Componenti aeronautici integrati, leggeri e sostenibili
Con l’obiettivo di migliorare le prestazioni ambientali e l’efficienza dei costi, per la componentistica degli aeromobili i produttori stanno passando a leghe di metalli leggeri. Meno peso si traduce in un minor consumo di carburante, un grande impulso alla competitività del settore dei trasporti europeo. L’assemblaggio rapido ed economico di strutture metalliche è fondamentale per una produzione a tassi elevati. Il progetto MISSP, finanziato dall’UE, ha dimostrato progressi nell’assemblaggio di componenti strutturali eccezionalmente robusti e leggeri, favorendo l’incremento della produzione. In particolare, i ricercatori del progetto hanno proposto modi innovativi di produrre portelli di carico metallici. I portelli degli aeromobili definiti potrebbero anche servire da dimostratori per nuovi materiali e nuove tecniche di produzione applicabili a strutture generiche di cellule aeronautiche. «Il nostro obiettivo è stato quello di sviluppare processi di fabbricazione avanzata compatibili con le nuove leghe leggere di alluminio e concetti di progettazione integrale. Gli aspetti principali affrontati sono stati la riduzione dei costi, il risparmio di peso e la produzione sostenibile», osserva Michel Willemssens, coordinatore di MISSP e sviluppatore aziendale presso Sonaca.
Ottimizzazione delle operazioni di assemblaggio
Per raggiungere i loro obiettivi, i ricercatori si sono concentrati sulla progettazione di una struttura completa maggiormente integrata con meno interfacce tra i componenti. «La fabbricazione del portello di carico, già avviata, si sta concentrando su strutture integrate per ridurre il numero di componenti assemblati e semplificare le operazioni di assemblaggio. L’aggiunta di strutture integrate aiuta in ultima analisi a ridurre i costi di assemblaggio», osserva Yves Marchal, responsabile del dipartimento Materiali e processi presso Sonaca. Gli ingegneri aeronautici utilizzano in larga parte elementi di fissaggio, dispositivi che uniscono meccanicamente due o più componenti insieme. I rivetti sono gli elementi di fissaggio più comuni utilizzati nell’assemblaggio di aeromobili. Il processo di rivettatura ad alta precisione comprende foratura, svasatura e installazione degli elementi di fissaggio e sugli aeromobili di grandi dimensioni si ripete migliaia di volte. «Durante la realizzazione dei fori per i dispositivi di fissaggio, gli ingegneri utilizzano rivestimenti e vernici speciali per proteggere i componenti e i fori prima di installare i rivetti. Si tratta di un processo che richiede tempo e l’uso di grandi quantità di materiali di consumo», aggiunge Marchal.
Una lega di alluminio avanzata pronta a decollare
I ricercatori hanno lavorato allo sviluppo di una lega di alluminio-magnesio-scandio, una lega metallica unica nel suo genere nella progettazione di aeromobili. Le sue buone rigidità specifica, duttilità e proprietà meccaniche, così come la sua eccellente saldabilità e resistenza alla corrosione, rappresentano un assoluto vantaggio per il settore rispetto alle altre leghe di alluminio che vengono tipicamente utilizzate. È importante sottolineare che la lega di alluminio proposta può essere formata a temperature fino a 300 °C senza perdere le sue proprietà originali.
I due obiettivi principali del progetto
Per la realizzazione del rivestimento esterno del portello, il primo obiettivo è stato quello di migliorare gli aspetti ambientali. Invece di utilizzare la fresatura chimica come procedura di produzione sottrattiva, i ricercatori hanno optato per la fresatura meccanica per produrre tasche di attenuazione su una piastra piana prima della formatura. Per costituire una struttura integrale, che era il secondo obiettivo principale, il partner del progetto CRM ha utilizzato la saldatura a raggio laser per unire i longheroni al pannello di rivestimento in alluminio-magnesio-scandio. Il pannello è stato successivamente modellato nel suo complesso da Sonaca, mediante procedimenti di stampaggio (creep forming) in una fornace. È stata anche affrontata la formatura della struttura completa in un unico passaggio. A tal fine, per la fabbricazione del portello di carico i ricercatori hanno sfruttato il potenziale dei processi di formatura ad alta velocità, in cui la deformazione del materiale è essenzialmente governata dalle regole di viscoplasticità, in modo simile a quanto accade a temperature elevate. Questo comportamento migliora ampiamente la formatura di forme complesse, riducendo il ritorno elastico. «La tecnica dell’idroformatura ad alta energia impiegata da 3D Metal Forming, altro partner del progetto, sottolinea i vantaggi della formatura ad alta velocità rispetto ai processi di formatura meccanica convenzionali. Il processo è un po’ come uno tsunami: utilizza una carica esplosiva per creare la necessaria pressione subacquea che spinge la piastra in uno stampo femmina. Questo ci consente di formare lastre molto spesse, dalle quali è possibile lavorare strutture completamente integrate con quasi nessuna distorsione. Niente rivetti, niente saldature, tutto viene fatto combinando formatura e lavorazione!» conclude Marchal.
Parole chiave
MISSP, velivolo, integrato, assemblaggio, lega di alluminio, portello di carico, lega alluminio-magnesio-scandio, idroformatura ad alta energia
