EMA CAPABILITIES
EMA is qualified to produce superalloys components for aerospace or gas turbine, using the equiaxed, directionally solidified and single crystal technologies. EMA is using investment casting production methods, with the goal to obtain a metal part containing:
a small dimensional tolerance
a good finish surface, with severe metallurgical constraints.
EMA warranty a large series flexible production. EMA is always working to continually reduce the lead time and time per product and to increase the efficiency and productivity.
QUALITY
In every Department, every single component to be produced is always subjected to the EMA Implementation Operative Program. This programm is leaded by the technical engineering together with operators to
analyse vertically all the production aspects related to the launch of part,
fix the injection parameters, to produce the specific tooling for the specific needs,
address the possible production disruption causes,
achieve, put in place and maintain the best practices in the shortest time
Our goal is to warrantee the high quality standards to the customer during the time. The EMA Departments personnel is fully trained and the continuous up grade is the basic EMA politics to maintain the high quality standards all over the production cycles.
Area Anime Ceramiche
I componenti per turbina che prevedono cavità interne per il raffreddamento o per l’alleggerimento degli stessi necessitano di un’anima ceramica all’interno del modello in cera del componente. Tale anima, dopo il processo di fusione, verrà rimossa mediante un attacco chimico.
I modelli in cera di questi speciali componenti per turbina (con anima) vengono iniettati in un’unica soluzione, nell’Area Cere, in stampi che prevedano anche l’alloggiamento dell’anima.
Le anime ceramiche utilizzate in EMA per componenti con struttura grano equiassica (EQX), direzionale (DS) e monocristallo (SX) hanno dimensioni che vanno da pochi centimetri a 70 cm, con geometrie diverse ed estremamente complesse.
Le operazioni effettuate sulle anime ceramiche all’interno di questa Area produttiva sono di finitura, impregnazione con un materiale tale da incrementare la resistenza meccanica durante la fase di iniezione della cera, ispezione dimensionale CMM e GOM (scanner 3D industriale), preparazione per l’iniezione cera (es. inserzione distanziatori, riempimento parziale con cera, ottimizzazione aderenza anima-cera) ed ispezioni visive per la verifica dell’integrità e della conformità alle specifiche di qualità previste.
Area Cere
In EMA si produce un’ampia gamma di componenti e quindi di modelli in cera con pesi a partire da pochi grammi fino a 5 kg, lunghezze da 50 ad 800 mm e spessori che in alcuni casi non superano 0.5 mm.
L’Area Cere è dotata di una serie di impianti semiautomatici per l’iniezione della cera in stampi di acciaio/alluminio per la realizzazione dei modelli in cera dei componenti finali. Tali impianti assicurano il controllo e il monitoraggio dei parametri termo-fluido-dinamici durante l’intero processo di iniezione della cera. In particolare, le principali variabili del processo di iniezione sono soggette ad un controllo continuo, mediante complessi sistemi di retroazione, allo scopo di assicurare la stabilità del processo in modo da garantire sempre il pieno rispetto degli standard prefissati e l’alta qualità del prodotto.
I modelli in cera così realizzati sono successivamente lavorati a mano su banchetti equipaggiati con le più moderne attrezzature per la finitura e la preparazione degli stessi per le successive fasi del processo produttivo. In seguito, i modelli in cera sono sottoposti ad una serie di controlli non distruttivi come per esempio ispezione visiva, radiografia digitale, misure dimensionali con macchine CMM, scansione ottica dell’intero modello in cera mediante l’utilizzo di videocamere GOM a luce blu di ultima generazione, misura degli spessori di parete con macchine ad ultrasuoni per verificarne la conformità agli standard qualitativi. I modelli in cera vengono successivamente assemblati in numero variabile, in base a tipologia e dimensione, su specifici grappoli per aumentare l’efficienza del processo in termini di materie prime ed ancillari e produttività.
Le condizioni termo-igrometriche nell’Area Cere (temperatura e umidità relativa) sono monitorate di continuo allo scopo di garantire la stabilità dimensionale dei componenti durante la loro permanenza nell’Area.
