JPS5823520A - Super-plastic molding method - Google Patents

Super-plastic molding method

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JPS5823520A
JPS5823520A JP56119983A JP11998381A JPS5823520A JP S5823520 A JPS5823520 A JP S5823520A JP 56119983 A JP56119983 A JP 56119983A JP 11998381 A JP11998381 A JP 11998381A JP S5823520 A JPS5823520 A JP S5823520A
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JP
Japan
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blank
pressure
forming
mold
effective value
Prior art date
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JP56119983A
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Japanese (ja)
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JPH0157968B2 (en
Inventor
シ−・ハウア−ド・ハミルトン
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Boeing North American Inc
Original Assignee
Rockwell International Corp
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Publication date
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Granted legal-status Critical Current

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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 この発明i材料成形の分野に関し、特に、超塑性条件で
の材料成形に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION This invention relates to the field of material forming, and more particularly to material forming under superplastic conditions.

ある条件において、いくつかの材料は、それらの通常の
眼界をかなり越えて破裂なしに塑性資形されることがで
き、この性質は超塑性と呼ばれる。
Under certain conditions, some materials can be plastically shaped well beyond their normal optic boundaries without rupture; this property is called superplasticity.

讐の通常の工程は、金型内に1枚の材料を置き、超塑性
を示す濃度にまでこの材料を加熱し、そしてこのシート
の一方側に圧力をかけるようにガスを用いることを含む
。充分な圧力が、材料が選ばれた濃度で成形されるよう
な超塑性範囲内にあるひずみ速度で材料をひずませるよ
うにかけられる。
A typical process involves placing a sheet of material in a mold, heating the material to a concentration that exhibits superplasticity, and using a gas to apply pressure to one side of the sheet. Sufficient pressure is applied to strain the material at a strain rate that is within the superplastic range such that the material forms at the selected consistency.

このガス圧力はシートの面において引張応力を生じ、こ
れはシートを伸ばしかつ金型のキャピテイの中でこのシ
ートを成形することを生じさせる。
This gas pressure creates a tensile stress in the face of the sheet, which causes it to stretch and form within the mold cavity.

この工程は、O,Howard  Hasilton 
 (本件発明の発明者) 、N@il  E、 Pat
on、  およびJohn  M、 Curnowに与
えられたアメリカ合衆国特許第4.181,000号で
説明されている。
This process was developed by O. Howard Hasilton
(Inventor of the present invention), N@il E, Pat
No. 4,181,000 to John M., Curnow, and John M. Curnow.

この工程は、航空機のためのチタン金属シート構造物の
ような種々の形状物を成形するためにますます用いられ
つつある。
This process is increasingly being used to form various shapes such as titanium sheet metal structures for aircraft.

多くの超塑性合金の1つの望ましくない性質は、先行技
術の成形操作によりて諌せられる引張変形の岡、キャビ
テート(小さな内部の空−を形成すること)される傾向
があるということである。この空−は、もしそれらがか
なり大きな容積の部分に存在するならばその機械的な性
質を低下させるばかりでなく、材料の超塑性的な展性を
限定する。
One undesirable property of many superplastic alloys is their tendency to cavitate (forming small internal cavities) during tensile deformation caused by prior art forming operations. These voids not only reduce the mechanical properties if they are present over a fairly large volume, but also limit the superplastic malleability of the material.

あいにく、キャビテーション亭は超塑性が最大であると
き通常最大であり、この問題は先行技術の超塑性成形方
法め応用を限定していた。
Unfortunately, cavitation peaks are usually at a maximum when superplasticity is at a maximum, and this problem has limited the application of prior art superplastic forming methods.

この発明の目的は、超塑、性成形の間において、キャビ
テーションを消去しまたは最小にするための方法を提供
することである。
It is an object of this invention to provide a method for eliminating or minimizing cavitation during superplastic forming.

この発明の目的は、超塑性成形された部品における空−
を消去しまたは減少させるための方法を提供することで
ある。
The object of this invention is to
The object of the present invention is to provide a method for erasing or reducing.

この発明の目的は、キャビチーシコンを生じることなし
に、最適のひずみ速度を用いて部品を超塑性成形するた
めの方法を提供することである。
The purpose of this invention is to provide a method for superplastically forming parts using optimal strain rates without creating cavities.

この発明によれば、圧力が、成形の閑または成形が完了
した後のいずれかでブランクの両側にかけられる。もし
成形の閤にかけられたならば、この圧力をかける方法は
、空隙の核生成位置に働く引張応力の強さを減少させ、
したがって空隙の形成を防止し、またはそれらの寸法お
よび数を減少゛させる。
According to the invention, pressure is applied to both sides of the blank either during the forming period or after forming is completed. This method of applying pressure reduces the strength of the tensile stress acting on the void nucleation site, if applied to a molding tool.
Thus, the formation of voids is prevented or their size and number reduced.

