Como proceso clave en la fabricación de piezas estructurales complejas, la tecnología de conformado superplástico de placas de aleación de titanio tiene importantes aplicaciones en la industria aeroespacial, automotriz y otros campos. Este artículo proporciona una explicación profesional y un análisis técnico de los tres métodos principales de esta tecnología: conformado al vacío, conformado neumático (moldeo por soplado) y moldeado (moldeo por acoplamiento).
Método de conformado al vacío: conformado de precisión a baja-presión
El conformado al vacío consiste esencialmente en utilizar la diferencia de presión atmosférica para realizar el conformado de placas, que pertenece a la categoría de conformado a baja-presión, que se puede dividir en método de troquel punzonado y método de troquel cóncavo.
Método de punzonado: la placa calentada a una temperatura superplástica se adsorbe en el troquel del punzón con las características de forma interna de la pieza, lo que es adecuado para piezas de cavidades profundas que requieren una alta precisión dimensional en el interior. En la fabricación de piezas estructurales de precisión de naves espaciales, este método puede controlar eficazmente la precisión del perfil y la distribución del espesor de la pared para cumplir con los requisitos de estabilidad dimensional en condiciones de trabajo extremas.
Método de matriz cóncava: la placa se adsorbe en la matriz cóncava con la forma de la pieza y se utiliza principalmente para piezas de cavidades poco profundas con alta precisión dimensional. En el campo de las piezas exteriores de automóviles, este método puede garantizar una buena calidad de la superficie y consistencia de la forma, lo que favorece la realización de molduras integradas y livianas.
Características técnicas y limitaciones: la presión de formación al vacío de solo aproximadamente . 0.1 MPa depende del comportamiento superplástico del material para piezas con placas delgadas (normalmente < 2 mm de espesor) y variaciones de curvatura suaves. Para piezas con grandes espesores o estructuras complejas, la capacidad de conformado es limitada y se requiere optimización del proceso y modificación del material para ampliar su rango de aplicación.
Método de formación por presión de aire (método de moldeo por soplado): formación flexible bajo presión de aire controlable
El conformado por presión neumática aplica una presión controlada a través de un gas inerte (como el argón) para colocar gradualmente la placa en estado superplástico en el molde, que se divide en dos categorías: moldeo por soplado libre y moldeo por soplado con molde.
Moldeo por soplado libre: no se requiere molde, la placa se expande libremente mediante presión de aire y a menudo se usa para piezas esféricas, con forma de campana-y otras piezas axisimétricas. Sus ventajas son el bajo costo del molde y el corto tiempo de ciclo, pero el control de la forma depende del ajuste de los parámetros del proceso, lo que es adecuado para la producción de prueba o la producción de lotes pequeños.
Moldeo por soplado:
Formación del punzón: la presión del aire actúa sobre el exterior de la placa, haciendo que ésta se enrolle alrededor del punzón. La forma interna de la pieza tiene una alta precisión y una gran relación de profundidad-a-ancho, pero la dificultad de desmoldeo y utilización del material son bajas, y la parte inferior es fácil de engrosar.
Formación de molde cóncavo: la presión del aire actúa en el interior de la placa para que encaje en la cavidad del modelo cóncavo. La forma de la pieza tiene alta precisión, fácil desmolde y alta utilización del material, pero la relación de aspecto es limitada y el espesor del fondo es relativamente pequeño.
Ventajas del proceso: el conformado neumático puede ajustar la presión en el rango de 0,3 a 2,0 MPa para adaptarse a geometrías más complejas y deformaciones más grandes. La fricción es pequeña y el estado de tensión es uniforme durante el proceso de deformación, lo que favorece la mejora de la consistencia del límite de formación del material y las propiedades mecánicas de las piezas.
Método de moldeo (moldeo por acoplamiento): conformado por contacto de alta-precisión
El moldeo se presuriza con los troqueles superior e inferior cerrados y se forma con una tasa de deformación muy baja (normalmente 10⁻⁴–10⁻³ s⁻¹) a temperaturas superplásticas. Si bien en teoría hay piezas de alta-precisión y alta-calidad superficial, se presentan los siguientes desafíos:
El molde debe tener buena estabilidad térmica y resistencia a la fluencia a altas temperaturas, y normalmente está hecho de aleaciones a base de níquel-o materiales cerámicos.
Los requisitos de precisión del ajuste del molde son extremadamente altos, especialmente para perfiles complejos, la dificultad de procesamiento y el costo aumentan significativamente;
Durante el proceso de conformado, la fricción y la distribución de temperatura entre la placa y el molde deben controlarse estrictamente para evitar adelgazamiento o agrietamiento local.
Por lo tanto, este proceso se utiliza actualmente principalmente para investigación experimental o piezas específicas de alta-precisión, y la aplicación industrial aún necesita más avances en la tecnología de moldes y las condiciones de lubricación.
Selección de procesos y perspectivas.
En la producción real, la selección del proceso debe realizarse de acuerdo con las características estructurales, los requisitos de precisión, el lote y el costo de las piezas:
Conformado al vacío: adecuado para piezas de precisión de cavidades poco profundas o profundas de placas delgadas, centrándose en el control de costos y la calidad de la superficie;
Conformado neumático: adecuado para formas tridimensionales-complejas, placas medianas y pesadas y piezas estructurales que requieren una deformación uniforme;
Moldeo: actualmente limitado a pruebas y lotes pequeños-de piezas de alta-precisión, es posible que haya margen de mejora con el desarrollo de la tecnología de moldes en el futuro.
La tecnología de conformado superplástico se está desarrollando en la dirección de procesos compuestos (como el conformado en caliente-compuesto superplástico), el control inteligente de procesos (basado en simulación numérica y monitoreo en tiempo real-) y el desarrollo de nuevas aleaciones de titanio (materiales superplásticos de alta-tasa de deformación), que ampliarán aún más las perspectivas de aplicación de las aleaciones de titanio en el campo de estructuras livianas e integradas.