Procedimiento de conformación de un material de trabajo plano en un producto composite.

Un procedimiento de conformación de un material de trabajo (10) plano convirtiéndolo en un producto composite que presenta una forma final, comprendiendo el procedimiento:

(a) la consolidación y la conformación del material de trabajo (10) consiguiendo una forma (16) de preforma utilizando un procedimiento de hidroformación dinámica que emplea una herramienta (32) rígida y una herramienta (23) no rígida; y

(b) en presencia de calor añadido, la consolidación y conformación suplementarias del material de trabajo (10) hasta conseguir la forma final utilizando al menos una herramienta (50) de formación rígida adicional, caracterizado porque

la etapa (a) se lleva a cabo sin adición de calor.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/US2011/041648.

Solicitante: GENTEX CORPORATION.

Nacionalidad solicitante: Estados Unidos de América.

Dirección: P.O. Box 315 Carbondale, PA 18407 ESTADOS UNIDOS DE AMERICA.

Inventor/es: MONFORTE,GREGORY M, BURKE,DAVID JAMES, MADDEN,MATTHEW.

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,... > B29C70/44 (mediante presión isostática, p. ej. moldeo por diferencia de presión, con una bomba de vacío, en autoclave o con caucho expandible)

PDF original: ES-2525015_T3.pdf

 

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Fragmento de la descripción:

Procedimiento de conformación de un material de trabajo plano en un producto composite Campo del (de los! conceptofsl inventivo(s)

El (los) presente(s) concepto(s) inventivo(s) se refiere(n) al campo de la formación o conformación de artículos, en particular la formación o conformación de artículos que utilizan un procedimiento de hidroformación para al menos una de las etapas de formación o conformación.

Antecedentes del (de los) conceptoís) inventivoísí

Los actuales procedimientos de hidroformación utilizan un fluido hidráulico a gran presión para comprimir una pieza de material de trabajo contra una matriz fija o un troquel móvil para formar un artículo con una configuración concreta. En la técnica es conocido el uso de un procedimiento de hidroformación para conformar estructuras complejas a partir de piezas metálicas o composite, por ejemplo composites de fibras continuas o de fibras tejidas. Debido a la aplicación uniforme de la presión estática suministrada por el procedimiento de hidroformación, es conocida la ventaja de reducir la presencia de arrugas y pliegues en el material de trabajo conformado.

La formación de un composite multicapa de fibras continuas o de fibras tejidas requiere una etapa de curado en la que son aplicados presión y calor a las capas del material composite, con el fin de comprimir y fundir entre sí la base de resina de las capas de material composite, eliminar los vacíos de aire de entre las capas y, finalmente, curar o fraguar entre sí las capas de material composite. Sin embargo, los materiales de fibras típicos apropiados para hojas composite balísticas por ejemplo polietileno, es sabido que se degradan cuando son sometidas a fuerte calor durante un periodo prolongado de tiempo.

Así mismo, los beneficios conocidos de utilización de un procedimiento de hidroformación para conformar estructuras composite permiten que el usuario evite la aplicación de cortes en relieve dentro del cuerpo de las capas planas del material composite antes de la formación del procedimiento, lo cual es necesario cuando se utilizan otros procedimientos de conformación conocidos con el fin de reducir las arrugas de las capas de material composite durante el procedimiento de formación. Un inconveniente de aplicar cortes en relieve dentro de las capas planas es que la resistencia de las capas de material composite, en particular la resistencia de sus fibras de refuerzo se reduce cuando las capas composite (esto es, las fibras de refuerzo) son cortadas. Así, es deseable evitar el corte en el Interior del cuerpo de las capas de material composite con el fin de potenciar al máximo la resistencia de estas capas. El uso de un procedimiento de hidroformación durante la fase de preformación hace posible evitar los cortes en las capas de composite planas. La técnica anterior divulga la sujeción mecánica del material de trabajo dentro de la cámara de la prensa de hidroformación antes de la etapa de presurización, con el fin de impedir las arrugas del material de trabajo durante el procedimiento de hidroformación.

Por tanto, es deseable contar con un procedimiento para formar o conformar artículos que mejoren la configuración formada del artículo, reduciendo al tiempo la duración de la exposición al calor experimentado por los materiales de fibras de refuerzo y evitar la necesidad de aplicar cortes en relieve en el cuerpo de las capas del material composite, todo ello sin que esto Incida de manera significativa en los costes asociados con la fabricación del artículo final.

