IT8968181A1

IT8968181A1 - Procedimento per la produzione di articoli formati in stato superplastico e legato per diffusione e articoli cosi' ottenuti

Info

Publication number: IT8968181A1
Application number: IT1989A68181A
Authority: IT
Inventors: Marvin M Sutton
Original assignee: Barnes Group Inc
Priority date: 1988-12-27
Filing date: 1989-12-27
Publication date: 1991-06-27
Also published as: CA2006088C; FR2640900B1; DE3942919C2; NL8903133A; DK663289A; CN1043894A; FR2640900A1; DK663289D0; GB2228699A; GB8928741D0; IT8968181A0; SE8904346L; SE469927B; IT1238023B; DE3942919A1; JPH038523A; NO895182D0; GB2228699B; US4934580A; SE8904346D0

Description

(I) SFONDO DELL'INVENZIONE

1. Campo dell'invenzione.

La presente invenzione si riferisce ad un procedimento per la produzione di articoli formati in stato superplastico e legati per diffusione, e agli articoli prodotti in tal modo. Il procedimento e gli:articoli sono particolarmente ben adatti per strutture irrigidite di pannelli cellulari utili per profiliaerodinemicicavi,pemelliperali, condutture, casse (ad esempio il tubo flangiato che?fa parte del corpo del motore) e intelaiature (cio? parte del sopporto di cuscinetto), per esempio. Esso ? particolarmente adatto, in alcune forme di attuazione, per la produzione di strutture a profilo aerodinamico con curvatura composita, quali profili aerodinamici per compressori o per rotori e statori di ventilatori.

2. Descrizione della tecnica precedente.

La superplasticit? ? la caratteristica di flusso, analoga a quella presentata da un fluido viscoso, dimostrata da alcuni metalli che presentano allungamenti a trazione insolitamente elevati senza strizione, cio? con riduzione uniforme nell'area in sezione quando allungata, entro campi limitati di temperatura e di deformazione. Questo fenomeno, particolare alle leghe di titanio e ad alcqni altri metalli e leghe metalliche, ? stato sfruttato per produrre una variet? di articoli, specialmente quelli aventi forme intricate e complesse con piccoli raggi di curvatura.

E' inoltre noto che alle stesse temperature di formatura superplastica, gli stessi materiali possono essere uniti per diffusione con l'applicazione di pressioni alle superfici in contatto. La giunzione per diffusione ? un procedimento che forma un legame1 metallurgico mediante la applicazione di calore e di pressiohe a pezzi metallici mantenuti in contatto intimo per una specifica lunghezza di tempo. Si pensa che la unione avvenga per il movimento degli atomi attraverso facce adiacenti dei pezzi e che sia una funzione del tempo, della temperatura e della pressione. Il procedimento ? unico in quanto permette di'unire metalli senza modificare in misura rilevante le loro propriet? fisiche o metallurgiche alla giunzione e con un minimo di deformazione geometrica.

La fabbricazione articoli mediante varie combinazioni di fasi di formatura stato superplastico e unione per diffusione ? incominciata all'inizio degli anni 1970 in risposta alla necessit? di profili aerodinamici di peso leggero, con elevate resistenza e rigidit?, allo scopo di ridurre il carico sul bordo del disco, ed anche per condutture, intelaiature e strutture analoghe, particolarmente per aerei e veicoli spaziali. In una prima tecnologia, ancora in uso attualmente, i pezzi venivano uniti soltanto in punti scelti, e l'unione veniva evitata in posizioni non scelte mediante un rivestimento di agente di mascheratura o un inibitore. Ci? era necessario per permettere di sagomare i pezzi mediante formatura in stato superplastico senza unione in tali posizioni. Il primo impiego di agenti di mascheratura viene esemplificato nel brevetto statunitense n. 3.920.175.

Gli agenti di mascheratura conosciuti, di cui ilnitruro di boro e l'ossido di ittrio sono i pi? comuni, producono contaminazione che pu? danneggiare gravemente l'integrit? delle risultanti giunzioni. Pu? anche risultare un infragilimento. In strutture complesse, specialmente strutture di nuclei cavi che utilizzano nuclei di irrigidimento cellulari, ? impossibile eliminare totalmente l'agente di mascheratura. Inoltre, poich? gli agenti di mascheratura vengono tipicamente spazzolati a mano sulle aree in cui si deve evitare la giunzione, ? possibile che si f?rmino aree di giunzione non ben definite e non uniformi. Quindi, l'impiego di agenti di mascheratura ? pure limitato a strutture relativamente semplici e a aree di giunzione ampie.Una contaminazione ? pure possibile che si verifichi corf agenti di mascheratura, impedendo una giunzione affidabile.

I gravi problemi associati con gli agenti di mascheratura sono stati riconosciuti nella tecnica almeno gi? dal 1976 nel brevetto statunitense n. 4.087.037 (vedere in particolare colonna 1, righe 20-42 e righe 55-58; vedere anche brevetto statunitense n. 4.304.821, colonna 1, righe 45-56), che descrive un procedimento ed un macchinario di pressa per la produzione di articoli formati in stato superplastico e legati per diffusione senza la necessit? di agenti di mascheratura. Il brevetto propone di evitare la necessit? di mascheratura impiegando una pressa complessa capace di controllare in sequenza il procedimento in modo da permettere il completamento delle fasi di formatura in stato superplastico prima che le parti vengano portate in contatto per la giunzione per diffusione. Ci? viene ottenuto in parte mediante l'impiego di uno stampo limitatore e di uno stampo flessibile corrispondente, essendo necessario formare a pressione prima di raggiungere le temperature di giunzione per diffusione. Si deve notare che il brevetto indica la necessit? di evitare il contatto accidentale di superfici che non devono essere giuntate, poich? una giunzione indesiderata pu? portare a notevoli danni (colonna 3, righe 29-34). Sebbene il brevetto proponga la possibilit? per la macchina descritta di formare strutture con grande area aventi una curvatura composita, la richiedente non ? a conoscenza di' alcun impiego commerciale rilevante di tale macchinario (o per tale questione di un qualsiasi macchinario o metodologia) per tale scopo.

Un altro approccio per evitare gli agenti di mascheratura ? stato quello di saldare insieme due o pi? lamiere metalliche mediante saldatura elettrica continua in un disegno di giunzione, e quindi di formare in stato superplastico un nido d?ape di celle collegate gonfiando le lamiere saldate a temperatura^ talvolta giuntando le lamiere esterne nello stesso tempo.

Tali procedimenti di saldatura sono illustrati, per esempio, nei brevetti statunitensi n. 4.351.470, 4.304.?21 e 4.217.397 , il primo dei quali ? stato depositato nel 1978.

Un dis?gno di giunzioni saldate elettricamente in modo continuo presenta determinati inconvenienti, tuttavia, in quanto non pu? essere controllato con precisione in un sufficiente dettaglio per ottenere giunzioni di larghezza uniforme, particolarmente per 'configurazioni dettagliate, e richiede pure una larghezza di giunzione relativamente larga che porta a eccessiva sollecitazione a frattura quando le pareti laterali di celle adiacenti formate nella lamiera metallica devono ripiegarsi su s? stesse durante il gonfiaggio per incontrarsi nel centro delle linee di saldatura. Inoltre, la saldatura elettrica in continuo tende a produrre una giunzione non affidabile poich? le intercapedini lasciate intenzionalmente tra le saldature possono subire una giunzione per diffusione a temperatura, impedendo cosi la desiderata comunicazione di fluido,necessaria per ottenere una formatura in stato superplastico uniforme. Come,risultato, le strutture saldate non sono risultate in generale desiderabili per parti altamente sollecitate, particolarmente per la fabbricazione di parti critiche, quali profili aerodinamici per ventole. Il brevetto statunitense n. 4.351.470, citato precedentemente, cita brevemente che "invecedieccn saldatura,le lamiere potrebbero essere fissate insieme con qualche altro mezzo, per esempio mediante giunzione per diffusione (frase che si estende nelle colonne 2-3). Tuttavia, non viene spiegato come ottenere un tale disegno di legame per diffusione. Poich? viene riconosciuto che si deve aver? cura di evitare il contatto In superfici diverse da quelle da unire (vedere, ad esempio, il brevetto statunitense n. 4.087.037, colonna 3, righe 29-34; il brevetto statunitense n. 4.304.821, colonna 1, righe 39-42), presumibilmente la frase riportata prevede l?impiego di inibitori o distanziatori (che pongono problemi simili all'inibitore e anche problemi addizionali) per tale scopo.

