超塑性成形とは

超塑性成形は、アルミニウムなどの金属合金のシートを、金属の材料特性を損なうことなく従来の合金の10倍以上の長さに伸ばすことができる特殊な金属加工プロセスです。 このプロセスにより、複雑な金属部品の製造が可能になり、個々の金属部品をより大きなユニットに取り付けるためのボルトや留め具が不要になります。 この性質の金属成形は、航空宇宙産業で最も頻繁に使用されますが、パフォーマンススポーツ用品やエネルギー、防衛、医療分野でも用途があります。

超塑性成形で使用される金属加工の科学は、3つの変形条件に分けられます。それは、ミクロ粒子、変態、および内部応力の超塑性です。 金属の最も重要な方法は、結晶粒構造のサイズが10ミクロン以下の微小粒子超塑性です。 また、金属の温度は、形成される金属合金の融点の約半分である必要があり、ひずみ速度の範囲は0.001〜0.0001です。 これらの条件は、超塑性を示す合金の種類を少数に制限します。

シートメタル超塑性成形の産業プロセスには、真空および熱成形、深絞り、拡散接合が含まれます。 真空成形では、ガス圧力の変動を使用して金属をダイに成形しますが、熱成形では、熱可塑性プラスチックの製造に伝統的な確立されたプロセスを使用します。 両方の方法は、溶gasガス成形のバリエーションであり、部品を作成するのに単一のダイ操作のみを必要とするという利点があります。

深絞りは、超塑性成形に適応できる金属成形で使用される従来の方法です。 超塑性を実現するには、ひずみ硬化が必要です。 ただし、金属部分の薄肉化と破壊はこのプロセスで発生する可能性があるため、通常は推奨されません。

拡散接合は、当初はシートメタル成形プロセスではありませんでしたが、その使用に適合しています。 アルミニウム-マグネシウム合金は、一般的にこの方法で使用され、超塑性プロセスで最大600％の伸びを持つことができますが、通常は300％を超えません。 超塑性成形および拡散接合によって作成された部品は、構造的ではない自動車および航空機の両方の用途で使用され、高強度合金ほど高価ではありません。

超塑性成形を受けた金属シート部品にはいくつかの利点があります。 それらの形状は、金属を伸ばす能力の向上により、より精巧で大きくなる可能性があるため、航空機や自動車、および他の業界の金属部品の重量とコストの両方を削減します。 一緒に固定する必要のある部品が少ないため、組立時間と複雑さも軽減されます。 複数の金属部品が経年変化し、温度変化に対応する際の応力も最小限に抑えられます。

業界全体は、この分野のさまざまな研究と新製品に貢献しています。 金属シート形状の汎用性の向上により、多くの工業製品および消費者製品の新しい合理化および設計の革新が可能になります。 超塑性成形は、空力および船舶の流線型化における革新の鍵でもあります。