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Aug 29, 2023

Titanio conformado en caliente

Aproximadamente dos tercios de todo el titanio producido cada año se utilizan en motores y estructuras de aviones. Foto cortesía de Airbus Beckwood construyó esta prensa hidráulica de conformado en caliente de 400 toneladas para una importante

Aproximadamente dos tercios de todo el titanio producido cada año se utilizan en motores y estructuras 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 platinas 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 y al mismo tiempo permiten el acceso para cargar y descargar piezas. Los operadores necesitan equipo de protección personal, incluidos guantes resistentes al calor, protectores 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 que el troquel se deforme. Para contrarrestar este efecto, Beckwood ha desarrollado la tecnología de control activo de nivelación (ALC). Utilizando un sistema de monitoreo de circuito cerrado, ALC mantiene un paralelismo entre lecho y ariete de ±0,004 pulgadas. Foto cortesía de Beckwood Corp.

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

El titanio tiene la relación resistencia-peso más alta de cualquier metal. Es tan fuerte 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 al agrietamiento y capacidad para soportar temperaturas moderadamente altas sin deformarse.

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

Las propiedades que hacen que el titanio sea ideal para componentes aeroespaciales también dificultan su formación. Se pueden utilizar técnicas estándar de conformado en frío 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 permite que se formen en la prensa mientras se encuentran en un estado blando y maleable. El proceso de conformado en caliente utiliza placas calentadas para calentar una pieza en bruto fría o ligeramente calentada durante el ciclo de prensa. La introducción de calor dentro de la prensa aumenta la capacidad de formar formas complejas en tonelajes más bajos sin preocuparse por fracturas, rebotes o tensiones residuales. Debido a que aumenta la maleabilidad del material, las prensas de conformación en caliente suelen tener un tonelaje mucho menor que las prensas de conformación en frío que realizan la misma función.

El tiempo del ciclo varía de 10 a 30 minutos. Las piezas 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 y al mismo tiempo permiten el acceso para cargar y descargar piezas. Los operadores necesitan equipo de protección personal, incluidos guantes resistentes al calor, protectores para los brazos y protectores para los ojos. Foto cortesía de Beckwood Corp.

Las piezas terminadas no son blandas. Normalmente, los ingenieros no necesitan preocuparse por imprimir características de manipulación de materiales en la pieza al retirarla 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 a un estado no blando casi inmediatamente cuando se abre la puerta.

Un proceso similar es el de formación superplástica (SPF). En el conformado en caliente, la herramienta y la pieza en bruto 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 el interior de la matriz. El tiempo del ciclo varía de 20 a 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 las herramientas para conformado en caliente no son muy diferentes de las herramientas tradicionales de dos piezas, las herramientas SPF no están acopladas, ya que se utiliza gas para aplicar fuerza al metal.

Con sede en St. Louis, Beckwood Corp. fabrica prensas y máquinas formadoras hidráulicas y eléctricas desde 1976. La empresa ha desarrollado una línea de prensas SPF y de conformación en caliente dedicadas para formar 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 platina 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 integrados proporcionan retroalimentación de temperatura y miden la temperatura atmosférica, y los receptáculos de termopar se pueden usar para medir y registrar temperaturas de 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 platina.

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

Las cajas de platos tienen aislamiento cerámico y están aisladas del marco de la prensa con una rotura térmica que consta de platos enfriados 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 mediante 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 controlar mediante monitores de corriente individuales o por grupos.

Hay cuatro variables principales del proceso 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 y al mismo tiempo permiten el acceso para cargar y descargar piezas y herramientas. Las características de seguridad incluyen cortinas de luz, protección perimetral, controles de bloqueo, traslados a la cama y aceite hidráulico resistente a las llamas. Los operadores necesitarán equipo de protección personal, incluidos guantes resistentes al calor, protectores para los brazos y protectores para los ojos.

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

Para obtener más información sobre prensas, visite https://beckwoodpress.com.