In aggiunta ai problemi posti dall 'impiego di agenti di mascheratura e di saldatura ed ai problemi dovuti all'assettigiramento locale del metallo durante la formatura (vedere ad esempio il brevetto statunitense n. 4.351.470, colonna 1, righe 33-37) sorgono pure problemi dai numerosi cicli termici che i componenti strutturali subiscono nei precedenti procedimenti, iquali hanno un effetto debilitante sulla struttura risultante.

Ancora un altro grave inconveniente di alcuni procedimenti della tecnica precedente, particolarmente (ma non esclusivamente) quelli che utilizzano inibitori, ? che essi rendono impossibile ispezionare e stabilire l'integrit? delle giunzioni dopo che queste qono state formate, poich? le porzioni unite vengono rese inaccessibili dal procedimento di fabbricazione. Questo problema ? particolarmente sentito quando la struttura cellulare yiene impiegata come un nucleo cavo per un profilo aerodinamico, in cui la struttura cellulare viene sigillata come ? formata tra i due strati di pellicola esterna. Poich? una gran,parte del costo della struttura finita pu? essere associata con il profilo aerodinamico stesso, a differenza del nucleo di irrigidimento, tali procedimenti sono spesso non realizzabili economicamente a causa della elevata quantit? di scarto.

Nonostante i prec?denti tentativi per ottenere un procedimento realizzabile commercialmente per la produzione di articoli formati in stato superplastico e legati per diffusione senza agenti di mascheratura o senza saldatura, e senza l?impiego di un'apparecchiatura complicata e costosa, la richiedente non ? a conoscenza ad oggi di alcun risultato commercialmente utile. La mancanza di un procedimento vantaggioso ? particolarmente importante rispetto alla . fabbricazione di strutture a profilo aerodinamico con curvatura complessa di forma intricata, come pure, di elementi strutturali complessi, quali intelaiature o gli elementi strutturali di tali elementi.

SOMMARIO DELL'INVENZIONE

In termini generali, allo scopo di ovviare agli inconvenienti descritti sopra, vengono prodotte strutture secondo la presente invenzione collocando una o una coppia di lamiere metalliche tra almeno una e preferibilmente una coppia di piastre, che sono in contatto con le lamiere lungo una superfieie a nastro che definisce nei suoi interstizi una serie di vuoti poligonali intercomunicanti l'uno con l'altro tramite rilievi formati nella superficie a nastro. Quando la lamiere vengono compresse dalle piastre, a temperatura, il metallo in contatto lungo la.superficie a nastro scorre nelle aree poligonali adiacenti non a contatto delle lamiere facendole scorrere verso l'esterno, cosi da formare una serie di celle a forma di cuscinetti intercollegate da un reticolo di canali corrispondenti ai suddetti rilievi. Quando le lamiere vengono unite insieme, le celle possono essere gonfiate mediante pressione di gas applicata tramite un tubo di entrata sul perimetro delle lamiere e provvedendo una comunicazione a tutte le celle tramite il reticolo di canali.

L'invenzione si basa, in parte, sulla scoperta che ricalcando cos? le lamiere lungo tale superficie a nastro, il metallo delle lamiere pu? essere fatto scorrere in aree poligonali interstiziali, facendole sollevare, oppure (nel caso in cui vengano formate nello stesso tempo due lamiere) separate di un valore sufficiente a formare celle a forma di cuscinetti pressurizzabili intercollegati; che, anche senza agenti di mascheratura, le aree con cuscinetti delle lamiere non si giuntano insieme alle temperature di giunzione per diffusione; e che ci? fornisce un modo nuovo ed utile per formare strutture di irrigidimento di metallo rinforzato. Si ? pure scoperto che preforme prodotte in questo modo possono essere ulteriormente lavorate per produrre strutture di rinforzo integrali a curvatura compositi per pale di compressori e di rotori o statori di ventole e simili strutture a profilo aerodinamico. Si ritiene che ogni lamiera formi cuscinetti che si estendono verso la piastra adiacente grazie ad una certa affinit?, simile ad un effetto di tensione superficiale, tra la lamiera metallica e la piastra adiacente durante il processo di formatura. Nel senso qui impiegato, il termine "cuscinetto" intende definire uno spostamento o rigonfiamento a forma di cuscinetto nella superficie della lamiera metallica, formato quando la lamiera viene ricalcata da una piastra lungo una superfieie a nastro. Ogni cuscinetto corrisponde ad uno dei vuoti poligonali nella piastra corrispondente. A sua volta, una "cella" ? costituita da due cuscinetti attestati in relazione retro contro retro cr?ati quando due lamiere metalliche vengono formate simultaneamente o altrimenti giustapposte in modo che esse possono formare un volume gonfiabile. Perci? se viene formata una singola lamiera da sola, si dovrebbe impiegare una piastra ed una superficie piana opposta. Se vengono formate in questo modo nella stessa operazione due lamiere metalliche, allora ? possibile impiegare sia una piastra e una superficie piana opposta,.sia due piastre opposte, come descritto in seguito.

Secondo una forma di attuazione preferita dell'invenzione la formatura per ricalcatura descritta sopra viene eseguita per un tempo inferiore a o a una temperatura inferiori a quelli richiesti per la giunzione per diffusione. Le lamiere formate risultanti possono quindi essere pulite e saldate o altrimenti unite lungo il loro perimetro e un tubo per comunicazione di fluido essere introdotto e saldato tra loro allo scopo di controllare la pressione nel reticolo di celle intercollegate risultanti quando queste vengono unite insieme. Il volume tra le lamiere viene quindi preferibilmente evacuato per assicurare una completa giunzione, e le lamiere vengono nuovamente sottoposta a una pressione meccanica diretta tra le piastre di formatura, alla temperatura di giunzione per diffusione in modo da unirle insieme lungo la superficie a nastro. Le piastre vengono quindi rimosse e la risultante preforma, ancora in temperatura, viene pressurizzata con un gas inerte in modo da fare espandere le celle intercollegate mediante flusso superplastico.

In alternatila, le lamiere possono essere entrambe formate e giuntate in una singola operazione mantenendo le piastre in posizione ad una temperatura per un tempo sufficientemente lungo per permettere la giunzione per diffusione. Le piastre vengono quindi rimosse e la preforma, ancora in temperatura, viene pressurizzata come descritto sopra per gonfiare le celle al volume desiderato. Questa operazione viene preferibilmente eseguita in un forno a vuoto, in modo da ottenere lo stesso effetto dell'evacuazione del volume tra le lastre (descritto sopra) ma senza dovere saldare prima la periferia delle lamiere e il tubo di entrata. La giunzione periferica in questa forma di attuazione pu? essere formata sagomando le piastre 0 altri elementi di stampaggio per giuntare per diffusione la periferia delle lamiere, lasciando una apertura per la comunicazione del gas. Un tubo pu? anche essere saldato o giuntato per diffusione nell'apertura, se desiderato.

