Titane de formage à chaud

Environ les deux tiers de tout le titane produit chaque année sont utilisés dans les moteurs et les châssis d'avions. Photo publiée avec l'aimable autorisation d'Airbus

Beckwood a construit cette presse hydraulique de formage à chaud de 400 tonnes pour un important fournisseur de composants structurels en titane pour l'aérospatiale. La presse comporte des plateaux de 48 par 96 pouces capables d'atteindre des températures allant jusqu'à 1 800 F. Photo avec l'aimable autorisation de Beckwood Corp.

Les systèmes de portes isolées automatisées contiennent la chaleur dans la chambre de formage tout en permettant l'accès pour le chargement et le déchargement des pièces. Les opérateurs ont besoin d'équipements de protection individuelle, notamment des gants résistant à la chaleur, des manchettes et des protections oculaires. Photo publiée avec l'aimable autorisation de Beckwood Corp.

Cette presse de formage à chaud est équipée de cartouches chauffantes électriques multizones installées dans des passages percés au pistolet. Cela contrôle la température à ± 10 F. Photo avec l'aimable autorisation de Beckwood Corp.

La chaleur intense générée par le formage à chaud provoque souvent un gauchissement de la matrice. Pour contrer cet effet, Beckwood a développé la technologie de contrôle actif du niveau (ALC). À l'aide d'un système de surveillance en boucle fermée, ALC maintient un parallélisme lit-à-bélier de ± 0,004 pouce. Photo publiée avec l'aimable autorisation de Beckwood Corp.

Le formage à chaud a été utilisé pour créer ces composants aérospatiaux en titane. Photo publiée avec l'aimable autorisation de MSM Aerospace Fabricators

Le titane a le rapport résistance/poids le plus élevé de tous les métaux. Il est aussi solide que certains aciers, mais 45 % plus léger. Le titane est également apprécié pour sa résistance à la corrosion, sa résistance à la fatigue, sa résistance aux fissures et sa capacité à résister à des températures modérément élevées sans fluage.

En conséquence, le titane est utilisé pour fabriquer une variété de composants aérospatiaux, y compris des pièces structurelles, des nervures, des murs coupe-feu et des trains d'atterrissage. Dans les moteurs à réaction, le titane est utilisé pour les rotors, les aubes de compresseur, les composants hydrauliques et les nacelles. En fait, environ les deux tiers de tout le titane produit chaque année sont utilisés dans les moteurs et les châssis d'avions. Le Boeing 777 contient environ 59 tonnes métriques de titane, tandis que l'Airbus A340 contient 32 tonnes de métal.

Les propriétés qui rendent le titane idéal pour les composants aérospatiaux rendent également sa mise en forme difficile. Les techniques de formage à froid standard peuvent être utilisées pour former de nombreux alliages de titane. Cependant, le retour élastique peut être un problème et la fissuration dans les rayons de courbure est courante.

L'ajout de chaleur au processus résout ces problèmes. Le formage à chaud est un processus qui chauffe le titane et d'autres alliages à haute résistance à des températures extrêmes, ce qui leur permet d'être formés dans la presse alors qu'ils sont dans un état souple et malléable. Le processus de formage à chaud utilise des plateaux chauffants pour chauffer une ébauche froide ou légèrement réchauffée pendant le cycle de presse. L'introduction de chaleur à l'intérieur de la presse augmente la capacité de former des formes complexes à des tonnages inférieurs sans se soucier de la fracturation, du retour élastique ou des contraintes résiduelles. Du fait que la malléabilité du matériau est augmentée, les presses de formage à chaud ont généralement des tonnages beaucoup plus faibles que les presses de formage à froid remplissant la même fonction.

Le temps de cycle varie de 10 à 30 minutes. Les pièces entrent à froid, ressortent à chaud et se terminent par une microstructure similaire à celle de départ.

Les systèmes de portes isolées automatisées contiennent la chaleur dans la chambre de formage tout en permettant l'accès pour le chargement et le déchargement des pièces. Les opérateurs ont besoin d'équipements de protection individuelle, notamment des gants résistant à la chaleur, des manchettes et des protections oculaires. Photo publiée avec l'aimable autorisation de Beckwood Corp.