空lIまたは空隙核生成位置に働く、等方応力成分、ま
たは最大引張応力成分は、通常、空隙が核生成されかつ
成長するかどうかを決定する。したがって、もしそれら
応力成分がある臨界レベルより下に輔持されることがで
きたならば、そのときにはキャビチーシコンは生じず、
またはもしそれが先に大きくなっていたならば閉じるこ
とにょうて消去されるはずである。防止するためおよび
閉じるための臨界応力の強さは興なるが、両方の場合に
おいて空−を消去するための概念はこの発明にとうて同
じである。
The isotropic stress component or the maximum tensile stress component acting on the void II or void nucleation location typically determines whether the void will nucleate and grow. Therefore, if these stress components can be maintained below a certain critical level, then no cavities will occur;
Or if it had grown earlier, it should be deleted upon closing. Although the strength of the critical stress for prevention and closure is different, the concept for clearing the void in both cases is the same for this invention.

ブランクの両側にかけられる圧力を与えることは、減少
された張力の正味の流体静力学成分、さらには減少され
た圧縮の正味の流体静力学成分をももたらしながら、通
常発生される等方引張応力成分に対して圧縮等方応力成
分を付加する。同じ原理が、空llまたは空隙核生成位
置上に働く最大引張応力に対して保たれる。これら応力
状態の概念は、この技術を学んだ者によってよく知られ
ている。それは空隙または空隙の核に働くこの緩和され
た応力状態であり、これは超塑性成形の閤に生じる空−
を防止しまたは消去することに効果的である。この減少
された引張応りまたは圧縮等方応力は、ブランクが成形
金型内に置かれかつ超塑性成形濃度にまで加熱された後
で、ブランクの両側にガス圧力を加えることによって得
られる。成形のための金型表面から最も速いブランクの
側部上の圧力は、次に、金型表面にあたって材料を超塑
性成形するように公知の方法で増加される。したがうて
、空−または空llI核生成位置が減少された応力にさ
らされる閣に成形が完了されるので、キャビチーシコン
は減少されまたは消去される。
Providing pressure applied on both sides of the blank results in a net hydrostatic component of reduced tension, and even a net hydrostatic component of reduced compression, while also producing an isotropic tensile stress component. A compressive isotropic stress component is added to . The same principle holds for the maximum tensile stress acting on the void or void nucleation location. The concept of these stress states is well known to those trained in the art. It is this relaxed stress state that acts on the void or void core, which is the void that occurs in superplastic forming.
effective in preventing or erasing This reduced tensile or compressive isotropic stress is obtained by applying gas pressure to both sides of the blank after it has been placed in the mold and heated to superplastic forming consistency. The pressure on the side of the blank that is fastest from the mold surface for forming is then increased in a known manner to superplastically form the material upon the mold surface. Thus, the cavity is reduced or eliminated since the forming is completed in such a way that the vacant or empty nucleation sites are exposed to reduced stress.

もし圧力がam性成形の俵で加えられたならば、そのと
きには生じた空−は塑性変形および/または拡散によっ
て除去される。この第2の実1例において、ブランクは
成形金型内に置かれ、超塑性成形濃度にまで加熱され、
そして次に、金型!!面から最も遠いブランクの側部に
ガス圧力をかけることによって公知の方法で超塑性成形
される。このブランクが金型表面にあたって成形された
後で、ブランクは成形圧力を維持することによってそこ
に保持される。この保持の期間の閣、ガス圧力の働きお
よび金型の反作用によって、初期の成形ステップの−に
形成されていた空S紘塑性変形および/または拡散によ
りて閉、じられる。
If pressure is applied in the amorphous bale, then the voids created are removed by plastic deformation and/or diffusion. In this second example, the blank is placed in a forming mold and heated to a superplastic forming consistency;
And next, the mold! ! It is superplastically formed in a known manner by applying gas pressure to the side of the blank furthest from the surface. After the blank is formed against the mold surface, it is held there by maintaining the forming pressure. During this holding period, due to the action of gas pressure and reaction of the mold, the void formed during the initial molding step is closed by plastic deformation and/or diffusion.

超慶性成形は、ひずみ速度感度の有効−一一示すことが
できる材料を必要とする。この−値は、濃度、材料、微
細構造、およびひずみ達変の関数で、ある、°■を決定
しかつ最適なひずみ速度および成形IK痕を決定する方
法は公知であり、たとえば、前述したアメリカ合衆国特
許第4.181.000J!を参llEされたい。
Supercooling requires materials that can exhibit effective strain rate sensitivity. This value is a function of concentration, material, microstructure, and strain evolution. Patent No. 4.181.000J! Please refer to the following.

多くの超酸性合金は、超塑性条件で成形される閣、キャ
ビテート(内部の空隙を生じること)する傾向がある。
Many superacid alloys tend to cavitate (creating internal voids) when formed in superplastic conditions.

この1llIは、キヤビテーシヨンと超−性とに共通で
ある粒界すべり変形−一に原因するものである。はとん
どの超、ll性合金におけるキヤビテーシヨンは、粒界
上に存在する粒子の始動にその原因があり、それは粒界
すべりが進行しながら粒子マトリクスの界面において空
隙を形成する。これらの空li&t、一旦生成されると
、変形が生じながら大きくなり、最終的に麹の空−とつ
ながり、そしてしたがって破損に通じる。
This 1llI is caused by grain boundary sliding deformation, which is common to cavitation and superstructure. Cavitation in most super-all alloys is caused by the initiation of particles present on grain boundaries, which form voids at the interface of the grain matrix as grain boundary sliding progresses. These voids, once created, grow larger with deformation occurring, eventually connecting with the Koji voids and thus leading to breakage.