L'espansione delle celle della preforma come descritto sopra, pu? essere una espansione libera o pu? essere confinata dalla superficie interna di uno stampo, che preferibilmente replica la superficie,interna della struttura finale desiderata. Se si effettua la espansione libera, le celle vengono preferibilmente non gonfiate ad un grado tale che i loro lati adiacenti vengano in <contatto e incomincino a giuntarsi tra loro, ci? essendo lasciato per una operazione finale in cui il nucleo parzialmente espanso viene giuntato ad altri elementi strutturali esterni. Se si effettua l'espansione contenuta, le celle vengono preferibilmente gonfiate in modo tale che 1 loro lati siano giuntati lungo tutte le loro superfici alle pareti di celle adiacenti, e le estremit? delle celle formino una superficie liscia sostanzialmente continua giuntabile ad una parete esterna (cio? esterna alla struttura del nucleo) quale una pellicola a profilo aerodinamico o una superficie di intelaiatura.

Inoltre, secondo l'invenzione, la preforma pu? essere sottoposta ad un piccolo grado iniziale di pressurizzazione, sufficien te ad impedire l' incurvamento quando svergolate, ritorte o altrimenti formate, e quindi ulteriormente gonfiate in uno o pi? stampi periferici che impartiscono una "torsione" controllata o una curvatura bidirezionale, alla preforma, corrispondente a o che porta alla sua forma finale desiderata.

Sebbene le piastre vengano qui descritte come definenti poligoni, il termine viene impiegato genericamente, per conprendere cerchi, come anche poligoni, coi un qualsiasi numero di lati. Preferibilmente, la forma poligonale scelta ? una che fornisce una serie regolare di celle separate da una superficie a nastro di larghezza costante. La forma di attuazione preferita per scopi pratici ? il disegno esagonale illustrato nei disegni allegati. Per alcune applicazioni , si dovrebbe evitare un numero pi? piccolo di lati poich? gli angoli pi? affilati che risultano sono pi? soggetti a cedere, cjjando le celle vengono pressurizzate e gonfiate, che non nel caso di poligoni ccn rune no maggiore di lati. Gli ottagoni, decagoni e dodecagoni seno pure utili, poich? essi forniscono una serie di poligoni regolari che definisce una superficie a nastro di larghezza costante. La geometria di in quadrato o di un rettangolo o di in altro poligono non regolare, sebbene utile per alcune ???? caziani, generalmente ncn provvede m irrigidimento uniforme nella stessa misura delle geometrie preferite.

Possono essere utilizzati poligoni non regolari in applicazioni in cui la sollecitazione da carico sulla parte formata non richiede l'uso di celle poligonali Conformate in modo regolare. Ad esenpio una forma a cella rettangolare allungata ? utile per applicazioni con sollecitazioni relativamente basse cerne manufatti a canale, ad esenpio per sistemi di scarico, e telai.

Le strutture risultanti secondo l'invenzione hanno preferi- u bilmente pareti doppile giuntate, in cui le celle adiacenti si uniscono l'una all,'altra, e non vi sono vuoti interni non giuntati, tutta la superficie terminale di ogni cella essendo in grado di'giuntarsi ad una Pelle o parete adiacente. Inoltre, il disegno di celle poligonali pu? essere modificato, e pu?, per esempio, essere fatto pi? piccolo o pi? grande in particolari aree, cosi da "sintonizzare" lo spessore e le dimensioni di parete della struttura di rinforzo per evitare risonanze di vibrazioni indesiderate, oppure per pareti di rinforzo pi? spesse o pi? sottili, o per altre ragioni dettate dalle caratteristiche desiderate del prodotto finale.

Il grado di ricalcatura impartita dalla piastra alle lamiere metalliche durante la formatura pu? essere da pochi per cento a'circa 10%, preferibilmente circa 5%, la ricalcatura essendo definita come la riduzione percentuale di spessore della lamiera metallica alla superficie del nastro provocata dalle lamiere. Per esempio, una riduzione di 0,002" (0,05 mm) in una lamiera di 0,040" (1,01 mm) ? una ricalcatura del 50%. Secondo l'invenzione,: le piastre vengono unite insieme contro arresti positivi, in modo che si ottenga in modo preciso e controllabile la ricalcatura predeterminata. Tali arresti possono essere componenti strutturali tra le piastre che limitano la loro chiusura, oppure possono comprendere mezzi alternativi elettronici o meccanici per ottenere lo stesso risultato finale.

Per questo scopo si richiede soltanto una pressione nominale.

Una coppia di piastre ? preferita secondo 1 'invenzione per strutture di rinforzo profonde, poich? la pressione del gas fa"allora espandere le celle uniformemente in entrambe le direzioni dal piano delle lamiere metalliche, per una profondit? massima. Per alcune strutture poco profonde, viceversa, ? preferibile una singola piastra funzionante insieme con una superficie piana opposta, poich? la ricalcatura risultante si verifica soltanto nella lamiera in contatto con la piastra profilata, facendo gonfiare soltanto tale lamiera (poich? essa ? pi? sottile dopo la ricalcatura) in una cella che si espande con la pressurizzazione. La struttura risultante ha cosi soltanto met? della profondit? rispetto ad una in cui entrambe le superfici opposte di ogni cella subiscono un gonfiaggio. Il grado di gonfiaggio delle celle dipende dallo spessore desiderato delle^pareti della cella, che dipendono dai requis?ti strutturali per le applicazioni specifiche. Generalmente, ? accettabile una riduzione nello spessore della parete del 50%, ma per alcune applicazioni, le pareti possono essere assottigliate entro soltanto pochi per cento del loro spessore originale.

In una forma di attuazione dell'invenzione, la struttura di pannello cellulare'viene ritorta per adattarsi al nucleo cavo di un profilo ?erodinamico e viene incorporata entro e giuntata con il profilo aerodinamico. A tal fine, una coppia di strati di pelle !con profilo aerodinamico vengono lavorati di macchina per formare una cavit? interna. La struttura di pannello'cellulare iparzialmente formata viene quindi disposta tra gli strati di pelle e gli strati di pelle vengono uniti insieme intorno alla loro periferia, con tubi di gas che permettono l'accesso al volume entro la struttura del pannello e al volume tra la struttura del pannello e la cavit? con profilo aerodinamico. La risultante struttura viene sottoposta ad una temperatura di scorrimento in stato superplastico, e le pressioni del gas vengono controllate in modo da applicare entro la struttura del pannello una pressione e da ridurre la pressione tra quest'ultimo e la cavit? con profilo aerodinamico,,in modo da unire per diffusione le pareti terminali delle celle agli strati della pellicola e formare cos? un profilo aerodinamico rinforzato cavo di nucleo integrale.

Il procedimento impiegato per fabbricare la struttura di pannello cellulare (o nucleo) e gli articoli risultanti secondo la presente invenzione ovvia ai problemi associati con gli agenti di mascheratura e con la saldatura e riduce il problema di assottigliamento locale connesso con i procedimenti precedenti. Inoltre, l'apparecchiatura impiegata per attuare il procedimento ? relativamente non complicata e quindi ? affidabile ed economica. In modo importante, poich? al preforma cellulare e il nucle? possono essere fabbricati indipendentemente dall'articolo finale in cui si deve incorporare il nucleo, questi sono facilmente accessibili per determinare l'integrit? delle giunzioni e della struttura prima di essere incorporati entro o giuntati ad altri componenti strutturali per formare tale articolo.

Il procedimento secondo l'invenzione pu? essere utilizzato per fabbricare pannelli cellulari irrigiditi o strutture di nucleo per qualsiasi applicazione e per fabbricare elementi strutturali, quali condotti, intelaiature, montanti, profili aerodinamici e simili, che utilizzano un nucleo di rinforzo interno di peso leggero che ? in grado di giuntarsi integralmente all'elemento. Le strutture cellulari presentano elevati rapporti tra resistenza e peso, e sono molto rigide e conseguentemente sono ben adatte per l'impiego come nuclei di rinforzo per elementi strutturali di nuclei cavi.

*BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI

Forme di attuazione preferite dell'invenzione verranno ora descritte insieme con i disegni allegati, nei quali:

la figura 1 ? una vista in sezione di due lamiere metalliche disposte tra piastre opposte di un attrezzo prima della formatura in stato superplastico e giunzione per diffusione;

la figura 1A ? una vista in sezione di una singola lamiera metallica disposta tra una piastra ed una superficie piana opposta di un attrezzo prima della formatura in stato superplastico e della giunzione per diffusione;

la figura 1B ? una vista in sezione simile a quella della figura lAr che illustra l'aspetto della lamiera singola quando viene ricalcata lungo la superficie a nastro;

la figura 2 ? una vista in pianta in sezione della piastra inferiore illustrata niella figura 1;

la figura 3 ? una yista in prospettiva parziale alla linea di divisione delle piastre illustrate nelle figure 1 e 2, senza le lamiere metalliche tra loro e con la piastra superiore illustrata a linea tratteggiata;

la figura 4 ? una vista in prospettiva in sezione delle lamiere formate in stato superplastico illustrate nella figura 3 giuntate per diffusione insieme secondo la presente invenzione;

la figura 5 ? una vista in sezione presa secondo la linea 5-5 della figura 4;

la figura 6 ?*una illustrazione in prospettiva di uno stampo per formare una struttura di pannelli cellulari ricurvi bidirezionalmente secondo la presente invenzione;

la figura 7 ? una vista in prospettiva di un profilo aerodinamico secondo la presente invenzione prima del montaggio finale per illustrare i tre principali componenti strutturali;

la figura 8 ? una vista in prospettiva del profilo aerodinamico della figura 7, dopo montaggio;

la figura 9 ? una vista in sezione presa secondo la linea 9-9 della figura 8; e

la figura 10 ? una vista in pianta degli intercolleg?menti delle celle che possono essere formati per provvedere un per -corso di g?s secondo l 'invenzione.

? ?DESCRIZIONE DELLE FORME DI ATTUAZIONE PREFERITE

Gli stampi o piastre, impiegati secondo l?invenzione vengono illustrati nelle figure 1-3, che rappresentano una forma di attuazione nella quale le piastre formano un disegno esagonale. Due piastre 10, 12 vengono illustrate nella figura 1, che bloccano fra loro una coppia di lamiere metalliche 16, 18. Come illustrato nella figura 2, la piastra 12 (e, analogamente, la piastra 10) provvede una superficie operativa a nastro 20 disposta in modo da formare una corrispondente superficie a' nastro 22 sulla preforma 24 risultante, illustrata nella figura 4, la quale ? formata da lamiere metalliche 16 e 18 nel modo che verr? descritto. La superficie a nastro 20 della piastra forma nei suoi interstizi una serie di vuoti o cavit? poligonali 28. Le piastre hanno pure un disegno di rilievi 26 nella superficie a nastro 20 della piastra, che intercollegano le cavit? poligonali 28. Il disegno di rilievi 26 dovrebbe permettere alla pressione del gas applicata tramite un tubo esterno 14 di essere messa in comunicazione con tutti i vuoti poligonali, c?me illustrato nelle figure 2 e 3.

Un esempio di un disegno di rilievi per questo scopo viene illustrato nella figura 10; si pu? impiegare qualsiasi disegno di rilievi che fornisca una adeguata pressione di- gas entro le celle per ottenere il desiderato gonfiaggio. Pu? essere provvisto pi? di un tubo 14 per questo scopo, se desiderato, sebbene si ritenga che per la maggior parte delle applicazioni sia sufficiente un unico tubo.

In alternativa, se desiderato, l'invenzione descritta qui pu? essere utilizzata per formare in stato superplastico una singola lamiera, anzich? una coppia di tali lamiere come descritto sopra. L'apparecchio utilizzato per attuare questo procedimento viene illustrato e descritto con riferimento alle figure 1A e 1B. La figura 1A illustra una singola lamiera metallica 16 bloccata tra la piastra 10 e la piastra piana opposta 13. Come illustrato nella figura 1B la piastra 10 provvede una superficie operativa a nastro disposta in modo da formare una corrispondente superficie a nastro sulla lamiera 16 quando la lamiera 16 viene compressa tra la piastra 10 e la piastra piana 13 e sottoposta a temperature corrispondenti o sostanzialmente entro l'intervallo di stato superplastico per il particolare materiale scelto. La figura 1B illustra cosi schematicamente l'aspetto della lamiera 16 mentre subisce il processo di formatura.

Secondo la forma di attuazione preferita dell'invenzione, piastre quali quelle illustrate nelle figure 1 e 2 vengono portate a poggiare su una coppia di lamiere metalliche in grado di essere formate in stato superplastico e giuntate per diffusione, e le 'piastre vengono schiacciate insieme per produrre una ricalcatura da pochi percento sino a circa 10% delle lamiere nella zpna della superficie a nastro 22. Secondo l'invenzione, si ? scoperto che si pu? formare una utile preforma in questo modo senza l'impiego di inibitori o di qualsiasi altro genere diiinibitore di adesione, e senza la necessit? di controllare le pressioni relative all'interno e all'esterno del sandwich formato dalle lamiere metalliche. La ricalcatura del metallo nel disegno descritto fa si che metallo in eccesso scorra entro le cavit? poligonali adiacenti della piastra, cosi da formare celle poligonali 32. Analogamente, il metallo delle lamiere 16 e 18 scorre nel disegno di rilievi 26 formando un corrispondente disegno di aperture di sfiato 30 che intercollegano le celle 32.

Il procedimento pu? essere attuato in una pressa calda tradizionale o in un forno a vuoto, impiegando una pressa convenzionale tale che le piastre possano essere portate insieme contro arresti positivi alla distanza richiesta per il grado predeterminato di ricalcatura. Per esempio, se vengono impiegate due lamiere ognuna spessa 0,040" (1,01 mm), gli arresti dovrebbero essere sistemati per limitare la distanza delle piastre a 0,076" (1,93 mm) per ottenere in ogni lamiera una ricalcatura di 0,002" (0,05 mm) o del 5%.

Le superfici a nastro 20 vengono preferibilmente fatte strette e di larghezza costante, preferibilmente di circa 0,040-0,060" {1,01-1,52 mm). Esse devono essere sufficientemente larghe per ottenere la giunzione quando le piastre vengono portate insieme e per ottenere una resistenza durante il processo di formatura, e dovrebbero essere sufficientemente strette per evitare una eccessiva sollecitazione a flessione quando le pareti di celle adiacenti si ripiegano su s? stesse durante la pressurizzazione per incontrarsi lungo la linea di giunzione. Le superfici a nastro possono anche essere di larghezze differenti, e si possono anche impiegare distribuzioni casuali di poligoni, che differiscono alla rinfusa come dimensioni, forma ad esempio,regalare e non regolare,e sulla superficie della lamiera. La larghezza di nastro desiderata dipende necessariamente dallo spessore delle lamiere metalliche, dalla particolare lega impiegata, dalla dimensione e dalla geometria dei poligoni, dal grado desiderato di crescita delle celle e dalle caratteristiche desiderate del prodotto risultante. Il procedimento ? particolarmente utile in quanto permette di fabbricare strutture di nucleo da lamiere metalliche relativamente sottili, dell'ordine di 0,020" (0,5 mm), per ottenere strutture di peso molto leggero senza eccessivo allungamento locale, o strizione, del metallo delle pareti della cella.

Piastre complementari 10 e 12 possono formare uno stampo aperto, come illustrato, oppure in alternativa possono formare uno stampo a cavit? chiusa (non illustrato), in cui la crescita delle celle pu? ?ssere limitata (ma non si richiede che lo sia) dalla vicinanza della superficie interna dello stampo. Si deve notare che gli stampi aperti sono meno costosi da lavorare.

