Горячая формовка титана - Черри Блоссом Инк.

Примерно две трети всего титана, производимого ежегодно, используется в авиационных двигателях и корпусах. Фото предоставлено Airbus

Компания Beckwood построила этот 400-тонный гидравлический пресс горячей штамповки для крупного поставщика титановых компонентов аэрокосмической отрасли. Пресс оснащен печатными плитами размером 48 на 96 дюймов, способными достигать температуры до 1800 F. Фотография любезно предоставлена Beckwood Corp.

Автоматизированные системы изолированных дверей удерживают тепло внутри формовочной камеры, обеспечивая при этом доступ для загрузки и разгрузки деталей. Операторам необходимы средства индивидуальной защиты, включая термостойкие перчатки, нарукавники и защитные очки. Фото любезно предоставлено Beckwood Corp.

Пресс для горячей штамповки оснащен многозонными электрическими патронными нагревателями, установленными в каналах, просверленных пистолетом. Это позволяет контролировать температуру с точностью до ±10 F. Фотография любезно предоставлена Beckwood Corp.

Интенсивное тепло, возникающее при горячей штамповке, часто приводит к короблению штампа. Чтобы противодействовать этому эффекту, компания Beckwood разработала технологию активного контроля выравнивания (ALC). Используя систему мониторинга с обратной связью, ALC поддерживает параллельность станины к плунжеру на уровне ±0,004 дюйма. Фото любезно предоставлено Beckwood Corp.

Для создания этих титановых аэрокосмических компонентов использовалась горячая штамповка. Фото предоставлено MSM Aerospace Fabricators

Титан имеет самое высокое соотношение прочности и веса среди всех металлов. Он такой же прочный, как некоторые стали, но на 45 процентов легче. Титан также ценится за свою коррозионную стойкость, усталостную прочность, устойчивость к растрескиванию и способность выдерживать умеренно высокие температуры без ползучести.

В результате титан используется для изготовления различных компонентов аэрокосмической отрасли, включая детали конструкции, нервюры, противопожарные перегородки и шасси. В реактивных двигателях титан используется для изготовления роторов, лопаток компрессоров, гидравлических компонентов и гондол. Фактически, около двух третей всего титана, производимого каждый год, используется в авиационных двигателях и корпусах. В Boeing 777 содержится около 59 тонн титана, а в Airbus A340 – 32 тонны металла.

Свойства, которые делают титан идеальным для компонентов аэрокосмической промышленности, также затрудняют его формовку. Стандартные методы холодной штамповки можно использовать для формования многих титановых сплавов. Однако возвратная пружина может стать проблемой, и растрескивание на радиусах изгиба является обычным явлением.

Добавление тепла в процесс решает эти проблемы. Горячая штамповка — это процесс, при котором титан и другие высокопрочные сплавы нагреваются до экстремальных температур, что позволяет формовать их в прессе в мягком, податливом состоянии. В процессе горячего формования используются нагретые плиты для нагрева холодной или слегка нагретой заготовки во время цикла прессования. Введение тепла внутрь пресса увеличивает возможность формовать сложные формы при меньшем тоннаже, не беспокоясь о разрушении, упругом возврате или остаточном напряжении. Поскольку пластичность материала повышается, прессы горячей штамповки обычно имеют гораздо меньший тоннаж, чем прессы холодной штамповки, выполняющие ту же функцию.

Время цикла варьируется от 10 до 30 минут. Детали охлаждаются, выходят горячими и заканчиваются той же микроструктурой, что и в начале.

Готовые детали не мягкие. Обычно инженерам не нужно беспокоиться о нанесении на деталь особенностей обращения с материалами при снятии ее с пресса. Поскольку разница температур между машиной и производственным цехом настолько значительна, деталь остывает до мягкого состояния почти сразу же, как только открывается дверь.

Похожий процесс – сверхпластическое формование (SPF). При горячей штамповке инструмент и заготовка нагреваются от 900 до 1600 F. SPF использует более высокие температуры — до 2000 F — в сочетании с газообразным аргоном для формирования металла. Во время цикла нагретый материал зажимается между матрицей и пластиной. Затем в формовочную камеру впрыскивается газ аргон, который проталкивает заготовку в матрицу. Время цикла колеблется от 20 до 40 минут и более.