RICERCA ITALIANA     

Programma di ricerca

EKLAST - Enhancing the Knowledge of LAser Surface Treatments

Università di riferimento

Politecnico di BARI - INGEGNERIA MECCANICA E GESTIONALE - ()

Responsabile dell'Unità di ricerca

Giuseppe Casalino

Descrizione

I compiti assegnati all’unità di Bari consistono principalmente nella modellizzazione matematica delle lavorazioni studiate dal gruppo di ricerca. Le caratterizzazioni metallurgica, meccanica e dimensionale sono attività di supporto alla modellizzazione matematica e verranno svolte in collaborazione con le altre sedi.
Si prevede poi uno studio esplorativo sui post-trattamenti termici a cui sottoporre i provini ottenuti presso le altre sedi.
Le attività sono state divise in due linee di cui una principale e l’altra complementare. Le due linee sono simili per il metodo d’approccio e la tipologia di risultati che si vogliono ottenere.
L'obiettivo finale è quello di modellare le lavorazioni delle superfici mediante tecniche laser in modo da comprendere quali siano i parametri di processo e le condizioni fisiche che consentono di ottenere i risultati desiderati in termini di resistenza, incremento della durezza, della vita a fatica, della resistenza ad usura e corrosione delle superfici trattate.
Di seguito si indicano le attività in dettaglio per le due linee.


LINEA PRINCIPALE

La linea principale rappresenta il compito principale assegnato all’unità di ricerca di Bari che consisterà nella modellizzazione delle lavorazioni laser di superficie mediante modelli di tipo matematico.
In una prima fase le equazioni della conduzione di calore, delle trasformazioni di fase e delle tensioni meccaniche saranno studiate ed applicate ai diversi tipi di trattamenti al fine di predire la struttura finale dei metalli trattati e degli stati deformativi e tensionali residui della lavorazione applicata.
I calcoli sulle singole fasi termiche, meccaniche e metallurgiche saranno realizzati mediante la costruzione di subroutine in ambiente Matlab. I risultati ottenuti saranno confrontati con i dati della sperimentazione. L’output atteso per questa fase preliminare è quello di, a partire dalle equazioni matematiche disponibili in letteratura, mettere a punto delle nuove equazioni per ciascuno dei processi studiati, per ogni aspetto fisico del processo, per i diversi materiali considerati. La caratterizzazione delle equazioni avverrà mediante la definizione delle relazioni matematiche tra input ed output e il calcolo dei relativi coefficienti.
Nella seconda fase della linea principale l’unità operativa di Bari provvederà alla costruzione di modelli numerici basati sul metodo di calcolo degli elementi finiti.
Lo scopo è quello di simulare l’intero trattamento e definire così una correlazione matematica tra gli input del processo, come la potenza termica utilizzata e la velocità del trattamento, e gli output di tipo tecnologico cioè produttività, precisione, fattibilità. Questi aspetti sono integrati dai risultati che il metodo agli elementi finiti fornisce sulle trasformazioni di fase, le tensioni residue e le distorsioni, che saranno confrontati con quelli forniti dal calcolo analitico della prima fase.
Le attività programmate dall’unità di Bari allo scopo di assolvere il compito assegnato previsto per la linea principale sono:
1. indagine sulle equazioni matematiche disponibili in letteratura per la modellizzazione dei fenomeni fisici caratterizzanti i processi studiati;
2. messa a punto di subroutine in ambiente Matalab per il calcolo mediante le equazioni individuate al punto 1 e messe a punto a Milano sulle variazioni microstrutturali; ottimizzazione della forma e delle dimensioni dello spot laser;
3. caratterizzazione meccanica, metallurgica e geometrica (stato delle superfici) dei provini realizzati con le tecniche allo studio presso le sedi collaboranti e/o acquisizione di quei dati direttamente dai partners del progetto;
4. verifica dei risultati del punto 2 mediante i dati del punto 3 messa a punto delle equazioni del punto 2;
5. costruzione di un modello agli elementi finiti che tenga conto dei risultati dei punti precedenti.

LINEA COMPLEMENTARE

La linea complementare consisterà nella studio numerico e sperimentale di post trattamenti termici per migliorare alcune caratteristiche di qualità dei pezzi ottenuti mediante le tecnologie superficiali prese in considerazione nel progetto generale.
I trattamenti saranno realizzati in un forno per trattamenti termici con atmosfera controllata di recente acquisizione e localizzato nel laboratorio di Tecnologie laser del DIMeG del Politecnico di Bari.
I campioni trattati proverranno dalle altre sedi coinvolte nel progetto.
Tra i trattamenti previsti ci sono la distensione, il raffinamento del grano, l’omogeneizzazione della composizione chimica dei pezzi prodotti con le tecniche studiate. Sarà sottoposto ad uno studio di fattibilità anche la possibilità di trattamenti termochimica.
I risultati ottenuti, oltre a dare delle preziose informazioni sui post trattamenti, serviranno alla studio di equazioni per la loro modellizzazione matematica.
Le attività programmate dall’unità di Bari allo scopo di assolvere il compito assegnato previsto per la linea complementare sono:
1. progettazione dei trattamenti termici allo scopo di migliorare alcune caratteristiche di qualità, in collaborazione con le altre sedi;
2. realizzazione dei trattamenti termici presso il DIMeG ed altre sedi eventualmente meglio attrezzate;
3. caratterizzazione meccanica, metallurgica, dimensionale, superficiale dei pezzi realizzati, in collaborazione con le altre sedi;
4. implementazione di equazioni matematiche per la simulazione dei fenomeni fisici che avvengono durante i post trattamenti.

RIPARTIZIONE DELLE RISORSE PER ATTIVITA’
Lo studio matematico dei processi laser di trattamento superficiale e di quelli di post trattamento incideranno sul contributo complessivo dell’unità di Bari per circa il 60%.
Le diverse caratterizzazioni dei provini richiederanno un impegno di circa il 30% delle risorse.
La progettazione e la realizzazione dei post trattamenti termici inciderà per circa il 10%.

RIPARTIZIONE RISORSE PER LINEA
La linea princiaple assorbirà l’80% e la linea complementare il 20% delle risorse previste per lo svolgimento dei compiti assegnati.

DIAGRAMMA DI GANT DELLE ATTIVITA'

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