Area Gusci Ceramici
L’Area Gusci Ceramici è dotata di 6 celle robotizzate per l'applicazione automatica degli strati ceramici al fine di realizzare gusci altamente performanti.
Le celle robotizzate garantiscono una grande flessibilità di lavoro per la produzione di un’ampia gamma di gusci in termini di:
- materiali – disponibili tre diversi sistemi di gusci ceramici con caratteristiche meccaniche in grado di soddisfare i requisiti di colata di tutti i tipi di lega utilizzati in EMA e dei tre processi di solidificazione ossia direzionale (DS), monocristallo (SX) ed equiassica (EQX);
- peso - fino a 150 kg;
- dimensioni - ingombro cilindrico massimo di altezza 1000 mm e diametro 800 mm.
I robot in dotazione sono di ultima generazione (antropomorfi a 6/7 assi) e consentono la manipolazione precisa e delicata (priva di vibrazioni) di piccoli e grandi grappoli in cera. Tutti i serbatoi rotanti contenenti impasti ceramici sono dotati di coperchi automatici e pale di raffreddamento per evitare rispettivamente contaminazioni e mantenere sotto controllo la temperatura degli impasti.
Le cabine di distribuzione dello stucco, di tipo rotativo o verticale, garantiscono una distribuzione uniforme della polvere di stucco sui grappoli.
Tutti gli impasti ceramici sono preparati mediante l’utilizzo di un impianto di miscelazione automatico che consente il trasferimento e la miscelazione dei vari materiali costituenti (es. leganti, polveri refrattarie, agenti bagnanti e antischiuma) in modalità automatica.
Tutti gli impasti ceramici sono regolarmente controllati durante l'uso in produzione mediante la misura di varie caratteristiche fisico-chimiche (es. viscosità, coprenza, temperatura, pH, solidi totali, contenuto di silice, gravità specifica, test di gelificazione).
La granulometria delle polveri di stucco in accettazione è regolarmente controllata.
Allo scopo di garantire la stabilità del processo di formatura dei gusci ceramici, i sistemi di controllo presenti nel reparto assicurano, mediante complessi sistemi di retroazione:
- la gestione completa dei programmi robot in termini di movimentazione (rotazione, traslazioni e durata dei singoli movimenti);
- il controllo e il monitoraggio di tutti i parametri di processo e ambientali come per esempio temperatura impasti, temperatura e umidità relative ambientali, velocità dei flussi di aria all'interno degli ambienti per l'essicazione forzata dei gusci.
Vengono svolte attività di sviluppo continuo per la selezione di nuovi materiali sempre più performanti e di nuovi strumenti di misura in linea delle caratteristiche fisico-chimiche dei materiali utilizzati per la formatura dei gusci ceramici.
Area Forni
L'Area Forni è suddivisa in due macro-aree:
- preparazione per la fusione dove avvengono le operazioni di
- pulizia interna dei gusci ceramici mediante tecniche di vuoto e lavaggio per garantire la completa rimozione di tutto quanto (es. detriti) sia potenziale causa di difettosità metallurgiche
- controllo dell’integrità dei gusci ceramici mediante l’utilizzo di traccianti in grado di evidenziare anche le più impercettibili lesioni
- applicazione, sui gusci ceramici dei componenti a solidificazione equiassica (EQX), di materassini isolanti le cui dimensioni e forma sono garantite da taglio con macchine CAD/CAM.
- fusione.
Gli impianti utilizzati per la fusione, vero cuore del processo di manifattura, sono di tre tipi:
- Forni resistivi ad alto vuoto per la manifattura, mediante un processo di solidificazione controllata a cristallo singolo (monocristallo, SX) o multiplo (struttura grani direzionale, DS) di tipo Bridgman, di componenti di piccole dimensioni fino a 10 kg complessivi per colata;
- Forni a induzione ad alto vuoto per la manifattura, mediante un processo di tipo “tilt pouring”, di componenti fino a 70 kg complessivi per colata ed a struttura EQX; ciascun forno è alimentato da un forno di pre-riscaldo dedicato, a doppia zona, in grado di garantire un’alta uniformità termica (±10°C);
- Forni a induzione ad alto vuoto per la manifattura di componenti di grandi dimensioni mediante un processo di:
a. solidificazione controllata a cristallo singolo o multiplo di tipo Bridgman, di componenti fino a 60 kg complessivi per colata;
b. “tilt pouring” per componenti a solidificazione EQX fino a 100 kg complessivi per colata.
