Numerical and experimental integration in analysis of a superplastic forming

• Published in: Materialwissenschaft und Werkstofftechnik 2017-10, Vol.48 (10), p.962-968
• Main Authors: Carunchio, A. F., Batalha, M. H. F., Pereira, D. A., Resende, H. B., Batalha, A. E. F., Toloczko, F. R., Santos, M. W. B., Batalha, G. F.
• Format: Article
• Language: English
• Subjects: Aeronautics; Automotive engineering; bulge test; Computer simulation; Deformation; finite element; Finite element method; Finite-Elemente; Heat treating; Leichtbau; lightweight structures; Mathematical analysis; Mathematical models; pneumatischer Beulungsversuch; Pressure curve; Schalenherstellung; shell manufacturing; Superplastic forming; Superplasticity; Superplastische Umformung; Surgical implants; Thin walled shells; titanium alloys; Titanium base alloys; Titanlegierung
• ISSN: 0933-5137; 1521-4052
• DOI: 10.1002/mawe.201700032

Superplastic forming (SPF) is a technique that takes advantage of metallic alloys with fine grain size presenting very high ductility and large deformations before rupture under certain conditions. There is a growing interest in this manufacturing process in different areas, such as: aeronautical, automotive and medical, due to the possibility of fabricating complex geometry, lightweight, and strong thin shell parts. The researchers employed an industrial size superplastic hot press and, aiming to start investigations in the field of superplastic forming, finite element simulation and material analysis. This paper presents one of a first works in this field: developing a numerical model and forming a titanium alloy dome. A finite element model was developed to obtain the pressure curve, used as input in the superplastic forming machine control and for thickness prediction. Results and comparisons between the formed part and numerical calculations are presented, as well as the main difficulties the institutions faced in this new research field. Translation Superplastische Umformung (SPF) ist eine Technik, die metallische Legierungen mit feiner Korngröße und sehr hoher Duktilität und großen Bruchverformungen unter bestimmten Bedingungen nutzt. Es gibt wegen der Möglichkeit der Herstellung komplexer Geometrien, leichter und fester Dünnschalenteile ein wachsendes Interesse an diesem Herstellungsprozess in verschiedenen Bereichen wie: Luftfahrt, Automobil‐ und Medizintechnik. Es wurde eine superplastische Heißpresse von industrieller Größe angewendet, um Untersuchungen auf dem Gebiet der superplastischen Umformung, finite‐Elemente‐Simulation und Material‐Analyse zu starten. Dieses Papier stellt eine der ersten Arbeiten in dem Bereich der Entwicklung eines numerischen Modells und Formen einer Titan‐Legierung‐Kalotte dar. Ein Finite‐Elemente‐Modell wurde entwickelt, um die Druckkurve zu erhalten, die als Input für die Maschinensteuerung der superplastischen Umformung und Vorhersage der Dicke verwendet wurde. Ergebnisse und Vergleiche zwischen dem Formteil und numerischen Berechnungen werden vorgestellt sowie die wichtigsten Schwierigkeiten der Institutionen in diesem neuen Forschungsfeld.