Lección 4.7DeformarCapítulo 4 · Conformado de chapa y tubo

Conformado superplástico

Gas caliente sopla una chapa superplástica contra una matriz

El conformado superplástico (SPF) calienta una chapa especial de grano fino hasta que puede estirarse varias veces su longitud, como un chicle caliente. Luego la presión de un gas la sopla despacio contra una matriz de una sola cara (un molde de acero con forma). Convierte una sola chapa en paneles profundos y complejos, como puertas de avión y carrocerías de deportivos, que de otro modo necesitarían muchas piezas.

Foto: San Diego Air & Space Museum Archives, Public domain, vía Wikimedia Commons

conformado superplástico · sujetar y calentar, soplar con gas, abrir y retirarLee los paneles de izquierda a derecha; los números en círculo coinciden con los pasos de abajo.

Cómo funciona

Sujeta la chapa. Una chapa plana de aleación superplástica se coloca sobre una matriz con una cavidad (el hueco con la forma de la pieza). Una tapa sellada presiona su borde y crea un cierre hermético al gas.
Calienta todo. Unos platos calefactados (placas de prensa calientes) llevan la matriz y la chapa a la temperatura de conformado: unos 450–520 °C para el aluminio 5083, unos 900 °C para el titanio Ti-6Al-4V.
Sopla gas. El argón (un gas inerte que evita que el metal caliente reaccione con el aire) entra por encima de la chapa a baja presión, normalmente de unos 10–30 bar.
Deja que se estire despacio. La chapa se abomba como una pompa de jabón mientras el aire de debajo escapa por los respiraderos. La presión sube poco a poco, así que el metal se estira despacio, durante minutos u horas, sin rasgarse. Sus diminutos granos (los cristales que forman un metal) se deslizan unos sobre otros y permiten estiramientos de varios cientos por ciento.
Llena la matriz y abre. La chapa alcanza las paredes de la cavidad y llega a las esquinas en último lugar, así que las esquinas quedan más delgadas. La prensa se abre, se saca la pieza caliente y se recorta su pestaña (el borde sujeto).

Datos clave

Materiales: Aleaciones superplásticas de grano fino: titanio Ti-6Al-4V, aluminio 5083 y algunas aleaciones de aluminio-litio, algunos aceros inoxidables
Piezas típicas: Puertas, paneles de acceso y conductos de avión, paneles de carrocería de coches de baja producción, estructuras huecas rigidizadas
Tamaño de pieza: De pequeños soportes a paneles de unos pocos metros de largo
Precisión: Próxima a la forma de la matriz, normalmente unas décimas de milímetro en el lado de la matriz, con casi nada de recuperación elástica (rebote elástico)
Acabado superficial: Lisa en el lado de la matriz; el titanio necesita limpieza para eliminar una piel superficial dura y rica en oxígeno
Tamaño de lote adecuado: Series pequeñas y medias: de cientos a unos pocos miles de piezas al año
Coste de utillaje y máquina: Una sola matriz, de acero resistente al calor o de cerámica, más barata que las matrices de estampación acopladas; la prensa calefactada es una gran inversión
Velocidad: Lento: de unos 15 minutos a unas pocas horas por pieza, más rápido en aluminio que en titanio

Ventajas y límites

Ventajas

Formas profundas y complejas de una sola pieza, que sustituyen conjuntos de muchas piezas
Solo hace falta una matriz, así que el utillaje cuesta menos
Casi sin recuperación elástica, así que las formas son precisas
Con la soldadura por difusión (chapas unidas bajo calor y presión), fabrica estructuras huecas rigidizadas

Límites

Ciclos lentos: de minutos a horas por pieza
Necesita aleaciones especiales de grano fino, más caras
Espesor desigual: las esquinas y las cavidades profundas se adelgazan
Proceso caliente y con alto consumo de energía; el titanio necesita gas protector y limpieza de la superficie

Dónde se usa

Estructuras aeronáuticasPuertas, paneles de acceso y conductos de titanio y de aluminio
Motores a reacciónÁlabes de ventilador de titanio huecos, fabricados combinando el SPF con la soldadura por difusión
AutomociónPaneles de carrocería de aluminio para coches deportivos y de lujo de baja producción
ArquitecturaPaneles curvos de aluminio para fachadas y revestimientos

Cómo reconocerlo

Formas profundas, lisas y de bordes suaves hechas de una sola chapa, sin soldaduras ni costuras.
Un lado nítido y liso (el lado de la matriz); el otro lado muestra detalles más suaves y redondeados.
Espesor variable: más fino en las esquinas y en las cavidades profundas, visible en un borde cortado.
Embute más profundo de lo que podría una prensa normal, siempre con radios generosos.

Compáralo con

Estampado y embutición profunda4.2en frío, rápido y con dos matrices acopladas, pero las formas deben ser menos profundas y las matrices cuestan más.Hidroconformado4.5también presión de fluido contra una sola matriz, pero en frío, con agua o aceite a una presión mucho mayor.Termoformado2.4el primo de los plásticos: una lámina de plástico calentada que se pega a un molde por vacío o presión de aire.

Míralo

superformusa · El método básico: el gas sopla la chapa caliente dentro de una cavidad de matriz hembra

superformusa · Una variante: la chapa se sopla primero hasta formar una burbuja y luego se conforma sobre una herramienta macho

superformuk · Paneles reales de carrocería saliendo de producción

David Kirkham · Imágenes de taller de una pieza conformada saliendo de la prensa caliente

Ver fotos reales

Wikipedia: Conformado superplástico — principio, temperaturas y ejemplos aeronáuticos; sobre todo texto
Wikipedia: Superplasticidad — la ciencia de materiales detrás del estiramiento extremo
Búsqueda de fotos en Wikimedia Commons

Recuerda

Las aleaciones superplásticas se estiran varios cientos por ciento cuando están calientes y se tiran despacio.
La presión del gas empuja la chapa contra una sola matriz de una cara, así que el utillaje sigue siendo sencillo.
Ideal para paneles profundos y complejos de una sola pieza; el precio son los ciclos lentos y las esquinas delgadas.