Tutti gli impianti sono dotati di sistemi retroazionati per il controllo e la registrazione dei parametri chiave di processo di ogni fusione (es. livello di vuoto, temperatura, potenza elettrica, velocità di colata, velocità di estrazione). Il sistema di registrazione integrato garantisce inoltre l’accesso alle attività in corso da qualunque postazione informatica all'interno dell'azienda e la possibilità di monitorare, in qualsiasi momento, i parametri chiave di ogni fusione ed eventualmente correlarli con qualsiasi altro parametro del processo produttivo aziendale e con gli esiti dei controlli non distruttivi previsti.
Post Cast
L’area POST FUSIONE (POST-CAST) è composta dalle seguenti celle:
- FINITURA (DRESSING) è effettuata mediante l’utilizzo di nastri con supporto telato e abrasivo grosso tale da asportare materiale dalle superfici. Successivamente per ridurre la rugosità si utilizzano dei nastri in fibra di nylon impregnata con abrasivi fini. Lo scopo è di rimuovere le indicazioni provenienti dai processi precedenti e dai controlli DIM/NDT post finitura.
- TRATTAMENTI TERMICI (HEAT TREATMENT) in alto vuoto per modificare le proprietà del materiale come richiesto dal Cliente; alcuni componenti vengono sottoposti anche a trattamenti termici ad altissima pressione (fino a 1300 atm) per eliminare eventuali ritiri interni dovuti al processo di raffreddamento dei gusci dopo la fusione; gli impianti utilizzati per tali trattamenti sono dotati di postazioni informatiche per il controllo, monitoraggio e registrazione di tutti i parametri di processo quali pressione, temperatura e tempo
- TRATTAMENTI CHIMICI (CHEMICAL TREATMENT) per la preparazione della superficie alle ispezioni successive; i componenti dotati di anima ceramica vengono sottoposti a processi di lisciviazione in autoclave utilizzando soluzioni acquose di soda caustica a cicli di pressione e temperatura controllate; le soluzioni utilizzate nei processi sono regolarmente monitorate ed eventualmente corrette o scartate in funzione dell'esito delle analisi effettuate dal Laboratorio EMA
- TRATTAMENTI SUPERFICIALI (SURFACE TREATMENT) quali barillatura, sabbiatura a polvere di vetro, sabbiatura a polvere di allumina, pulitura, allo scopo di preparare la superficie in termini di pulizia e rugosità ai processi successivi
- MARCATURA (MARKING) è effettuato da uno stiletto con punta in carburo di tungsteno vibrante, azionato pneumaticamente o elettricamente, che genera microimpatti sulla superficie del non produce trucioli o materiali di scarto. Lo scopo è identificare i componenti in maniera univoca.
Simulazione del processo di microfusione a cera persa
La simulazione del processo di microfusione a cera persa è adoperata in EMA per supportare due processi chiave dell’Ingegneria di Produzione:
- - Introduzione di Nuovi Componenti mediante la ricerca e la definizione della combinazione ottimale e robusta dei principali parametri di processo, consentendo una riduzione dei tempi e dei costi per lo sviluppo del componente;
- Miglioramento Continuo attraverso ottimizzazione della resa e attività riguardanti la riduzione dei costi.
Tale attività è applicata alla produzione di componenti con struttura grani di tipo direzionale, monocristallo ed equiassica.
I processi di riscaldamento e riempimento del guscio ceramico e di solidificazione del fuso sono simulati mediante l’analisi agli elementi finiti (FEM) utilizzando il software proprietario QM00 e il software commerciale ProCAST. In questo modo sono previsti rischi di innesco di difetti indotti termicamente e meccanicamente, specifici a ciascuna configurazione di processo modellata.
