Titanio conformado en caliente

Aproximadamente dos tercios de todo el titanio producido cada año se utiliza en motores y armazones de aviones. Foto cortesía de Airbus

Beckwood construyó esta prensa hidráulica de conformado en caliente de 400 toneladas para un importante proveedor de componentes estructurales aeroespaciales de titanio. La prensa cuenta con platos de 48 por 96 pulgadas capaces de alcanzar temperaturas de hasta 1,800 F. Foto cortesía de Beckwood Corp.

Los sistemas de puertas aisladas automatizadas contienen calor dentro de la cámara de formación mientras permiten el acceso para cargar y descargar piezas. Los operadores necesitan equipo de protección personal, incluidos guantes resistentes al calor, cubiertas para los brazos y protectores para los ojos. Foto cortesía de Beckwood Corp.

Esta prensa de conformado en caliente está equipada con calentadores de cartucho eléctricos multizona instalados en pasajes perforados con pistola. Esto controla la temperatura dentro de ±10 F. Foto cortesía de Beckwood Corp.

El intenso calor generado por el conformado en caliente a menudo provoca la deformación del troquel. Para contrarrestar este efecto, Beckwood ha desarrollado la tecnología de control de nivelación activa (ALC). Usando un sistema de monitoreo de circuito cerrado, ALC mantiene un paralelismo de cama a pistón de ±0.004 pulgadas. Foto cortesía de Beckwood Corp.

Se utilizó el conformado en caliente para crear estos componentes aeroespaciales de titanio. Foto cortesía de MSM Aerospace Fabricators

El titanio tiene la mayor relación resistencia-peso de cualquier metal. Es tan resistente como algunos aceros, pero un 45 por ciento más ligero. El titanio también es apreciado por su resistencia a la corrosión, resistencia a la fatiga, resistencia a las grietas y capacidad para soportar temperaturas moderadamente altas sin arrastrarse.

Como resultado, el titanio se usa para fabricar una variedad de componentes aeroespaciales, incluidas piezas estructurales, nervaduras, muros contra incendios y trenes de aterrizaje. En los motores a reacción, el titanio se utiliza para rotores, álabes de compresores, componentes hidráulicos y góndolas. De hecho, alrededor de dos tercios de todo el titanio producido cada año se utiliza en motores y armazones de aviones. El Boeing 777 contiene aproximadamente 59 toneladas métricas de titanio, mientras que el Airbus A340 tiene 32 toneladas del metal.

Las propiedades que hacen que el titanio sea excelente para los componentes aeroespaciales también dificultan su formación. Las técnicas estándar de formación en frío se pueden utilizar para formar muchas aleaciones de titanio. Sin embargo, la recuperación elástica puede ser un problema y el agrietamiento en los radios de curvatura es común.

Agregar calor al proceso resuelve estos problemas. El conformado en caliente es un proceso que calienta el titanio y otras aleaciones de alta resistencia a temperaturas extremas, lo que les permite formarse en la prensa mientras se encuentran en un estado blando y maleable. El proceso de formación en caliente utiliza placas calentadas para calentar un blanco frío o ligeramente tibio durante el ciclo de la prensa. La introducción de calor dentro de la prensa aumenta la capacidad de formar formas complejas en tonelajes más bajos sin preocuparse por la fractura, el retroceso o la tensión residual. Debido a que aumenta la maleabilidad del material, las prensas de conformado en caliente suelen tener tonelajes mucho más bajos que las prensas de conformado en frío que realizan la misma función.

El tiempo del ciclo varía de 10 a 30 minutos. Las partes entran frías, salen calientes y terminan con una microestructura similar a la que tenían al principio.

Los sistemas de puertas aisladas automatizadas contienen calor dentro de la cámara de formación mientras permiten el acceso para cargar y descargar piezas. Los operadores necesitan equipo de protección personal, incluidos guantes resistentes al calor, cubiertas para los brazos y protectores para los ojos. Foto cortesía de Beckwood Corp.

