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Premendo a casa il vantaggio

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In questo articolo, Aerospace Manufacturing sente come una tecnica di stampaggio nota come HFQ (Hot Form Quench) stia contribuendo a plasmare il futuro dell'alluminio nel settore aeronautico.

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L'alluminio è sempre più sfidato da materiali alternativi come la fibra di carbonio, dato che i produttori si sforzano di ridurre il peso degli aerei, i tempi di produzione e i costi per raggiungere gli obiettivi prestazionali degli OEM.

Tuttavia, è ora disponibile un nuovo metodo di produzione che consente di produrre presse complesse in alluminio ad alta resistenza, con la possibilità di ridurre ulteriormente la massa delle strutture in alluminio stampato in modo convenzionale.

Impression Technologies Limited (ITL) è stata costituita nel 2012 per portare sul mercato un processo sviluppato all'interno dell'Imperial College London, chiamato Hot Form Quench (HFQ). Il processo è descritto nella figura 1 in cui un pezzo grezzo di alluminio sagomato viene riscaldato alla sua temperatura di soluzione (generalmente nell'intervallo di 500-550°C) prima di essere pressato e raffreddato rapidamente mentre è ancora nell'utensile. La parte ora formata può essere sottoposta ad un ulteriore trattamento termico che assicura che il materiale raggiunga la sua piena resistenza.

Le parti in alluminio realizzate con HFQ per applicazioni strutturali possono offrire una riduzione di peso fino al 20% rispetto alle controparti in alluminio a freddo con resistenza inferiore. Inoltre, la maggiore formabilità del materiale a quella temperatura consente di imbutitura profonda dei pezzi in un'unica operazione, riducendo la necessità di rinforzi; l'eliminazione della necessità di operazioni di imbutitura secondaria comporta anche una conseguente riduzione dei costi di attrezzaggio.

Le caratteristiche essenziali della tecnica, afferma il direttore delle innovazioni di ITL, il dottor Alistair Foster, sono che "combina processi meccanici e di trattamento termico in un'unica operazione di formatura", il che, in termini più tecnici, spiega, si ottiene grazie al fatto che la temperatura del materiale viene aumentata fino a raggiungere il relativo livello di "trattamento termico di soluzione". Al punto in cui gli elementi di lega formano una soluzione all'interno del materiale e rimangono in soluzione anche dopo che il processo di tempra in-tool prevede inizialmente una "tempra W che invecchierà naturalmente fino alla condizione T4 o che può essere invecchiata artificialmente fino a una tempra alternativa, come la condizione T6" - quest'ultima è la condizione più forte possibile per il materiale.

Il pezzo grezzo viene tenuto in situ per consentire la tempra della parte formata. Con questo modo di temprare il pezzo e combinandolo con un processo di indurimento per invecchiamento ottimizzato, la microstruttura dell'alluminio viene stabilizzata, offrendo una combinazione impareggiabile di resistenza, formabilità e produttività.

Controllo dimensionale

L'HFQ elimina virtualmente il "ritorno elastico", altrimenti noto come "recupero elastico", rispetto alle tecniche di formatura a freddo dell'alluminio. John Sellors, direttore dell'ingegneria applicativa di ITL, indica che questo ha importanti implicazioni per il controllo dimensionale durante le operazioni di assemblaggio ed è qualcosa che gli OEM hanno indicato di loro interesse.

"Soprattutto con l'alluminio ad alta resistenza formato a freddo, il ritorno elastico può essere un problema, ma con l'HFQ si riduce a quasi zero", afferma.

Recentemente ITL ha annunciato in un comunicato stampa la sua collaborazione al progetto Future Advance Nacelle Technologies and Structural Integration Concepts (FANTASTIC), guidato da Bombardier e sostenuto dal programma di R&T aerospaziale britannico, una partnership tra Aerospace Technology Institute (ATI), Department for Business, Energy and Industrial Strategy (BEIS), e Innovate UK. Il progetto FANTASTIC mira a consentire la progettazione e la fornitura di componenti ad alta resistenza, alta precisione e leggerezza in alluminio aeronautico approvato ad un costo inferiore rispetto ai processi esistenti.

In uno sviluppo separato, Novelis Inc., azienda leader nella laminazione e riciclaggio dell'alluminio, ha annunciato di aver accettato di collaborare con ITL per esplorare modi innovativi per aumentare l'adozione dell'alluminio attraverso il processo di formatura a caldo.

Attualmente ITL ha richieste di informazioni da una serie di aziende aerospaziali per applicazioni quali componenti di sedili, nervature alari, alette alari, lembi alari, rivestimenti per labbro di ingresso motore e lamelle all'avanguardia.

In qualsiasi forma o forma

La tecnologia HFQ ha la capacità di risolvere molti dei problemi legati alla formatura e all'assemblaggio causati da altre tecnologie di formatura come la formatura a freddo e la formatura super plastica. ITL offre ai fornitori di componenti aerospaziali l'opportunità di installare la tecnologia di produzione HFQ all'interno della propria organizzazione, diventando un licenziatario, che ottiene inoltre l'accesso a una vasta gamma di servizi di supporto per assisterli nella progettazione e produzione di componenti HFQ Technology.

Questi servizi includono: Design & Simulazione - il team di esperti ITL assiste le aziende nel massimizzare i benefici della riduzione di massa a costi contenuti per la produzione di pannelli complessi in alluminio HFQ ad alta resistenza; Sviluppo - basato sul know-how del team ITL, che può ridurre il numero di utensili da stampa necessari per produrre un pezzo con una significativa riduzione dell'investimento richiesto; Prototipazione - presso lo stabilimento di ITL Coventry, nel Regno Unito, è completamente attrezzato per realizzare prototipi e cicli di produzione in-house per supportare i clienti HFQ Technology; Tooling - beneficia della struttura interna di prototipazione e collaudo degli strumenti di produzione, con l'assistenza del suo esperto know-how all'interno del team; Training - ITL fornisce corsi di formazione su misura che coprono ogni aspetto del ciclo di vita del prodotto, dalla progettazione alla produzione.

ITL afferma che svilupperà continuamente la tecnologia HFQ per garantire che i benefici di questa entusiasmante tecnologia siano massimizzati per lo sfruttamento futuro.