Mediante la simulazione possono essere sviluppati, testati e ottimizzati in ambiente virtuale diversi metodi di processo, riducendo il numero di prove fisiche di fusione, mediante la variazione e i test di elementi come:
- geometria del componente e dell’anima;
- geometria dell’assemblaggio;
- materiale e spessore del guscio;
- tipologia di lega;
- programma di fusione.
Controlli
Il 100% dei pezzi di produzione viene sottoposto a controlli di natura metallurgica e dimensionale allo scopo di garantire la conformità ai requisiti di disegni e specifiche applicabili.
Nella categoria dei controlli di natura metallurgica rientrano gli NDT (controllo ai liquidi penetranti, visivi ed ai raggi-x) ed il controllo struttura granì, un metodo non distruttivo, utilizzato su materiali metallici, per la verifica delle indicazioni strutturali affioranti in superficie a seguito di attacco galvanico selettivo, in ambiente illuminato con radiazioni visibili. Il metodo visivo per l’ispezione grani permette di evidenziare le indicazioni mediante il contrasto.
Nella categoria dei controlli di natura dimensionale rientrano i controlli passa/non passa (scansione di profilo, gauge, clock, calibri, ecc.) ed i controlli con macchine di misura a contatto a coordinata (CMM) e con luce strutturata (GOM). Inoltre, in caso di presenza di canali di raffreddamento, si verificano gli spessori di parete con tecnica ad ultrasuoni.
In casi di particolari componenti, possono essere effettuati ulteriori test come ad esempio misura di portata aria o acqua, ispezione canali di raffreddamento, test di conduttività ecc. Le macchine ad alta precisione utilizzate per i controlli di natura dimensionale unitamente ad attrezzature sottoposte a verifiche visive e metrologiche periodiche, garantiscono la produzione di componenti di altissima qualità.
Laboratory
Il laboratorio EMA dispone di tutte le attrezzature necessarie per eseguire test metallografici e chimici sui prodotti e sui processi di produzione al fine di soddisfare i requisiti di validazione, di controllo della produzione e per lo studio e individuazione delle cause di eventuali anomalie. Sia le analisi metallografiche che chimiche godono di accreditamento Nadcap e approvazione dei clienti. Tutti i test meccanici sono eseguiti da laboratori esterni approvati.
Le principali attrezzature per le analisi metallografiche sono:
- Macchine da taglio
- Inglobatrici
- Macchina rettificatrice-lappatrice automatica
- Microscopio ottico con telecamera CCD e sistema di analisi delle immagini
- Stereo-microscopio con telecamera CCD e sistema di analisi delle immagini
- Microscopio elettronico a scansione con sonda EDX
Le principali attrezzature per le analisi chimica delle leghe sono:
- Spettrometro XRF per l'analisi degli elementi principali
- Mineralizzatore a microonde e spettrometro ICP-MS per l'analisi di elementi residui ed in traccia
- Analizzatore per la determinazione di carbonio e zolfo mediante combustione
- Analizzatore per la determinazione di azoto e ossigeno mediante fusione
Le principali attrezzature per le analisi chimico-fisiche degli altri materiali utilizzati sono:
- Titolatori dedicati a soluzioni per la lisciviazione della ceramica, per l'attacco con acido prima dell'ispezione grani e controllo con fluidi penetranti, per la neutralizzazione e per la pulizia e lo sgrassaggio.
- Stufe, muffole, bilance e picnometri per l'analisi dei solidi totali, della densità e dei solidi del legante negli impasti ceramici.
- Centrifuga e spettrometro XRF portatile per analisi del contenuto di silice di nel legante degli impasti di area shell.
- Setacci e granulometro ottico per analisi dimensionale di farine e polvere ceramiche.
- Dilatometro ottico per misure di deformazione nei campioni ceramici.
- Autoclave ad acqua per misure di porosità su campioni ceramici.
- Analizzatore termogravimetrico scansione differenziale simultanea.
- Macchina per test di adesione su materiale ceramico.