Le piastre possono anche formare una superficie esterna o perimetrale 11 (figura 3) che produce un'area giuntata per diffusione di larghezza desiderata che circonda sostanzialmente tutta la preforma e configurata in modo da lasciare 1 canali 15 come desiderato per la comunicazione del gas, come verr? descritto. In alternativa, ? possibile impiegare una coppia separata di piastre (non illustrate) in combinazione con quelle illustrate,nella figura 1 per produrre la giunzione perimetrale.

Il metallo o le leghe metalliche che possono essere impiegate secondo l'invenzione sono quei materiali in grado di subire una formatura in stato superplastico e una giunzione per diffusione. Essi preferibilmente sono in grado di subire una elevata deformazione plastica, una deformazione da poche centinaia per cento sino a circa 1000 per cento, alle loro temperature in stato superplesti,co. Ogni particolare lega subisce una transizione in stato superplastico ad una temperatura che pu? essere facilmente misurata o determinata da sorgenti o mediante procedimenti ben noti agli esperti nella tecnica, per esempio con riferimento a M. Hansen, "Binary Phase Diagrams", McGraw Hill 1978. Le leghe deformabili in stato superplastico di alluminio e titanio sono note nella tecnica. Una lega di titanio particolarmente preferita comprende alluminio e vanadio, quale la lega TI6A1-4V, che diventa superplastica a temperature di circa 1435? F (779?C) e si unisce a temperature di approssimativamente 1675-1725?F (912-940?C). Alcune altre leghe, essenzialmente di titanio o alluminio ma anche di altri metalli, possono raggiungere uno stato di superplasticit? diminuendo la loro dimensione del grano, poich? ? noto che la dimensione fine di grani stabili fornisce ai metalli la capacit? di presentare un flusso superplastico.

Rientra pure nell'ambito dell'invenzione l'impiego di agenti di riduzione del punto di fusione o attivatori di giunzione per abbassare la temperatura di giunzione per diffusione della lamiera metallica. Tali attivatori sono ben noti e sono specifici per il metallo o la lega in questione; per esempio nichel e/oppure rame con leghe di titanio. L'attivatore viene applicato sulle lamiere lungo la superficie a nastro; esso migra nel metallo durante la giunzione, cosicch? il giunto risultante viene formato essenzialmente dalla lega di titanio sola. Un impiego di attivatori di giunzione nella fabbricazione di pale viene descritto in "The Rolla Royce Wide Chord Fan Biade", di G. Fitzpatrick e P. Br?ughton, presentato alla "Prima Conferenza Internazionale della Associazione sullo sviluppo del Titanio", San Francisco, California, ottobre 1986 e inviate ai membri della Associazione.

In un procedimento preferito secondo l'invenzione, due lamiere metalliche 16,18 vengono collocate tra piastre 10 e 12 in una pressa calda o un apparecchio paragonabile conosciuto, e le piastre vengono avvicinate contro gli arresti per ottenere una ricalcatura di circa il 5% lungo la superfi-;cie a nastro 20. Ci? viene preferibilmente fatto brevemente a temperature in stento superplastico, lo scopo essendo di deformare il metallo delle lamiere 16 e 18 senza provocarne la giunzione. Alle temperature in stato superplastico, la deformazione si verifica quasi istantaneamente, formando le celle a forma di cuscinetti 32 illustrate nella figura 4. Ci? pu? essere fatto' in un'atmosfera di aria. Al di sotto della transizione superplastica si richiede un tempo sostanzialmente pi? lungo. Le piastre vengono quindi rimosse, e le lamiere cos? formate (ma non giuntate) 16, 18 (le lamiere formate sono illustrate nella figura 4; esse hanno essenzialmente lo stesso aspetto quando applicate come illustrato, sia che esse siano 'State giuntate o meno insieme) possono essere pulite per ulteriore lavorazione. Le lamiere possono quindi essere deformate localmente, per esempio impiegando un mandrino, per adattare un tubo di entrata 14 come indicato nella figura 4. Le lamiere vengono quindi saldate intorno alla loro periferia' impiegando procedimenti di saldatura conosciuti, quali saldatura a fascio di elettroni (EB) o saldatura a gas inerte di tungsteno (TIG), che non inquinano le superfici metalliche. Il tubo 14 viene pure preferibilmente saldato in posizione, impiegando^ per esempio^ una saldatura ad angolo, in modo che le due lastre formino un volume interno a tenuta d'aria.

Viene quindi fattoisul tubo 14 un vuoto approssimativamente tra 10-2 e 10-3Torr, e le due lamiere vengono nuovamente collocate nel forno ad una temperatura eperun tempo sufficienti a produrre la giunzione per diffusione, mantenendo le piastre sostanzialmente allo stesso grado di chiusura impiegato nella fase di formatura originale. Il vuoto tra le lamiere assicura un'adeguata giunzione lungo la superficie a nastro 22, evitando zone non giuntate che potrebbero altrimenti essere provocate da gas intrappolato, anche in quantit? molto piccole. Nello stesso tempo, il vuoto dovrebbe non essere cos? elevato da schiacciare i cuscinetti formati.

Si deve notare che se le piastre 10 e 12 sono chiuse o sono stampi a limitazione, i cuscinetti mentre vengono formati possono assumere una forma a parete diritta esagonale con sommit? piana. Preferibilmente, per il titanio, le superfici delle piastre vengono lubrificate con polvere di nitruro di boro, un noto lubrificante secco, allo scopo d? impedire la grippatura delle superfici delle piastre dovute ad attrito con le lamiere metalliche.

Impiegando lamiere di lega di titanio T?6A1-4V spesse 0,030" (0,76 mm) nel procedimento suddescritto, e con una ricalcatura del 5%, con unai configurazione di piastre esagonali, gli esagoni essendo a 1/2" (12,7 mm) tra lati opposti e la larghezza del nastro essendo \ di 0,040" (1,01 mm), e con riscaldamento a circa 1440?F (782?C) per 15 minuti, si ? osservato che si formano celle come illustrato nella figura 4 ad una altezza di approssimativamente 1/16" (1,6 mm) al di sopra della superficie originale delle lamiere 16 e 18, per una profondit? interna delle celle diI circa 1/8" (3,17 mm). Formando rilievi 26 larghi circa 3/32-1/8" (2,38-3,17 mm), vengono formate aperture di sfiato 30 aventi un diametro interno di circa 1/32-1/16" (0,8-1,6 mm), mettendo in intercomunicazione la rete di celle cos? formate.

La forma di attuazione suddescritta dell'invenzione ? vantaggiosa in quanto pu? essere effettuata in una pressa calda standard, con un tempo ciclo a temperatura di circa un'ora. In alternativa, il procedimento pu? essere eseguito in una pressa a vuoto pi? costosa, che richiede un tempo ciclo pi? lungo. Il vuoto?*entro la pressa serve per le stesse funzioni descritte sopra per quanto riguarda il vuoto entro la preforma saldata, cio? assicurare una adeguata giunzione. Inoltre, in questa forma di attuazione, il calore e la pressione possono essere mantenuti sufficientemente a lungo nella fase iniziale per fornire una giunzione come anche la formazione della struttura a celle int?rcollegate. Per la lega di titanio T?6A1-4V e ad una temperatura di 1700?F (926?C), il tempo richiesto per la giunzione con una ricalcatura del 5% ? dell'ordine di da una a due ore. Con questa forma di attuazione secondo l'invenzione, le lamiere 16 e 1B possono nello stesso tempo essere giuntate per diffusione in un nastro intorno alla loro periferia, anzich? essere saldate. Un tubo, quale il tubo 14, ? preferito ma non essenziale, essendo sufficiente lasciare una intercapedine nella giunzione periferica attraverso cui il volume interno della preforma comunica con l'ambiente sotto vuoto del forno. Si possono impiegare piastre multiple impilate, con una pressa o forma, ognuna come descritto sopra, per aumentare l'efficienza del procedimento.

