Kao ključni proces u proizvodnji složenih strukturnih dijelova, tehnologija superplastičnog oblikovanja ploča od legure titana ima važne primjene u zrakoplovnoj, automobilskoj industriji i drugim područjima. Ovaj rad daje stručno objašnjenje i tehničku analizu tri glavne metode ove tehnologije: vakuumsko oblikovanje, pneumatsko oblikovanje (puhanje) i kalupljenje (spojno oblikovanje).
Metoda vakuumskog oblikovanja: nisko{0}}precizno oblikovanje
Vakuumsko oblikovanje u biti je korištenje razlike atmosferskog tlaka za realizaciju oblikovanja ploče, koje pripada kategoriji nisko{0}}tlačnog oblikovanja, koje se može podijeliti na metodu probijanja i metodu konkavnog kalupa.
Metoda bušenja: Ploča zagrijana na superplastičnu temperaturu adsorbira se na matricu bušilice s karakteristikama unutarnjeg oblika dijela, što je prikladno za dijelove s dubokim šupljinama koji zahtijevaju visoku točnost dimenzija iznutra. U proizvodnji preciznih konstrukcijskih dijelova svemirskih letjelica, ova metoda može učinkovito kontrolirati točnost profila i distribuciju debljine stijenke kako bi se zadovoljili zahtjevi dimenzionalne stabilnosti u ekstremnim radnim uvjetima.
Metoda konkavne matrice: Ploča se adsorbira na konkavnoj matrici s oblikom dijela i uglavnom se koristi za dijelove s plitkim šupljinama s velikom preciznošću dimenzija. U području vanjskih dijelova automobila, ova metoda može osigurati dobru kvalitetu površine i konzistentnost oblika, što je pogodno za realizaciju laganog i integriranog oblikovanja.
Tehničke značajke i ograničenja: Tlak vakuumskog oblikovanja od samo približno . 0.1 MPa oslanja se na superplastično ponašanje materijala za dijelove s tankim pločama (obično < 2 mm debljine) i glatkim varijacijama zakrivljenosti. Za dijelove velikih debljina ili složenih struktura, kapacitet oblikovanja je ograničen, a potrebna je optimizacija procesa i modifikacija materijala kako bi se proširio njihov raspon primjene.
Metoda oblikovanja pod pritiskom zraka (metoda puhanja): fleksibilno oblikovanje pod kontroliranim tlakom zraka
Pneumatsko oblikovanje tlakom primjenjuje kontrolirani tlak kroz inertni plin (kao što je argon) kako bi se ploča u superplastičnom stanju postupno postavila u kalup, koji je podijeljen u dvije kategorije: slobodno puhanje i kalupno puhanje.
Slobodno puhanje: Kalup nije potreban, ploča se slobodno širi pod pritiskom zraka i često se koristi za sferne dijelove, dijelove -u obliku poklopca i druge osnosimetrične dijelove. Njegove prednosti su niska cijena kalupa i kratko vrijeme ciklusa, ali kontrola oblika se oslanja na podešavanje parametara procesa, prikladno za probnu proizvodnju ili proizvodnju malih serija.
Puhanje kalupa:
Oblikovanje bušilice: Tlak zraka djeluje na vanjsku stranu ploče, uzrokujući njeno omotavanje oko bušilice. Unutarnji oblik dijela ima visoku točnost i veliki omjer dubine-na-širinu, ali teškoće vađenja iz kalupa i iskorištenja materijala su male, a dno je lako podebljati.
Oblikovanje konkavnog kalupa: Tlak zraka djeluje na unutarnju stranu ploče kako bi ona stala u šupljinu konkavnog modela. Oblik dijela ima visoku točnost, lako vađenje iz kalupa i visoku iskoristivost materijala, ali je omjer širine i visine ograničen, a debljina dna je relativno mala.
Prednosti procesa: Pneumatsko oblikovanje može prilagoditi tlak u rasponu od 0,3–2,0 MPa kako bi se prilagodilo složenijim geometrijama i većim deformacijama. Trenje je malo, a stanje naprezanja jednoliko tijekom procesa deformacije, što pogoduje poboljšanju konzistencije granice oblikovanja materijala i mehaničkih svojstava dijelova.
Metoda kalupljenja (spojno kalupljenje): visoko{0}}precizno kontaktno oblikovanje
Kalup je pod pritiskom sa zatvorenim gornjim i donjim kalupom i formira se pri vrlo niskoj brzini deformacije (obično 10⁻4–10⁻³ s⁻¹) na superplastičnim temperaturama. Iako su dijelovi visoke-preciznosti i visoke{4}}kvalitete površine teoretski dostupni, prisutni su sljedeći izazovi:
Kalup mora imati dobru toplinsku stabilnost i otpornost na puzanje pri visokim temperaturama, a obično se izrađuje od legura na bazi nikla-ili keramičkih materijala.
Zahtjevi za točnost pristajanja kalupa su izuzetno visoki, posebno za složene profile, poteškoće obrade i troškovi značajno se povećavaju;
Tijekom procesa oblikovanja, trenje i raspodjela temperature između ploče i kalupa moraju biti strogo kontrolirani kako bi se izbjeglo lokalno stanjivanje ili pucanje.
Stoga se ovaj proces trenutačno uglavnom koristi za eksperimentalna istraživanja ili specifične visoko{0}}precizne dijelove, a industrijska primjena još uvijek zahtijeva daljnja otkrića u tehnologiji kalupa i uvjetima podmazivanja.
Odabir procesa i izgledi
U stvarnoj proizvodnji, odabir procesa treba izvršiti prema strukturnim karakteristikama, zahtjevima za preciznošću, seriji i cijeni dijelova:
Vakuumsko oblikovanje: pogodno za precizne dijelove tankih ploča s plitkim ili dubokim šupljinama, s fokusom na kontrolu troškova i kvalitetu površine;
Pneumatsko oblikovanje: pogodno za složene tro-dimenzionalne oblike, srednje i teške ploče i strukturalne dijelove koji zahtijevaju ravnomjernu deformaciju;
Oblikovanje: Trenutno ograničeno na testiranje i male{0}}serije visoko-preciznih dijelova, možda će biti prostora za poboljšanje s razvojem tehnologije kalupa u budućnosti.
Tehnologija superplastičnog oblikovanja razvija se u smjeru procesa kompozita (kao što je vruće oblikovanje-superplastičnog kompozitnog oblikovanja), inteligentne kontrole procesa (temeljene na numeričkoj simulaciji i-praćenju u stvarnom-vremenu) i razvoja novih legura titana (superplastični materijali visoke-brzine deformacije), koji će dodatno proširiti mogućnosti primjene legura titana u području lakih i integriranih struktura.