Jako klíčový proces při výrobě složitých konstrukčních dílů má technologie superplastického tváření desek z titanové slitiny důležité aplikace v letectví, automobilovém průmyslu a dalších oborech. Tento příspěvek poskytuje odborný výklad a technický rozbor tří hlavních metod této technologie: vakuového tvarování, pneumatického tvarování (vyfukování) a tvarování (spojování tvarováním).
Metoda vakuového tvarování: nízkotlaké{0}}přesné tvarování
Vakuové tváření je v podstatě využití rozdílu atmosférických tlaků k realizaci tváření plechu, které patří do kategorie nízkotlakého- tváření, které lze rozdělit na metodu děrování a metodu konkávních zápustek.
Metoda děrování: Deska zahřátá na superplastickou teplotu je adsorbována na raznici s vnitřními tvarovými charakteristikami součásti, což je vhodné pro díly s hlubokou dutinou, které vyžadují vysokou rozměrovou přesnost na vnitřní straně. Při výrobě přesných konstrukčních dílů kosmických lodí může tato metoda účinně řídit přesnost profilu a rozložení tloušťky stěny, aby byly splněny požadavky na rozměrovou stabilitu za extrémních pracovních podmínek.
Metoda konkávní matrice: Deska je adsorbována na konkávní matrici s tvarem součásti a používá se hlavně pro díly s mělkou dutinou s vysokou rozměrovou přesností. V oblasti automobilových exteriérových dílů může tato metoda zajistit dobrou kvalitu povrchu a tvarovou konzistenci, což vede k realizaci lehkých a integrovaných výlisků.
Technické vlastnosti a omezení: Vakuový tvarovací tlak pouze cca . 0.1 MPa závisí na superplastickém chování materiálu u dílů s tenkými deskami (typicky < 2 mm tlustými) a hladkými variacemi zakřivení. U dílů s velkými tloušťkami nebo složitými strukturami je kapacita tváření omezená a pro rozšíření jejich aplikačního rozsahu je nutná optimalizace procesu a úprava materiálu.
Metoda tvarování tlakem vzduchu (metoda vyfukování): flexibilní tvarování pod regulovatelným tlakem vzduchu
Pneumatické tlakové tváření aplikuje řízený tlak prostřednictvím inertního plynu (jako je argon), aby se deska v superplastickém stavu postupně vložila do formy, která se dělí na dvě kategorie: volné vyfukování a vyfukování do formy.
Volné vyfukování: Není potřeba žádná forma, deska se volně roztahuje tlakem vzduchu a často se používá pro kulové, -tvarované a jiné osově symetrické díly. Jeho výhodami jsou nízké náklady na formy a krátká doba cyklu, ale kontrola tvaru spoléhá na úpravu parametrů procesu, vhodné pro zkušební výrobu nebo malosériovou výrobu.
Vyfukování do formy:
Formování razníku: Tlak vzduchu působí na vnější stranu desky, což způsobuje, že se ovine kolem razníku. Vnitřní tvar součásti má vysokou přesnost a velký poměr hloubky-k{2}}šířce, ale obtížnost demontáže a využití materiálu je nízká a dno lze snadno zahustit.
Formování konkávní formy: Tlak vzduchu působí na vnitřní stranu desky, aby zapadla do dutiny konkávního modelu. Tvar dílu má vysokou přesnost, snadné vyjímání z formy a vysoké využití materiálu, ale poměr stran je omezený a tloušťka dna je relativně malá.
Výhody procesu: Pneumatické tváření může upravit tlak v rozsahu 0,3–2,0 MPa pro přizpůsobení složitějším geometriím a větším deformacím. Tření je malé a stav napětí je rovnoměrný během procesu deformace, což přispívá ke zlepšení konzistence meze tvoření materiálu a mechanických vlastností součástí.
Metoda lisování (spojka lisování): vysoce přesné kontaktní tvarování-
Výlisek je pod tlakem s uzavřenými horními a spodními lisovacími nástroji a je formován při velmi nízké rychlosti deformace (typicky 10⁻⁴–10⁻³ s⁻¹) při superplastických teplotách. I když jsou teoreticky dostupné vysoce-díly s vysokou-kvalitou povrchu, existují následující problémy:
Forma musí mít dobrou tepelnou stabilitu a odolnost proti tečení při vysokých teplotách a běžně se vyrábí ze slitin na bázi niklu-nebo keramických materiálů.
Požadavky na přesnost lícování formy jsou extrémně vysoké, zvláště u složitých profilů se výrazně zvyšuje obtížnost zpracování a náklady;
Během procesu tváření musí být přísně kontrolováno tření a rozložení teploty mezi deskou a formou, aby se zabránilo místnímu ztenčení nebo praskání.
Proto se tento proces v současnosti většinou používá pro experimentální výzkum nebo pro specifické vysoce přesné díly- a průmyslové aplikace stále vyžadují další průlomy v technologii forem a podmínkách mazání.
Výběr procesu a perspektiva
Ve skutečné výrobě by měl být výběr procesu proveden podle konstrukčních charakteristik, požadavků na přesnost, šarže a nákladů na díly:
Vakuové tvarování: vhodné pro přesné díly tenkých desek s mělkou nebo hlubokou dutinou se zaměřením na kontrolu nákladů a kvalitu povrchu;
Pneumatické tváření: vhodné pro složité trojrozměrné tvary, střední a těžké plechy a konstrukční díly, které vyžadují rovnoměrnou deformaci;
Lisování: V současné době je omezeno na testování a malé{0}}sériové vysoce přesné díly{1}}. S rozvojem technologie forem v budoucnu může být prostor pro zlepšení.
Technologie superplastického tváření se vyvíjí směrem ke kompozitním procesům (jako je tváření za tepla -superplastické kompozitní tváření), inteligentnímu řízení procesu (založeném na numerické simulaci a-monitorování v reálném čase) a k vývoji nových slitin titanu (superplastické materiály s vysokou-deformací), které dále rozšíří aplikační vyhlídky lehkých slitin titanu a integrovaných struktur v oblasti slitin titanu.