Si deve avere cur? di evitare spigoli affilati nelle piastre. Per esempio, per una larghezza della superficie a nastro di 0,040" (1,01 snm), lo spessore delle pareti tra esagoni adiacenti nella piastra pu? essere di 0,1" (0,254 mm) arrotondate con un raggio di 0,032" (0,81 mm). Gli spigoli degli esagoni sono analogamente arrotondati in modo da evitare spigoli acuti che possono portare a elevate sollecitazioni locali.

E' preferibile che il tubo 14 sia fabbricato dalla stessa lega delle lamiere 16, 18; tuttavia, il tubo pu? essere fabbricato da qualsiasi materiale che possa essere giuntato per diffusione o saldato alle lamiere metalliche, a seconda della forma di attuazione del procedimento che viene utilizzato, e che abbia un coefficiente paragonabile di dilatazione termica e sia per il resto bompatibile con il metallo di base.

La preforma 24 fabbricata secondo l'invenzione, come descritto sopra jpu? quindi essere gonfiata, a temperature in stato superplastico e tipicamente a pressioni da circa 200 a 300 psi (14-21 kg/cm ) di un gas inerte, quale argon, per formare un? struttura di pannello o una struttura di nucleo di forma regolare o irregolare. Se vengono formate due met? della preforma ma non vengono giuntate, come descritto sopra, allora quando queste vengono nuovamente riscaldate per la giunzione, esse possono essere addizionalmente gonfiate nello stesso ciclo termico dopo rimozione delle piastre, come desiderato. Il gonfiaggio fa si che le celle 32 si estendano verso l'esterno nelle due direzioni dal piano delle lamiere 16, 18 per una certa frazione, per esemio 70-90% del grado di allungamento finale desiderato. Si deve notare che il procedimento permette di minimizzare il numero di cicli di temperatura richiesti per la ?fabbricazione, rispetto ai procedimenti precedenti.

Il gonfiaggio della preforma pu? essere eseguito mentre questa viene semplicemente trattenuta intorno al 3uo perimetro, nel qual caso le celle si espandono ugualmente nelle loro rispettive direzioni. In alternativa, la preforma pu? essere gonfiata entro uno stampo a cavit? chiusa, cosicch? le pareti della cavit? limitano e definiscono la forma desiderata del nucleo gonfiato o parzialmente gonfiato. Tale stampo pu?, per esempio, limitare l?espansione ad una frazione sostanziale di quella desiderata in definitiva. Esso pu? in alternativa permettere di completare il grado di espansione desiderato, e pu? anche ricevere pannelli esterni o elementi strutturali che possono essere cosi giuntati per diffusione alle estremit? espanse delle celle attraverso tutta l'area di queste ultime, lasciando la superficie tra i pannelli e il nucleo giuntata e sostanzialmente esente da vuoti. In alternativa, la preforma pu? essere completamente gonfiata in questo modo e successivamente giuntata ad elementi esterni. Si vede che, poich? l'espansione viene eseguita uniformemente dalla pressione di gas, si pu? ottenere,teoricamente qualsiasi forma arbitraria di nucleo sagomando corrispondentemente la cavit? dello stampo. Il gonfiaggio pu? essere eseguito in aria purch? il grado di gonfiaggio sia sufficientemente piccolo per cui non si verifichi alcuna giunzione, per esempio tra le pareti di celle adiacenti. Se una q?alsiasi operazione viene effettuata in aria, il metallo della lamiere o la preforma devono essere puliti dagli ossidi ? dalle altre impurezze mediante tecniche conosciute, quali un bagno acido,prima che possa essere opportunamente eseguita la giunzione, come ? ben noto nella tecnica.

Il procedimento secondo l'invenzione ? particolarmente utile per formare strutture con profilo aerodinamico a curvatura composita, quali pale per rotori o profili aerodinamici di statori per ventole e compressori e dischi completamente a pale, che richiedbno spesso superfici altamente ricurve, elevate resistenze e rigidit?, basso peso e possibilit? di esame del nucleo iri uno stadio iniziale di fabbricazione. Ci? viene illustrato nelle figure 6-9.

La preforma 24 viene dapprima ritorta in una forma corrispondente sostanzialmente alla curvatura composita della porzione cava interna o sacca 42 del profilo aerodinamico 40. Il nucleo cos? ritorto viene indicato in 44, disposto tra met? superiore e inferiore 46, 4B rispettivamente, pure indicate come rivestimenti'superiore e inferiore, del profilo aerodinamico 40. Secondo. 1 'invenzione, i rivestimenti superiore e inferiore 46, 48 vengono giuntati per diffusione insieme lungo le loro superfici congruenti periferiche 50, 52 e la cavit? o sacca 42 tra loro (preferibilmente estendentesi ugualmente in entrambi i rivestimenti) viene completamente riempita con nucleo cellulare^44, che viene espanso per riempire tale volume e che si giunta per diffusione completamente lungo la sua superficie esterna alle corrispondenti superfici interne dei rivestimenti del profilo aerodinamico.

A seconda del grado di curvatura composita nel profilo aerodinamico, pu? essere preferibile impartire dapprima un certo grado di curvatura alla preforma in uno stampo, il quale pu? impartire tutta o soltanto una frazione sostanziale della curvatura richiesta finale, il resto essendo eseguito dagli stessi rivestimenti per profilo aerodinamico che funzionano come stampi. In alternativa, se si richiede soltanto un piccolo grado di curvatura composita, questo pu? essere impartito alla preforma mediante gli stessi rivestimenti del profilo aerodinamico, senza la necessit? di una o pi? fasi preliminari di stampaggio per ottenere progressivamente la curvatura composita desiderata.

La figura 6 ? una vista in prospettiva che illustra uno stampo 56 comprendente piastre superiori e inferiori 58, 60 che definiscono tra loro una superficie periferica comune 62, quando le met? dello stampo sono accoppiate, corrispondenti al grado di torsione, o curvatura composita, che si desidera ottenere con la particolare fase di stampaggio. La preforma 24 viene illustrata schematicamente tra le piastre 58 e 60, con il tubo 14 ancora in posizione per permettere la presurizzazione dell'interno della preforma 24. In un forno, la preforma 24 viene dapprima pressurizzata con un gas inerte a pochi psi (frazioni,di atmosfera) per evitare l'incurvamento o la curvatura brusca della preforma mentre questa viene incurvata. Le met? dello stampo o piastre 58, 60 vengono quindi chiuse sulla preforma, ad una temperatura nel suo intervallo di stato superplastico, cosicch? la preforma assume la torsione desiderata. Lo stampo 56 pu? essere uno stampo a cavit? aperta, semplicemente per impartire una torsione alla preforma, oppure pu? essere uno stampo a cavit? chiusa, la sua superficie interna definendo la.forma esterna desiderata del nucleo che deve essere formato gonfiando la preforma 24. Questa pu? essere la forma desiderata in definitiva per il nucleo, oppure pu? essere una qualche frazione sostanziale, meno di tutto il grado desiderato di gonfiaggio. Sebbene si possa ottenere un certo grado di gonfiaggio prima che al nucleo venga impartita tutta o sostanzialmente tutta la torsione, il grado di gonfiaggio viene preferibilmente mantenuto al di sotto di quello al quale le pareti laterali delle celle incominciano a giuntarsi tra loro sino a che si sia ottenuto il grado finale di torsione. Ci? evita di dover impartire una torsione al nucleo dopo che le pareti laterali si sono gi? giuntate, il che le deforma e provoca mancanza di uniformit? nello spessare delle celle, entro il nucleo. Per elevati gradi di curvatura composita, si pu? utilizzare una sequenza di stampi progressivi.

