ในฐานะที่เป็นกระบวนการสำคัญในการผลิตชิ้นส่วนโครงสร้างที่ซับซ้อน เทคโนโลยีการขึ้นรูปพลาสติกซุปเปอร์แผ่นโลหะผสมไทเทเนียมมีการใช้งานที่สำคัญในอุตสาหกรรมการบินและอวกาศ อุตสาหกรรมยานยนต์ และสาขาอื่นๆ บทความนี้จะให้คำอธิบายอย่างมืออาชีพและการวิเคราะห์ทางเทคนิคของวิธีการหลักสามวิธีของเทคโนโลยีนี้: การขึ้นรูปสุญญากาศ การขึ้นรูปด้วยลม (การขึ้นรูปแบบเป่า) และการขึ้นรูปแบบ (การขึ้นรูปแบบข้อต่อ)
วิธีการขึ้นรูปสุญญากาศ: การขึ้นรูปด้วยแรงดันต่ำ-ด้วยความแม่นยำ
การขึ้นรูปสุญญากาศนั้นจำเป็นเพื่อใช้ความแตกต่างของความดันบรรยากาศในการขึ้นรูปแผ่น ซึ่งอยู่ในหมวดหมู่ของการขึ้นรูปด้วยความดันต่ำ- ซึ่งสามารถแบ่งออกเป็นวิธีพันช์ดายและวิธีเว้าดาย
วิธีการพันช์: แผ่นที่ให้ความร้อนถึงอุณหภูมิซุปเปอร์พลาสติกจะถูกดูดซับบนแม่พิมพ์พันช์โดยมีลักษณะรูปร่างภายในของชิ้นส่วน ซึ่งเหมาะสำหรับชิ้นส่วนที่มีโพรงลึกที่ต้องการความแม่นยำด้านมิติสูงจากด้านใน ในการผลิตชิ้นส่วนโครงสร้างที่มีความแม่นยำของยานอวกาศ วิธีการนี้สามารถควบคุมความถูกต้องของโปรไฟล์และการกระจายความหนาของผนังได้อย่างมีประสิทธิภาพ เพื่อตอบสนองความต้องการความเสถียรของมิติภายใต้สภาพการทำงานที่รุนแรง
วิธีการเว้าแม่พิมพ์: แผ่นจะถูกดูดซับบนแม่พิมพ์เว้าตามรูปร่างของชิ้นส่วน และส่วนใหญ่จะใช้สำหรับชิ้นส่วนช่องตื้นที่มีความแม่นยำมิติสูง ในด้านชิ้นส่วนภายนอกของยานยนต์ วิธีการนี้สามารถรับประกันคุณภาพพื้นผิวที่ดีและรูปร่างที่สม่ำเสมอ ซึ่งเอื้อต่อการทำให้เกิดการขึ้นรูปที่มีน้ำหนักเบาและบูรณาการ
คุณลักษณะและข้อจำกัดทางเทคนิค: แรงดันขึ้นรูปสุญญากาศเพียงประมาณ. 0.1 MPa ขึ้นอยู่กับพฤติกรรมซุปเปอร์พลาสติกของวัสดุสำหรับชิ้นส่วนที่มีแผ่นบาง (โดยทั่วไปมีความหนา < 2 มม.) และการเปลี่ยนแปลงของความโค้งที่ราบรื่น สำหรับชิ้นส่วนที่มีความหนามากหรือโครงสร้างที่ซับซ้อน ความสามารถในการขึ้นรูปมีจำกัด และจำเป็นต้องมีการปรับปรุงกระบวนการและการปรับเปลี่ยนวัสดุเพื่อขยายขอบเขตการใช้งาน
วิธีการขึ้นรูปด้วยแรงดันอากาศ (วิธีการเป่าขึ้นรูป): การขึ้นรูปแบบยืดหยุ่นภายใต้แรงดันอากาศที่ควบคุมได้
การขึ้นรูปด้วยแรงดันลมจะใช้แรงดันที่ควบคุมผ่านก๊าซเฉื่อย (เช่น อาร์กอน) เพื่อค่อยๆ ใส่แผ่นในสถานะซุปเปอร์พลาสติกลงในแม่พิมพ์ ซึ่งแบ่งออกเป็นสองประเภท: การขึ้นรูปแบบเป่าอิสระและการขึ้นรูปแบบเป่าด้วยแม่พิมพ์
การขึ้นรูปแบบเป่าฟรี: ไม่จำเป็นต้องใช้แม่พิมพ์ แผ่นจะขยายได้อย่างอิสระตามแรงดันอากาศ และมักใช้กับชิ้นส่วนทรงกลม ฮู้ด- และชิ้นส่วนแกนสมมาตรอื่นๆ ข้อดีของมันคือต้นทุนแม่พิมพ์ต่ำและรอบเวลาสั้น แต่การควบคุมรูปร่างอาศัยการปรับพารามิเตอร์กระบวนการ เหมาะสำหรับการผลิตทดลองหรือการผลิตเป็นชุดขนาดเล็ก
แม่พิมพ์เป่า:
การขึ้นรูปพั้นช์: แรงดันอากาศกระทำที่ด้านนอกของเพลต ทำให้เกิดการพันรอบพันช์ รูปร่างภายในของชิ้นส่วนมีความแม่นยำสูงและมีอัตราส่วนความลึก-ถึง-กว้างมาก แต่ความยากในการรื้อถอนและการใช้วัสดุมีน้อย และส่วนล่างก็ข้นได้ง่าย
