Superplastic Forming 101: Un ghid detaliat pentru începători și experți

Formarea superplastică a făcut posibilă producerea de piese cu forme unice care sunt ușoare și foarte puternice, spre deosebire de turnare.

Această abordare complexă este implementată în diverse sfere, inclusiv în industria aerospațială și auto, dispozitive medicale și electronice de larg consum.

Ce este formarea superplastică?

Formarea superplastică este o metodă de fabricație în care o foaie de metal fierbinte este întinsă și turnată în modele complicate prin intermediul presiunii gazului.

Puneti metalul in cuptor la o temperatura care transforma metalul intr-un superplastic intins fara ca metalul sa se rupa. Urmăriți asta folosind presiunea gazului pentru a serie procesul de turnare într-o matriță.

Tehnica de formare superplastică

Faceți acest lucru fie prin formarea structurii de bază într-o formă complexă și detaliată, fie prin îmbunătățirea structurii de bază. În industria aerospațială și de automobile, este obișnuit să se mențină greutatea piesei scăzute în timp ce crește rezistența și capacitatea.

Avantajele formării superplastice.

Economii de costuri din formarea unei singure piese

Vă permite nu numai să combinați mai multe componente într-o singură parte, ci și să reduceți două resurse prețioase ale unei întreprinderi.

Acest lucru se datorează faptului că formele care se fabrică sunt complexe într-o singură operație, rezultând mai puține piese necesare pentru asamblare. Mai puține etape de asamblare și costuri asociate cu forța de muncă, care în cele din urmă se traduc în economii uriașe de costuri în producție.

Capacitate de producție mai bună

Această tehnologie vă permite să produceți piese de aceeași dimensiune sau mai mari, mai rezistente și mai ușoare, care sunt imposibil de fabricat prin metode convenționale.

Aceste componente sunt concepute pentru a fi ideale pentru industria aerospațială, auto și multe alte industrii în care raportul rezistență-greutate este o chestiune crucială.

Mai puțin Springback

Deformarea superplastică are o elasticitate scăzută, care va asigura piesele care își mențin perfect formele în profilul final după ce au fost formate.

Capacitatea acestei caracteristici de a produce toleranțe strânse și precizie dimensională ridicată elimină nevoia de ajustări post-formare sau de reluare.

Cerință pentru un singur instrument.

În timp ce formarea superplastică are o singură matriță, aceasta urmează o procedură mai simplă cu sculele și reduce costurile cu scule. Spre deosebire de procedurile convenționale de modelare, care ar putea necesita mai multe instrumente pentru forme complicate.

Formarea superplastică compozită poate crea forme complexe cu un singur instrument, simplificând producția și minimizând costul total.

Forme complexe

Cu formarea superplastică, puteți realiza forme complicate, dificile sau imposibile folosind metode convenționale. Această tehnică vă oferă posibilitatea de a realiza piese cu curbe fine, unghiuri și detalii care îndeplinesc de obicei nevoile modelelor moderne.

Operații secundare reduse

Prin eliminarea operațiunilor complicate de prelucrare sau îmbinare, formarea superplastică acb reduce normele și timpii de producție economisind în același timp costurile. Această proprietate unică permite producerea de piese modelate gata de utilizare, prevenind astfel pașii inutile și pierderile de material.

Proprietăți îmbunătățite ale materialului

Cu formarea superplastică, puteți păstra integritatea structurală și rezistența materialului în timp ce este modelat într-o anumită formă.

Acest lucru culminează cu piese cu proprietăți mecanice sporite, cum ar fi rapoarte îmbunătățite rezistență-greutate și limite de anduranță extinse, ceea ce duce la performanța generală și longevitatea produsului.

Caracteristici de deformare în superplasticitate.

· Ductilitate ridicată

În timp ce se deformează în superplasticitate, materialele metalice demonstrează o ductilitate neobișnuit de mare, permițându-le să sufere deformări mari fără a se rupe.

Prin această caracteristică, puteți crea forme complicate și întinde materialul în forme tridimensionale fără nicio defecțiune structurală.

· Deformare omogenă

Superplasticitate permite deformarea omogenă a tuturor componentelor materialelor, garantând o formă și grosime uniforme. Din acest motiv, defectele sunt minimizate, se obțin produse finale care se deformează omogen și există asigurarea proprietăților mecanice de calitate previzibilă.

