Tváření horkého kovového plynu - Hot metal gas forming

Tváření horkého kovového plynu (HMGF) je metoda zemřít tváření ve kterém a kov trubka se zahřeje na poddajný stav, blízko, ale pod ním bod tání, poté vnitřně natlakován a plyn aby se trubka vytvarovala ven do tvaru definovaného uzavírací dutinou matrice. Vysoké teploty umožňují, aby se kov protáhl nebo natáhl do mnohem větších stupňů bez prasknutí, než je možné u dříve používaných Studený a metody tváření za tepla. Kromě toho lze kov tvarovat do jemnějších detailů a vyžaduje menší celkovou tvářecí sílu než tradiční metody.

Historie a srovnání s předchozími technikami

HMGF je vývoj v nákladové efektivnosti a použitelnosti několika stávajících komerčních procesů: superplastické tváření, horký vyfukování,[1] a hydroformování.

Složité trubky mohou být vyrobeny z více plechových komponentů formovaných a svařovaných dohromady, ale to zvyšuje zbytečné náklady a vytváří problémy se spoji. Hydroformování využívá kapalinu za extrémních tlaků k vytváření kovových trubek. Byl vyvinut pro instalatérský průmysl a do roku 1990 dosáhl efektivity výroby vhodné pro velká množství aut. Hydroformování se obvykle provádí při okolních teplotách a omezuje prodloužení tváření kovů na 8–12% zvýšení průměru hliník a 25–40% pro ocel. To omezuje složitost tvaru dílu, kterou lze vyrobit. Kromě toho mohou být pracovní centra a nástroje velké a drahé z důvodu vnitřních tlaků kapaliny potřebných pro vytvoření trubek v okolí. HMGF je schopen formovat trubky s větší tvarovou složitostí pouze v jednom kroku formování a obecně při nižším vnitřním tlaku než při konvenčním tvarování trubek.

Vyfukování začalo s sklenka dávno, a nyní je rozšířenou metodou tvarování plastů do dutých struktur. Vlastnosti zahřátého materiálu opět poskytují mnoho výhod zpracování. Tváření za tepla bylo v posledních desetiletích předmětem rozsáhlého výzkumu. Je definována jako tvorba nad okolní teplotou, ale pod teplotou rekrystalizace slitiny,[2] a pomocí principů hydroformu lze provádět na trubkách. Teploty jsou obvykle omezeny z bezpečnostních důvodů obklopujících ohřívané formovací kapaliny.[3] Při těchto teplotách mohou být doby cyklu stále relativně dlouhé a prodloužení se stále nepřibližují prodloužení za tepla.[4]

Superplastické tváření se často používá v leteckém a kosmickém průmyslu, ale vyžaduje použití velmi jemných kovových slitin, deformovaných až do velmi vysokých hodnot deformace, ale při velmi nízké rychlosti deformace. HMGF je tedy potenciálně rychlejší než superplastické tváření.

Jako přirozený vývoj vytvořila potřeba HMGF výzkum začínající v 90. letech. Rychlé doby cyklu, levné nástroje a strojní zařízení vyplývající z tlaků řádově nižších než hydroformování a extrémní poměry tváření v důsledku vysokoteplotního tváření vytvářejí přesvědčivý obchodní případ pro velkoobjemovou nízkonákladovou výrobu.

V roce 1999 začal vývoj technik HMGF jako Program pokročilých technologií (ATP) projekt financovaný NÁS Národní institut pro standardy a technologie (NIST).[5] Tento projekt byl dokončen v roce 1993 a výzkum ukázal, že je možné dosáhnout až 150% expanzních poměrů pro hliník a 50% pro ocel, s dalšími expanzními schopnostmi pomocí koncového podávání materiálu, aby se minimalizovalo ztenčení stěny.[1]

Aby bylo možné držet krok s americkým výzkumem, byl evropský projekt financován Evropskou unií Výzkumný fond pro uhlí a ocel (RFCS). Počínaje červencem 2004, s trváním 3 roky, tento projekt dále zkoumal proces HMGF. Do roku 2007 konsorcium evropských výzkumných a komerčních subjektů prokázalo koncepty jednoduššího vytápění a konstrukce lisovnice, a zatímco se zaměřilo na náročnější ocelové slitiny, ilustrovalo 140% volnou deformaci pomocí koncového podávání pro řízení ztenčení a zpoždění stěny prasknutí.[6] Metoda použitá v těchto experimentech je patentována pod US patent 7 285 761 .[Citace je zapotřebí ]

