Газообразование горячего металла
Газовая штамповка горячим металлом ( HMGF ) — это метод штамповки , при котором металлическую трубу нагревают до гибкого состояния, близкого к температуре плавления , но ниже , а затем создают внутреннее давление газа , чтобы придать трубе наружу определенную форму. закрытой полостью штампа. Высокие температуры позволяют металлу удлиняться или растягиваться без разрушения в гораздо большей степени, чем это было возможно при ранее использовавшихся методах холодной и горячей штамповки. Кроме того, из металла можно формовать более мелкие детали, и для этого требуется меньшее общее усилие формовки, чем традиционные методы.
История и сравнение с предыдущими методиками
[ редактировать ]HMGF представляет собой эволюцию экономической эффективности и применимости нескольких существующих коммерческих процессов: сверхпластическое формование , формование горячим раздувом , [ 1 ] и гидроформинг .
Сложные трубы могут быть изготовлены из нескольких листовых компонентов, сформированных и сваренных вместе, но это увеличивает ненужные затраты и создает проблемы с качеством соединений. Гидроформинг использует жидкость под экстремальным давлением для формирования металлических трубок. Он был разработан для сантехнической промышленности и к 1990 году достиг производственной эффективности, подходящей для крупносерийных автомобилей. Обычно гидроформовка проводится при температуре окружающей среды и ограничивает удлинение металлов при формовке до 8–12% увеличения диаметра для алюминия и 25–40% для стали . Это ограничивает сложность формы детали, которую можно изготовить. Кроме того, рабочие центры и инструменты могут быть большими и дорогими из-за внутреннего давления жидкости, необходимого для формирования труб с окружающей средой. HMGF способен формовать трубы более сложной формы всего за один этап формования и, как правило, при более низком внутреннем давлении, чем при традиционной гидроформовке труб.
Выдувное формование началось со стекла давно и в настоящее время является широко распространенным методом формования полых конструкций из пластика. Опять же, свойства нагретого материала обеспечивают множество преимуществ обработки. Теплая формовка была предметом обширных исследований в последние десятилетия. Его определяют как образование сплава при температуре выше температуры окружающей среды, но ниже температуры рекристаллизации. [ 2 ] и, используя принципы гидроформы, можно делать на трубках. Температуры обычно ограничиваются из соображений безопасности, связанных с нагретыми формовочными жидкостями. [ 3 ] При этих температурах время цикла может быть относительно большим, а удлинение все еще не приближается к горячему формованию. [ 4 ]
Сверхпластическая формовка часто применяется в аэрокосмической промышленности, но требует использования очень мелкозернистых металлических сплавов, деформируемых до очень больших значений деформации, но при очень низкой скорости деформации. Таким образом, HMGF потенциально быстрее, чем сверхпластическое формование.
В результате естественной эволюции потребность в HMGF вызвала исследования, начавшиеся в 1990-х годах. Быстрое время цикла, недорогие инструменты и оборудование, возникающие в результате давления, на порядок ниже, чем при гидроформинге, а также экстремальные коэффициенты формования из-за высокотемпературной формовки создают убедительное экономическое обоснование для крупносерийного производства с низкой себестоимостью.
В 1999 году разработка методов HMGF началась как проект Программы передовых технологий (ATP), финансируемый США Национальным институтом стандартов и технологий (NIST). [ 5 ] Этот проект был завершен в 1993 году, и исследования показали, что степень расширения алюминия может достигать 150%, а стали - 50%, с возможностью дальнейшего расширения за счет подачи материала с конца для минимизации утончения стенок. [ 1 ]
Чтобы идти в ногу с исследованиями в США, Европейский проект финансировался Исследовательским фондом угля и стали (RFCS). Начиная с июля 2004 года и продолжаясь 3 года, этот проект дополнительно исследовал процесс HMGF. К 2007 году консорциум европейских исследовательских и коммерческих организаций доказал концепции более простого нагрева и конструкции штампа и, сосредоточив внимание на более требовательных стальных сплавах, продемонстрировал свободную деформацию 140% за счет использования торцевой подачи для контроля утонения стенок и задержки разрушения . [ 6 ] Метод, использованный в этих экспериментах, запатентован под патентом США 7,285,761 . [ нужна ссылка ]
Также в Европе параллельные исследования позволили разработать инновационный подход к этой концепции. К 2006 году метод горячей газовой формовки металла HEATform продемонстрировал наличие уникальных металлических форм, которые «исторически были возможны только в области выдувания стекла и выдувных деталей», при этом степень расширения алюминия превышала 270% в запланированном производственном цикле. время 20 секунд. Ссылаясь на то, что закалка и последующее разрушение ограничивают формирование алюминиевого сплава при температуре ниже 460 ° C (860 ° F), наилучшее поведение текучести наблюдалось при 550 ° C (1022 ° F). Это значительно превышает возможности формирования давления теплой жидкости или теплого газа. Методы управления концевой подачей HEATform позволили добиться равномерной толщины стенки до значений деформации до 300%. [ 7 ]
Хотя значительные исследования совместимости материалов и методов прогнозного анализа продолжаются, горячее газовое формование металла было коммерциализировано по крайней мере одной компанией, которая обеспечивает горячее расширение в сочетании с подачей материала с конца.
