超塑性成形

しくみ

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   板をクランプする。 超塑性合金の平らな板を、キャビティ（部品の形のくぼみ）のある型の上に置きます。密閉した蓋が縁を押さえ、気密を保ちます。

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   全体を加熱する。 加熱プラテン（熱いプレス板）が、型と板を成形温度まで上げます。アルミニウム 5083 で約 450–520 °C、チタン Ti-6Al-4V で約 900 °C です。

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   ガスを吹き込む。 アルゴン（高温の金属が空気と反応するのを防ぐ不活性ガス）が、板の上側へ低い圧力で流れ込みます。通常は約 10–30 bar です。

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   ゆっくり伸ばす。 板はシャボン玉のようにふくらみ、下側の空気は通気孔から逃げます。圧力は少しずつ上げるので、金属は数分から数時間かけてゆっくり伸び、破れません。微細な結晶粒（金属を構成する結晶）が互いにすべり合い、数百パーセントもの伸びが可能になります。

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   型を満たして開く。 板はキャビティの壁に接し、最後に角へ届くため、角がいちばん薄くなります。プレスが開き、熱い部品が持ち上げられて、フランジ（挟んでいた縁）は切り落とされます。

主なポイント

材料

結晶粒の細かい超塑性合金：チタン Ti-6Al-4V、アルミニウム 5083、一部のアルミニウム–リチウム合金、一部のステンレス鋼

代表的な部品

航空機のドア、点検パネル、ダクト、少量生産の車体パネル、補強入りの中空構造

部品サイズ

小さなブラケットから、長さ数メートルのパネルまで

精度

型の形に近く、型側で通常 0.数 mm 程度。スプリングバック（弾性による戻り）はほとんどありません

表面仕上げ

型側はなめらか。チタンは、酸素を多く含む硬い表面層を除去するための洗浄が必要です

向いているロット数

小～中規模のシリーズ：年間数百から数千個

金型・設備コスト

型は 1 つだけで、耐熱鋼かセラミック製。対になったプレス型より安価です。加熱プレス機は大きな設備投資です

速度

遅い：1 個あたり約 15 分から数時間。アルミニウムのほうがチタンより速い

強みと限界

使われる場所

• 航空機の構造部材チタンやアルミニウムのドア、点検パネル、ダクト
• ジェットエンジンSPF と拡散接合を組み合わせてつくる、中空のチタン製ファンブレード
• 自動車少量生産のスポーツカーや高級車向けのアルミニウム製ボディパネル
• 建築曲面のアルミニウム製ファサードや外装パネル

見分け方

• 溶接も継ぎ目もない、1 枚の板からできた、深くなめらかでエッジのやわらかい形。
• 片面（型側）はくっきりとなめらかで、反対側はやわらかく丸みのある細部になります。
• 厚みが一定ではなく、角や深いくぼみで薄くなり、切断面で確認できます。
• 通常のプレスより深く絞れますが、必ず大きめの R が付きます。

比較

動画を見る

Superform USA- Superplastic forming - Cavity forming technique

superformusa · 基本の方法：ガスが熱い板を、雌型のキャビティに吹き込む

Superform USA- Superplastic forming - Bubble forming technique

superformusa · バリエーション：板をまずバブル状に吹き上げ、それから雄型にかぶせて成形する

Superformed Aluminium Body Panels for the Morgan Supersport Aeromax

superformuk · 生産ラインから出てくる実際の車体パネル

Kirkham University Superplastic Forming Aluminum Coupe Rear Wheel Well

David Kirkham · 成形した部品が熱間プレスから出てくる現場の映像

実写真を見る

• Wikipedia：Superplastic forming — 原理、温度、航空機の例。ほぼ文章のみ
• Wikipedia：Superplasticity — 極端な伸びの背景にある材料科学
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