ES2223004T3 - Molde, insercion, dispositivo y procedimiento para la conformacion de un componente mediante moldeo superplastico. - Google Patents
Molde, insercion, dispositivo y procedimiento para la conformacion de un componente mediante moldeo superplastico.Info
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Abstract
El molde (10) para la conformación de componentes (12) por moldeado superplástico, se caracteriza por incluir al menos una parte diseñada para estar en contacto con el componente (12) moldeado, hecho de sílice vítrea sinterizada.
Description
Molde, inserción, dispositivo y procedimiento
para la conformación de un componente mediante moldeo
superplástico.
La presente invención se refiere a un molde, un
accesorio de inserción, un dispositivo y un procedimiento para la
conformación de un componente mediante moldeo superplástico de
acuerdo con los preámbulos de las reivindicaciones 1, 6, 7 y 9
respectivamente.
En ciertas condiciones de temperatura y de estrés
mecánico, ciertos materiales, como el titanio, aleaciones de
titanio, aluminio y algunas de sus aleaciones, ciertos aceros,
etc., muestran superplasticidad, es decir, capacidad para
resistir una gran deformación sin ruptura. Esta propiedad permite
fabricar componentes de forma compleja mediante un procedimiento de
moldeo superplástico conocido por el acrónimo SPF (SuperPlastic
Forming).
En el estado actual de la técnica, son conocidos
los moldes metálicos para el moldeado de componentes mediante
conformación superplástica. Dichos moldes metálicos son
relativamente costosos porque se fabrican con aleaciones especiales
y requieren operaciones de maquinado complejas. Además, los moldes
metálicos consumen una gran cantidad de energía para su
calentamiento a una temperatura adecuada para el moldeado
superplástico y son sensibles a la distribución irregular de la
temperatura y a los cambios de temperatura que pueden conducir a la
deformación de los moldes.
Con el fin de remediar en lo posible dichos
inconvenientes, se ha propuesto un molde en el estado actual de la
técnica, principalmente en los documentos
US-A-4,984,348,
US-A-5,661,992 o
US-A-5,214,949, para el moldeado de
un componente de titanio o de aleación de titanio mediante
conformación superplástica. El molde consta normalmente de una base
en la que se forma una cavidad de moldeado y una cubierta, entre
las que se coloca una plancha de titanio o de aleación de titanio.
De acuerdo con un procedimiento convencional, se calienta el molde,
se sujeta la plancha entre la base y la cubierta, a continuación se
inyecta un gas inerte a presión entre la cubierta y la plancha. Por
efecto de la presión del gas, la plancha sufre una deformación
superplástica y adopta la forma de la cavidad del molde.
Los documentos
US-A-4,984,348,
US-A-5,661,992 y
US-A-5,214,949 describen moldes
fabricados de cerámica, al menos parcialmente. Este material es más
específicamente un cemento refractario que consiste generalmente de
un relleno a base de sílice vítrea granulada y un aglomerante a base
de aluminato o silicato.
En un cemento refractario, el aglomerante forma
una matriz en la que se aloja el relleno granulado. Sin embargo, en
determinadas circunstancias, los granos del relleno granulado se
pueden separar de la matriz. En particular, un material como el
titanio o una aleación de titanio en estado superplástico en un
molde de cemento refractario penetra en las microcavidades de la
superficie del molde que está en contacto con el material que se
está moldeando. Al desmoldar el objeto formado, se produce
desprendimiento de material de la superficie del molde y/o defectos
en la superficie del objeto formado. Además, el molde sufre desgaste
prematuro. Estos inconvenientes son causas de numerosos rechazos
de componentes moldeados.
Además, en condiciones de moldeado superplástico,
los materiales que forman el aglomerante del cemento refractario del
que está hecho el molde, como el aluminato o el silicato, tiende a
irse dentro del componente moldeado a una profundidad que puede
llegar hasta varias micras. Esta contaminación de la superficie del
componente moldeado no es aceptable para ciertas aplicaciones,
especialmente en el caso de los componentes moldeados de titanio o
aleación de titanio para su uso en la industria aeronáutica.
La finalidad de la invención es proponer un molde
para la conformación de un componente por moldeado superplástico,
resistente al desgaste y a los contrastes térmicos, capaz de
producir un componente que presente un acabado de la superficie
altamente satisfactorio.