キヤビテーシヨンは構成部品のクリープ破壊破損内に見
られ、そして研究者はこれらの破損の原因を理解するた
めに、クリープ破壊条件(延長された時開の閑高易で加
えられる引張応力)のもとでの空隙の核生成および成長
を研究していた。クリープ破壊テストの閣の突膝形成に
対する静水圧の効果は、rPI’1iIO8OI)hl
Oal  MaoazIne J第4轡、第673頁(
1959)においtD、 Hullおよびり、E、Rj
■−e「によって、およびrPhllosophlca
l  MaOaZlnllJ  第12轡、第5911
j(1965)においてR,T。
Cavitation is seen within creep rupture failures of components, and researchers have investigated the effects of cavitation under creep rupture conditions (tensile stress applied at extended periods of time) to understand the causes of these failures. was studying the nucleation and growth of voids in . The effect of hydrostatic pressure on knee formation in the creep rupture test was rPI'1iIO8OI)hl
Oal Maoazine J No. 4, page 673 (
1959) tD, Hull and Tori, E, Rj
■-e' by and rPhllosophlca
l MaOaZlnllJ No. 12, No. 5911
R, T. J (1965).

RatclH1’eおよびG 、 W、 G rlll
nWOOdk: ヨ’) r、報告されている。これら
の研究1は、クリープ破壊条件でワイヤ資テストし、そ
してキヤビテーシヨンに対する静水比の効果を研究した
。これらのテストは、静水圧はワイヤのクリープ破壊テ
ストの閤キャピテーシ1ンを消去しまたは減少させ得る
ことを示した0本願発明者は、キヤビテーシヨンが形成
されるべき材料を静水圧にさらすことによって1lII
性成形される−に消去され得ることを発見した。
RatclH1'e and G, W, G rllll
nWOOdk: Yo') r, reported. Study 1 of these tested wire materials under creep rupture conditions and investigated the effect of hydrostatic ratio on cavitation. These tests showed that hydrostatic pressure can eliminate or reduce cavitation in wire creep rupture tests.
It has been discovered that it can be erased by molding.

第1図はこの発明の方法を図示するのに用いられる金型
の噺msiである。この金型は上方部分°2と下方部分
4とを有し、それらの閾に成形するためのブランク6が
クランプされる。クランプ圧力紘プレスのラム8によっ
て与えられることができる。絶aされたヒータ10が金
型を囲み、そしてブランク6の11度を、超塑性を得る
のに必要な成形II値にまで上昇させるよ、うに用いら
れる。
FIG. 1 is a diagram of a mold used to illustrate the method of this invention. This mold has an upper part 2 and a lower part 4, at the threshold of which a blank 6 for molding is clamped. The clamping pressure can be provided by the ram 8 of the hollow press. A depleted heater 10 surrounds the mold and is used to raise the 11 degrees of the blank 6 to the forming II value required to obtain superplasticity.

ガス通1112.14は、上方金型部分2と下方金型部
分4との両方に形成される。下方金型部分4は成形機l
116を有し、これは金型キャピテイを作り出しかつ第
1図に示されるU状チャネルのようなl&轄部品の形状
を規定する。圧力がブランク6の真価に、矢印18.2
0によって示されるように入口12.14を介して与え
られる。
Gas passages 1112.14 are formed in both the upper mold part 2 and the lower mold part 4. The lower mold part 4 is a molding machine l
116, which creates the mold cavity and defines the shape of the L&G part, such as the U-shaped channel shown in FIG. When the pressure reaches the true value of blank 6, arrow 18.2
0 through inlet 12.14.

第2図は先行技術によってブランクをffl塑性成形す
るために用いられることができる圧力と時開との関係曲
線22を示す、ガスが、曲線22に従うてブランク6の
上方表面上に圧力を作り出すように入口12(111図
)を介して導入される。いかなる圧力も、成形111i
16に面するブランクの一部に対しては与えられず、む
しろ、ガスは、ブランクがキャピテイの中へ下方へ動く
とき、金型キャピテイから外へ排気されることができる
。このような方法で部品は成形されることができるが、
それはキャピテーシ3ンが原因して多数の小さな空−を
有するかもしれない。
FIG. 2 shows a pressure-time opening relationship curve 22 that can be used according to the prior art to ffl plastically form a blank, such that the gas creates a pressure on the upper surface of the blank 6 according to the curve 22. through the inlet 12 (Fig. 111). Any pressure can cause molding 111i
16; rather, gas can be vented out of the mold cavity as the blank moves downwardly into the cavity. Although parts can be molded in this way,
It may have many small voids due to capacitance.

