Método y aparato para hacer refuerzos compuestos contornados.

Un método para hacer una pieza compuesta contornada, que comprende:

ensamblar

(134) una carga (62), que incluye alinear una pluralidad de pliegos a lo largo de un contorno preseleccionado; colocar una primera bolsa de vacío (108) sobre una herramienta conformadora (72) antes de que la carga alineada ensamblada (62) sea transferida a la herramienta conformadora (72) y sellar la primera bolsa de vacío (108) en la herramienta conformadora (72);

transferir la carga alineada ensamblada (62) a la herramienta conformadora (72); conformar (136) la carga (62) en la herramienta conformadora (72); y

colocar una segunda bolsa de vacío (130) sobre la preforma de fibra y sellar la segunda bolsa de vacío (130) en la herramienta conformadora (72);

aplicar un primer y un segundo vacío respectivamente a la primera y a la segunda bolsa de vacío (108, 130);

infundir la preforma de fibra con resina introducida en la primera bolsa de vacío (108); y curar (14 0) la carga formada (62).

Tipo: Patente Europea. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: E12161459.

Solicitante: THE BOEING COMPANY.

Nacionalidad solicitante: Estados Unidos de América.

Dirección: 100 NORTH RIVERSIDE PLAZA CHICAGO, IL 60606-2016 ESTADOS UNIDOS DE AMERICA.

Inventor/es: MODIN, ANDREW, E..

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION B — TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES > TRABAJO DE LAS MATERIAS PLASTICAS; TRABAJO DE SUSTANCIAS... > CONFORMACION O UNION DE LAS MATERIAS PLASTICAS; CONFORMACION... > Conformación de materiales compuestos, es decir,... > B29C70/54 (Elementos constitutivos, detalles o accesorios; Operaciones auxiliares)
  • SECCION B — TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES > TRABAJO DE LAS MATERIAS PLASTICAS; TRABAJO DE SUSTANCIAS... > CONFORMACION O UNION DE LAS MATERIAS PLASTICAS; CONFORMACION... > Conformación de materiales compuestos, es decir,... > B29C70/44 (mediante presión isostática, p. ej. moldeo por diferencia de presión, con una bomba de vacío, en autoclave o con caucho expandible)
  • SECCION B — TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES > TRABAJO DE LAS MATERIAS PLASTICAS; TRABAJO DE SUSTANCIAS... > CONFORMACION O UNION DE LAS MATERIAS PLASTICAS; CONFORMACION... > Conformación de materiales compuestos, es decir,... > B29C70/34 (conformación o impregnación por compresión)
  • SECCION B — TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES > TRABAJO DE LAS MATERIAS PLASTICAS; TRABAJO DE SUSTANCIAS... > CONFORMACION O UNION DE LAS MATERIAS PLASTICAS; CONFORMACION... > Ensamblado de elementos preformados; Aparatos a este... > B29C65/70 (por moldeo (utilizando una técnica particular de moldeo, ver el lugar apropiado a esta técnica))

PDF original: ES-2530169_T3.pdf

 

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Fragmento de la descripción:

Método y aparato para hacer refuerzos compuestos contornados CAMPO TÉCNICO

Esta descripción está relacionada generalmente con la fabricación de piezas compuestas, y trata más particularmente de un método y un aparato para hacer refuerzos compuestos contornados.

ANTECEDENTES

En diversas aplicaciones pueden utilizarse miembros estructurales compuestos, tales como los refuerzos, para aumentar la fortaleza y/o la rigidez de los conjuntos. Por ejemplo, en la industria aeronaval, pueden utilizarse refuerzos estructurales, tales como travesaños, para reforzar un fuselaje. Los travesaños pueden contornarse a lo largo de su longitud para adaptarse a las curvaturas del fuselaje. En algunas zonas del fuselaje, los travesaños pueden tener unos contornos compuestos a lo largo de sus longitudes.

Los travesaños compuestos que tienen contornos combinados del tipo descrito arriba pueden fabricarse acumulando múltiples pliegos de fibras prelmpregnadas compuestas sobre una herramienta que tiene unos contornos combinados que coinciden substanclalmente con los de la pieza terminada. A la preparación puede dársele una forma y puede curarse utilizando un procesamiento en bolsa de vacío y autoclave. En el documento US 2009/0261199 A1, por ejemplo, se describe, un método para producir estructuras compuestas contornadas utilizando estopa o tiras de cinta de fibras prelmpregnadas. En algunas aplicaciones, las técnicas de fabricación que utilizan fibras prelmpregnadas pueden tener desventajas. Por ejemplo, con el fin de lograr los contornos deseados de travesaño, puede ser necesario cortar, punzar y/o empalmar uno o más pliegos de fibras prelmpregnadas, lo que puede añadir peso al fuselaje y/o ser costoso.