การขึ้นรูปแม่พิมพ์เว้า: แรงดันอากาศกระทำที่ด้านในของแผ่นเพื่อให้พอดีกับช่องแบบจำลองเว้า รูปร่างของชิ้นส่วนมีความแม่นยำสูง ขึ้นรูปง่าย และมีการใช้วัสดุสูง แต่อัตราส่วนกว้างยาวมีจำกัด และความหนาของด้านล่างค่อนข้างเล็ก
ข้อดีของกระบวนการ: การขึ้นรูปด้วยลมสามารถปรับความดันในช่วง 0.3–2.0 MPa เพื่อรองรับรูปทรงที่ซับซ้อนมากขึ้นและการเสียรูปที่มีขนาดใหญ่ขึ้น แรงเสียดทานมีน้อยและสภาวะความเค้นสม่ำเสมอในระหว่างกระบวนการเปลี่ยนรูป ซึ่งเอื้อต่อการปรับปรุงความสม่ำเสมอของขีดจำกัดในการขึ้นรูปวัสดุและคุณสมบัติทางกลของชิ้นส่วน
วิธีการขึ้นรูป (การขึ้นรูปข้อต่อ): การขึ้นรูปหน้าสัมผัสที่มีความแม่นยำสูง-
การขึ้นรูปจะได้รับแรงดันโดยปิดแม่พิมพ์ด้านบนและด้านล่าง และจะเกิดขึ้นที่อัตราความเครียดต่ำมาก (โดยทั่วไปคือ 10⁻⁴–10⁻³ s⁻¹) ที่อุณหภูมิซูเปอร์พลาสติก แม้ว่าในทางทฤษฎีจะมีชิ้นส่วนที่มีความแม่นยำสูง แต่มีคุณภาพพื้นผิวสูง- แต่ก็มีความท้าทายดังต่อไปนี้:
แม่พิมพ์ต้องมีเสถียรภาพทางความร้อนที่ดีและต้านทานการคืบคลานที่อุณหภูมิสูง และโดยทั่วไปมักทำจากโลหะผสมที่มีนิกเกิล-หรือวัสดุเซรามิก
ข้อกำหนดด้านความแม่นยำของแม่พิมพ์นั้นสูงมาก โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับโปรไฟล์ที่ซับซ้อน ความยากในการประมวลผลและต้นทุนเพิ่มขึ้นอย่างมาก
ในระหว่างกระบวนการขึ้นรูป การกระจายแรงเสียดทานและอุณหภูมิระหว่างแผ่นและแม่พิมพ์จะต้องได้รับการควบคุมอย่างเข้มงวดเพื่อหลีกเลี่ยงการทำให้ผอมบางหรือแตกร้าวในท้องถิ่น
ดังนั้น ปัจจุบันกระบวนการนี้ส่วนใหญ่ใช้สำหรับการวิจัยเชิงทดลองหรือชิ้นส่วนที่มีความแม่นยำสูง-โดยเฉพาะ และการใช้งานทางอุตสาหกรรมยังคงต้องมีการพัฒนาเพิ่มเติมในด้านเทคโนโลยีแม่พิมพ์และสภาวะการหล่อลื่น
การเลือกกระบวนการและโอกาส
ในการผลิตจริง การเลือกกระบวนการควรทำตามลักษณะโครงสร้าง ข้อกำหนดด้านความแม่นยำ ชุดและราคาของชิ้นส่วน:
การขึ้นรูปสูญญากาศ: เหมาะสำหรับชิ้นส่วนที่มีความแม่นยำของช่องตื้นหรือช่องลึกของแผ่นบาง โดยเน้นที่การควบคุมต้นทุนและคุณภาพพื้นผิว
การขึ้นรูปด้วยลม: เหมาะสำหรับรูปทรงสามมิติที่ซับซ้อน- แผ่นเพลทขนาดกลางและหนัก และชิ้นส่วนโครงสร้างที่ต้องการการเสียรูปสม่ำเสมอ
การขึ้นรูป: ปัจจุบันจำกัดเฉพาะการทดสอบและชิ้นส่วนที่มีความแม่นยำสูง-เป็นชุด-จำนวนน้อย อาจมีช่องว่างสำหรับการปรับปรุงด้วยการพัฒนาเทคโนโลยีแม่พิมพ์ในอนาคต
เทคโนโลยีการขึ้นรูปซุปเปอร์พลาสติกกำลังพัฒนาไปในทิศทางของกระบวนการคอมโพสิต (เช่น การขึ้นรูปร้อน-การขึ้นรูปคอมโพสิตซูเปอร์พลาสติก) การควบคุมกระบวนการที่ชาญฉลาด (ขึ้นอยู่กับการจำลองเชิงตัวเลขและการตรวจสอบเวลาจริง{{1}) และการพัฒนาโลหะผสมไทเทเนียมใหม่ (วัสดุซุปเปอร์พลาสติกที่มีอัตราความเครียดสูง-) ซึ่งจะขยายโอกาสในการประยุกต์โลหะผสมไทเทเนียมในด้านโครงสร้างน้ำหนักเบาและบูรณาการต่อไป