Il nucleo gonfiato 44 viene quindi collocato tra le met? del profilo aerodinamico 46, 48 e il risultante sandwich viene compresso insieme, a temperature nella zona di stato superplastico sia del nucleo che dei rivestimenti. La fabbricazione di rivestimenti di profilo aerodinamico 46, 48 pu? essere effettuata con qualsiasi procedimento tradizionale noto nella tecnica, per esempio mediante una combinazione lavorazione di macchina e di formatura a caldo. Questi vengono preferibilmente fabbricati nella stessa lega o ai. una compatibile con il nucleo. Un canale 65 simile al canale 64 viene lavorato di macchina nel rivestimento 48 per provvedere una comunicazione di gas tra i volumi interni formati tra il nucleo 44 e i rispettivi rivestimenti, cosicch? si possa produrre un vuoto entro questo volume allo scopo di ottenere la completa giunzione tra la superficie del nucleo 44 e la corrispondente superficie interna dei rivestimenti 46, 48. Ci? pu? essere fatto in uno qualsiasi di'parecchi modi, come verr? descritto. Il tubo 14 viene lasciato in posizione, attraverso il canale 64, per provvedere un percorso di gas per pressurizzare l'interno del nucleo 44 in modo da gonfiarlo per riempire completamente il volume definito tra le met? diprofilo aerodinamico 46, 48. Dopo che la struttura ? formata, i tubi possono essere tolti e, se desiderato, i piccoli fori rimanenti essere tappati o saldati.

Vengono descritti due modi per formare il sottogruppo delle due met? di profilo aerodinamico e del nucleo 44 in un profilo aerodinamico completo. In uno, le operazioni vengano eseguite in uno stampo ppr pressa a vuoto, che provvede la temperatura richiesta in una pressa, per applicare la pressione meccanica alle periferie accoppiate 50, 52 dei rivestimenti del profilo aerodinamico in condizioni di vuoto. Il sottogruppo in tre pezzi viene collocato nello stampo -della pressa a vuoto e il tubo 14 viene collegato ad una sorgente di pressione di gas inerte in grado di gonfiare le celle del nucleo. In temperatura, lo stampo viene chiuso per applicare una pressione meccanica di circa il 5% di ricalcatura alle periferie 50, 52 dei rivestimenti, 0 la pressione di gas inerte viene applicata attraverso il tubo 14 per gonfiare il nucleo 44 contro le pareti della sacc? interna dei rivestimenti del profilo aerodinamico. Con una ricalcatura del 5% ed una tempertura tra--circa 1675?F e 1725?F (912-940?C), le operazioni di formatura e giunzione possono essere completate in circa due ore per una tipica struttura di pala come illustrato nelle figure 7-9. Il vuoto provvi?to dalla pressa ? preferibilmenta tra circa 10 e 10 Torr. Un canale 65 viene lavorato di macchina nel rivestimento 48 per permettere al vuoto provvisto dalla pressa di comunicare con i volumi interni tra il nucleo e i rivestimenti rispettivi. Tale canale pu? essere lavorato di macchina in uno dei due o in entrambi i rivestimenti accoppiati del profilo aerodinamico, e ,se desiderato,? possibile provvedere pi? di uno 'di tali canali. In alternativa, i rivestimenti del profilo aerodinamico 46, 48 possono essere saldati intorno alla loro periferia ed evacuati allo scopo di formare una camera a vuoto, Cos? da permettere che abbia luogo la giunzione in una pressa calda anzich? in un forno a vuoto pi? costoso. E' opportuno per questo scopo provvedere un tubo 67 saldato nel canale; 5 il quale pu? essere collegato ad una adatta sorgente di vuoto a 10 -10 Torr.Ci? pu? essere fatto collegando il tubo 67i ad una sorgente di vuoto prima che il sottogruppo venga collocato in una pressa, e sigillando il tubo in modo che il vuoto desiderato venga mantenuto durante l ciclo termico senza la necessit? di un allacciamento per vuoto entro la pressa. Il nucleo viene quindi gonfiato, a temperature di giunzione per diffusione, e riempie e si unisce alla sacca entro i rivestimenti del profilo aerodinamico. Si deve notare che il gonfiaggio viene sempre descritto qui come con l'impiego di gas inerte, quale argon, allo scopo di evitare di formare ossidi o altri inquinanti che non possono essere facilmente eliminati.

Il tempo durante il quale la pressione deve essere mantenuta entro il nucleo allo scopo di gonfiare le celle^risulta evidente agli esperti in questa tecnica e dipende dalla pressione del gas, dalla particolare lega impiegata, dallo spessore delle lamiere e dalla geometria della particolare preforma. Si deve notare che i canali di gas o i tubi sono preferibilmente provvisti attraverso la via 69 del profilo aerodinamico, come illustrato nella figura 8, oppure attraverso la punta, in modo che essi non attraversino zone che possono essere sottoposte a formazione di sollecitazione trasversale.

Le figure 8 e 9 illustrano il profilo aerodinamico completato, con i rivestimenti giuntati insieme che racchiudono e si fissano al nucleo 44. In modo importante, la piastra e successivamente il nucleo 44 ? disponibile per l'esame con uno qualsiasi dei procedimenti di prova tradizionali prima di essere incapsulato entro il profilo aerodinamico, permettendo l'esame delle giunzioni e dell'integrit? strutturale del nucleo in uno stadio iniziale del procedimento. Un'opportuna ispezione in questo modo rende inverosimile che un nucleo imperfettamente giuntato o formato venga accoppiato con un profilo aerodinamico, evitando inutili spese dovute a scarti e fornendo un maggior grado di integrit? e sicurezza strutturale di quanto ? possibile con i procedimenti che non permettono un tale esame iniziale diretto.

Si deve notare che due o pi? nuclei cellulari secondo l'invenzione possono essere giuntati insieme per creare strutture di rinforzo con maggiore profondit? o con una differente forma di quanto possa essere praticabile o desiderabile con un singolo nucleo

E' evidente agli .esperti nella tecnica che modifiche e varianti delle forme?di attuazione descritte possono essere apportate senza scostarsi dall'ambito e dallo spirito dell'invenzione, e si intende sia limitata esclusivamente dalle rivendicazioni seguenti .

