Газоформование горячего металла - Hot metal gas forming

Газоформование горячего металла (HMGF) - метод умереть формирование в котором металл трубка нагревается до податливого состояния, близкого, но ниже его температура плавления, а затем под внутренним давлением газ для придания наружной форме трубки формы, определяемой охватывающей полостью матрицы. Высокие температуры позволяют металлу удлиняться или растягиваться до гораздо большей степени без разрыва, чем это возможно в ранее используемых холодный и методы горячего формования. Кроме того, из металла можно формовать более мелкие детали, и для него требуется меньшее усилие формования, чем при традиционных методах.

История и сравнение с предыдущими методами

HMGF - это эволюция экономической эффективности и применимости нескольких существующих коммерческих процессов: сверхпластическая формовка, горячей выдувание,[1] и гидроформовка.

Сложные трубы могут быть изготовлены из нескольких листовых компонентов, сформированных и сваренных вместе, но это увеличивает ненужные затраты и создает проблемы с качеством стыков. В гидроформинге используется жидкость под экстремальным давлением для формирования металлических труб. Он был разработан для сантехнической промышленности и к 1990 году достиг эффективности производства, подходящей для массовых автомобилей. Обычно гидроформование проводится при температуре окружающей среды и ограничивает удлинение металлов при формовании до 8–12% увеличения диаметра для алюминий, 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 образования окружающих труб. HMGF может формировать трубы большей сложности только за один этап формования и, как правило, при более низком внутреннем давлении, чем при традиционном гидроформовании труб.

Выдувание началось с стекло давным-давно, и сейчас это широко распространенный метод формования пластмассы в полые конструкции. Опять же, свойства нагретого материала обеспечивают множество технологических преимуществ. Теплое формование было предметом обширных исследований в последние десятилетия. Он определяется как образование выше температуры окружающей среды, но ниже температуры рекристаллизации сплава,[2] и, используя принципы гидроформ, могут быть выполнены на трубках. Температуры обычно ограничены из соображений безопасности вокруг нагретых формующих жидкостей.[3] При этих температурах время цикла может быть относительно большим, а относительное удлинение все еще не приближается к удлинению при горячей штамповке.[4]

Сверхпластическое формование часто применяется в аэрокосмической промышленности, но оно требует использования очень мелкозернистых металлических сплавов, деформируемых до очень больших значений деформации, но с очень низкой скоростью деформации. Поэтому HMGF потенциально быстрее, чем сверхпластическое формование.

Как естественная эволюция, потребность в HMGF породила исследования, начиная с 1990-х годов. Короткое время цикла, недорого инструменты и оборудование, возникающее в результате давления на порядок ниже, чем при гидроформовке, и экстремальные коэффициенты формования из-за высокотемпературного формования создают убедительные экономические предпосылки для крупносерийного низкозатратного производства.

В 1999 году разработка методов HMGF началась как Программа передовых технологий (ATP) проект, финансируемый нас Национальный институт стандартов и технологий (NIST).[5] Этот проект был завершен в 1993 году, и исследования показали, что возможны коэффициенты расширения до 150% для алюминия и 50% для стали с возможностью дальнейшего расширения за счет использования торцевой подачи материала для минимизации утонения стенок.[1]

Чтобы идти в ногу с исследованиями в США, европейский проект финансировался Исследовательский фонд угля и стали (RFCS). Начиная с июля 2004 года, продолжительностью 3 года, в рамках этого проекта продолжалось изучение процесса HMGF. К 2007 году консорциум европейских исследовательских и коммерческих организаций подтвердил 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 стенки и задержки разрыв.[6] Метод, использованный в этих экспериментах, запатентован под Патент США 7 285 761 .[нужна цитата ]

Также в Европе параллельные исследования дали новаторский подход к концепции. К 2006 году метод газоформования чугуна HEATform показал доказательства уникальных металлических форм, которые «исторически были возможны только в области выдувание стекла и формованные с раздувом детали »с алюминиевым формованием с коэффициентом расширения более 270% при предполагаемом времени производственного цикла в 20 секунд. Ссылаясь на то, что закалка и последующее разрушение ограничат формирование алюминиевого сплава при температуре ниже 460 ° C (860 ° F), лучший поведение потока наблюдалось при 550 ° C (1022 ° F). Это значительно выше, чем возможности формовки под давлением теплой жидкости или теплого газа.Техники управления концевой подачей HEATform обеспечивали равномерную толщину стенки до значений деформации 300%.[7]

В то время как значительные исследования совместимости материалов и методов прогнозного анализа продолжаются, формование чугуна газом было коммерциализировано, по крайней мере, одной компанией, которая обеспечивает горячее расширение в сочетании с подачей материала на конце.

