Titanio con formatura a caldo - Fiore di Ciliegio Inc.

Circa due terzi di tutto il titanio prodotto ogni anno viene utilizzato nei motori e nei telai degli aerei. Foto gentilmente concessa da Airbus

Beckwood ha costruito questa pressa idraulica per formatura a caldo da 400 tonnellate per un importante fornitore di componenti strutturali aerospaziali in titanio. La macchina da stampa è dotata di piastre da 48 x 96 pollici in grado di raggiungere temperature fino a 1.800 F. Foto per gentile concessione di Beckwood Corp.

I sistemi automatizzati di porte isolate contengono il calore all'interno della camera di formatura consentendo l'accesso per il carico e lo scarico delle parti. Gli operatori necessitano di dispositivi di protezione individuale, inclusi guanti resistenti al calore, coperture per le braccia e schermi per gli occhi. Foto per gentile concessione di Beckwood Corp.

Questa pressa per formatura a caldo è dotata di riscaldatori elettrici a cartuccia multizona installati in passaggi forati a pistola. Questo controlla la temperatura entro ±10 F. Foto per gentile concessione di Beckwood Corp.

L'intenso calore generato dalla formatura a caldo spesso causa la deformazione dello stampo. Per contrastare questo effetto, Beckwood ha sviluppato la tecnologia di controllo attivo del livellamento (ALC). Utilizzando un sistema di monitoraggio a circuito chiuso, ALC mantiene il parallelismo tra letto e pistone di ±0,004 pollici. Foto per gentile concessione di Beckwood Corp.

Per creare questi componenti aerospaziali in titanio è stata utilizzata la formatura a caldo. Foto per gentile concessione di MSM Aerospace Fabricators

Il titanio ha il più alto rapporto resistenza/peso di qualsiasi altro metallo. È resistente quanto alcuni acciai, ma più leggero del 45%. Il titanio è anche apprezzato per la sua resistenza alla corrosione, resistenza alla fatica, resistenza alle crepe e capacità di resistere a temperature moderatamente elevate senza strisciare.

Di conseguenza, il titanio viene utilizzato per realizzare una varietà di componenti aerospaziali, tra cui parti strutturali, nervature, pareti tagliafuoco e carrelli di atterraggio. Nei motori a reazione, il titanio viene utilizzato per rotori, pale di compressori, componenti idraulici e gondole. Infatti, circa due terzi di tutto il titanio prodotto ogni anno viene utilizzato nei motori e nei telai degli aerei. Il Boeing 777 contiene circa 59 tonnellate di titanio, mentre l'Airbus A340 ha 32 tonnellate di metallo.

Le proprietà che rendono il titanio ottimo per i componenti aerospaziali ne rendono anche difficile la formatura. Le tecniche standard di formatura a freddo possono essere utilizzate per formare molte leghe di titanio. Tuttavia, il ritorno elastico può essere un problema e la rottura nei raggi di curvatura è comune.

L'aggiunta di calore al processo risolve questi problemi. La formatura a caldo è un processo che riscalda il titanio e altre leghe ad alta resistenza a temperature estreme, consentendo loro di essere formati nella pressa mentre si trovano in uno stato morbido e malleabile. Il processo di formatura a caldo utilizza piastre riscaldate per riscaldare un pezzo grezzo freddo o leggermente riscaldato durante il ciclo di pressatura. L'introduzione del calore all'interno della pressa aumenta la capacità di formare forme complesse a tonnellaggi inferiori senza la preoccupazione di rotture, ritorni elastici o stress residui. Poiché la malleabilità del materiale aumenta, le presse per formatura a caldo hanno solitamente un tonnellaggio molto inferiore rispetto alle presse per formatura a freddo che svolgono la stessa funzione.

Il tempo di ciclo varia da 10 a 30 minuti. Le parti entrano nel freddo, escono calde e terminano con una microstruttura simile a quella iniziale.

Le parti finite non sono morbide. In genere, gli ingegneri non devono preoccuparsi di imprimere le caratteristiche di gestione del materiale sulla parte quando la rimuovono dalla macchina da stampa. Poiché la variazione di temperatura tra la macchina e l'impianto è così significativa, la parte si raffredda quasi immediatamente quando si apre la porta.

Un processo simile è la formazione superplastica (SPF). Nella formatura a caldo, l'utensile e il pezzo grezzo vengono riscaldati da 900 a 1.600 F. SPF utilizza temperature più elevate, fino a 2.000 F, insieme al gas argon per formare il metallo. Durante il ciclo, il materiale riscaldato viene bloccato tra una matrice e una piastra. Il gas argon viene quindi iniettato nella camera di formatura, spingendo il pezzo grezzo nello stampo. Il tempo di ciclo varia da 20 a 40 minuti o più.