Superplastic Forming:geavanceerde metaalbewerking voor lucht- en ruimtevaartinnovatie

Superplastisch vormen is een gespecialiseerd metaalbewerkingsproces waarmee platen van metaallegeringen zoals aluminium kunnen worden uitgerekt tot lengtes die tien keer zo groot zijn als die van conventionele legeringen, zonder de materiaaleigenschappen van het metaal aan te tasten. Het proces maakt de vervaardiging van complexe metalen onderdelen mogelijk, waardoor er geen bouten en bevestigingsmiddelen nodig zijn om individuele metalen onderdelen aan elkaar te bevestigen tot een grotere eenheid. Dit soort metaalvervorming wordt het vaakst gebruikt in de lucht- en ruimtevaartindustrie, maar heeft ook toepassingen voor prestatiesportuitrusting, maar ook in de energie-, defensie- en medische sector.

De wetenschap van metaalbewerking die wordt gebruikt bij superplastisch vormen wordt opgesplitst in drie vervormingsomstandigheden:microkorrel, transformatie en superplasticiteit door interne spanning. De belangrijkste methode voor metalen is de superplasticiteit van microkorrels, waarbij kristallijne korrelstructuren 10 micron of kleiner zijn. De temperatuur van het metaal moet ook ongeveer de helft bedragen van het smeltpunt van de metaallegering die wordt gevormd, en de reksnelheden variëren tussen 0,001 en 0,0001. Deze omstandigheden beperken de soorten legeringen die superplasticiteit vertonen tot een klein aantal.

Industriële processen voor het superplastisch vormen van plaatmetaal omvatten vacuüm- en thermovormen, dieptrekken en diffusiebinding. Bij vacuümvormen wordt gebruik gemaakt van variatie in de gasdruk om metaal tot een matrijs te vormen, terwijl bij thermovormen gebruik wordt gemaakt van gevestigde processen die traditioneel zijn bij de vervaardiging van thermoplastische materialen. Beide methoden zijn variaties op het vormen van heet metaalgas en hebben het voordeel dat er slechts één enkele matrijsbewerking nodig is om het onderdeel te maken.

Dieptrekken is een conventionele methode die wordt gebruikt bij het vormen van metaal en kan worden aangepast aan superplastisch vormen. Het vereist spanningsverharding om superplasticiteit te bereiken. Verdunnen en scheuren van het metalen onderdeel is echter mogelijk tijdens het proces, dus dit heeft meestal niet de voorkeur.

Diffusieverlijming was aanvankelijk geen proces voor het vormen van plaatmetaal, maar is aangepast aan het gebruik ervan. Aluminium-magnesiumlegeringen worden vaak bij deze methode gebruikt en kunnen tijdens het superplastische proces een verlenging hebben van maximaal 600%, maar bedragen gewoonlijk niet meer dan 300%. Onderdelen die zijn gemaakt door superplastische vorming en diffusiebinding worden gebruikt in zowel auto- als vliegtuigtoepassingen die niet structureel zijn en niet zo duur zijn als legeringen met een hoge sterkte.

Er zijn verschillende voordelen die metalen plaatdelen hebben die een superplastische vorming hebben ondergaan. Omdat hun vormen uitgebreider en groter kunnen zijn vanwege het grotere vermogen om het metaal uit te rekken, verlagen ze zowel het gewicht als de kosten van vliegtuigen en autovoertuigen, evenals van metalen onderdelen in andere industrieën. De montagetijd en complexiteit worden ook verminderd omdat er minder onderdelen aan elkaar bevestigd hoeven te worden. Spanningen tussen meerdere metalen onderdelen naarmate ze ouder worden en reageren op temperatuurveranderingen worden ook geminimaliseerd.

De industrie als geheel draagt bij aan een grote verscheidenheid aan onderzoek en nieuwe producten op dit gebied. De toegenomen veelzijdigheid van metalen plaatvormen maakt innovatie mogelijk in nieuwe stroomlijningen en ontwerpen in een groot aantal industriële en consumentenproducten. Superplastisch vormen is ook de sleutel tot innovatie op het gebied van aerodynamische en maritieme stroomlijning.

About Mechanics streeft ernaar nauwkeurige en betrouwbare informatie te verstrekken. We selecteren zorgvuldig gerenommeerde bronnen en hanteren een rigoureus proces van factchecking om aan de hoogste normen te voldoen. Lees ons redactionele proces voor meer informatie over onze toewijding aan nauwkeurigheid.