La lavorazione assistita da laser per i metalli impegnativi
Le leghe a base di titanio e di nichel, nonché le leghe di acciaio inossidabile e di alluminio ad alta resistenza, sono ampiamente utilizzate per la produzione di varie parti, tra cui anelli per le bocche di entrata dei motori di aviazione, anelli per cerchi e componenti per i sistemi di scarico. La lavorazione di questi materiali risulta però estremamente complessa. In tale scenario, gli sviluppatori sono chiamati a confrontarsi con la necessità di utilizzare questi materiali per creare geometrie complesse col minimo dispendio economico. La tecnica di imbutitura su tornio offre svariati vantaggi, tra cui tempi di configurazione limitati, costi di lavorazione ridotti e possibilità di eseguire varie fasi del processo in un’unica chiusura dello stampo. Il progetto EASYFORM (Laser-assisted metal spinning for an efficient and flexible processing of nickel- and titanium-alloys), finanziato dall’UE, è stato concepito allo scopo di migliorare l’utilizzo industriale dell’imbutitura su tornio assistita da laser nell’ambito della lavorazione delle leghe di titanio e di nichel. Il riscaldamento localizzato mediante laser migliora la lavorabilità dei materiali ed elimina il ricorso a ulteriori tecniche di trattamento termico che si rivelano dispendiose in termini di tempi e costi. Aziende specializzate nell’imbutitura su tornio, organizzazioni di ricerca e un attrezzista di macchine hanno unito le forze per sviluppare il processo di formatura e la tecnologia del sistema associato. Nello specifico, nell’ambito dell’iniziativa EASYFORM, è stata realizzata una testa di lavorazione laser che si presta a essere integrata nelle attrezzature tradizionali per l’imbutitura su tornio. I membri del progetto hanno sviluppato idee innovative per l’integrazione della sorgente laser in un tornio da repussaggio. Sono state definite tutte le interfacce di sistema tra il tornio da repussaggio, il laser, la testa di lavorazione laser e la strumentazione metrologica. I ricercatori hanno inoltre ideato metodologie che consentono di impiegare la nuova tecnologia nei processi di formazione di componenti ad alte prestazioni costituiti da leghe di titanio e di nichel, elaborando successivamente linee guida di riferimento in materia di controllo della qualità. Per definire la metodologia di lavorazione necessaria, il gruppo di lavoro ha eseguito la caratterizzazione della microstruttura dei materiali selezionati. Sono state quindi ricavate le curve tensione-deformazione dipendenti dalla temperatura ed è stato individuato un intervallo di temperature ideale per le leghe di nichel, di alluminio, di acciaio inossidabile e di alluminio ad alta resistenza. Partendo dai risultati di questa analisi, i ricercatori hanno sviluppato una serie di strategie per il riscaldamento localizzato di ciascun materiale e definito i parametri ottimali del processo. Gli interventi di ottimizzazione sono stati coadiuvati dalla messa a punto di scenari sperimentali e di simulazioni basate sul modello a elementi finiti. La tecnica di imbutitura su tornio assistita da laser ideata nell’ambito del progetto EASYFORM darà un enorme contributo alla promozione della competitività delle aziende europee operanti nel settore della lavorazione dei metalli. L’utilizzo di questa tecnologia garantirà una riduzione dei tempi e dei costi di produzione, potenziando nel contempo la qualità dei prodotti.
Parole chiave
Lavorazione assistita da laser, titanio, componenti per motori di aviazione, imbutitura su tornio, leghe a base di nichel
