En tant que processus clé dans la fabrication de pièces structurelles complexes, la technologie de formage superplastique des plaques d'alliage de titane a des applications importantes dans l'aérospatiale, l'industrie automobile et d'autres domaines. Cet article fournit une explication professionnelle et une analyse technique des trois méthodes principales de cette technologie : le formage sous vide, le formage pneumatique (moulage par soufflage) et le moulage (moulage par couplage).
Méthode de formage sous vide : formage de précision à basse-pression
Le formage sous vide consiste essentiellement à utiliser la différence de pression atmosphérique pour réaliser le formage de plaques, qui appartient à la catégorie du formage à basse -pression, qui peut être divisé en méthode de poinçonnage et méthode de matrice concave.
Méthode de poinçonnage : la plaque chauffée à la température superplastique est adsorbée sur la matrice de poinçonnage avec les caractéristiques de forme interne de la pièce, ce qui convient aux pièces à cavité profonde qui nécessitent une précision dimensionnelle élevée à l'intérieur. Dans la fabrication de pièces structurelles de précision pour engins spatiaux, cette méthode peut contrôler efficacement la précision du profil et la répartition de l’épaisseur des parois afin de répondre aux exigences de stabilité dimensionnelle dans des conditions de travail extrêmes.
Méthode de matrice concave : la plaque est adsorbée sur la matrice concave avec la forme de la pièce et est principalement utilisée pour les pièces à cavité peu profonde avec une précision dimensionnelle élevée. Dans le domaine des pièces extérieures automobiles, cette méthode peut garantir une bonne qualité de surface et une bonne cohérence de forme, ce qui favorise la réalisation de moulages légers et intégrés.
Caractéristiques techniques et limites : une pression de formage sous vide de seulement environ . 0.1 MPa repose sur le comportement superplastique du matériau pour les pièces comportant des plaques minces (généralement < 2 mm d'épaisseur) et des variations de courbure douces. Pour les pièces de grandes épaisseurs ou de structures complexes, la capacité de formage est limitée et une optimisation des processus et une modification des matériaux sont nécessaires pour élargir leur gamme d'applications.
Méthode de formage sous pression d'air (méthode de moulage par soufflage) : formage flexible sous pression d'air contrôlable
Le formage sous pression pneumatique applique une pression contrôlée à travers un gaz inerte (tel que l'argon) pour insérer progressivement la plaque à l'état superplastique dans le moule, qui est divisé en deux catégories : le moulage par soufflage libre et le moulage par soufflage en moule.
Moulage par soufflage libre : aucun moule n'est requis, la plaque est librement dilatée par la pression de l'air et est souvent utilisée pour des pièces sphériques, en forme de capot- et autres pièces axisymétriques. Ses avantages sont un faible coût de moulage et un temps de cycle court, mais le contrôle de la forme repose sur l'ajustement des paramètres du processus, adapté à la production d'essais ou à la production de petits lots.
Moulage par soufflage de moule :
Formation du poinçon : La pression de l’air agit sur l’extérieur de la plaque, la faisant s’enrouler autour du poinçon. La forme interne de la pièce a une grande précision et un grand rapport profondeur-sur-largeur, mais la difficulté de démoulage et l'utilisation du matériau sont faibles et le fond est facile à épaissir.
Formation de moule concave : la pression de l'air agit sur l'intérieur de la plaque pour la faire entrer dans la cavité concave du modèle. La forme de la pièce présente une grande précision, un démoulage facile et une utilisation élevée du matériau, mais le rapport d'aspect est limité et l'épaisseur du fond est relativement faible.
Avantages du processus : le formage pneumatique peut ajuster la pression dans la plage de 0,3 à 2,0 MPa pour s'adapter à des géométries plus complexes et à des déformations plus importantes. Le frottement est faible et l'état de contrainte est uniforme pendant le processus de déformation, ce qui favorise l'amélioration de la cohérence de la limite de formation du matériau et des propriétés mécaniques des pièces.
Méthode de moulage (moulage par couplage) : formage de contact de haute-précision
Le moulage est mis sous pression avec les matrices supérieure et inférieure fermées et est formé à une vitesse de déformation très faible (généralement 10⁻⁴–10⁻³ s⁻¹) à des températures superplastiques. Bien que des pièces de haute-précision et de haute-qualité de surface soient théoriquement disponibles, les défis suivants sont présentés :
Le moule doit avoir une bonne stabilité thermique et une bonne résistance au fluage à des températures élevées, et est généralement constitué d'alliages à base de nickel-ou de matériaux céramiques.
Les exigences de précision d'ajustement du moule sont extrêmement élevées, en particulier pour les profils complexes, la difficulté de traitement et le coût augmentent considérablement ;
Pendant le processus de formage, la friction et la répartition de la température entre la plaque et le moule doivent être strictement contrôlées pour éviter un amincissement ou une fissuration locale.
Par conséquent, ce processus est actuellement principalement utilisé pour la recherche expérimentale ou pour des pièces spécifiques de haute-précision, et les applications industrielles nécessitent encore de nouvelles avancées en matière de technologie des moules et de conditions de lubrification.
Sélection des processus et perspectives
En production réelle, le choix du processus doit être effectué en fonction des caractéristiques structurelles, des exigences de précision, du lot et du coût des pièces :
Formage sous vide : convient aux pièces de précision à cavité peu profonde ou à cavité profonde de plaques minces, en se concentrant sur le contrôle des coûts et la qualité de surface ;
Formage pneumatique : adapté aux formes tridimensionnelles complexes-, aux plaques moyennes et lourdes et aux pièces structurelles nécessitant une déformation uniforme ;
Moulage : actuellement limité aux tests et aux pièces-de haute précision en petits lots-de haute précision, il pourrait y avoir des améliorations à apporter avec le développement de la technologie des moules à l'avenir.
La technologie de formage superplastique se développe dans le sens des processus composites (tels que le formage à chaud-des composites superplastiques), du contrôle intelligent des processus (basé sur la simulation numérique et la surveillance-en temps réel) et du développement de nouveaux alliages de titane (matériaux superplastiques à taux de déformation élevé{{2}), qui élargiront encore les perspectives d'application des alliages de titane dans le domaine des structures légères et intégrées.