Para fabricar travesaños contornados, pueden utilizarse otras técnicas, tales como infusión de resina en preformas de fibra seca. Sin embargo, la infusión de resina puede requerir el uso de moldes cerrados que necesitan una preparación y limpieza posterior después de que la pieza se haya moldeado hasta tener forma. Tal método para fabricar piezas compuestas, se describe, por ejemplo, en el documento US 2006/0017200 A1. Además, la alineación de la preforma con medios de distribución de resina y películas divisoras permeables puede ser difícil sin el uso de cosido y/o agentes de pegajosidad. Además, al utilizar las técnicas conocidas de infusión de resina puede ser difícil controlar los ángulos de las fibras en las preformas de fibras. Las variaciones en los ángulos de fibra pueden tener como resultado unas características no deseadas de prestaciones en la pieza terminada.

La patente europea EP 2 203 288 B1 describe un método para fabricar un elemento estructural curvo que se forma uniendo juntos varios componentes. Cada uno de los componentes se produce de una preforma seca, que está constituida por una capa de fibras de refuerzo. Las fibras se disponen con orientaciones diferentes, en donde las orientaciones se estabilizan por medio de una técnica de trenzado que lleva de ese modo a una capa plana de refuerzo. Después, la capa seca y plana de refuerzo se combina con una película de resina. Al aplicar una temperatura controlada, se induce la capa de refuerzo con la resina. En una etapa siguiente, la capa de material reinfundido y diversas capas de fibras preimpregnadas se superponen entre sí para obtener una estructura estratificada. Después del ensamblaje de la estructura estratificada, la estructura se somete a un proceso de conformación denominado de cortina caliente.

Por consiguiente, existe la necesidad de un método y un aparato para fabricar miembros estructurales compuestos que tengan contornos combinados que reduzcan el manejo de herramientas y que faciliten la alineación de cargas compuestas para que coincidan mejor con los contornos de herramientas. También existe la necesidad de un método y un aparato como se ha descrito arriba que puedan eliminar substancialmente la necesidad de limpiar las herramientas después de moldear las piezas, y que puedan adaptarse para el procesamiento de infusión de resina utilizando moldes abiertos.

COMPENDIO

Las realizaciones descritas proporcionan un método y un aparato para fabricar miembros estructurales compuestos, tales como travesaños, que tienen contornos combinados. El uso de trenzado de preforma contornada con herramientas de bolsas abiertas proporciona una presión uniforme de curado para curar la infusión de resina para producir travesaños curados con fibras continuas. En una realización, se utilizan bolsas dobles de vacío para proporcionar presión a través de los rebordes de un travesaño, y les permite ser sostenidos en estrecho contacto con la superficie de molde al tiempo que se reduce la posibilidad de fugas desde la bolsa. El moldeo con red cercana de travesaños puede lograrse sin la necesidad para coser, agentes de pegajosidad ni manejo de herramienta. El uso de una herramienta de alineación para prealinear componentes de una carga de fibras de preforma reduce la necesidad para manipular la preforma, lo que puede tener como resultado un mejor control del ángulo de fibras y/o del grosor de la pieza terminada. El uso de preformas de fibra que están trenzadas, incluidas trenzas biaxiales y triaxiales, puede permitir a la preforma conformarse y adaptarse mejor a radios y contornos tridimensionales diferentes y cambiantes durante la preparación.

El aparato incluye una herramienta de ensamblaje de carga de preforma y una herramienta conformadora de preforma. Una preforma trenzada contornada se ensambla en la herramienta de ensamblaje con unos medios de distribución de resina y películas divisoras permeables. La herramienta de ensamblaje establece el contorno deseado con radios cambiantes para la pieza deseada. La carga ensamblada y prealineada de preforma se transfiere desde la herramienta de ensamblaje a una bolsa envolvente de vacío contenida en una herramienta conformadora en la que un mandril accionado por vejiga sujeta un alma o parte de hoja de la preforma, tras lo cual uno o más rebordes de la preforma se pliegan para formar unos rebordes de travesaño. Se añade un relleno de radio y unos pliegos de tapa, según se desee, la bolsa envolvente de vacío se sella y se instala una segunda bolsa de vacío. Entonces la carga se infunde con resina. Tras la infusión y curado de la resina, la pieza se retira del molde abierto y se recorta con la sección transversal y longitudes deseadas.

