör processvalet göras enligt de strukturella egenskaperna, precisionskraven, parti och kostnad för delar:
Vakuumformning: lämplig för precisionsdelar med grunda eller djupa kaviteter av tunna plattor, med fokus på kostnadskontroll och ytkvalitet;
Pneumatisk formning: lämplig för komplexa tre-dimensionella former, medelstora och tunga plattor och strukturella delar som kräver enhetlig deformation;
Formning: För närvarande begränsat till testning och små-partier med hög-precisionsdelar, det kan finnas utrymme för förbättringar med utvecklingen av formteknik i framtiden.
Superplastisk formningsteknik utvecklas i riktning mot kompositprocesser (som varmformning-superplastisk kompositformning), intelligent processkontroll (baserad på numerisk simulering och realtidsövervakning) och utvecklingen av nya titanlegeringar (superplastiska material med hög-töjningshastighet), vilket ytterligare kommer att utöka tillämpningsområdet för titan- och ljusintegrerade applikationer. strukturer.