Приложения

Типичные приложения находятся в автомобильный и аэрокосмическая промышленность где хорошо известна предшествующая технология гидроформинга. Другие приложения включают спортивное оборудование и мебель. Возможность использования нескольких материалов используется в декоративных деталях и сантехника.[нужна цитата ]

Материалы

Процесс HMGF совместим практически с любым металлом.[нужна цитата ] Наиболее значительным преимуществом HMGF является то, что устойчивые к холодной форме материалы становятся пригодными для сложной формовки. Часто сплавы улучшают дорогими материалами, чтобы обеспечить холодную штамповку и увеличить обрабатываемость однако с HMFG можно использовать менее дорогой сплав, что снижает стоимость штучных изделий. Одним из примеров является использование ферритные нержавеющие стали, как и сплав 1.4512 для компонентов выхлопной системы. Обычно более дорогие аустенитные нержавеющий выбран, как и сплав 1.4301, для деталей, требующих сложной формовки, из-за его 40% преимущества в формуемости при температуре окружающей среды (38,5% против 27,4% типичных А%).[8]В HMGF можно использовать закаливаемые металлические сплавы (например, борсодержащие стали). В этом случае матрица может использоваться не только как инструмент для формования, но и как инструмент для отпуска, так что окончательная твердость сформированной трубы после формования и охлаждения увеличивается. В этом случае процесс часто называют «закалкой под прессом».

Примечания

  1. ^ а б Билл Дайкстра (2001). «Формовка горячим металлом газом для изготовления конструктивных элементов транспортных средств», MetalForming
  2. ^ «Архивная копия». Архивировано из оригинал на 2009-06-06. Получено 2009-07-27.CS1 maint: заархивированная копия как заголовок (связь)
  3. ^ xiГарри Сингх (2006) «Теплоформирование: новая свобода в формировании трубчатых конструкций» (отчет конференции); 4-я Ежегодная конференция и выставка по гидроформингу в Северной Америке - сентябрь 2006 г.
  4. ^ Инъют Ауэ-у-лан и др. (2006), «Горячий формовочный магний, алюминиевые трубы», The Fabricator, 2006‐3‐10, заимствовано 2009‐12‐6 из thefabricator.com
  5. ^ Краткое описание проекта ATP, http://jazz.nist.gov/atpcf/prjbriefs/prjbrief.cfm?ProjectNumber=98‐01‐0168
  6. ^ Zarazua, J.I .; Вадилло, Л .; Mangas, A .; Santos, M .; Gutierrez, M .; Gonzalez, B .; Testani, C .; Аргентеро, С. (май 2007 г.), «Альтернативный процесс гидроформования высокопрочных труб из нержавеющей стали в автомобильной промышленности IDDRG2007» (PDF), Международная конференция IDDRG 2007, Дьер, Венгрия, заархивировано из оригинал (PDF) на 2011-07-28.
  7. ^ Гарри Сингх (2006) «Теплоформирование: новая свобода в формировании трубчатых конструкций» (отчет конференции); 4-я Ежегодная конференция и выставка по гидроформингу в Северной Америке - сентябрь 2006 г.
  8. ^ Вадилло, Л .; Сантос, М. Т .; Gutierrez, M.A .; Pérez, I .; González, B .; Утхайсангсук, В. (май 2007 г.), «Моделирование и экспериментальные результаты технологии газоформования горячего металла для формовки труб из высокопрочной стали и нержавеющей стали» (PDF), Международная конференция IDDRG 2007, Дьер, Венгрия, архивировано из оригинал (PDF) на 2011-07-28.

внешняя ссылка