Como um processo chave na fabricação de peças estruturais complexas, a tecnologia de formação de superplásticos de placas de liga de titânio tem aplicações importantes na indústria aeroespacial, automotiva e em outros campos. Este artigo fornece uma explicação profissional e análise técnica dos três métodos principais desta tecnologia: moldagem a vácuo, moldagem pneumática (moldagem por sopro) e moldagem (moldagem por acoplamento).
Método de formação a vácuo: formação de precisão com baixa-pressão
A conformação a vácuo consiste essencialmente em usar a diferença de pressão atmosférica para realizar a conformação de placas, que pertence à categoria de conformação de baixa pressão, que pode ser dividida em método de matriz perfurada e método de matriz côncava.
Método de puncionamento: A placa aquecida à temperatura superplástica é adsorvida na matriz do punção com as características de formato interno da peça, o que é adequado para peças com cavidades profundas que requerem alta precisão dimensional no interior. Na fabricação de peças estruturais de precisão de naves espaciais, este método pode controlar efetivamente a precisão do perfil e a distribuição da espessura da parede para atender aos requisitos de estabilidade dimensional sob condições extremas de trabalho.
Método de matriz côncava: A placa é adsorvida na matriz côncava com o formato da peça e é usada principalmente para peças de cavidades rasas com alta precisão dimensional. No campo de peças externas automotivas, este método pode garantir boa qualidade de superfície e consistência de forma, o que conduz à realização de moldagem leve e integrada.
Características técnicas e limitações: A pressão de formação a vácuo de apenas aproximadamente. 0.1 MPa depende do comportamento superplástico do material para peças com placas finas (normalmente < 2 mm de espessura) e variações suaves de curvatura. Para peças com grandes espessuras ou estruturas complexas, a capacidade de conformação é limitada, sendo necessária otimização de processos e modificação de materiais para ampliar sua gama de aplicações.
Método de formação de pressão de ar (método de moldagem por sopro): formação flexível sob pressão de ar controlável
A formação por pressão pneumática aplica pressão controlada através de gás inerte (como o argônio) para encaixar gradualmente a placa no estado superplástico no molde, que é dividido em duas categorias: moldagem por sopro livre e moldagem por sopro de molde.
Moldagem por sopro livre: nenhum molde é necessário, a placa é expandida livremente pela pressão do ar e é frequentemente usada para peças esféricas, em formato de capuz-e outras peças axissimétricas. Suas vantagens são o baixo custo do molde e o curto tempo de ciclo, mas o controle da forma depende do ajuste dos parâmetros do processo, adequado para produção experimental ou produção de pequenos lotes.
Moldagem por sopro de molde:
Formação do punção: A pressão do ar atua na parte externa da placa, fazendo com que ela envolva o punção. O formato interno da peça tem alta precisão e grande relação profundidade-por{2}}largura, mas a dificuldade de desmoldagem e utilização do material é baixa, e o fundo é fácil de engrossar.
Formação de molde côncavo: A pressão do ar atua no interior da placa para que ela se encaixe na cavidade do modelo côncavo. O formato da peça tem alta precisão, fácil desmoldagem e alta utilização de material, mas a proporção é limitada e a espessura do fundo é relativamente pequena.
Vantagens do processo: A conformação pneumática pode ajustar a pressão na faixa de 0,3–2,0 MPa para acomodar geometrias mais complexas e deformações maiores. O atrito é pequeno e o estado de tensão é uniforme durante o processo de deformação, o que contribui para melhorar a consistência do limite de formação do material e as propriedades mecânicas das peças.
Método de moldagem (moldagem por acoplamento): formação de contato de alta-precisão
A moldagem é pressurizada com as matrizes superior e inferior fechadas e é formada a uma taxa de deformação muito baixa (normalmente 10⁻⁴–10⁻³ s⁻¹) em temperaturas superplásticas. Embora peças de alta-precisão e alta{4}}qualidade de superfície estejam teoricamente disponíveis, os seguintes desafios são apresentados:
O molde precisa ter boa estabilidade térmica e resistência à fluência em altas temperaturas e geralmente é feito de ligas à base de níquel ou materiais cerâmicos.
Os requisitos de precisão de ajuste do molde são extremamente altos, especialmente para perfis complexos, a dificuldade de processamento e o custo aumentam significativamente;
Durante o processo de conformação, o atrito e a distribuição de temperatura entre a placa e o molde devem ser rigorosamente controlados para evitar desbaste ou rachaduras locais.
Portanto, atualmente esse processo é usado principalmente para pesquisas experimentais ou peças específicas de alta-precisão, e a aplicação industrial ainda precisa de mais avanços na tecnologia de moldes e nas condições de lubrificação.
Seleção de processos e perspectivas
Na produção real, a seleção do processo deve ser feita de acordo com as características estruturais, requisitos de precisão, lote e custo das peças:
Formação a vácuo: adequada para peças de precisão de cavidades rasas ou profundas de placas finas, com foco no controle de custos e qualidade da superfície;
Conformação pneumática: adequada para formas tri-dimensionais complexas, chapas médias e pesadas e peças estruturais que requerem deformação uniforme;
Moldagem: atualmente limitada a testes e peças de alta precisão de-pequenos lotes-, pode haver espaço para melhorias com o desenvolvimento da tecnologia de moldes no futuro.
A tecnologia de conformação de superplásticos está se desenvolvendo na direção de processos de compósitos (como conformação a quente-formação de compósitos superplásticos), controle inteligente de processos (baseado em simulação numérica e monitoramento em tempo-real) e no desenvolvimento de novas ligas de titânio (materiais superplásticos de alta-taxa de deformação), o que expandirá ainda mais as perspectivas de aplicação de ligas de titânio no campo de estruturas leves e integradas.