高い

Jun 19, 2024

この航空宇宙部品は、新しい HPWF プロセスを使用して、520 °F (270 ℃)、20,000 PSI (1,400 bar) で Ti6Al4V から形成されました。

市場データは、新型航空機におけるチタンの使用量が大幅に増加していることを示しています。 量は 5 年間で 3 倍に増加すると予想されています (世界的な航空宇宙産業の成長がチタン拡大の軌道を推進する補足記事を参照)。

航空宇宙グレードのチタンを形成する、より速く、より効果的な新しい方法が必要です。

航空機製造におけるチタンの使用量が増加しているのには十分な理由があります。 チタン合金は軽量で、優れた耐食性を備え、極端な温度にも耐えることができます。 しかし、原材料のコストと現在の成形方法の高さにより、チタン合金の商業利用は、航空機、宇宙船、タービン、医療機器、その他の応力の高い部品といった狭い特殊用途に限られています。

チタン グレード 1 ～ 4 は商用純チタンとも呼ばれ、室温で成形可能です。 ただし、グレード 5、チタン/6 パーセント アルミニウム/4 パーセント バナジウム (Ti6Al4V) は、現在航空機の設計でより一般的に好まれているグレードです。 現在、Ti6Al4V には、1,300 ～ 1,650 度 F (700 ～ 900 ℃) の温度で行われるフライス加工や熱間成形プロセスなどの製造方法が必要です。

これらの方法のそれぞれに固有の欠点は、コストが高いことです。 フライス加工における高いスクラップ率 (50 ～ 70 パーセント) と、チタン自体の価格の高さが相まって、チタンの普及は大幅に制限されています。 同様に、熱間成形プロセスには時間がかかり、高価な工具が必要になる場合があります。 そのため、航空宇宙産業におけるチタンの採用は当初の予想よりも遅れており、メーカーはチタンの利点を十分に実感することができていません。

新しく導入された技術である高圧温間成形 (HPWF) は、熱間成形、ホットスタンピング、超塑性成形よりも低い温度で航空宇宙グレードのシートチタンを成形するために開発されました。

高圧流体セルプレス技術は、数十年にわたり世界中で航空宇宙部品の製造に商業的に使用されてきました。 圧力能力の進歩と最新の工具設計の組み合わせにより、機体業界はこの冷間成形プロセスを使用することで需要の高まりに対応できるようになりました。 圧力の増加により、部品を最終形状に成形できるようになり、手作業による修正への依存と中間熱処理の必要性がなくなりました。

継続的な改善に伴い、高圧流体電池プロセスは、高温での高圧プロセスを適用することによりさらに進歩しました。 この高圧と熱の組み合わせにより、成形速度が向上し、コストが削減され、Ti6Al4V の成形精度が向上します。

この新しいアプローチでは、プレスに入る直前にブランクと工具セットを約 520 °F (270 °C) に温める誘導加熱システムが導入されています。 必要な HPWF 温度は、熱間成形に必要な温度よりも著しく低いです。 20,000 ポンド/平方インチ (PSI) または 140 メガパスカル (MPa) の圧力で動作する流体セル プレスには、HPWF プロセスに重要なパラメーターを満たす測定、制御、およびトレーサビリティ機能が装備されています。

HPWF プロセスで製造された部品のサードパーティ分析により、成形パラメータが必要な許容範囲内にあることが示されています。

図1 Ti6Al4V で形成された部品 (t = 2.0 mm) のスプリングバック解析では、HPWF による減少が示されました。 画像提供：Advanced Forming Research Centre（スコットランド、グラスゴー）

スコットランドのグラスゴーにあるストラスクライド大学の先端成形研究センター (AFRC) が 2017 年末から 2018 年初めに完了した研究では、HPWF を行った部品の成形後のスプリングバック偏差が 0.5 ミリメートル未満であることが確認されました (図 1 を参照)。 プロセスの柔軟性により、金型設計でのスプリングバック制御が可能になるため、材料のスプリングバックの補償をプロセスに組み込むことができることに注意してください。 これにより、直接の結果として最終形状のパーツが作成されます。 スプリングバックの一貫した程度は、部品の形状、材料の厚さ、および従うプロセスパラメータに関係します。 使用される圧力レベルは重大な影響を与えるようです。