Les pièces finies ne sont pas molles. En règle générale, les ingénieurs n'ont pas à se soucier de l'impression des caractéristiques de gestion des matériaux sur la pièce lorsqu'ils la retirent de la presse. Étant donné que le changement de température entre la machine et le sol de l'usine est si important, la pièce refroidit presque immédiatement à un état non mou lorsque la porte s'ouvre.

Un procédé similaire est le formage superplastique (SPF). Dans le formage à chaud, l'outil et l'ébauche sont chauffés de 900 à 1 600 F. SPF utilise des températures plus élevées - jusqu'à 2 000 F - en conjonction avec du gaz argon pour former le métal. Pendant le cycle, le matériau chauffé est serré entre une matrice et une plaque. L'argon gazeux est ensuite injecté dans la chambre de formage, poussant l'ébauche dans la matrice. Le temps de cycle varie de 20 à 40 minutes ou plus.

Les pièces résultantes ont une finition de surface fine et une forme presque nette, éliminant ainsi le besoin de finition secondaire. Alors que l'outillage pour le formage à chaud n'est pas très différent de l'outillage traditionnel en deux pièces, les outils SPF ne sont pas couplés, car le gaz est utilisé pour appliquer une force sur le métal.

Basée à Saint-Louis, Beckwood Corp. fabrique des presses hydrauliques et électriques et des machines de formage depuis 1976. La société a développé une gamme de presses de formage à chaud et SPF dédiées au formage de l'aluminium, du titane et d'autres alliages à haute résistance. La taille de la presse, le tonnage, les paramètres de cycle, les spécifications thermiques, les matériaux de platine et les commandes peuvent tous être personnalisés pour répondre aux besoins d'applications spécifiques.

Les machines sont équipées de cartouches chauffantes électriques multizones installées dans des passages percés au pistolet. Les thermocouples intégrés fournissent un retour de température et mesurent la température atmosphérique, et les prises de thermocouple peuvent être utilisées pour mesurer et enregistrer les températures des outils. Cela contrôle la température à ± 10 F et permet aux ingénieurs de programmer des décalages de température sur la longueur et la largeur du plateau.

Des composants et des matériaux spéciaux sont nécessaires pour supporter les températures extrêmes inhérentes à ces processus. Les plateaux sont fabriqués à partir de céramique, d'acier inoxydable ou d'autres alliages de métaux exotiques, selon les exigences de l'application.

Les caisses à plateaux ont une isolation en céramique et sont isolées du châssis de la presse par une rupture de pont thermique composée de plateaux refroidis à l'eau et d'un refroidisseur en boucle fermée. Cela résiste à la fissuration prématurée et assure une fiabilité à long terme.

Le contrôle de la chaleur est essentiel dans le formage à chaud, car il affecte l'efficacité du système et les coûts d'exploitation. La chaleur rayonnante est gérée par des écrans thermiques. Les unités de climatisation refroidissent les panneaux électriques et les thermocouples surveillent les conditions de fonctionnement dans les zones critiques. La durée de vie de l'élément chauffant peut être surveillée via des moniteurs de courant individuels ou par groupes.

Il existe quatre principales variables de processus dans le formage à chaud : la force, la température, la vitesse du piston et le temps de séjour.

Les systèmes de portes isolées automatisées contiennent la chaleur dans la chambre de formage tout en permettant l'accès pour le chargement et le déchargement des pièces et de l'outillage. Les caractéristiques de sécurité comprennent des barrières immatérielles, une protection périmétrique, des commandes de verrouillage, des navettes de lit et de l'huile hydraulique ignifuge. Les opérateurs auront besoin d'un équipement de protection individuelle, y compris des gants résistant à la chaleur, des couvre-bras et des écrans protecteurs pour les yeux.

La chaleur intense générée par le formage à chaud et le SPF provoque souvent un gauchissement de la matrice. Pour contrer cet effet et protéger la structure de chaque presse, Beckwood a développé la technologie de contrôle actif du niveau (ALC). À l'aide d'un système de surveillance en boucle fermée, ALC maintient un parallélisme lit-à-bélier de ± 0,004 pouce tout au long du cycle malgré un chargement décentré ou un gauchissement de la matrice.

Pour plus d'informations sur les presses, visitez https://beckwoodpress.com.