A este fin, el objeto de la invención es un molde
para la conformación de un componente por moldeado superplástico,
especialmente un componente de titanio o aleación de titanio,
aluminio o aleación de aluminio, o de cualquier material que
presente propiedades superplásticas, caracterizado por incluir por
lo menos una parte diseñada para estar en contacto con el
componente a moldear, hecho de sílice vítrea sinterizada
(cohesionada).
De acuerdo con otras características de este
molde:
la parte del molde de sílice vítrea sinterizada
constituye una inserción;
el molde contiene medios diseñados para
constituir una barrera entre al menos una parte de las superficies
en contacto del molde y del componente moldeado;
entre los medios diseñados para constituir una
barrera hay medios para la inyección de un gas inerte,
particularmente helio o argón, en la superficie del molde que está
en contacto con el componente moldeado.
Es también objeto de la invención una inserción
del molde para el moldeado de un componente por conformación
superplástica, particularmente un componente de titanio o aleación
de titanio, de aluminio o aleación de aluminio o de cualquier
material que presente propiedades superplásticas, siendo la
inserción de un tipo adecuado para una superficie de moldeo diseñada
para estar en contacto con el componente moldeado, caracterizada por
estar hecha de sílice vítrea sinterizada.
Es también objeto de la invención un dispositivo
de moldeo de un tipo que contiene una prensa equipada con dos
platinas entre las que se interpone un molde para conformar el
componente por moldeado superplástico, particularmente un
componente de titanio o aleación de titanio, de aluminio o aleación
de aluminio o de cualquier material que presente propiedades
superplásticas, caracterizado por ser el molde de acuerdo con la
invención.
De acuerdo con otra característica de este
dispositivo, entre cada platina de la prensa y el molde se interpone
un bloque de calentamiento, preferentemente de cerámica.
Es también objeto de la invención un
procedimiento para la conformación del componente, del tipo en el
que dicho componente se moldea por conformación superplástica en un
molde de plancha de material capaz de resistir deformación
superplástica, particularmente titanio o aleación de titanio,
aluminio o aleación de aluminio o de cualquier material que
presente propiedades superplásticas, caracterizado por colocarse la
plancha en un molde de acuerdo con la invención.
De acuerdo con otras características preferidas
de este procedimiento:
se forma una barrera entre al menos una parte de
las superficies en contacto del molde y del componente moldeado;
la barrera se forma recubriendo con nitrito de
boro, al menos parcialmente, las superficies de contacto del molde y
del componente moldeado, antes de colocar la plancha en el
molde;
la barrera se forma inyectando gas inerte,
particularmente helio o argón, entre las superficies en contacto
del molde y del componente moldeado.
La invención se comprenderá mejor leyendo la
siguiente descripción que se presenta solo a título de ejemplo y
hace referencia a las figuras en las que:
la figura 1 es la vista de una sección de un
molde de acuerdo con la invención;
la figura 2 es una vista esquemática de un
componente obtenido mediante el procedimiento de acuerdo con la
invención;
las figuras 3 a la 5 son vistas esquemáticas de
un dispositivo de moldeado de acuerdo con la invención.
La figura 1 representa un molde de acuerdo con la
invención, designado por la referencia general 10. Este molde está
diseñado para conformar un componente 12, como el que representa la
figura 2, mediante moldeo superplástico.
El componente 12, por ejemplo, está hecho de
titanio o una aleación de titanio como TA6V. El componente podría
estar hecho de otros materiales capaces de resistir deformación
superplástica, por ejemplo aluminio.
El molde 10 representado en la figura 1, contiene
una base 14 y una cubierta 16 entre las que se interpone una plancha
18 de un material capaz de resistir deformación superplástica. La
base 14 encaja con la inserción 20 determinando una superficie de
moldeo diseñada para estar en contacto con el componente moldeado.
Como variante, la superficie de moldeo se puede incorporar
directamente en la base 14.
De acuerdo con la invención, el molde 10 incluye
por lo menos una parte diseñada para estar en contacto con el
componente moldeado, hecho de sílice vítrea sinterizada. Por
consiguiente, las partes del molde de sílice vítrea sinterizada
pueden ser la base 14, la inserción 20 y/o la cubierta 16.
La sílice vítrea sinterizada, cuyo uso en el
campo de la invención ha sido menospreciado hasta ahora por los
técnicos -particularmente a causa de sus propiedades de aislamiento
térmico que son incompatibles en principio con el calentamiento del
molde- se ha visto que presenta numerosas ventajas, entre las que
están las siguientes principalmente:
La sílice vítrea sinterizada no presenta
prácticamente ninguna sensibilidad a la distribución desigual de la
temperatura. Por esta razón, no hay necesidad de calcular la forma
del molde lo que es un requisito en el caso de los moldes metálicos
convencionales.