Según una realización descrita, se proporciona un método para hacer una pieza compuesta contornada. El método comprende ensamblar una carga, que incluye alinear una pluralidad de pliegos a lo largo de un contorno preseleccionado y transferir la carga alineada a una herramienta conformadora. El método comprende además formar la carga en la herramienta conformadora y curar la carga formada. El ensamblaje de la carga puede incluir colocar por lo menos una preforma de fibras en una herramienta de ensamblaje, y alinear los pliegos puede incluir utilizar la herramienta de ensamblaje para alinear la preforma de fibras a lo largo del contorno preseleccionado. Después de ensamblarse en la herramienta de ensamblaje, se sujeta una parte de la carga tras lo cual una parte sin sujetar de la carga se Inserta en la herramienta conformadora. El método comprende además infundir con resina la preforma de fibras después de que la carga alineada haya sido transferida a la herramienta conformadora. El método también comprende colocar una primera bolsa de vacío sobre la herramienta conformadora antes de que la carga alineada sea transferida a la herramienta conformadora, colocar una segunda bolsa de vacío sobre por lo menos una parte de la preforma de fibras contenida dentro de la primera bolsa de vacío, aplicar un primer y un segundo vacío respectivamente a la primera y la segunda bolsa... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Un método para hacer una pieza compuesta contornada, que comprende:

ensamblar (134) una carga (62), que incluye alinear una pluralidad de pliegos a lo largo de un contorno preseleccionado;

colocar una primera bolsa de vacío (108) sobre una herramienta conformadora (72) antes de que la carga alineada ensamblada (62) sea transferida a la herramienta conformadora (72) y sellar la primera bolsa de vacío (108) en la herramienta conformadora (72);

transferir la carga alineada ensamblada (62) a la herramienta conformadora (72); conformar (136) la carga (62) en la herramienta conformadora (72); y

colocar una segunda bolsa de vacío (130) sobre la preforma de fibra y sellar la segunda bolsa de vacío (130) en la herramienta conformadora (72);

aplicar un primer y un segundo vacío respectivamente a la primera y a la segunda bolsa de vacío (108, 130); infundir la preforma de fibra con resina introducida en la primera bolsa de vacío (108); y curar (14 0) la carga formada (62).

2. El método de la reivindicación 1, en donde:

ensamblar la carga (62) incluye colocar por lo menos una preforma de fibra en una herramienta de ensamblaje (38), y

alinear los pliegos incluye utilizar la herramienta de ensamblaje (38) para alinear la preforma de fibra a lo largo del contorno preseleccionado.

3. El método de la reivindicación 2, que comprende además:

infundir la preforma de fibra con resina después de que la carga alineada ensamblada (62) haya sido transferida a la herramienta conformadora (72).

4. El método de cualquiera de las reivindicaciones 1-3, que comprende además:

mantener la alineación de los pliegos en la carga (62) sujetando los pliegos juntos después de que se haya ensamblado la carga (62).

5. El método de cualquiera de las reivindicaciones 1-4, que comprende además:

sujetar una primera parte (62a) de la carga alineada ensamblada (62) en la herramienta conformadora (72), y en donde la formación de la carga incluye formar una segunda parte (62b) de la carga (62) en la herramienta conformadora (72) mientras se sujeta la primera parte (62a).

6. Aparato para hacer un miembro estructural compuesto (30) que tiene por lo menos un contorno, que comprende:

una herramienta de ensamblaje (38) para ensamblar una pluralidad de pliegos que forman una carga (62); una herramienta conformadora (72) para formar la carga (62), la herramienta conformadora (72) incluye un par de mandriles movibles relativamente (80a, 80b) entre los que puede sujetarse por lo menos una parte de la carga ensamblada (62);

una primera bolsa de vacío (108) adaptada para cubrir la herramienta conformadora (72);

una segunda bolsa de vacío (130) adaptada para cubrir la carga formada (62) sujeta en la herramienta

conformadora y sostener por lo menos una parte (62b) de la carga contra la herramienta;

un primer y un segundo sello (104, 106) para sellar la primera y la segunda bolsa de vacío (108, 130) en la

herramienta conformadora (72); y

una línea (92) de suministro de resina para introducir resina en la primera bolsa (108) e infundir la carga (62).

7. El aparato de la reivindicación 6, en donde la herramienta de ensamblaje (38) incluye:

una guía contornada de alineación (48) para alinear los pliegos a lo largo de un contorno, y un mecanismo de sujeción (68) para sujetar los pliegos alineados.

8. El aparato de la reivindicación 6 o 7, en donde;

la herramienta conformadora (72) incluye una base substancialmente hermética al vacío (74) que tiene unos agujeros pasantes adaptados para recibir líneas de vacío, de aire comprimido y de resina, los mandriles (80a, 80b) son relativamente movibles sobre la base (74) acercándose y alejándose entre sí, y los mandriles (80a, 80b) incluyen unas superficies (86) de herramienta sobre las que puede formarse por lo menos una parte (62b) de la carga sujetada (62).

9. El aparato de cualquiera de las reivindicaciones 6-8, en donde la herramienta conformadora (72) incluye una vejiga infiable (90) para aplicar presión de sujeción a uno de los mandriles (80a, 80b).

10. El aparato de cualquiera de las reivindicaciones 6 - 9, en donde cada uno de los mandriles (80a, 80b) incluye una superficie contornada de sujeción para formar un contorno en la carga (62).