BERTOLINI RACHELE

Funzionalizzazione di superfici metalliche mediante lavorazioni avanzate di asportazione di truciolo. Le attività di ricerca sono state orientate alla funzionalizzazione di superfici mediante tecnologie innovative, quali Large Strain Extrusion Machining (LSEM) e Tornitura assistita da vibrazioni ultrasoniche (UVT). LSEM è stata utilizzata come tecnologia di Severe Plastic Deformation (SPD) al fine di realizzare manufatti caratterizzati da condizioni microstrutturali uniche e non ottenibili mediante altri processi di asportazione. Anche in questo caso sono state sperimentate diverse tecnologie di lubro-refrigerazione ed è stato proposto un modello fisico per simulare numericamente il processo. Tale tecnologia ha reso possibile anche la formatura di un truciolo continuo, sfruttato come semi-lavorato per la realizzazione di una clip biomedicale in magnesio altrimenti non ottenibile mediante laminazione. UVT è stata utilizzata per creare delle superfici caratterizzate da texture uniche, modulabili in funzione dei parametri di processo adottati e della condizione di lubrificazione. Tale superfici sono state sfruttate per aumentare la deposizione del rivestimento di un coating biomedicale.

Impatto dell’integrità superficiale ottenuta da operazioni di finitura sulle prestazioni in vita di esercizio di componenti di interesse biomedicale La problematica oggetto di studio risiede nella valutazione delle prestazioni in vita di esercizio dei componenti lavorati alle macchine utensili. Infatti, le lavorazioni per asportazioni, specialmente quelle non convenzionali come la tornitura criogenica, sono note per avere un impatto significativo sulla qualità superficiale, sia in termini di integrità che di finitura. L’effetto delle lavorazioni per asportazioni sulle prestazioni in vita di esercizio è stato valutato a livello tribologico, mediante lo sviluppo di test di attrito ed usura sia in condizioni di fretting che di reciprocating sliding wear, sia in condizioni di tribocorrosione, ovvero usura in presenza di ambiente corrosivo. Particolare attenzione è stata data anche alla resistenza a corrosione, sia in condizioni statiche che in presenza di sforzi meccanici. E’ stato oggetto di studio anche l’attitudine della superficie lavorata ad essere ricoperta da un rivestimento ceramico.

Incremento della sostenibilità delle lavorazioni per asportazione di truciolo. Oggetto della ricerca sono state le problematiche di sostenibilità delle lavorazioni per asportazione, in particolar modo la riduzione del loro impatto ambientale. L’utilizzo indiscriminato della lubrificazione viene accentuato nel caso dei materiali difficili da lavorare, essendo questi caratterizzati da un’elevata resistenza meccanica unitamente ad una bassa conducibilità termica. Tra questi materiali sono annoverabili: le leghe di titanio, le leghe di nickel e gli acciai inox. Oltre all’approccio criogenico e di tornitura assistita da ultrasuoni sperimentati su diversi materiali, è stata valutata la possibilità di applicare nano-particelle di grafene in regime di lubrificazione minimale come efficiente alternativa ai lubrificanti tradizionali sia in termini di usura utensile che integrità superficiale.

Lavorabilità alle macchine utensili di materiali compositi. La maggior parte dei manufatti in materiale composito di interesse aereospaziale vengono formati mediante tecnologie in stampo, e quindi prodotti con una forma “near net shape”, ovvero prossima a quella finale. Per questo motivo essi richiedono delle lavorazioni meccaniche per raggiungere le tolleranze finali e per predisporli agli eventuali assemblaggi con altre parti. L’operazione di foratura è una delle lavorazioni meccaniche più frequenti e delicate che si possono eseguire sui tali componenti, in quanto, essa è imprescindibile per permetterne il collegamento con altre parti, mediante rivetti o bulloni. La foratura di materiali compositi può indurre la formazione di diverse tipologie di difetti, come la degradazione termica della quota parte polimerica del composito e la delaminazione con conseguente estrazione delle fibre. Tali difetti possono compromettere la durata del componente una volta messo in esercizio, o, nei casi più gravi portano allo scarto dell’intero manufatto. Con l’obbiettivo di risolvere tale problematica sono state valutate tecnologie di foratura innovative come, la foratura criogenica, la foratura assistita da ultrasuoni e la combinazione delle tecnologie precedenti al fine di migliorare l’efficacia dell’operazione di foratura. Inoltre, la resistenza all’interfaccia tra lamine di composito e lamina di magnesio, nel caso di “fiber metal laminates”, è stata studiata al variare dei parametri di processo di foratura e condizioni di superficie della lega metallica. La tornitura assistita da vibrazioni ultrasoniche è stata scelta come possibile strategia per la riduzione dell’usura utensile, che si forma a seguito della tornitura di compositi a matrice metallica rinforzati da particelle di carburo, sovente utilizzati in applicazioni automobilistiche.

