Was ist superplastische Formgebung?
Das superplastische Umformen ist ein spezialisiertes Metallbearbeitungsverfahren, mit dem Bleche aus Metalllegierungen wie Aluminium auf das Zehnfache der Länge herkömmlicher Legierungen gedehnt werden können, ohne die Materialeigenschaften des Metalls zu beeinträchtigen. Das Verfahren ermöglicht die Herstellung komplexer Metallteile, sodass keine Schrauben und Befestigungselemente erforderlich sind, um einzelne Metallteile zu einer größeren Einheit zusammenzufügen. Metallumformungen dieser Art werden am häufigsten in der Luft- und Raumfahrtindustrie eingesetzt, finden aber auch Anwendung in Leistungssportgeräten sowie in den Bereichen Energie, Verteidigung und Medizin.
Die Wissenschaft der Metallbearbeitung, die bei der superplastischen Umformung angewendet wird, gliedert sich in drei Verformungsbedingungen: Mikrokorn, Transformation und interne Spannungssuperplastizität. Die wichtigste Methode für Metalle ist die Mikrokorn-Superplastizität, bei der kristalline Kornstrukturen eine Größe von 10 Mikrometern oder weniger aufweisen. Die Temperatur des Metalls muss auch ungefähr die Hälfte des Schmelzpunkts der gebildeten Metalllegierung betragen, und die Dehnungsraten liegen zwischen 0,001 und 0,0001. Diese Bedingungen begrenzen die Arten von Legierungen, die Superplastizität zeigen, auf eine kleine Anzahl.
Industrielle Verfahren zum superplastischen Umformen von Blechen umfassen Vakuum- und Thermoformung, Tiefziehen und Diffusionsbonden. Beim Vakuumformen werden unterschiedliche Gasdrücke verwendet, um Metall zu einer Düse zu formen, während beim Thermoformen bewährte Verfahren angewendet werden, die bei der Herstellung von Thermoplasten traditionell sind. Bei beiden Methoden handelt es sich um Variationen der Formung von heißem Metallgas, und sie haben den Vorteil, dass nur ein einziger Gesenkvorgang erforderlich ist, um das Teil herzustellen.
Das Tiefziehen ist ein herkömmliches Verfahren, das beim Umformen von Metallen angewendet wird und an das superplastische Umformen angepasst werden kann. Es erfordert Kaltverfestigung, um Superplastizität zu erreichen. Das Ausdünnen und Brechen des Metallteils ist jedoch möglich, so dass dies normalerweise keine bevorzugte Wahl ist.
Das Diffusionsbonden war ursprünglich kein Blechumformverfahren, sondern wurde an seine Anwendung angepasst. Bei diesem Verfahren werden üblicherweise Aluminium-Magnesium-Legierungen verwendet, die eine Dehnung im superplastischen Prozess von bis zu 600% aufweisen können, in der Regel jedoch 300% nicht überschreiten. Teile, die durch superplastisches Formen und Diffusionsbonden hergestellt werden, werden sowohl in Automobil- als auch in Flugzeuganwendungen verwendet, die nicht strukturell sind und nicht so teuer wie hochfeste Legierungen.
Es gibt mehrere Vorteile, die Blechteile, die einer superplastischen Formgebung unterzogen wurden, aufweisen. Da ihre Formen aufgrund der verbesserten Streckbarkeit des Metalls ausgefeilter und größer sein können, reduzieren sie sowohl das Gewicht als auch die Kosten von Flugzeugen und Kraftfahrzeugen sowie Metallteilen in anderen Branchen. Die Montagezeit und -komplexität wird ebenfalls reduziert, da weniger Teile aneinander befestigt werden müssen. Spannungen zwischen mehreren Metallteilen, die altern und auf Temperaturänderungen reagieren, werden ebenfalls minimiert.
Die gesamte Branche leistet einen Beitrag zu einer Vielzahl von Forschungsarbeiten und neuen Produkten auf diesem Gebiet. Die zunehmende Vielseitigkeit der Formen von Metallblechen ermöglicht Innovationen bei der Optimierung und Gestaltung einer Vielzahl von Industrie- und Konsumgütern. Die superplastische Umformung ist auch der Schlüssel zur Innovation bei der aerodynamischen und maritimen Optimierung.