Además, la sílice vítrea sinterizada está
compuesta de granos de sílice aglutinados juntos por fusión parcial
durante el procedimiento de sinterizado. Los granos de sílice en
esta estructura sinterizada son muy resistentes a la separación, a
diferencia de los granos de sílice en una estructura de cemento
refractario (cerámica).
Además, la estructura de la sílice sinterizada,
que no contiene aglutinante alguno, se compone de sílice vítrea de
gran pureza que no comporta riesgo de contaminación para el
componente moldeado por conformación superplástica en el molde, a
diferencia de la situación observada en el caso de un cemento
refractario en el que el aglutinante tiende a contaminar el
componente moldeado.
Finalmente, la cantidad de energía necesaria para
calentar el molde o la parte del molde de sílice vítrea sinterizada
a la temperatura necesaria para el moldeo superplástico es
relativamente pequeña en comparación con la energía necesaria en el
caso de un molde metálico convencional. Una vez que el molde o parte
del molde ha alcanzado la temperatura necesaria, la sílice vítrea
sinterizada presenta una inercia calórica que permite limitar
ventajosamente las variaciones de temperatura del molde durante los
ciclos sucesivos de moldeo.
El molde 10 representado en la figura 1 está
diseñado para su colocación en un dispositivo de moldeo 22 como se
representa en las figuras 3 a la 5. En estas figuras no se muestra
la inserción 20.
El dispositivo de moldeo 22 contiene una prensa
24 equipada con dos platinas, inferior 26 y superior 28, entre las
que se interpone el molde 10. Entre la platina inferior 26 y la
base 14 del molde se interpone un bloque térmico inferior 30. Entre
la platina superior 28 y la cubierta 16 del molde se interpone el
bloque térmico superior 32. Estos bloques térmicos 30 y 32, de tipo
convencional, son preferentemente de cerámica.
En ejemplo de las figuras 3 a la 5, el
dispositivo de moldeo 22 contiene medios 34 de inyección de gas
inerte como helio o argón a presión entre la cubierta 16 y la
plancha 18. Este gas a presión está concebido para deformar la
plancha 18 para que presione contra la superficie de moldeo de la
base 14.
Con el fin de poner la plancha 18 en condiciones
adecuadas para el moldeo superplástico, se calienta el molde 10 por
transferencia de calor desde los bloques térmicos 30,32 a la base
14 y a la cubierta 16.
Para moldear la plancha 18, esta se coloca en el
molde abierto como indica la figura 4, entre la base 14 y la
cubierta 16. A continuación se cierra el molde 10, como indica la
figura 1, para sujetar la plancha 18 entre la base 14 y la cubierta
16. La plancha 18 por consiguiente constituye un sello entre la base
14 y la cubierta 16. El calor del molde caliente 10 se transfiera a
la plancha para elevar su temperatura a un valor adecuado para el
moldeo superplástico, Cuando se han alcanzado las condiciones de
temperatura deseadas, se inyecta gas inerte a presión en el molde
para deformar la plancha 18, como indica la figura 5.
Después de conformar el componente se retira del
molde 10 de acuerdo con la práctica de desmoldado convencional.
Con el fin de evitar la formación de óxidos no
deseados en la superficie del componente moldeado, particularmente
óxidos de titanio, y la difusión de estos óxidos en el molde, es
preferible formar preferentemente una barrera entre al menos la
parte de las superficies en contacto del molde y del componente
moldeado.
Dicha barrera se forma, por ejemplo, recubierto
con nitrito de boro, al menos parcialmente, las superficies en
contacto del molde y del componente moldeado, antes de que se
coloque sobre el molde la plancha 18. Cuando sea adecuado, el
nitrito de boro se aplica a la plancha solamente o al molde
solamente. El recubrimiento con nitrito de boro se forma sobre la
plancha mediante pulverización, por ejemplo.
La barrera también se puede formar inyectando un
gas inerte, particularmente helio o argón, entre las superficies en
contacto del molde y del componente moldeado. Para ello, el
dispositivo de conformación 22 contiene medios 36 (indicados
esquemáticamente con una flecha en la figura 5) para la inyección
del gas inerte entre la base 14 y la plancha 18, es decir, en
contacto con la superficie de la plancha opuesta a la superficie
sobre la que se aplica la presión de gas para deformar la plancha
18.
