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

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 mais eficaz de formar titânio de grau aeroespacial.

Há uma boa razão para o aumento do uso de 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 de conformação atuais limitaram o uso comercial de ligas de titânio a aplicações estritamente especializadas em aeronaves, espaçonaves, turbinas, dispositivos médicos e outros componentes altamente estressados.

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

A desvantagem inerente a cada um desses métodos é o alto custo. A alta taxa de sucata (50 a 70 por cento) na fresagem, combinada com o alto preço do próprio titânio, limitou severamente seu uso generalizado. Da mesma forma, os processos de conformação a quente podem ser demorados e exigem ferramentas caras. Portanto, a adoção do titânio pela indústria aeroespacial tem sido mais lenta do que o inicialmente previsto, impedindo que os fabricantes aproveitem plenamente seus benefícios.

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

A tecnologia de prensagem de célula de fluido de alta pressão tem sido usada comercialmente para fabricar componentes aeroespaciais por décadas em todo o mundo. Os avanços na capacidade de pressão, combinados com o design moderno da ferramenta, permitiram que a indústria de estruturas de aeronaves acompanhasse o aumento da demanda usando esse processo de conformação a frio. O aumento da pressão forneceu a capacidade de moldar as peças em sua forma final, eliminando a dependência da correção manual e a necessidade de tratamentos térmicos intermediários.

Mantendo a melhoria contínua, o processo de célula de fluido de alta pressão agora avançou ainda mais, aplicando o processo de alta pressão a temperaturas elevadas. Essa combinação de alta pressão e calor aumenta a velocidade de conformação, diminui o custo e aumenta a precisão da conformação do Ti6Al4V.

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

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

figura 1 Uma análise de springback 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 Centro de Pesquisa de Conformação Avançada (AFRC) da Universidade de Strathclyde em Glasgow, Escócia, no final de 2017 e início de 2018 confirmam que as peças que passaram por HPWF têm um desvio de retorno elástico de pós-formação de menos de 0,5 milímetros (consulte a Figura 1). Deve-se notar que a flexibilidade do processo permite o controle do retorno elástico no projeto da matriz, portanto, a compensação do retorno elástico do material pode ser incorporada ao processo. Isso faz com que as peças de forma final sejam um resultado direto. O grau consistente de retorno elástico está relacionado com a forma da peça, a espessura do material e os parâmetros do processo que são seguidos. O nível de pressão usado parece ter um impacto vital.