Приложения
[ редактировать ]Типичными применениями являются автомобильная и аэрокосмическая промышленность , где хорошо известна предшествующая технология гидроформовки. Другие области применения включают спортивное оборудование и мебель . Возможность работы с несколькими материалами используется в декоративных заготовках и сантехнических приборах . [ нужна ссылка ]
Материалы
[ редактировать ]Процесс HMGF совместим практически с любым металлом. [ нужна ссылка ] Наиболее значительным преимуществом HMGF является то, что материалы, устойчивые к холодной формовке, становятся пригодными для сложной формовки. Часто в сплавы добавляют дорогие материалы, чтобы обеспечить холодную штамповку и повысить обрабатываемость , однако при использовании HMFG можно использовать менее дорогой сплав, что снижает цену за штуку. Одним из примеров является использование ферритных нержавеющих сталей , таких как сплав 1.4512, для компонентов выхлопной системы. Обычно более дорогая аустенитная нержавеющая сталь , такая как сплав 1.4301, выбирается для деталей, требующих сложной формовки, из-за ее 40%-ного преимущества в формуемости при температуре окружающей среды (38,5% против 27,4% типичного A%). [ 8 ] В HMGF можно использовать закаливаемые металлические сплавы (например, борсодержащие стали). В этом случае матрица может использоваться не только как формообразующий инструмент, но и как инструмент для отпуска, благодаря чему конечная твердость формованной трубы после формования и охлаждения увеличивается. В этом случае процесс часто называют «закалкой прессом».
Примечания
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б Билл Дайкстра (2001). «Газовая формовка горячего металла для производства конструктивных элементов транспортных средств», MetalForming
- ^ «Горячая и холодная формовка, теплая и промежуточная - инженер-механик» . Архивировано из оригинала 6 июня 2009 г. Проверено 27 июля 2009 г.
- ^ xiГарри Сингх (2006) «HEATforming: новая свобода в формировании трубчатых структур» (отчет конференции); 4-я ежегодная Североамериканская конференция и выставка по гидроформингу - сентябрь 2006 г.
- ^ Инъют Ауэ-у-лан и др. (2006), «Теплая формовка магниевых и алюминиевых трубок», The Fabricator, 2006-3-10, получено 6 декабря 2009-го с сайта thefabricator.com.
- ^ Краткое описание проекта ATP, http://jazz.nist.gov/atpcf/prjbriefs/prjbrief.cfm?ProjectNumber=98-01-0168. Архивировано 4 марта 2016 г. на Wayback Machine.
- ^ Заразуа, Дж.И.; Вадилло, Л.; Мангас, А.; Сантос, М.; Гутьеррес, М.; Гонсалес, Б.; Тестани, К.; Арджентеро, С. (май 2007 г.), «Альтернативный процесс гидроформовки для труб из высокопрочной и нержавеющей стали в автомобильной промышленности IDDRG2007» (PDF) , Международная конференция IDDRG 2007 , Дьёр , Венгрия , заархивировано из оригинала (PDF) 2011-07 гг. -28.
- ^ Гарри Сингх (2006) «HEATforming: новая свобода в формировании трубчатых структур» (отчет конференции); 4-я ежегодная Североамериканская конференция и выставка по гидроформингу - сентябрь 2006 г.
- ^ Вадилло, Л.; Сантос, Монтана; Гутьеррес, Массачусетс; Перес, И.; Гонсалес, Б.; Утаисангсук, В. (май 2007 г.), «Моделирование и экспериментальные результаты технологии газовой штамповки горячего металла для формовки труб из высокопрочной стали и нержавеющей стали» (PDF) , Международная конференция IDDRG 2007 , 908 , Дьёр, Венгрия: 1199, Бибкод : 2007AIPC..908.1199V , doi : 10.1063/1.2740973 , заархивировано из оригинала (PDF) 28 июля 2011 г.