Las referencias antecedentes relevantes incluyen las Patentes estadounidenses Nos. 5,578,158, 6,631,63 y 7,862,323. El documento WO 2/2437 divulga las características del preámbulo de la reivindicación 1 y se refiere a un aparato y a un procedimiento que utilizan la hidroformación para conformar estructuras complejas a partir de materiales tales como capa metálica o composites. El documento WO 2/2437 enseña que el calor debe ser utilizado cuando la hidroformación es aplicada a piezas semlelaboradas que comprendan composites.

Sumario del (de losl conceptoísí inventivoísí

La presente invención proporciona un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1.

En la presente memoria se divulga un procedimiento de conformación de un material de trabajo plano en un producto composite que presenta una configuración final, comprendiendo el procedimiento: (a) sin presencia de calor añadido, la consolidación y conformación de un material de trabajo en una conformación de preforma utilizando un procedimiento de hidroformación mecánico que emplee una herramienta con forma de macho rígida y una herramienta con forma de hembra no rígida; y (b) en presencia de calor añadido, la consolidación suplementaria y la conformación del material de trabajo en la configuración final utilizando al menos una herramienta de formación adicional rígida.

En la presente memoria se divulga también un procedimiento de conformación de un material de trabajo en un producto composite que presenta una configuración final, incluyendo el material de trabajo un material de matriz resinosa, comprendiendo el procedimiento: (a) la consolidación y conformación del material de trabajo en una conformación de preforma utilizando un procedimiento de hidroformación de embutición profunda que emplea una herramienta macho rígida y una herramienta hembra no rígida, produciéndose la consolidación y conformación por debajo de una temperatura crítica del material de matriz resinosa; y (b) la consolidación y conformación

suplementarias del material de trabajo en la configuración final utilizando al menos una herramienta de formación rígida adicional, produciéndose la consolidación y conformación suplementarias a o por encima de la temperatura critica.

También se divulga en la presente memoria un procedimiento de conformación de un material de trabajo plano en un producto composite que presenta una configuración final, comprendiendo el procedimiento: (a) sin presencia de calor añadido, la consolidación y conformación del material de trabajo en una conformación de preforma utilizando un procedimiento de hidroformación mecánico que utiliza una herramienta rígida y una herramienta no rígida; y (b) en presencia de calor añadido, la consolidación y conformación suplementarias del material de trabajo en la configuración final utilizando al menos una herramienta de conformación rígida adicional.

Breve descripción del (de los) dibuiofsi

Los conceptos inventivos divulgados en la presente memoria se describirán en las líneas que siguen en combinación con las figuras de los dibujos adjuntas, en las que los mismos numerales indican los mismos elementos.

La FIG. 1 es una vista en sección de un material de trabajo no conformado situado en una máquina de hidroformación en un estado no presurizado anterior a una etapa de conformación de una fase de preformación;

la FIG. 2 es una vista en sección de la máquina de hidroformación de la FIG. 1 en un estado presurizado anterior a la etapa de conformación de la fase de preformación;

la FIG. 3 es una vista en sección de la máquina de hidroformación de la FIG. 1 en un estado presurizado durante la etapa de conformación de la fase de preformación;

la FIG. 4 es una vista en sección de la máquina de hidroformación de la FIG. 1 en un estado presurizado posterior a la etapa de conformación de la fase de preformación;

la FIG. 5 es una vista en sección de una máquina de hidroformación de la FIG. 1 en un estado no presurizado que sigue a la etapa de conformación de la fase de preformación;

la FIG. 6 es una vista en sección del material de trabajo preformado situado en una máquina de acabado en un estado... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1.- Un procedimiento de conformación de un material de trabajo (1) plano convirtiéndolo en un producto composite que presenta una forma final, comprendiendo el procedimiento:

(a) la consolidación y la conformación del material de trabajo (1) consiguiendo una forma (16) de preforma utilizando un procedimiento de hidroformación dinámica que emplea una herramienta (32) rígida y una herramienta (23) no rígida; y

(b) en presencia de calor añadido, la consolidación y conformación suplementarias del material de trabajo (1) hasta conseguir la forma final utilizando al menos una herramienta (5) de formación rígida adicional,

caracterizado porque

la etapa (a) se lleva a cabo sin adición de calor.