Lavorabilità alle macchine utensili di materiali polimerici. La lavorazione alle macchine utensili di materiali polimerici è diventata sempre più diffusa in molte applicazioni industriali a seguito della crescente necessità di personalizzazione dei prodotti. Tuttavia, l’efficienza della lavorazione di asportazione nel caso di materie plastiche dipende fortemente dalle proprietà chimiche e termofisiche del polimero stesso. In tale ambito, è stata valutata la lavorabilità di diversi materiali polimerici, tra cui PEEK, poliammide e Teflon, scelti in virtù del loro specifico rapporto tra temperatura di transizione vetrosa e temperatura ambiente. L'effetto dei parametri di lavorazione sull'integrità della superficie e sulla morfologia del truciolo sono stati studiati anche nel caso di tornitura criogenica.

Lavorabilità alle macchine utensili di metalli prodotti per Additive Manufacturing Oggetto della ricerca è lo studio è la lavorabilità di metalli ottenuti tramite tecnologie di manifattura additiva, quali Electron Beam Melting (EBM), Laser Power Bed Fused (LPBF) e Direct Energy Deposition (DED). Tali tecnologie infatti hanno la peculiarità di realizzare manufatti con caratteristiche microstrutturali e meccaniche completamente differenti da quelli ottenuti per forgiatura o colatura in stampo. In questo frangente, la ricerca è stata focalizzata sulla valutazione dell’effetto di tecnologie di lubrificazione non convenzionali sull’integrità superficiale e resistenza a corrosione della lega di titanio Ti6Al4V. Inoltre è stato oggetto di studio anche l’impatto dell’anisotropia microstrutturale sulla vita degli utensili da taglio e l’interazione utensile-pezzo in operazioni di fresatura a codolo con utensile sferico. La lavorabilità della lega Ti6Al4V è stata considerata anche sia in termini di finitura superficiale che usura utensile nel caso di foratura assistita da vibrazioni. L’impatto della lavorazione meccanica sulla resistenza a fatica della lega Ti6Al4V è stata studiata sia convenzionalmente che in termini di meccanica della frattura. L'effetto di diversi trattamenti termici sull'anisotropia microstrutturale indotta dal processo DED ed il loro impatto sulla lavorabilità di campioni in acciaio maraging, è stata valutata per operazioni di fresatura al variare dei parametri di processo.

Studio del comportamento meccanico dei materiali metallici e relativa formabilità. Oggetto della ricerca sono state le problematiche di formabilità di materiali metallici, con particolare riferimento alle leghe leggere. In tale ambito, è stato valutato il comportamento meccanico di tali leghe in funzione dello stato di sollecitazione applicato, delle caratteristiche di anisotropia della lamiera e della temperatura. L’utilizzo di temperature inferiori a temperatura ambiente, è stato utilizzato come approccio per aumentare i limiti di formabilità delle leghe di alluminio e snellire la catena di processo, oltre che aumentarne la resistenza a corrosione. La ricerca ha previsto anche la formulazione di modelli meccanici predittivi in funzione dei parametri di processo e delle caratteristiche della lamiera. Il medesimo approccio è stato utilizzato per aumentare la formabilità di acciai inox. In questo ambito, è stato valutato anche il comportamento meccanico della lega di titanio Ti6Al4V ad elevate velocità di deformazione e a diverse temperature con lo scopo di calibrare le simulazioni numeriche delle lavorazioni per asportazione di truciolo anche in condizioni criogeniche.