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Il nuovo processo HPWF è stato utilizzato per formare questa parte aerospaziale da Ti6Al4V a 520 gradi F (270 gradi C) e a 20.000 PSI (1.400 bar).

I dati di mercato indicano una crescita significativa dell’utilizzo del titanio nei nuovi aeromobili. Si prevede che i volumi cresceranno di tre volte in un periodo di cinque anni (vedere la barra laterale La crescita aerospaziale globale promuove la traiettoria di espansione del titanio).

È necessario un modo nuovo, più veloce ed efficace per formare il titanio di grado aerospaziale.

C’è una buona ragione per l’aumento dell’uso del titanio nella produzione aeronautica. Le leghe di titanio sono leggere, possiedono una straordinaria resistenza alla corrosione e possono resistere a temperature estreme. Tuttavia, l’elevato costo delle materie prime e gli attuali metodi di formatura hanno limitato l’uso commerciale delle leghe di titanio ad applicazioni strettamente specializzate in aerei, veicoli spaziali, turbine, dispositivi medici e altri componenti altamente sollecitati.

I gradi di titanio da 1 a 4, detti anche puri commerciali, sono formabili a temperatura ambiente. Tuttavia, il grado 5, titanio/6% alluminio/4% vanadio (Ti6Al4V), è il grado attualmente più comunemente preferito nella progettazione degli aeromobili. Attualmente, Ti6Al4V richiede metodi di fabbricazione come processi di fresatura o formatura a caldo, che vengono condotti a temperature comprese tra 700 e 900 gradi C (da 1.300 a 1.650 gradi F).

Lo svantaggio inerente a ciascuno di questi metodi è il costo elevato. L’elevato tasso di scarto (dal 50 al 70%) nella fresatura, combinato con l’alto prezzo del titanio stesso, ne ha fortemente limitato l’uso diffuso. Allo stesso modo, i processi di formatura a caldo possono richiedere molto tempo e richiedere attrezzature costose. Pertanto, l’adozione del titanio da parte dell’industria aerospaziale è stata più lenta del previsto, impedendo ai produttori di realizzarne appieno i vantaggi.

Una tecnologia di recente introduzione, la formatura a caldo ad alta pressione (HPWF), è stata sviluppata per formare fogli di titanio di grado aerospaziale a temperature inferiori rispetto alla formatura a caldo, allo stampaggio a caldo e alla formatura superplastica.

La tecnologia di pressatura delle celle fluide ad alta pressione è stata utilizzata commercialmente per fabbricare componenti aerospaziali per decenni in tutto il mondo. I progressi nella capacità di pressione, combinati con la progettazione modernizzata degli strumenti, hanno consentito all’industria della cellula di tenere il passo con la crescente domanda utilizzando questo processo di formatura a freddo. L'aumento della pressione ha fornito la capacità di modellare le parti nella loro forma finale, eliminando sia la dipendenza dalla correzione manuale sia la necessità di trattamenti termici intermedi.

In linea con il miglioramento continuo, il processo delle celle a fluido ad alta pressione è ora avanzato ulteriormente applicando il processo ad alta pressione a temperature elevate. Questa combinazione di alta pressione e calore aumenta la velocità di formatura, diminuisce i costi e migliora la precisione della formatura del Ti6Al4V.

Questo nuovo approccio introduce un sistema di riscaldamento a induzione per riscaldare il pezzo grezzo e il set di utensili a circa 520 gradi F (270 gradi C) appena prima che entrino nella pressa. Le temperature HPWF richieste sono nettamente inferiori all'intervallo richiesto per la formatura a caldo. Operando a una pressione di 20.000 libbre per pollice quadrato (PSI) o 140 megapascal (MPa), la pressa a celle fluide è dotata di funzionalità di misurazione, controllo e tracciabilità per soddisfare i parametri critici per il processo HPWF.

L'analisi di terze parti delle parti prodotte con il processo HPWF indica che i parametri di formatura rientrano nelle tolleranze richieste.

Figura 1 Un'analisi del ritorno elastico delle parti formate in Ti6Al4V, t = 2,0 mm, ha mostrato una diminuzione con HPWF. Immagine gentilmente concessa dall'Advanced Forming Research Centre, Glasgow, Scozia.

Gli studi completati dall'Advanced Forming Research Center (AFRC) presso l'Università di Strathclyde a Glasgow, in Scozia, tra la fine del 2017 e l'inizio del 2018 confermano che le parti sottoposte a HPWF presentano una deviazione del ritorno elastico postformatura inferiore a 0,5 millimetri (vedere Figura 1). Va notato che la flessibilità del processo consente il controllo del ritorno elastico nella progettazione dello stampo, quindi la compensazione del ritorno elastico del materiale può essere incorporata nel processo. Ciò rende le parti con la forma finale come risultato diretto. Il grado costante di ritorno elastico è legato alla forma del pezzo, allo spessore del materiale e ai parametri di processo seguiti. Il livello di pressione utilizzato sembra avere un impatto vitale.