TITAFORM: Formatura di precisione a caldo di lega di TITAnio e sviluppo di processi innovativi di FORMatura plastica a caldo di componenti aeronautici per ottenere un basso rapporto Buy/Fly.

    Progetto: Research project

    Dettagli progetto

    Description

    L’industria aeronautica moderna deve rispondere a due pressanti richieste: abbattere i consumi di esercizio (quindi l’inquinamento correlato, in ottemperanza alle linee guida di normativa internazionale), ed i costi di produzione legati alle tecnologie e materiali. Gli orientamenti delle nuove costruzioni aeronautiche hanno individuato la risposta ad entrambe queste esigenze nell’incremento della quota di materiale composito a matrice polimerica che però necessita dell’ accoppiamento a strutture di lega di titanio, che ha come risultato finale un complessivo incremento della quota di utilizzo del titanio fino ad oltre il 18 % del peso totale. Le tecnologie di fabbricazione di componenti in lega di titanio oggi in uso comportano una forte perdita di materiale (che è molto costoso: 10 volte e più che le leghe di alluminio), nelle lavorazioni di macchina. In particolare se consideriamo per un componente di titanio generico, la quota parte di materiale acquistato (Buy) rispetto a quello che in realtà è utilizzato e quindi posto in volo (Fly), tale rapporto Buy/Fly oggi per i componenti di titanio vale almeno 20.Per abbattere i costi di produzione di componenti in lega di titanio la presente proposta di ricerca si propone di studiare e mettere a punto due processi innovativi di formatura a caldo: - la forgiatura in stampo chiuso in forma quasi-finita nel campo di temperatura dove è stabile la fase Beta;- lo stiramento a caldo (HSF) su mandrino a geometria multi-curvatura e macchina a 4 assi indipendenti.

    Layman's description

    L’obiettivo finale rimane la messa a punto dei parametri processo per realizzare dimostratori di componenti aeronautici in lega di titanio, con geometria il più possibile vicina a quella finita di progetto, minimizzando le lavorazioni meccaniche con asporto di truciolo per ridurre il rapporto Buy/Fly a circa 10 per la forgiatura e circa 8 per lo stiramento a caldo (HSF). Tali risultati saranno perseguiti mediante due approcci distinti per i due processi di deformazione plastica a caldo individuati: - per quanto riguarda lo sviluppo del processo di forgiatura innovativa si punterà a modificare completamente tutto il processo di forgiatura a caldo oggi considerato “standard” comprendendo in questo anche la fase di preparazione dei precursori (sbozzati) innovativi. Infatti, invece di utilizzare per la fase di forgiatura a caldo di precisione in stampo chiuso (tecnologia poco diffusa in Italia) sbozzati ottenuti da lingotti che portano appunto ai citati rapporti Buy/Fly vicini a 20, si vuole studiare la preparazione di sbozzati ottenuti per compattazione di polveri a basso costo in contenitori metallici con geometria già vicina a quella del dimostratore finale.Le stesse polveri della lega aeronautica Ti6Al4V saranno ottenute con un approccio metallurgico innovativo detto appunto a “basso costo”, derivato dall’esperienza dei nuovi processi di fabbricazione del titanio studiati e sviluppati negli USA. Si tratterà di miscelare polveri di titanio puro con polveri elementari di Al, V etc. per ottenere una corretta composizione chimica della lega desiderata, mediante la diffusione allo stato solido, attivata con cicli di sinterizzazione in vuoto oppure in pressa isostatica.Questi precursori potranno quindi avere una geometria di sbozzato “molto più vicina” a quella ottenibile per deformazione plastica di pezzi di lingotto o bramma estrusa/forgiata. Infine, le stesse condizioni del processo di forgiatura saranno oggetto di attività di ricerca, poiché si punterà a condurre la fase finale di forgiatura a temperature al di sopra del Beta-transus. Questa ulteriore innovazione nel processo di forgiatura servirà a garantire una plasticità sufficiente della lega Ti6Al4V tale da permettere l’ottenimento di geometrie complesse, con poca bava e poche riprese di macchina post-forgiatura. Il risultato finale sarà quindi un dimostratore con minor materiale perso durante le varie fasi di processo. Lo studio sarà focalizzato su almeno due geometrie diverse una più piccola del peso finale inferiore al chilogrammo ed una seconda del peso di qualche chilogrammo individuate per forma tra quelle significative per l’industria aeronautica.- per quanto riguarda il processo di HSF si propone di realizzare dei dimostratori aeronautici caratterizzati da una elevata snellezza: spessori di 3-6 mm con sezione a C oppure ad L e lunghi 1 e 2 metri ottenuti formando su mandrino delle barre estruse di opportuna sezione. Tale risultato sarà ottenuto progettando e realizzando in Italia una macchina innovativa a 4 assi di movimentazione indipendenti capace di stirare e piegare su mandrini innovativi ceramici le suddette barre di titanio estruse.

    Key findings

    Nanotecnologie, materiale e produzione
    StatoAttivo
    Data di inizio/fine effettiva1/1/10 → …