超塑成形的定义和概况

超塑成形，是一种金属加工工艺，是利用金属材料在特定条件下存在的超塑性特点进行加工成形的一种工艺，可以获得各种复杂形状的零部件。利用超塑成形工艺制造而成的零部件具有金属塑性大幅提高、金属变形抗力小、精度高等优点。

延伸率代表金属塑性，数值一般在40%以下，在特定条件下，金属延伸率可以大幅提高，少则达到原有数值的几十倍，多则达到原有数值的数千倍，即为金属超塑性，在此条件下进行加工成形，可以制造各种复杂形状零部件，且不会产生断裂等问题。

超塑成形可加工的材料种类多样，主要有铝合金、铜合金、镍合金、镁合金、钛合金、锌铝合金、铝锂合金、高温合金、低碳钢、不锈钢等。随着技术不断进步，超塑成形可加工的材料种类还在不断增多，例如金属间化合物、复合材料、陶瓷材料等，超塑成形市场空间正在不断增大。

按照成形介质来划分，超塑成形可以分为气压成形（吹塑成形）、真空成形、液压成型、模压成形、无模拉拔等工艺。一般情况下，超塑成形会与扩散焊技术配合使用，在同一温度区间内兼具超塑性与原子扩散性的材料可以采用此工艺，其设计自由度高，且可以减少制造成本，得到零部件具有高精度优点的同时可以降低重量，且无残余应力，能够应用在条件苛刻的复杂场景中。

超塑成形的行业规模

根据新思界产业研究中心发布的《2022-2027年中国超塑成形行业市场深度调研及发展前景预测报告》显示，由于可以加工普通工艺难以加工的结构复杂、无残余应力零部件，超塑成形可以广泛应用在航空航天、国防军工、汽车交通、仪器仪表、机械设备、电子等产业中。航空航天是超塑成形的重要下游市场，可用于飞机大梁、壁板、舱门、机翼、隔热板、涡轮叶片等部件生产中，其中，涡轮叶片是超塑成形最高端的应用领域之一。

新思界行业分析人士表示，2021年，全球航空装备（商用+军用）市场规模达到9600亿美元左右，与2019年相比呈现下降态势，但与2020相比呈现上升态势，主要是由于新冠肺炎疫情影响。全球主要经济体在航空领域的投入力度不断加大，预计未来5年，全球航空装备市场整体将呈现增长态势，利好超塑成形行业发展。在全球范围内，超塑成形机代表性企业主要有美国Superform、日本三菱重工、日本川崎重工等。

案例：超塑成形技术的工艺改进

1.铝合金板料领域

在航空工业领域，超塑成形技术已经广泛用于难变形材料复杂形状零件的成形，并有30多年的发展历史。但是铝合金板料超塑成形技术进入汽车制造领域，成为一种备选的制造工艺只是近十几年的事情，因此它还属于一种需要不断改进和大力推广的新技术。

传统超塑成形技术的慢速、低效率缺点和高材料成本将抵消掉一些低模具设备成本的优势。例如，根据一个铝合金发动机罩的技术成本模型估算，当年产量小于5000件时，普通超塑成形方案的成本－效益曲线才会高于冷冲压方案。这是因为批量越大，工具设备成本分摊降低，材料成本和单件成形的时间成本累计上升。为了在汽车行业推广铝合金板料超塑成形技术，需要进行如下的工艺改进，使之最大限度适合汽车工业的需求。

（1）改进超塑成形的高温与慢速特征，适应汽车生产大批量和高生产率要求。

（2）降低超塑性铝合金板材的价格，使用低价的普通工业牌号铝合金，例如A A5182，适合汽车生产低成本要求。

（3）金属板料超塑成形与冲压成形的工艺原理不同，设计原则不同，运行条件不同，不能将它作为一道工序塞入冲压生产线，而应建立单独的超塑成形车间和自动化生产线。

2.钛合金领域

超塑成形技术充分运用了材料在特定高温下的低抗力、大应变、无颈缩的特性，成为航空航天钛合金零件成形的优选工艺之一，也为新型号飞机上钛合金复杂结构件的设计和制造提供了更多可能。当然，任何事情都有两面性，在具有上述优点的同时，超塑成形工艺也因高温成形不得不承受设备升/降温近20小时的等待，严重限制了超塑成形零件制造效率的提高。

航空工业沈飞工程技术人员以某型号钛合金零件研制为契机，突破固有思维限制，构建全新的工艺设计思路，开创出别样的超塑成形新模式。

技术人员多方联动，协同合作，结合该钛合金零件的具体结构特征和超塑成形生产线实际问题，几番斟酌后决定采用“二模合一、一模两件”的形式来攻克该零件及其对称件的成形制造问题，力求优质、高效两手抓。工艺准备初期，采用数字化工艺仿真技术反复优化工艺参数、指导工装结构设计，确定最具可行性的工艺方案，有效规避了盲目试制对加快零件研制进程的不良影响，减少了附带的人力、财力、物力等生产成本消耗，为该零件超塑成形的提质增效打下坚实基础。工艺实施过程再次展现出这种全新超塑成形模式带来的高效性和经济性：二模合一，削减工装制造成本和周期；一模两件，省去一次升/降温过程，零件制造效率提高近半，同时设备热循环次数减少，节能降耗效果显著。最终，以更短时间、更低经济成本，完成了该钛合金零件的超塑成形，其各项性能指标均达到检测要求。

通过这次全新的尝试，实现了钛合金超塑成形真正意义上的优质高效交付，为公司超塑成形工艺提质增效谱写了新篇章。

文章来源： 新思界网，材料material，媒体滚动