そのようなキヤビテーシヨンは、成形の間においてブラ
ンク6の両側で、ブランク6内において減少された等方
引張応力成分を作り出し、さらには減少された圧縮応力
成分をも作り出すように圧九を用いるこの発明の第1の
実施例による方法に続いて行なうことによって防止され
ることができる。適当な材料のブランクが金型部分2.
6の−に置かれ、そのためそれは成形機W116と向か
い合う、それは、ひずみ速度、感度の有効値を示す濃度
に膚で加熱され、かつその濃度に保持される。
Such cavitation is advantageous in this invention in which the cavitation is used to create a reduced isotropic tensile stress component in the blank 6 on both sides of the blank 6 during forming, and also to create a reduced compressive stress component. can be prevented by following the method according to the first embodiment. A blank of suitable material is used as the mold part 2.
6-, so that it faces the molding machine W116, it is heated with the skin to a concentration that exhibits an effective value of strain rate, sensitivity, and is held at that concentration.

次に、圧力が、入口12.14を通ってガスを導入する
ことによってブランクの両側に与えられる。
Pressure is then applied to both sides of the blank by introducing gas through the inlets 12.14.

111311は、成形機116に向かい合うブランクの
側部に対するものと、ブランクの反対の側部に対するも
のとのそれfれの圧力と時間との関係曲線24.26を
示す。第311において示されるように、両側の圧力は
&tぼ同じ速度で増加され、そのため等方圧縮応力がブ
ランク6上にかけられる。
111311 shows the pressure versus time curve 24.26 for the side of the blank facing the forming machine 116 and for the opposite side of the blank. As shown at No. 311, the pressure on both sides is increased at about the same rate &t, so that an isotropic compressive stress is exerted on the blank 6.

等方圧縮応力がキャビテーションを防止するのに充分な
ものにまで達したとき、ブランク6の底側部上の圧力2
0(第1Ii1)は曲線24によりて示されるように線
ぼ一定に保たれる。この背圧は優で述べられる計算を用
いて概算することができ、さもなければ、これは種々の
背圧でランニングテストし次にキャビテーションが生じ
ているかどうかを決定するように部品を切断することに
よりて実験的に決定されることができる。
When the isostatic compressive stress reaches a level sufficient to prevent cavitation, the pressure 2 on the bottom side of the blank 6
0 (first Ii1) is kept constant as shown by curve 24. This backpressure can be approximated using the calculations described in the article, or it can be tested running at various backpressures and then cut the part to determine if cavitation is occurring. can be determined experimentally.

ブランクの上側部上の圧力18(第1図)は、第3図の
前向きの圧力の曲1126によって示されるように増加
される。前向きの圧りの曲線26は、第2図に示される
ように、ひずみ速度感度の有効値を得て部品を成形する
のに必要な先行技術に従うて形が決められる。しかしな
がら、前向きの圧力の曲線26は、先行技術の曲線22
と比較されたとき、背圧の曲線24からの圧力に打ち勝
つように全体的に上押されている。
The pressure 18 (FIG. 1) on the upper side of the blank is increased as shown by the forward pressure curve 1126 in FIG. The forward pressure curve 26 is shaped in accordance with the prior art techniques necessary to obtain effective values of strain rate sensitivity to form the part, as shown in FIG. However, the forward pressure curve 26 is similar to the prior art curve 22.
When compared to the back pressure curve 24, the overall pressure is pushed upward to overcome the pressure from the back pressure curve 24.

最小の背圧は、空隙の形成を防止するように空隙に働く
充分に減少された引張等方応力成分または充分に増加さ
れた圧縮等方応力を作り出ずのに充分で゛なければなら
ない。この最小の応りは成形されるべき材料および成形
条件に依存し、そしてそれは軽験的に決定されることが
できる。それはまた、拡散成長概念または最大引張応力
概念のような、流れおよびキャビテーションの適用可−
な機構を説明する概念を用いて概算されることができる
The minimum backpressure must be sufficient without creating a sufficiently reduced tensile isotropic stress component or a sufficiently increased compressive isotropic stress component acting on the void to prevent void formation. This minimum response depends on the material to be molded and the molding conditions, and it can be determined empirically. It also applies to flow and cavitation, such as the diffusion growth concept or the maximum tensile stress concept.
can be approximated using concepts that describe the mechanism.

拡散成長概念に従りて、最小背圧はキャビテーションに
よる空隙形成の理論から計韓されることができる。空−
が高温で安定であるのに必要な1つの条件は、次の通り
である。
According to the diffusion growth concept, the minimum backpressure can be calculated from the theory of void formation by cavitation. Sky-
One condition necessary for it to be stable at high temperatures is as follows.

くσ−P)≧下、またはP≧σ−下 一一において、 σ−空一または空■の核に働く与えられた等方引張応力
成分。
A given isotropic tensile stress component acting on the nucleus of σ-empty or empty ■, where P≧σ−P)≧lower or P≧σ−lower11.

P−空Sまたは空■の核に働く静水圧成分。P - Hydrostatic pressure component acting on the nucleus of the empty S or empty ■.

