Ως βασική διαδικασία στην κατασκευή πολύπλοκων δομικών εξαρτημάτων, η τεχνολογία σχηματισμού υπερπλαστικών πλακών από κράμα τιτανίου έχει σημαντικές εφαρμογές στην αεροδιαστημική, την αυτοκινητοβιομηχανία και άλλους τομείς. Αυτή η εργασία παρέχει μια επαγγελματική εξήγηση και τεχνική ανάλυση των τριών βασικών μεθόδων αυτής της τεχνολογίας: διαμόρφωση υπό κενό, πνευματική μορφοποίηση (καλούπωμα εμφύσησης) και χύτευση (καλούπωμα ζεύξης).
Μέθοδος διαμόρφωσης κενού: διαμόρφωση ακριβείας χαμηλής- πίεσης
Η διαμόρφωση υπό κενό είναι ουσιαστικά η χρήση της διαφοράς ατμοσφαιρικής πίεσης για την πραγματοποίηση σχηματισμού πλακών, η οποία ανήκει στην κατηγορία της διαμόρφωσης χαμηλής-πίεσης, η οποία μπορεί να χωριστεί σε μέθοδο μήτρας διάτρησης και μέθοδο κοίλου καλουπιού.
Μέθοδος διάτρησης: Η πλάκα που θερμαίνεται σε υπερπλαστική θερμοκρασία προσροφάται στη μήτρα διάτρησης με τα εσωτερικά χαρακτηριστικά σχήματος του εξαρτήματος, το οποίο είναι κατάλληλο για μέρη βαθιάς κοιλότητας που απαιτούν υψηλή ακρίβεια διαστάσεων στο εσωτερικό. Στην κατασκευή δομικών μερών ακριβείας διαστημικού σκάφους, αυτή η μέθοδος μπορεί να ελέγξει αποτελεσματικά την ακρίβεια προφίλ και την κατανομή του πάχους του τοιχώματος για να καλύψει τις απαιτήσεις σταθερότητας διαστάσεων υπό ακραίες συνθήκες εργασίας.
Μέθοδος κοίλου καλουπιού: Η πλάκα προσροφάται στην κοίλη μήτρα με το σχήμα του εξαρτήματος και χρησιμοποιείται κυρίως για τμήματα ρηχής κοιλότητας με μεγάλη ακρίβεια διαστάσεων. Στον τομέα των εξωτερικών ανταλλακτικών αυτοκινήτων, αυτή η μέθοδος μπορεί να εξασφαλίσει καλή ποιότητα επιφάνειας και συνοχή σχήματος, η οποία συμβάλλει στην πραγματοποίηση ελαφριάς και ολοκληρωμένης χύτευσης.
Τεχνικά χαρακτηριστικά και περιορισμοί: Η πίεση σχηματισμού κενού μόνο περίπου. 0.1 MPa βασίζεται στην υπερπλαστική συμπεριφορά του υλικού για μέρη με λεπτές πλάκες (συνήθως πάχους < 2 mm) και ομαλές διακυμάνσεις καμπυλότητας. Για μέρη με μεγάλο πάχος ή πολύπλοκες δομές, η ικανότητα διαμόρφωσης είναι περιορισμένη και απαιτείται βελτιστοποίηση της διαδικασίας και τροποποίηση υλικού για την επέκταση του εύρους εφαρμογής τους.
Μέθοδος σχηματισμού πίεσης αέρα (μέθοδος χύτευσης με εμφύσηση): εύκαμπτη διαμόρφωση υπό ελεγχόμενη πίεση αέρα
Ο σχηματισμός πνευματικής πίεσης εφαρμόζει ελεγχόμενη πίεση μέσω αδρανούς αερίου (όπως αργό) για να χωρέσει σταδιακά την πλάκα σε υπερπλαστική κατάσταση στο καλούπι, το οποίο χωρίζεται σε δύο κατηγορίες: χύτευση με ελεύθερη εμφύσηση και χύτευση με εμφύσηση καλουπιού.
Χύτευση με ελεύθερο φύσημα: Δεν απαιτείται καλούπι, η πλάκα διαστέλλεται ελεύθερα από την πίεση του αέρα και χρησιμοποιείται συχνά για σφαιρικά, κουκούλα-και άλλα αξονικά συμμετρικά μέρη. Τα πλεονεκτήματά του είναι το χαμηλό κόστος καλουπιού και ο σύντομος χρόνος κύκλου, αλλά ο έλεγχος σχήματος βασίζεται στην προσαρμογή των παραμέτρων της διαδικασίας, κατάλληλη για δοκιμαστική παραγωγή ή παραγωγή μικρής παρτίδας.
Χύτευση με εμφύσηση καλουπιών:
Σχηματισμός διάτρησης: Η πίεση αέρα δρα στο εξωτερικό της πλάκας, αναγκάζοντάς την να τυλίγεται γύρω από τη διάτρηση. Το εσωτερικό σχήμα του εξαρτήματος έχει υψηλή ακρίβεια και μεγάλη αναλογία βάθους-προς-, αλλά η δυσκολία ξεκαλουπώματος και η χρήση υλικού είναι χαμηλή και το κάτω μέρος είναι εύκολο να πήξει.