· Sensibilitate scăzută la rata de deformare

Într-o stare superplastică, metalele prezintă o sensibilitate redusă la viteza de deformare, ceea ce implică faptul că își pot menține ductilitatea într-un interval larg de valori ale vitezei de deformare.

Astfel de atribute permit un curs de formare reglat, conducând la producerea de articole exacte cu aceeași calitate și precizie.

· Alunecarea limitei cerealelor

Principiul principal al superplasticității este alunecarea granițelor, care se observă fie în faze individuale, fie în limitele de granule care sunt sub stres. Această funcție permite ca materialul să fie presat la o temperatură scăzută și o rată de deformare ridicată și, astfel, poate curge cu ușurință în matriță în timpul procesului de formare a superplasticului.

· Localizare flux

Deformarea localizată sau concentrarea curgerii poate apărea în materialele superplastice învecinate cu caracteristicile geometrice sau zonele de focalizare a tensiunilor. Reglarea capilarului prin localizare este considerabilă, deoarece poate fi dăunătoare deformării uniforme și, în cele din urmă, poate duce la defectarea prematură.

Procesul de formare superplastic

Încălzirea materialului

În primul rând, încălziți foaia de metal la temperatura sa superplastică, care de obicei se încadrează într-un interval specificat, în funcție de compoziția materialului.

Această temperatură este vitală pentru începerea unei stări superplastice, care permite materialului să sufere o deformare extinsă fără crăpare. Încălzirea poate fi realizată fie prin încălzire în cuptor, fie prin încălzire prin inducție localizată, ceea ce oferă o distribuție uniformă a temperaturii pe toată placa.

Pregătirea matriței de formare

Așezați matrița de formare în forma dorită a componentei finale. Falca matriței trebuie prelucrată cu precizie pentru a gestiona conturarea delicată a piesei și un flux bun de material, care sunt necesare pentru procesul de formare. Matrița poate fi tratată cu tratamente de suprafață sau acoperiri speciale pentru a reduce frecarea și a asigura o eliberare lină a piesei după finalizarea procedurii.

Amplasarea foii încălzite

Poziționați cu precizie foaia de metal fierbinte în matrița de formare, asigurând alinierea și orientarea pentru a obține forma țintă. Foaia trebuie strânsă sau ținută în siguranță pentru a se asigura că nu a avut loc nicio deplasare în timpul procesului de formare și, astfel, precizia tuturor dimensiunilor a fost menținută.

Aplicarea presiunii gazului

Faceți ca argon sau azot să umple camera de formare și să puneți presiune pe tabla de metal încălzită. Deoarece foliei se aplică o presiune a gazului, foaia s-ar deforma și curge în contururile matriței de formare.

Reglați presiunea și distribuția gazului cu scopul de a obține o deformare uniformă și de a menține integritatea produsului.

Formarea Componentei

Presiunea adecvată a gazelor determină modificarea materialului; materialul superplastic se întinde și se conformează formei matriței de încercare.

Supravegheați procesul cu atenție, astfel încât materialul să continue să se toarne uniform și să preveniți defecte, cum ar fi încrețirea sau subțierea. Modificați condițiile de prelucrare, continuând să îmbunătățiți condițiile de formare pentru a produce dimensiunile și specificațiile de suprafață dorite ale piesei.

Răcirea și îndepărtarea componentei

Odată terminat procesul de formare, reduceți treptat temperatura piesei formate pentru a-și menține forma și proprietățile mecanice stabile.

Răcirea poate fi realizată prin viteza de răcire manuală sau stingere, în funcție de specificațiile materialului și ale piesei. După procesul de răcire, îndepărtați încet piesa modelată din matriță, cu o atenție deosebită pentru a evita defecte structurale sau distorsiuni.

Operațiunile de postformare precum tăierea, finisarea sau asamblarea pot fi efectuate după cum este necesar pentru a pregăti componenta pentru utilizarea sa finală.

Procesul de formare superplastic

Factori care afectează procesul de formare a superplasticului.

