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Feb 05, 2024

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O novo processo HPWF foi usado para formar esta peça aeroespacial a partir de Ti6Al4V a 520 graus F (270 graus C) e a 20.000 PSI (1.400 bar). Os dados de mercado indicam um crescimento significativo do uso de titânio em

O novo processo HPWF foi usado para formar esta peça aeroespacial a partir de Ti6Al4V a 520 graus F (270 graus C) e a 20.000 PSI (1.400 bar).

Os dados de mercado indicam um crescimento significativo do uso de titânio em novas aeronaves. Espera-se que os volumes cresçam três vezes em um período de cinco anos (veja a barra lateral Crescimento aeroespacial global impulsiona a trajetória de expansão do titânio).

É necessária uma maneira nova, mais rápida e eficaz de formar titânio de grau aeroespacial.

Há boas razões para o aumento do uso do titânio na fabricação de aeronaves. As ligas de titânio são leves, possuem extraordinária resistência à corrosão e podem suportar temperaturas extremas. No entanto, o alto custo das matérias-primas e os métodos atuais de formação limitaram o uso comercial de ligas de titânio a aplicações estritamente especializadas em aeronaves, espaçonaves, turbinas, dispositivos médicos e outros componentes altamente solicitados.

Os graus de titânio 1 a 4, também conhecidos como puros comerciais, são moldáveis ​​à temperatura ambiente. No entanto, o grau 5, titânio/6% de alumínio/4% de vanádio (Ti6Al4V), é o grau agora mais comumente preferido em projetos de aeronaves. Atualmente, o Ti6Al4V requer métodos de fabricação, como processos de fresagem ou conformação a quente, que são conduzidos em temperaturas de 700 a 900 graus C (1.300 a 1.650 graus F).

A desvantagem inerente a cada um destes métodos é o alto custo. A elevada taxa de sucata (50 a 70 por cento) na fresagem, combinada com o elevado preço do próprio titânio, limitou severamente a sua utilização generalizada. Da mesma forma, os processos de conformação a quente podem ser demorados e exigir ferramentas caras. Conseqüentemente, a adoção do titânio pela indústria aeroespacial tem sido mais lenta do que o inicialmente previsto, impedindo os fabricantes de aproveitarem plenamente seus benefícios.

Uma tecnologia recentemente introduzida, a conformação a quente de alta pressão (HPWF), foi desenvolvida para formar chapas de titânio de grau aeroespacial em temperaturas mais baixas do que a conformação a quente, a estampagem a quente e a conformação superplástica.

A tecnologia de prensagem de células fluidas de alta pressão tem sido usada comercialmente para fabricar componentes aeroespaciais há décadas em todo o mundo. Os avanços na capacidade de pressão, combinados com o design modernizado das ferramentas, permitiram que a indústria de fuselagens acompanhasse o aumento da demanda usando esse processo de conformação a frio. O aumento da pressão proporcionou a capacidade de moldar as peças em seu formato final, eliminando tanto a dependência da correção manual quanto a necessidade de tratamentos térmicos intermediários.

Mantendo a melhoria contínua, o processo de célula fluida de alta pressão avançou ainda mais ao aplicar o processo de alta pressão em temperaturas elevadas. Esta combinação de alta pressão e calor aumenta a velocidade de conformação, diminui custos e aumenta a precisão da conformação de Ti6Al4V.

Esta nova abordagem introduz um sistema de aquecimento por indução para aquecer a peça bruta e o conjunto de ferramentas a aproximadamente 520 graus F (270 graus C) pouco antes de entrar na prensa. As temperaturas HPWF necessárias são marcadamente inferiores à faixa necessária para a conformação a quente. Operando a uma pressão de 20.000 libras por polegada quadrada (PSI) ou 140 megapascal (MPa), a prensa de célula fluida é equipada com recursos de medição, controle e rastreabilidade para atender aos parâmetros críticos para o processo HPWF.

A análise de terceiros de peças produzidas com o processo HPWF indica que os parâmetros de conformação estão dentro das tolerâncias exigidas.

figura 1 Uma análise de retorno elástico de peças formadas em Ti6Al4V, t = 2,0 mm, mostrou uma diminuição com HPWF. Imagem cortesia do Advanced Forming Research Centre, Glasgow, Escócia.

Estudos concluídos pelo Advanced Forming Research Centre (AFRC) da Universidade de Strathclyde em Glasgow, Escócia, no final de 2017 e início de 2018 confirmam que as peças que foram submetidas a HPWF têm um desvio de retorno elástico pós-formação inferior a 0,5 milímetros (ver Figura 1). Deve-se notar que a flexibilidade do processo permite o controle do retorno elástico no projeto da matriz, portanto, a compensação pelo retorno elástico do material pode ser incorporada ao processo. Isso cria peças com formato final como resultado direto. O grau consistente de retorno elástico está relacionado ao formato da peça, à espessura do material e aos parâmetros do processo que são seguidos. O nível de pressão utilizado parece ter um impacto vital.