Titanio Rapid Casting. Scatola cambio Minardi F1

Titanio Rapid Casting. Scatola cambio Minardi F1
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CRP e il Titanio Rapid Casting

Il dipartimento R&D di CRP è coinvolto nella tecnologia del Rapid Casting fin dal 1997.

Nel 1998 CRP ha cominciato la sua collaborazione con il Team Minardi F1, allo scopo di ottimizzare la progettazione e lo sviluppo del processo di fabbricazione dei portamozzi e della scatola cambio, partendo dallo studio del processo di “Rapid Casting” del titanio.

Il “Rapid Casting” è basato sulla combinazione della tecnologia della Prototipazione Rapida, per fabbricare il modello a perdere, e la tecnologia di “Investment Casting”.

Il campione a perdere viene creato dalla sovrapposizione consecutiva di strati di materiale polimerico, utilizzando la tecnologia del Selective Laser Sintering (SLS).
Il sistema non richiede nessun supporto perché il pezzo è sostenuto dalle polveri non sinterizzate, dando perciò completa liberà di concezione funzionale del prodotto (al contrario di ciò che accadeva per il CNC).

La prassi operativa del Rapid Casting si compone di alcuni step:

  • il modello a perdere è realizzato attraverso tecniche RP e utilizzando un materiale polistirene (Windform® PS);
  • il modello è sottoposto ad infiltrazioni con cera (immersione e capillarità) per renderlo meno fragile e per aumentare la sua evacuabilità;
  • il modello è rivestito da successivi bagni di ceramica;
  • immersioni in bagni di leganti, aspersioni con materiale refrattario, e successiva essiccazione;
  • evacuazione del modello a perdere;deceramento con “flash firing” o in autoclave e cottura del guscio ceramico;
  • fusione della lega con induttore o ad arco voltaico;
  • colata, raffreddamento, riduzione del guscio, pallinatura, taglio primario dell’alimentazione, trattamenti termici.

La struttura del getto di precisione è formata da un aggregato di grani o cristalliti poliedriche che, mentre nelle piastre e barre da lavorazione sono anisotrope, in una fusione danno isotropia per compensazione: è chiaro che l’isotropia ha grandi vantaggi, per esempio, i calcoli FEM risultano essere molto vicini al reale comportamento del pezzo, grazie all’isotropia del pezzo.

L’isotropia offre diversi vantaggi, come ad esempio la resistenza del pezzo, l’affidabilità e calcoli FEM molto vicini a riprodurre la realtà.

Per questa ragione, Il Rapid Casting (essendo un processo di fusione) permette di produrre parti con qualità e proprietà (durata ed affidabilità) molto simili a quelle di un pezzo lavorato dal pieno, ma con tutti i vantaggi tipici di una fusione, dati dalla struttura isotropica, come ad esempio la maggiore resistenza del pezzo, una riduzione delle limitazioni nel disegno e la possibilità di alleggerire il pezzo durante il corso della stagione agonistica.

Inoltre, il Rapid Casting con modelli a perdere prodotti con tecniche RP permette una maggiore libertà di forma e permette di ridurre alcuni problemi durante la fase di lavorazione meccanica.
E’ quindi possibile creare il prodotto lungo le sue direttrici di sollecitazione meccanica, ed ottenere una riproduzione perfetta di tutti i dettagli del modello RP, con tolleranze e superficie simile a quelle dei pezzi lavorati completamente dal pieno.

L’esperienza Minardi

I primi particolari in Titanio realizzati per Minardi sono stati i portamozzi anteriori e posteriori con la tecnologia del Rapid Casting, seguiti poi dallo studio e dalla realizzazione della Scatola Cambio.

La scatola del cambio di Minardi

Nel 2000 è stata sviluppata la scatola del cambio in titanio della Minardi.

Sulla sinistra: Scatola Cambio in Titanium Rapid Casting 2000; a destra: Scatola Cambio in Titanium Rapid Casting 2001

Sulla sinistra: Scatola Cambio in Titanium Rapid Casting 2000; a destra: Scatola Cambio in Titanium Rapid Casting 2001

Dopo la scatola del cambio fabbricata in Titanio (Ferrari 1997) e la scatola in fibra di carbonio (Arrows 1998/ Stewart 1998), la scatola del cambio in Titanio nata dal Rapid Casting era l’ultima evoluzione in questo campo ed è tutt’ora una delle poche a fornire prestazioni così elevate, come dimostrato dalle varie imitazioni dopo la sua introduzione nel 2000 su Minardi.

I requisiti sono gli stessi che per i portamozzi, anche se la complessità del disegno e le dimensioni sono molto più importanti.

Se viene fatto il confronto direttamente con una scatola del cambio realizzata in magnesio (stagione 1999), si nota:

  • un risparmio del peso del 20-25%
  • una riduzione delle dimensioni circa del 20%
  • la rigidezza torsionale è doppia
  • gear wear è ridotto, la perdita di frizione è ridotta, con la possibilità di mantenere una temperatura dell’olio più elevata e una viscosità più bassa

I vantaggi del Rapid Casting

Il Rapid Casting in leghe di titanio fu immediatamente apprezzato dai clienti, grazie ad alcune particolarità, ben comprese e sfruttate da CRP:

  • la leggerezza delle leghe di titanio, rispetto per esempio all’acciaio;
  • la possibilità di un controllo post stress del pezzo migliore, rispetto per esempio ai compositi
  • i tempi relativamente brevi della tecnica fusoria
  • la durata del particolare
  • i minori limiti alla progettazione
  • la riduzione dei costi

La versatilità di questa tecnologia permette il suo utilizzo in molti altri campi, all’interno del racing in generale, e non solo, in relazione ai costi e alla qualità.

Scatola Cambio Minardi realizzata in Titanium Rapid Casting 2005

Scatola Cambio Minardi realizzata in Titanium Rapid Casting 2005