· Temperatura

Ar trebui să vă asigurați că temperatura materialului este în intervalul său superplastic pentru o deformare cu succes. La temperaturi mai ridicate, ductilitatea este sporită, diminuând presiunea de curgere și făcând materialul mai ductil.

Temperatura este controlată foarte precis pentru a preveni creșterea prea mare a doliclei și deteriorarea calității materialului piesei.

· Rata de deformare

Schimbați viteza de aplicare a întinderii pe material. Ratele de deformare mai mici prezintă în mare parte fenomene de rafinare a deformarii care favorizează comportamentul plastic și, prin urmare, materialul este capabil să se alungească până la limita sa. Cu toate acestea, ratele scăzute de deformare pot prelungi ciclul de formare dacă sunt aplicate într-un mod extins.

Ajustați viteza de deformare în funcție de caracteristicile materialului, mai degrabă decât de rata de deformare în sine și impuneți deformarea necesară datorită calităților sale.

· Marimea unui bob

Luați în considerare dimensiunea granulelor materialului, deoarece granulele mai fine sunt în general asociate cu caracteristici superplastice excelente.

Finarea boabelor formează o zonă de alunecare a graniței, facilitând superplasticitatea prin asigurarea unei deformații uniforme și a unei distribuții uniforme a deformarii.

· Compozitia materialului

Alegeți materiale cu componente adecvate pentru formarea superplastică, de obicei aliaje care au o ductilitate ridicată și o microstructură fin distribuită.

Alierea influențează și aceste atribute prin aplicarea unor modificări chimice, cum ar fi dimensiunea granulelor, stabilitatea fazei și mecanismul de deformare. Alegeți unele dintre materiile prime care au o superplasticitate bună și care sunt prietenoase cu modelarea.

· Controlul presiunii și gazului

Faceți ajustări în debitul de gaz și dimensiunea porții de închidere (cameră) pentru a asigura curgerea lină a materialului și că acesta se deformează pe forma exactă. Răspândirea mai întâi a diferitelor cantități de presiune va garanta eliminarea oricăror riduri sau napolitane care se subțiază. Păstrați debitele și presiunile procesului de formare adaptate la cele mai originare și faceți piesa cu un nivel mai ridicat de calitate.

· Design de scule și matrițe

Obțineți dispozitive personalizate de curățare și formare, matrițe de turnare care au fost dezvoltate conform specificațiilor de formare superplastică.

Definiți etapele matriței de la configurare (configurare) până la finisare și controlul temperaturii; și simplificați mișcarea materialelor (potrivindu-le mai ușor) pentru frecvențe de sunet mai ridicate. Analizați cu atenție unghiurile de pescaj, razele și liniile de separare pentru a facilita eliberarea ușoară a pieselor formate și pentru a evita defectele cauzate de scule.

Diferite tehnici în formarea superplastică.

Formare cu suflare dintr-o singură foaie

O singură foaie Formarea loviturii folosiți o foaie de superplastic care trebuie încălzită înainte de a o forma pe o singură cavitate a matriței cu presiunea gazului. Metoda folosită este cea mai bună pentru realizarea pieselor cu formă simplă și, adesea, prototipurile sau producția de volum mic este ceea ce este folosit pentru aceasta.

Formare prin suflare a foii

Formare cu suflare de mare viteză

Prin manipularea presiunii rapide a gazului, plasticele flexibile permit persoanei să reformeze produsul rapid, în corespondență cu voința sa, cu o viteză rapidă considerabilă. Astfel, ne așteptăm să crească și productivitatea și timpul de ciclu.

Formare cu suflare de mare viteză

Datorită exemplului de robot industrial, viteza, debitul și eficiența fiind cei mai predominanți factori de îngrijorare.

Formarea cavitatii goale

Faceți goluri sau goluri înnebunind și activând funcții suplimentare, cum ar fi freza de la baza matriței. În timpul acestui proces, materialul superplastic este întins și format în jurul celorlalte părți în părți complexe cu fluxuri interne.

Este utilizat pe scară largă în producția de elemente structurale ușoare care produc sisteme cu cavitate goale, în special în diviziile de aer și auto.

Formarea cavitatii goale

Formare cu mai multe foi

Aplicați materiale super-plastice cuplate între ele și fabricate simultan pentru a produce structuri cu grosimi diferite sau rezistențe ale materialelor.