Los medios de inyección de gas 36 incluyen, por
ejemplo, medios de difusión del gas a través de al menos parte del
molde de sílice vítrea sinterizada, utilizando para ello la
porosidad de este material como ventaja, o a través de orificios en
el molde que llevan el gas a la superficie del molde que entra en
contacto con el componente moldeado.
La presión del gas inyectado entre la base 14 y
la plancha 18 se ajusta para que no impida la deformación de la
plancha contra la superficie de moldeo de la base. El gas inyectado
entre la cubierta 16 y la plancha 18 aporta la energía necesaria
para deformar la plancha 18 y también constituye una barrera de
igual forma que cuando se inyecta el gas entre la base 14 y la
plancha 18.
Por supuesto, el recubrimiento se pueden utilizar
de forma combinada de nitrito de boro y la barrera de gas.
Entre las ventajas de la invención, se puede
citar que permite el moldeado de un componente por conformación
superplástica por medio de un molde, fabricado al menos
parcialmente de sílice vítrea, resistente al desgaste (sin
separación de los granos de sílice) y a los choques térmicos. Por
consiguiente, el molde, de acuerdo con la invención, permite
obtener componentes con terminación de superficies altamente
satisfactoria.
Claims (12)
1. El molde (10) para la conformación de
componentes (12) por moldeado superplástico, se caracteriza
por incluir al menos una parte diseñada para estar en contacto con
el componente (12) moldeado, hecho de sílice vítrea
sinterizada.
2. El molde (10) de acuerdo con la reivindicación
1, se caracteriza porque la parte del molde (1) de sílice
vítrea sinterizada constituye una inserción (20) del molde
(10).
3. El molde (10), de acuerdo con la
reivindicación 1 ó 2, se caracteriza por incluir medios
diseñados para formar una barrera entre al menos parte de las
superficies en contacto del molde (10) y del componente (12)
moldeado.
4. El molde (10) de acuerdo con la reivindicación
3, se caracteriza porque entre los medios diseñados para
formar una barrera un baño de nitrito de boro que recubre al menos
parcialmente la superficie del molde (10) en contacto con el
componente (12) moldeado.
5. El molde (10) de acuerdo con la reivindicación
3 ó 4, se caracteriza porque los medios diseñados para
formar una barrera incluyen medios (36) de inyección de gas inerte,
particularmente helio o argón, en la superficie de la parte del
molde (10) en contacto con el componente (12) moldeado.
6. La inserción (20) del molde (10) para la
conformación del componente (12) por moldeo superplástico, define
una superficie de moldeo diseñada para estar en contacto con el
componente (12) moldeado, caracterizado por estar hecho de
sílice vítrea sinterizada.
7. El dispositivo de conformación contiene una
prensa equipada con dos platinas (26, 28) entre las que se
interpone un molde (10) para la conformación de un componente (12)
por moldeo superplástico, caracterizado por ser el molde
(10) conforme con cualquiera de las reivindicaciones 1 a la 5.
8. El dispositivo conforme con la reivindicación
7, caracterizado por los bloques térmicos (30, 32), hechos
de cerámica preferentemente, que se interponen entre cada platina
de la prensa (26, 28) y el molde (10).
9. El procedimiento para conformar un componente
(12) del tipo en el que dicho componente (12) se forma por moldeado
superplástico en un molde (10) con una plancha (12) hecha de un
material capaz de resistir deformación superplástica,
caracterizado por estar la chapa (18) colocada en un molde
(10) conforme con cualquiera de las reivindicaciones 1 a la 5.
10. El procedimiento conforme con la
reivindicación 9, caracterizado por formarse una barrera
entre al menos parte de las superficies en contacto del molde (10)
y el componente (12) moldeado.
11. El procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 10, caracterizado por formarse la barrera por
recubrimiento con nitrito de boro, al menos parcialmente, de las
superficies de contacto del molde (10) y el componente (12)
moldeado, antes de que la chapa (18) se ponga en el molde (10).
12. El procedimiento de acuerdo con las
reivindicaciones 9 ó 10, caracterizado por formarse la
barrera por inyección de gas inerte, particularmente helio o argón,
entre las superficies en contacto del molde (10) y del componente
(12) moldeado.
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