2.- El procedimiento de la reivindicación 1, en el que:

dicha herramienta (32) rígida es una herramienta rígida con forma de macho y dicha herramienta (23) no rígida es una herramienta no rígida con forma de hembra.

3.- EL procedimiento de la reivindicación 2, en el que la etapa (a) comprende una serie de fases de conformación dinámicas, incluyendo cada fase de conformación dinámica la profundización de la posición de la herramienta (32) rígida con forma de macho con respecto a una primera superficie (14) del material de trabajo (1) y la aplicación de presión a una segunda superficie (12) del material de trabajo.

4.- El procedimiento de la reivindicación 3, en el que cada fase de conformación dinámica incluye la aplicación de una presión incrementada a la segunda superficie (12) del material de trabajo.

5.- El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones 2 a 4, en el que la herramienta (23) no rígida con forma de hembra proporciona toda la fuerza de apriete aplicada al material de trabajo (1) durante la etapa (a).

6 - El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que la etapa (a) no emplea un dispositivo de apriete mecánico.

7.- El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones 2 a 6, en el que un anillo (11) de tracción es situado entre la herramienta (32) rígida con forma de macho y el material de trabajo (1) antes de la etapa (a).

8.- El procedimiento de cualquier reivindicación 1 a 7, en el que la etapa (a) tiene lugar en una primera máquina (2) de formación y la etapa (b) se produce en una segunda máquina (4) de formación.

9.- El procedimiento de la reivindicación 8, en el que la segunda máquina (4) de formación es una prensa de hidroformación.

1.- El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en el que la al menos una herramienta (5) de formación rígida adicional es con forma de macho.

11.- El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en el que la al menos una herramienta (5) de formación rígida adicional es con forma de hembra.

12.- El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, en el que la al menos una herramienta (5) de formación rígida adicional no se desplaza durante la etapa (b).

13.- El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, en el que la al menos una herramienta (5) de formación rígida adicional comprende un par de moldes metálicos apareados.

14.- El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13, en el que el material de trabajo (1) comprende un material fibroso y un material no fibroso.

15.- El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones 1 14, en el que el material de trabajo (1) comprende al menos una hoja preimpregnada, y al menos una hoja preimpregnada que comprende una pluralidad de fibras composite.

16.- El procedimiento de la reivindicación 15, en el que la pluralidad de fibras composite está comprendida polietileno de peso molecular ultraalto.

17.- El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 16, en el que el material de trabajo (1) comprende además al menos una capa de material composite a base de aramida y al menos una capa de material composite a base de carbono.

18.- El procedimiento de la reivindicación 17, en el que la al menos una capa de material composite a base de aramida comprende unas primera y segunda capas composite a base de aramida y la al menos una capa de material composite a base de carbono comprende unas primera y segunda capas composite a base de carbono, y el material de trabajo (1) está dispuesto en una configuración apilada que presenta el siguiente orden desde una capa

superior de la configuración apilada hasta una capa inferior de la configuración apilada: la primera capa composite a base de carbono; la primera capa composite a base de aramida; la al menos una hoja preimpregnada; la segunda capa composite a base de aramida; y la segunda capa composite a base de carbono.

19.- El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 18, en el material de trabajo (1) comprende una primera capa preimpregmada unidireccional que presenta una primera orientación de fibras y una segunda capa

preimpregnada unidireccional que presenta una segunda orientación de fibras, en el que las primera y segunda orientaciones de fibras son ortogonales entre sí.

2.- El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones 11 a 19, en el que una presión máxima aplicada durante la etapa (a) es al menos el doble de una presión máxima aplicada durante la etapa (b).

21.- El procedimiento de la reivindicación 2, en el que:

el material de trabajo (1) incluye un material de matriz resinoso;

dicho procedimiento de hidroformación comprende un procedimiento de hidroformación de embutición profunda;

la consolidación y la conformación de la etapa (a) se producen por debajo de una temperatura crítica del material de matriz resinoso; y

la consolidación y la conformación suplementarias de la etapa (b) se producen a, o por encima de, la temperatura crítica.