γ−空一における表面エネルギ。γ - Surface energy in the void.

r−空隙の半径。r - radius of the void;

したがって、静水圧成分(背圧および前向きの圧力から
もたらされる)が増加されたとき、安定な空−の寸法は
増加されそして小さな寸法の空−は形成されないかまた
は消去されるであろう、空−の寸法はしばしば粒界にお
ける粒子(または包接)の寸法に関連するので、安定な
空−の寸法が粒子より大きくなるように静水圧を麿ねて
加えることがi!能であり、それによって変形の閤キャ
ピテイの始動を妨げる。
Therefore, when the hydrostatic pressure component (resulting from back pressure and forward pressure) is increased, the stable cavity size will be increased and cavities of small dimensions will not form or will disappear. Since the dimensions of - are often related to the dimensions of the grains (or inclusions) at grain boundaries, it is important to apply hydrostatic pressure so that the dimensions of the stable voids are larger than the grains. function, thereby preventing the initiation of the deformation capitium.

111411&t、2 X 10−4s−’ ノl[D
fミ1ill[gおよび 300  pslの有効成形
応力 ゛(14〈H=ff[σ −σ ])における並
行した成213 形の状態で寸法4の空隙の抑制のための針幹された応力
状lを示す、 この計算は、Ne1l  E。
111411&t, 2 X 10-4s-' nol [D
Parallel formation at f = 1ill [g and an effective forming stress of 300 psl ゛(14〈H = ff[σ - σ ]). This calculation shows that Ne1lE.

p atonおよびC,Howard  Haulat
onによるアメリカ合衆国特許第4.092.181号
にJ:うて超■性威形に適した倣驕粒子−造を有するよ
うに処理された7475アルミニウム合金のシートに対
するものである。この空−の概算された表面エネルギy
&tlooOera/cl”t’sす、成形11fl[
960@Fである。ブランクの園における引張応力σ、
は上方の曲線28によりτ示されかつ次のような前向き
の圧力および背圧(関連してここにおいて、 σ、−ブランクの画における引張応力。
p aton and C, Howard Haulat.
US Pat. No. 4,092,181 to John J.: A sheet of 7475 aluminum alloy treated to have a grain structure suitable for ultra-high strength shapes. The estimated surface energy of this sky y
&tlooOera/cl"t's, molded 11fl[
It is 960@F. Tensile stress σ in the blank garden,
are shown by the upper curve 28, τ, and the forward and back pressures (with respect to σ, - the tensile stress in the blank image).

P、−前向きの圧力。P, - forward pressure.

P2−背圧。P2-back pressure.

ρ −シートの支持されない部分の自重半径。ρ - dead weight radius of the unsupported part of the sheet.

t −シートの厚さ。t - Thickness of the sheet.

下方の曲線30は、ブランクの全厚さ方向において対応
する応力σ3である。これは背圧P2に等しい、矢印3
2によって示されるように、この例においては約1.7
μ−より小さな半径を有する空−に対していかなる背圧
も必要でない。
The lower curve 30 is the corresponding stress σ3 across the entire thickness of the blank. This is equal to back pressure P2, arrow 3
2, in this example about 1.7
No back pressure is required for the air with radius smaller than μ.

この発明の第2の実施例において、ブランクは先行技術
の方法によって成形され、そして空隙がキャビテーショ
ンの結果として形成されるがままとなっている。成形が
はぼ完了した優で、後成形圧縮応力が、材料内で静水圧
状態を作り出しそして空−を消去するようにかけられる
。この後成形圧力は空−を閉じそして空−表面を互いに
拡散接合する。
In a second embodiment of the invention, the blank is formed by prior art methods and voids are allowed to form as a result of cavitation. Once the forming is nearly complete, post-forming compressive stress is applied to create a hydrostatic pressure condition within the material and eliminate voids. After this, molding pressure closes the cavity and diffusion bonds the cavity surfaces together.

第5図はこの第2の実施例による圧力と時間との関係曲
線33を示す。ブランクはすでに述べたような先行技術
の方法だけによって上方側部に前向きのガス圧力を加え
ることによって成形される。
FIG. 5 shows a pressure-time relationship curve 33 according to this second embodiment. The blank is formed by applying forward gas pressure to the upper side only by prior art methods such as those already described.

しかしながら、前向きの圧力は、部品が成形された後(
点34)除去されない。むしろ前向きの圧力は、成形さ
れた部品が後成形圧力36を与える成形表面16と接触
している藺、維持される。この状態は、#11図におい
てブランク6の点線で示された断面によって表わされる
。点線の矢印38によって示される前向きの圧力は、点
線の矢印40によって示された金型表面16からの反作
用の圧力を作り出す。したがって、背圧が第2の前任ガ
スを必要とすることなく作り出される。
However, forward pressure is applied after the part is formed (
Point 34) Not removed. Rather, a forward pressure is maintained while the molded part is in contact with the molding surface 16 which provides a post-molding pressure 36. This state is represented by the cross section of the blank 6 shown by the dotted line in Figure #11. The forward pressure shown by dotted arrow 38 creates a counter pressure from mold surface 16 shown by dotted arrow 40. Therefore, back pressure is created without the need for a second precursor gas.

第5図は一定の後成形圧力36を示すものであるが、圧
力は空隙を閉じるのに必要な時間を短くするために増加
されることができる。最適の後成形圧力および保持時間
が、いくつかの圧力および時間でランニングテストし次
にどの組み合わせが最も効果的に空隙を除去するかを決
定するために部品を切断することによって実験的に定め
られることができる。
Although FIG. 5 shows a constant postforming pressure 36, the pressure can be increased to shorten the time required to close the void. Optimal post-forming pressures and hold times are determined experimentally by running tests at several pressures and times and then cutting parts to determine which combinations most effectively eliminate voids. be able to.