Σχηματισμός κοίλου καλουπιού: Η πίεση του αέρα δρα στο εσωτερικό της πλάκας για να την κάνει να ταιριάζει στην κοιλότητα του κοίλου μοντέλου. Το σχήμα του εξαρτήματος έχει υψηλή ακρίβεια, εύκολο ξεκαλούπωμα και υψηλή χρήση υλικού, αλλά η αναλογία διαστάσεων είναι περιορισμένη και το πάχος του πυθμένα είναι σχετικά μικρό.
Πλεονεκτήματα της διαδικασίας: Η πνευματική διαμόρφωση μπορεί να ρυθμίσει την πίεση στην περιοχή 0,3–2,0 MPa για να φιλοξενήσει πιο σύνθετες γεωμετρίες και μεγαλύτερες παραμορφώσεις. Η τριβή είναι μικρή και η κατάσταση τάσης είναι ομοιόμορφη κατά τη διαδικασία παραμόρφωσης, η οποία συμβάλλει στη βελτίωση της συνοχής του ορίου σχηματισμού υλικού και των μηχανικών ιδιοτήτων των μερών.
Μέθοδος καλουπώματος (καλούπωμα σύζευξης): διαμόρφωση επαφής υψηλής-ακρίβειας
Η χύτευση υπόκειται σε πίεση με τις άνω και κάτω μήτρες κλειστές και σχηματίζεται με πολύ χαμηλό ρυθμό παραμόρφωσης (συνήθως 10-4-10-3 s-1) σε υπερπλαστικές θερμοκρασίες. Ενώ είναι θεωρητικά διαθέσιμα ανταλλακτικά υψηλής-ακρίβειας, υψηλής-επιφανείας, παρουσιάζονται οι ακόλουθες προκλήσεις:
Το καλούπι πρέπει να έχει καλή θερμική σταθερότητα και αντοχή σε ερπυσμό σε υψηλές θερμοκρασίες και συνήθως κατασκευάζεται από κράματα με βάση το νικέλιο- ή κεραμικά υλικά.
Οι απαιτήσεις ακρίβειας προσαρμογής στο καλούπι είναι εξαιρετικά υψηλές, ειδικά για πολύπλοκα προφίλ, η δυσκολία επεξεργασίας και το κόστος αυξάνονται σημαντικά.
Κατά τη διαδικασία διαμόρφωσης, η τριβή και η κατανομή θερμοκρασίας μεταξύ της πλάκας και του καλουπιού πρέπει να ελέγχονται αυστηρά για να αποφευχθεί η τοπική αραίωση ή ρωγμές.
Επομένως, αυτή η διαδικασία χρησιμοποιείται επί του παρόντος ως επί το πλείστον για πειραματική έρευνα ή συγκεκριμένα εξαρτήματα υψηλής-ακρίβειας και η βιομηχανική εφαρμογή εξακολουθεί να απαιτεί περαιτέρω ανακαλύψεις στην τεχνολογία καλουπιών και στις συνθήκες λίπανσης.
Επιλογή διαδικασίας και προοπτικές
Στην πραγματική παραγωγή, η επιλογή της διαδικασίας θα πρέπει να γίνεται σύμφωνα με τα δομικά χαρακτηριστικά, τις απαιτήσεις ακρίβειας, την παρτίδα και το κόστος των ανταλλακτικών:
Διαμόρφωση υπό κενό: κατάλληλο για τμήματα ακριβείας ρηχής ή βαθιάς κοιλότητας λεπτών πλακών, εστιάζοντας στον έλεγχο του κόστους και στην ποιότητα της επιφάνειας.
Πνευματικός σχηματισμός: κατάλληλος για πολύπλοκα τρισδιάστατα-σχήματα, μεσαίες και βαριές πλάκες και δομικά μέρη που απαιτούν ομοιόμορφη παραμόρφωση.
Χύτευση: Επί του παρόντος περιορίζεται σε δοκιμές και εξαρτήματα μικρής-παρτίδας-υψηλής ακρίβειας, ενδέχεται να υπάρχει περιθώριο βελτίωσης με την ανάπτυξη της τεχνολογίας καλουπιών στο μέλλον.
Η τεχνολογία υπερπλαστικής διαμόρφωσης αναπτύσσεται προς την κατεύθυνση των σύνθετων διεργασιών (όπως η εν θερμώ διαμόρφωση-διαμόρφωση υπερπλαστικών σύνθετων υλικών), ο έξυπνος έλεγχος διεργασιών (βάσει αριθμητικής προσομοίωσης και παρακολούθησης πραγματικού-χρόνου) και η ανάπτυξη νέων κραμάτων τιτανίου (υψηλού-ρυθμού παραμόρφωσης των υπερπλαστικών υλικών) που θα επεκτείνουν περαιτέρω την εφαρμογή των υπερπλαστικών υλικών σε όλο το φως. και ολοκληρωμένες δομές.