Rovněž v Evropě přinesl paralelní výzkum inovativní přístup k této koncepci. Do roku 2006 ukázala metoda HEATform formování plynného horkého kovu důkazy o jedinečných kovových tvarech, které „byly historicky možné pouze v oblasti foukání skla a vyfukované díly "s tvarováním hliníku přesahujícím 270% expanzní poměr při výrobní době cyklu 20 sekund. Uvedení tohoto tvrzení a následného rozbití omezí vytváření hliníkové slitiny pod 460 ° C (860 ° F), nejlepší tokové chování bylo pozorováno při 550 ° C (1 022 ° F). To je podstatně vyšší než schopnost formování tlaku teplé kapaliny nebo teplého plynu. Techniky řízení koncového podávání HEATform dosáhly jednotné tloušťky stěny až do 300% hodnot přetvoření.[7]

Zatímco probíhá významný výzkum technik kompatibility materiálů a prediktivní analýzy, formování plynného horkého kovu komercializovala alespoň jedna společnost, která poskytuje horkou expanzi ve spojení s koncovým podáváním materiálu.

Aplikace

Typické aplikace jsou v automobilový průmysl a letecký a kosmický průmysl kde je dobře známa prekurzorová technologie hydroformingu. Mezi další aplikace patří sportovní vybavení a nábytek. Možnost více materiálů se používá u dekorativních obrobků a vodovodní instalace.[Citace je zapotřebí ]

Materiály

Proces HMGF je kompatibilní s téměř jakýmkoli kovem.[Citace je zapotřebí ] Nejvýznamnější výhodou HMGF je to, že materiály odolné vůči studené formě se stanou životaschopnými pro komplexní tváření. Slitiny jsou často vylepšeny drahými materiály, aby umožnily tváření za studena a zvýšily se obrobitelnost, avšak s HMFG lze použít levnější slitinu, což snižuje kusové ceny. Jedním příkladem je použití feritické nerezové oceli, jako slitina 1.4512 pro výfukové komponenty. Typicky je to dražší austenitické nerez je zvolen, stejně jako slitina 1.4301, pro součásti vyžadující komplexní tváření díky své 40% výhodě v tvárné formovatelnosti (38,5% vs. 27,4% typicky A%).[8]V HMGF lze použít kalitelné slitiny kovů (např. Bórové oceli). V tomto případě může být matrice použita nejen jako tvarovací nástroj, ale také jako temperovací nástroj, takže se zvýší konečná tvrdost tvarované trubky po tváření a ochlazení. Proces se v tomto případě často nazývá „vytvrzení lisu“.

Poznámky

  1. ^ A b Bill Dykstra (2001). „Tavení plynu horkým kovem pro výrobu konstrukčních dílů vozidla“, MetalForming
  2. ^ „Archivovaná kopie“. Archivovány od originál dne 06.06.2009. Citováno 2009-07-27.CS1 maint: archivovaná kopie jako titul (odkaz)
  3. ^ xiHarry Singh (2006) „HEATforming: Nová svoboda při vytváření trubkových struktur“ (zpráva z konference); 4. výroční konference a výstava o hydroformování v Severní Americe - září 2006
  4. ^ Yingyout Aue-u-lan a kol. (2006), „Teplé tváření hořčíku, hliníkové trubky“, The Fabricator, 2006‐3‐10, získaný 2009‐12‐6 z thefabricator.com
  5. ^ Stručný popis projektu ATP, http://jazz.nist.gov/atpcf/prjbriefs/prjbrief.cfm?ProjectNumber=98‐01-0168
  6. ^ Zarazua, J.I .; Vadillo, L .; Mangas, A .; Santos, M .; Gutierrez, M .; Gonzalez, B .; Testani, C .; Argentero, S. (květen 2007), „Alternativní hydroformovací proces pro vysoce pevné a nerezové trubky v automobilovém průmyslu IDDRG2007“ (PDF), Mezinárodní konference IDDRG 2007, Győr, Maďarsko, archivovány z originál (PDF) dne 28. 7. 2011.
  7. ^ Harry Singh (2006) „HEATforming: Nová svoboda při vytváření trubkových struktur“ (zpráva z konference); 4. výroční konference a výstava o hydroformování v Severní Americe - září 2006
  8. ^ Vadillo, L .; Santos, M. T .; Gutierrez, M. A.; Pérez, I .; González, B .; Uthaisangsuk, V. (květen 2007), „Simulace a experimentální výsledky technologie tváření horkým kovovým plynem pro tváření vysokopevnostních ocelových a nerezových trubek“ (PDF), Mezinárodní konference IDDRG 2007, Győr, Maďarsko, archivovány od originál (PDF) dne 28. 7. 2011.

externí odkazy