第3の実施例において、第3図および第5図の方法が組
み合わされる。背圧24がキャビテーションを減少させ
るよ、、うに成形の閤がけられることができ、そして成
形の後で、成形圧力26が、点線38によりτ示される
ように、形成されたいがなる空隙をも閉じるように維持
されることができる。背圧24はこの期間の閣雑持され
ることができ、または金型の反作用が必要な背圧を与え
るのでそれは減少されることができる。この組み合わせ
の実施例は、利用可能な装置が成形操作段階の間にキャ
ビテーションを完全に消去するのに充分な背圧を与える
ことができないような応用において最も経済的であるこ
とが証明できる。
In a third embodiment, the methods of FIGS. 3 and 5 are combined. The back pressure 24 reduces cavitation, which can be applied to the mold, and after molding, the mold pressure 26 closes any voids that may have been formed, as shown by the dotted line 38. can be maintained as follows. The backpressure 24 can be maintained during this period, or it can be reduced as the mold reaction provides the necessary backpressure. This combination of embodiments may prove most economical in applications where available equipment is unable to provide sufficient backpressure to completely eliminate cavitation during the molding operation stage.

2インチ×6インチ×1インチ深さの長方形の箱を形成
するのに適用されたこの発明の方法の例が以下に与えら
れる。この材料は、ffl塑性成形に適した微細粒子構
造を有するようにアメリカ合衆国特許第4.092.1
81号によって処理された0、040インチ厚さの74
75アルミニウム合金のシートである。
An example of the method of the invention applied to form a rectangular box 2 inches by 6 inches by 1 inch deep is given below. This material has a fine grain structure suitable for ffl plastic forming.
0.040 inch thick processed by No. 81 74
75 aluminum alloy sheet.

[1 材料は金型内に習かれそして960’Fにまで加熱され
る。次に、前向きの圧力および背圧が共に100  p
alにまで増加される。この背圧は4−1 100DSl&:保持サレ、そり、r2X10  sの
ひずみ速度εを生じるように計算された速度で増加され
る。この部品が成形された後で、前向きの圧力および背
圧は大気圧にまで減少されそして成形された部品が金型
から除去される。
[1 The material is placed in a mold and heated to 960'F. Then the forward pressure and back pressure are both 100 p
It is increased to al. This backpressure is increased at a rate calculated to produce a strain rate ε of 4-1 100 DSl&: retention sag, warpage, r2X10 s. After the part is molded, the forward pressure and back pressure are reduced to atmospheric pressure and the molded part is removed from the mold.

材料が金型内に置かれそして960°Fにまで加熱され
る。次に、前向きの圧力および背圧が共に300  p
slにまで増加される。背圧は、用いられるひずみ速度
における材料の塊れ応力に等しい300  pstに保
持される。前向きの圧力は、2X10  s  のひず
み速痕二を生じるように1棹された速度で増加される。
The material is placed in a mold and heated to 960°F. Then the forward pressure and back pressure are both 300 p
increased to sl. The backpressure is maintained at 300 pst, which is equal to the lump stress of the material at the strain rate used. The forward pressure is increased at a rate of 1° to produce a strain rate trace of 2×10 s.

部品が成形された後で、前向きの圧ノコおよび背圧は大
気圧にま誉誠少されそして成形された部品が金型から除
去される。
After the part is formed, the forward pressure saw and back pressure are reduced to atmospheric pressure and the formed part is removed from the mold.

得られた部品は良好に成形され、そして次にはメタログ
ラフィックな評価が厳格に成形された隅においてさえも
キャビテーションの存在しないことを明らかにした。同
じ条件で、しかし背圧なしに酸部された以前の部品は、
腫大なキャビテーションを示した。
The parts obtained formed well, and metallographic evaluation subsequently revealed the absence of cavitation even in the tightly formed corners. Previous parts acidified under the same conditions, but without backpressure,
It showed massive cavitation.