Aceasta este capacitatea de a aduce materiale diferite sau de a adăuga straturi de armare care face posibilă avea componente cu performanță și funcționalitate îmbunătățite.

Formare incrementală a foii în mai multe etape

Formare rapidă a plasticului

Prin reducerea consumului de căldură și a timpului alocat procesării, ceea ce înseamnă că cantitatea de energie utilizată ar fi mai mică.

Super plasticitatea cu metode de încălzire rapidă de încălzire prin inducție sau încălzire cu microunde sunt tehnologiile din spatele turnării rapide a plasticului, cu rate de producție ridicate, păstrând în același timp caracteristicile bune ale pieselor. Acestea par a fi cele mai eficiente pentru domeniile în care vitezele economice rapide și producția mare sunt critice.

Formare rapidă a plasticului

Tipuri de materiale superplastice.

• Aliaje de aluminiu (AA5083 și AA7475.
• Aliaj de titan Ti-AI-4V.
• Aliaj de magneziu AZ31 (la 425).
• Superaliaje pe bază de nichel.

Limitările formării superplastice

Limitări materiale

Înainte de a începe cu gâtul în formarea superplastică, unele materiale de care trebuie să vă pese de selecția materialului nu sunt potrivite pentru orice formare superplastică. Anumite materiale nu au flexibilitatea necesară sau granulozitate care este importantă pentru deformare. Selectați materialele în funcție de procesul de formare, precum și de caracteristicile necesare pentru componentă.

Echipamente și dotări

Este important de remarcat faptul că acest proces necesită caracteristici precum un echipament special și unelte găzduite la un preț ridicat atât pentru achiziție, cât și pentru întreținere.

Analizați investiția care acoperă mașinile principale, cum ar fi cuptoarele, presele de formare și matrițele. Cu risc ridicat de întreținere și înlocuire a sculelor și alte costuri de funcționare.

Lipsa simulării lor în viața reală

Asigurați-vă că știți că SPF este bun pentru turnarea formelor 3D de complexitate simplă până la moderată și nu a unor părți exacte simetrice.

Piesele oricât de mari sau mici ar putea fi și formele lor complexe ar putea deveni o provocare în fluxul uniform de material, precum și în proiectarea sculelor. Verificați geometria și capacitatea de formare care trebuie să se potrivească cu parametrii echipamentului, precum și cu proprietățile materialelor.

Provocări ale controlului procesului.

Asigurați-vă că faceți față provocării problemelor de control al procesului pe care formarea superplastică le poate genera tot timpul, inclusiv uniformitatea temperaturii, distribuția presiunii gazului și consistența deformării.

Condițiile de formare aproape optime necesită ajustarea precisă a parametrilor, inclusiv ratele de încălzire, vitezele de deformare și vitezele de răcire, care sunt în cea mai mare parte supuse perturbărilor, împiedicând astfel consistența procesului de formare.

Creșterea cerealelor materiale

În acest context, prin urmare, asigurați-vă că, pe măsură ce se formează la temperaturi ridicate, nu apare pericolul de creștere a boabelor, așa cum ar putea fi și proprietățile ar fi diminuate.

Ultra-distanțele de cereale Mayer pot afecta super-plasticitatea și, astfel, pot produce defecte precum fisuri și rupturi. Încetiniți creșterea cerealelor prin scheme, cum ar fi domeniul de temperatură sau materialul de rafinare, ceea ce îmbunătățește semnificativ structura granulelor a materialului.

Aplicații practice

• Componente aerospațiale.
• Panouri de caroserie auto.
• Fabricarea dispozitivelor medicale.
• Carcasă pentru electronice de larg consum.
• Echipamente de energie regenerabilă.
• Aplicații militare și de apărare

Concluzie

Formarea superplastică este o tehnică care schimbă procesul de fabricație, permițând companiilor să creeze modele sofisticate. Dacă sunteți în căutarea unui furnizor care să investească în producția de piese, cum ar fi în industria auto, această tehnică vă va eficientiza munca.

Mai multe resurse:

Tipuri de mașini CNC – Sursa: TSINFA

Formare plastică – Sursa: SCIENCE DIRECT