Las piezas acabadas no son blandas. Por lo general, los ingenieros no necesitan preocuparse por imprimir características de manejo de materiales en la pieza cuando la retiran de la prensa. Debido a que el cambio de temperatura entre la máquina y el piso de la planta es tan significativo, la pieza se enfría casi inmediatamente cuando se abre la puerta.

Un proceso similar es la formación superplástica (SPF). En el formado en caliente, la herramienta y el blanco se calientan de 900 a 1600 F. SPF utiliza temperaturas más altas, hasta 2000 F, junto con gas argón para formar el metal. Durante el ciclo, el material calentado se sujeta entre una matriz y una placa. Luego se inyecta gas argón en la cámara de formación, empujando la pieza en bruto hacia la matriz. El tiempo del ciclo oscila entre 20 y 40 minutos o más.

Las piezas resultantes tienen un acabado superficial fino y tienen una forma casi neta, lo que elimina la necesidad de un acabado secundario. Mientras que el herramental para conformado en caliente no es muy diferente del herramental tradicional de dos piezas, las herramientas SPF no están acopladas, ya que se usa gas para aplicar fuerza al metal.

Con sede en St. Louis, Beckwood Corp. fabrica prensas hidráulicas y eléctricas y máquinas de conformado desde 1976. La empresa ha desarrollado una línea de prensas de conformado en caliente y SPF dedicadas al conformado de aluminio, titanio y otras aleaciones de alta resistencia. El tamaño de la prensa, el tonelaje, los parámetros del ciclo, las especificaciones de calor, los materiales de la placa y los controles se pueden personalizar para satisfacer las necesidades de aplicaciones específicas.

Las máquinas están equipadas con calentadores de cartucho eléctricos multizona instalados en pasajes perforados con pistola. Los termopares incorporados brindan retroalimentación de temperatura y miden la temperatura atmosférica, y los receptáculos de termopar se pueden usar para medir y registrar las temperaturas de las herramientas. Esto controla la temperatura dentro de ±10 F y permite a los ingenieros programar compensaciones de temperatura a lo largo y ancho de la placa.

Se necesitan componentes y materiales especiales para manejar las temperaturas extremas inherentes a estos procesos. Los platos se fabrican con cerámica, acero inoxidable u otras aleaciones de metales exóticos, según los requisitos de la aplicación.

Las cajas de placas tienen aislamiento cerámico y están aisladas del marco de la prensa con un puente térmico que consta de placas enfriadas por agua y un enfriador de circuito cerrado. Esto resiste el agrietamiento prematuro y proporciona confiabilidad a largo plazo.

El control del calor es fundamental en el conformado en caliente, ya que afecta la eficiencia del sistema y los costos operativos. El calor radiante se gestiona a través de escudos térmicos. Las unidades de aire acondicionado enfrían los paneles eléctricos y los termopares monitorean las condiciones de operación en áreas críticas. La vida útil del calentador se puede monitorear a través de monitores de corriente individuales o por grupos.

Hay cuatro variables de proceso principales en el conformado en caliente: fuerza, temperatura, velocidad del ariete y tiempo de permanencia.

Los sistemas de puertas aisladas automatizadas contienen calor dentro de la cámara de formación mientras permiten el acceso para cargar y descargar piezas y herramientas. Las características de seguridad incluyen cortinas de luz, protección perimetral, controles de bloqueo, lanzaderas de cama y aceite hidráulico resistente a las llamas. Los operadores necesitarán equipo de protección personal, incluidos guantes resistentes al calor, cubiertas para los brazos y protectores para los ojos.

El intenso calor generado por el conformado en caliente y el SPF a menudo provoca la deformación del troquel. Para contrarrestar este efecto y proteger la estructura de cada prensa, Beckwood ha desarrollado la tecnología de control de nivelación activa (ALC). Usando un sistema de monitoreo de circuito cerrado, ALC mantiene un paralelismo entre la cama y el pistón de ±0,004 pulgadas durante todo el ciclo a pesar de la carga descentrada o la deformación del troquel.

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