多くの変形および修正が、この発明から離れることなく
成されることができる。たとえば、前向きの圧力は従来
の方法でブランクを成形するように与えられることがで
きる。しかしながら、成形が完了する前には、充分な背
圧が、最初の加圧の鴎に形成された空隙を閘じるように
与えられることができる0次に、背圧は減少され、そし
て成形が前向きの圧力をかけた状態で続けられる。もし
充分な等方圧縮応力を与えることが必要ならば、前向き
の圧力と背圧との両方は、成形操作を続ける前に空−を
閉じるように一時的に増加されること示できる。特別な
応用に対して空隙を最も急速に消去することを必要とす
るときには、この背圧は、成形の閣、周期的に増加され
そして減少されることができる。したがって、上述され
かつ添付の図面において示されたこの発明の形態は単に
例示するものであり、そしてこの発明の範囲を限定する
ように意図されるものではないということが明らかに理
解されるべきである。
Many variations and modifications can be made without departing from the invention. For example, forward pressure can be applied to form the blank in a conventional manner. However, before the forming is completed, sufficient backpressure can be applied to fill the voids formed in the first pressurization. Next, the backpressure is reduced and the forming continues with positive pressure applied. If it is necessary to provide sufficient isostatic compressive stress, both the forward pressure and the back pressure can be shown to be temporarily increased to close the cavity before continuing the molding operation. This backpressure can be increased and decreased periodically during molding when the most rapid clearance of voids is required for a particular application. It should therefore be clearly understood that the forms of the invention described above and illustrated in the accompanying drawings are merely illustrative and are not intended to limit the scope of the invention. be.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図はこの発明による超塑性成形方法を図示。 する金型およびブランクの断面図である。 第2図は先行技術によってU状チャネルを超塑性成形す
るための典型的な時間と圧力との関係を示す。 第3図はこの発明の第1の寅llA31によってU状チ
ャネルを超塑性成形するための時間と圧力との関係を示
す。 第41!Aは空隙の半径の関数としての空隙の抑制のた
めの応力状態を示す1対の直線である。 第5図はこの発明の第2の実施例によってU状チャネル
を超塑性成形するための時間と圧力との関係を示す。 図において、2は上方金型部分、4は下方金型部分、6
はブランク、10はヒータ、12.14はガス通路であ
る。
FIG. 1 illustrates the superplastic forming method according to the present invention. FIG. 3 is a sectional view of a mold and a blank. FIG. 2 shows a typical time-pressure relationship for superplastically forming a U-shaped channel according to the prior art. FIG. 3 shows the relationship between time and pressure for superplastically forming a U-shaped channel using the first model A31 of the present invention. 41st! A is a pair of straight lines showing the stress state for void suppression as a function of void radius. FIG. 5 shows the relationship between time and pressure for superplastically forming a U-shaped channel according to a second embodiment of the invention. In the figure, 2 is the upper mold part, 4 is the lower mold part, and 6
10 is a blank, 10 is a heater, and 12.14 is a gas passage.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 (1) 材料ブランクをll!性的に成形する方法であ
りて、 成形濃度においてひずみ達直感腐の有効値を゛示す材料
ブランクを用意し、 成形表面を有する金型を用意し、 前記虞W#amに向かい合って前記金型内に前記ブラン
クを位置決めし、 前記材料がひずみ速度感廐の前記有効値を示すように前
記成形lI皮で前記ブランクを保持し、前記材料内に空
−が形成されることを防止するのに充分な圧力を前記ブ
ランクの両側にかけ、そして 前記ひずみ連成感度の前記有効値を提供する速成で前記
材料をひずませるように前記成形表面から最も違い前記
ブランクの一部上で前記圧力を増加させ、それによって
前記ブランクは前記成形表面の方へ伸びかつ前記成形表
面にあたってキャピテーシ1ンなしに成形される、各ス
テップを含む方法。 (2) 前記ブランクの両側にかけられる前記は、前記
成形表面から最も違い前記ブランクの一部上での前記圧
力を増加6する前記ステップの−においてかけられる等
方引張応力成分であり、γは空−のllI園エネルギで
あり、かつrはこの材料内の粒子間の粒子より大きく選
ばれた空−〇半径である特許請求の範−第1項記載の方
法。 (3)  m1ll性的に成形された部品から空■を除
去する方法であって、 iIm!性成形された部品を成形濃度にまで加熱し、そ
して 1III性虞形された部品の両側に直aia1体圧力を
かけ、それによってl!!性成形成形た部品にある空−
が■性寵形および拡散することによって除去される、各
ステップを含む方法。 (4) 材料ブランクをsI!性的に成形する方法であ
って、 °城形温度においてひずみ速度感度の有効値を示す材料
ブランクを用意し、 成形表面を有する金型を用意し、 前記成形表面と内かい合って前記金型内に前記ブランク
を位置決めし、 前記材料がひずみ速度感度の前記有効値を示すように前
記成形濃度において前記ブランクを保持し、 前記材料が前記成形表面の方へ伸びかつ前記成形表面に
あたって成形されるように、ひずみ速度感度の前記有効
値を提供する速度で前記材料をひずませるのに充分な圧
力を前記成形表面から最も違い前記ブランクの側部上に
かけ、そして前記ブランクが前記成形表面にあたって成
形された談で前記ブランクの前記最も遠い側部上に圧力
をかけ、それによって前記材料内にある空隙が酸性変形
および拡散によって除去される、各ステップを含む方法
。 (5) 材料ブランクを超塑性的に成形する方成形濃度
においてひずみ速度感度の有効値を示す材料ブランクを
用意し、 成形表面を有する金型を用意し、 前記成形表面と向かい合って前記金型内に前記ブランク
を位置決めし、 前t!捧料がひずみ速度感度の前記有効値を示すように
前記成形濃度において前記ブランクを保持し、 前記材料内で空隙が形成される速度を減するのに充分な
圧力を前記ブランクの両側にかけ、前記材料が前記成形
表面に向かって伸びかつ前記成形表面にあたって成形さ
れるように、ひずみ速度感度の前記有効値を提供する速
度において、前記材料をひずませるように、前記成形表
面から最も速い前記ブランクの側部上で前記圧力を増加
させ、そして 前記圧力と前記金型の反作用との閣で前記材料を圧縮す
るように前記ブランクが前記成形表面にあたって成形さ
れた後で、前記ブランクの前記最も遠い側部上の圧力を
雑持し、それによって前記材料内にある空−が除去され
る、各工程を含む方法。 (6) 材彌ブランクを超塑性的に成形する方法であっ
て、 成形ll5l!においてひずみ速度感度の有効値を示す
材料ブランクを用意し、 成形表面を有する金型を用意し、 前記成形!l1liに向かい合って前記金型内に前記ブ
ランクを位置決めし、 前記材料がひずみ速度感度の前記有効値を示すように前
記成形WA度において前記ブランクを保持し、 前記材料が前記成形表面の方へ伸びるように、ひずみ速
度感度の前記有効値を提供する速度において前記材料を
ひずませるのに充分な前向きの圧力を前記成形表面から
最も違い前記ブランクの側部上にかけ、 前記材料が伸び始めた優で、前記材料内の空隙を除去す
るように前記最も違い側部に向かい合う前記ブランクの
側部に対して前記成形圧力に等しいかまたはそれより小
さい背圧をかけ、そして前記材料が前記成形表面にあた
って成形されるまで、前記前向きの圧力をかけ続けなが
ら、前記背圧を減少させる、各ステップを含む方法。 (7・) 前向きの圧力をかける前記ステップは、背圧
をかける前記ステップの間において前記前向きの圧力を
増加させ、次に前記背圧が減少されながら前記前向きの
圧力を減少させることを含む特許請求の範囲第6項記載
の方法。 (8) 背圧をかけかつ減少させる前記ステップは、前
記材料の伸びる閣、同期的(行なわれる特許請求の範囲
第6項記載の方法。