Claims

RIVENDICAZIONI 1. - Procedimento per la produzione di una struttura cellulare consistente nel:, (a) provvedere almeno una lamiera metallica capace di subire la formatura in stato superplastico; (b) applicare pressione per ricalcare detta lamiera lungo una superficie a nastro che definisce nei suoi interstizi una serie di vuoti poligonali intercollegati tra loro mediante rilievi nella superficie a nastro, detta pressione essendo sufficiente per ridurre lo spessore della lamiera lungo la superficie a nastro tra pochi per cento e circa 10%, detta pressione 'essendo applicata ad una temperatura sufficiente "*5e per un tempo sufficiente perch? il metallo scorra nelle zone dei vuoti poligonali e vi formi cuscinetti intercollegati da canali corrispondenti a detti rilievi, detti cuscinetti e canali essendo sollevati rispetto alla superficie a nastro. 2. - Procedimento secondo la rivendicazione 1, in cui detta temperatura ? sufficiente a portare la lamiere metallica in uno stato superplastico. 3. - Procedimento?secondo la rivendicazione 2, in cui vengono provviste due lamiere metalliche in relazione faccia c?ntro faccia e la pressione per ricalcarle viene provvista da almeno una piastra che forma detta superficie a nastro, e da una superficie opposta, detta piastra e superficie opposta essendo portate insieme contro arresti positivi ad una distanza corrispondente a detta riduzione di spessore. 4. - Procedimento secondo la rivendicazione 3, in cui detta superficie opposta ? una superficie piana. 5. - Procedimento secondo la rivendicazione 3, in cui la superficie opposta ? una seconda piastra formante una seconda superficie a nastro corrispondente alla prima superficie a nastro della suddetta prima piastra, dette piastre avendo rilievi corrispondenti, in modo tale che le due lamiere metalche sottoposte a tale pressione di ricalcatura tra loro formino cuscinetti sollevati in direzioni opposte che formano un reticolo di celle intercollegate da canali accessibili attraverso una apertuna alla periferia di dette lamiere. 6'. - Procedimento ?econdo la rivendicazione 5, in cui detta superficie a nastro ? di larghezza sostanzialmente costante tra circa 1/32 e 1/8" (0,8-3,1 mm), tutti i bordi delle piastre formanti la superficie a nastro essendo sufficientemente arrotondati per evitare spigoli vivi capaci di provocare una eccessiva sollecitazione nelle lamiere metalliche. 7. - Procedimento secondo la rivendicazione 6, in cui la forma di detti vuoti poligonali viene scelta dal gruppo costituito di esagoni, ottagoni, decagoni e dodecagoni. .8. - Procedimento secondo la rivendicazione 3, che consiste nel mantenere le lamiere metalliche a detta temperatura sufficientemente a lungo per giuntarle per diffusione insieme lungo le loro superficiea nastro. 9. - Procedimento secondo la rivendicazione 8, in cui prima che le lamiere formate vengano mantenute a detta temperatura sufficientemente a lung? per effettuare la giunzione per diffusione, esse vengono unite insieme intorno alla loro periferia e provviste di mezzi per mettere in comunicazione una sorgente di pressione di" gas allo scopo di far comunicare con la rete di celle formate dalle lamiere. 10. - Procedimento secondo la rivendicazione 1, comprendente la giunzione per diffusione di una coppia di dette lamiere metalliche lungo le loro superiici a nastro e lungo la loro periferia per formare una preforma tale che i cuscinetti delle rispettive lamiere formino un reticolo di celle intercollegate da detti canali, il provvedere mezzi di comunicazione per controllare la pressione del gas entro la rete di celle, e applicare pressione |di gas alle celle attraverso il mezzo di comunicazione alla temperatura di formatura in stato superplastico per espanderle di volume. 11. - Procedimento secondo la rivendicazione 10, in cui le celle vengono espanse sotto pressione contro lina superficie che limita la loro espansione. 12. - Procedimento secondo la rivendicazione 10, in cui le celle vengono espanse in modo tale che sostanzialmente tutte le celle su almeno un lato del piano del nastro vengano giuntate per diffusione a celle adiacenti in modo da formare una struttura di rinforzo cellulare sostanzialmente esente da vuoti tra pareti di celle adiacenti, 13. - Procedimento secondo la rivendicazione 12, comprendente la giunzione per diffusione di detta struttura di rinforzo a nucleo cavo ad uno o pi? elementi metallici addizionali per formare una struttura rinforzata irrigidita. 14. - Procedimento secondo la rivendicazione 13, in cui detto uno o pi? elementi metallici addizionali vengono giuntati per diffusione alle estremit? delle celle in modo tale che sostanzialmente tutta la superficie della parete delle celle sia giuntata per diffusione senza vuoti con le pareti di celle adiacenti o con detti elementi metallici. 15. - Procedimento secondo la rivendicazione 14, in cui l'uno o pi? elementi metallici racchiudono sostanzialmente tutta la struttura di rinforzo cellulare per formare una struttura rinforzata a nucleo cavo. 16. - Procedimento secondo la rivendicazione 15, in cui gli elementi metallici addizionali comprendono rivestimenti a profilo aerodinamico e la risultante struttura ? un profilo aerodinamico rinforzato a nucleo cavo. 17. - Procedimento secondo la rivendicazione 10, comprendente l'operazione di pollocare la preforma, ad una temperatura in stato superplastico, tra stampi di formatura sagomati per produrre una curvatura nel piano della preforma. 18. - Procedimento secondo la rivendicazione 17, che consiste nell'introdurre pressione di gas positiva nella rete di celle prima della deformazione della preforma mediante detti stampi di formatura, e nell' aumentare la pressione del gas dopo che ? stata prodotta tale curvatura per espandere in modo superplastico il volume delle celle. 19. - Procedimento secondo la rivendicazione 18, in cui detti stampi di formatura sono sagomati per produrre una curvatura composita nella preforma. 20. - Procedimento fecondo la rivendicazione 16, comprendendente l'operazione di,collocare la preforma, alla temperatura di formatura superplastica, tra una coppia di rivestimenti con profilo aerodinamico aventi una sacca tra loro con curvatura composita; di introdurre una pressione positiva entro le celle della preforma, di collocare la preforma nella sacca entro i rivestimenti qiprofilo aerodinamico ediportare i rivestimenti insieme per stampare la preforma ad una curvatura composita corrispondente a quella della sacca; e di gonfiare la preforma per adattarsi e giuntare per diffusione la sua superficie esterna alle pareti interne dei rivestimenti di detta sacca. 21. - Procedimento secondo la rivendicazione 15, che consiste nell'ispezionare la preforma per la giunzione e l'integrit? strutturale prima 'che questa venga giuntata ad uno o pi? elementi metallici. 22. - Struttura cellulare comprendente due lamiere metalliche giuntate per diffusione insieme ih modo sostenzialnente non interrotto lunga una superficie di nastro che definisce nei suoi interst?zi una serie di celle poligonali intercollegate da canali formati dalle lamiere. 23. - Struttura cellulare secondo la rivendicazione 22, in cui le celle sono state espanse sotto pressione di gas ad una temperatura superplastica. 24. - Struttura cellulare secondo la rivendicazione 23, in cui le pareti di celle adiacenti vengono giuntate per diffusione insieme,sostanzialmente senza vuoti. 25. Struttura cellulare secondo la rivendicazione 24, detta struttura avendo una curvatura composita. 26. - Struttura cellulare secondo la rivendicazione 24, detta struttura cellulare essendo incorporata entro e giuntata ad altri elementi strutturali. 27. - Struttura cellulare secondo la rivendicazione 25, detta struttura cellulare essendo incorporata e giuntata per diffusione a rivestimenti a profilo aerodinamico, cos? da costituire un profilo aerodinamico a curvatura composita ocn nucleo cavo. 28. - Struttura cellulare formata con il procedimento secondo la rivendicazione 1. 29. - Struttura cellulare formata con il procedimento secondo la rivendicazione 5. 30. - Struttura cellulare secondo la rivendicazione 24, in cui le aree poligonali hanno dimensioni differenti in almeno una zona della struttura. 31. - Procedimento secondo la rivendicazione 8, in cui la dimensione delle aree poligonali in almeno una zona della struttura ? resa differente dalla dimensione delle aree poligonali in altre zone della struttura in accordo con le sollecitazioni,sollecitazionidi vibrazione o momenti flettenti cui ? previsto che venga sottoposta la struttura. 32. - Struttura cellulare secondo la rivendicazione 22 in cui le aree poligonali sono conformate come poligoni non regolari. 33. - Struttura cellulare secondo la rivendicazione 32 in cui detti poligoni non regolari sono rettangoli allungati. , 34. - Struttura cellulare secondo la rivendicazione 33 in ci?? detti rettangoli, presentano angoli arrotondati. 35. - Struttura cellulare secondo la rivendicazione 32 in cui le aree poligonali comprendono poligoni regolari e non regolari. 36. - Struttura cellulare secondo la rivendicazione 22 in cui detta stuttura ? fermata sostanzialmente senza l'uso di saldature per ridurre il suo peso a confronto con una corrispondente struttura che comprende tali saldature. 37. - Struttura cellulare secondo la rivendicazione 22 in cui detta struttura ? formata sostanzialmente senza l'uso di una composizione di agente di mascheratura per facilitare la giunzione affidabile di detti fogli metallici. 38. - Struttura cellulare secondo la rivendicazione 22 in cui detta superficie a nastro ha una larghezza sostanzialmente costante.