[Claims] (1) Material blank! In this method, a material blank exhibiting an effective value of strain resistance and corrosion at a molding density is prepared, a mold having a molding surface is prepared, and the mold is placed facing the W#am. positioning said blank in said molded skin such that said material exhibits said effective value of strain rate sensitivity and preventing the formation of voids in said material; Applying sufficient pressure on both sides of the blank and increasing the pressure on a portion of the blank that is most different from the forming surface to strain the material at a rate that provides the effective value of the strain coupled sensitivity. , whereby the blank extends towards and is molded against the molding surface without capitation. (2) , which is applied on both sides of the blank, is the isotropic tensile stress component applied at - of the step of increasing the pressure on the part of the blank that is most different from the forming surface; 2. A method as claimed in claim 1, in which the field energy of - and r is a radius chosen to be larger than the interparticles in the material. (3) A method for removing voids from molded parts, comprising: iIm! The molded part is heated to a forming consistency and a direct pressure is applied on both sides of the molded part, thereby causing l! ! voids in molded parts
A method that includes each step in which the is removed by ■sexualization and spreading. (4) sI the material blank! A material blank exhibiting an effective value of strain rate sensitivity at a castle temperature is prepared, a mold having a molding surface is prepared, and the mold is in internal conflict with the molding surface. holding the blank at the forming density such that the material exhibits the effective value of strain rate sensitivity; and forming the material toward and against the forming surface. such that sufficient pressure is applied on the side of the blank furthest from the forming surface to strain the material at a rate that provides the effective value of strain rate sensitivity, and the blank is formed against the forming surface. the steps of applying pressure on the farthest side of the blank, whereby voids present within the material are removed by acidic deformation and diffusion. (5) For superplastically forming a material blank: Prepare a material blank that exhibits an effective value of strain rate sensitivity at the forming concentration, prepare a mold having a forming surface, and place the material blank in the mold facing the forming surface. Position the blank at the front t! holding the blank at the forming density such that the material exhibits the effective value of strain rate sensitivity; applying pressure on both sides of the blank sufficient to reduce the rate at which voids form within the material; The fastest of the blanks from the forming surface so as to strain the material at a rate that provides the effective value of strain rate sensitivity as the material stretches towards and is formed against the forming surface. the farthest side of the blank after the blank has been formed against the forming surface so as to increase the pressure on the side and compress the material in combination with the pressure and the reaction of the mold; A method comprising the steps of applying pressure on the material, thereby eliminating voids within the material. (6) A method of superplastically forming a material blank, which includes forming ll5l! Prepare a material blank that exhibits an effective value of strain rate sensitivity in , Prepare a mold having a forming surface, and perform the forming! positioning the blank in the mold opposite the mold, holding the blank in the forming WA degree such that the material exhibits the effective value of strain rate sensitivity, and the material stretches towards the forming surface. such that a forward pressure sufficient to strain the material at a rate that provides the effective value of strain rate sensitivity is applied on the side of the blank furthest from the forming surface until the material begins to elongate. , applying a back pressure equal to or less than the forming pressure to the side of the blank opposite the most different side to eliminate voids in the material, and forming the material as it hits the forming surface. reducing the back pressure while continuing to apply the forward pressure until the positive pressure is applied. (7.) The step of applying forward pressure includes increasing the forward pressure during the step of applying back pressure, and then decreasing the forward pressure while the back pressure is decreased. The method according to claim 6. 8. The method of claim 6, wherein the steps of applying and reducing backpressure are performed synchronously as the material stretches.
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