METODO PARA CONTROLAR LOS ELEMENTOS DE LA PREFORMA COMPUESTA DURANTE EL PROCESADO.

Un método para retener las preformas compuestas de matriz de metal/fibra en su posición durante el procesado,

incluyendo los pasos de posicionar una posición durante el proceso de la hoja preimpregnada (30) de fibras y una matriz metálica de hoja, polvo o metal sobre un mandril (32) devanando espiralmente un cable de retención (22, 34) de un metal resistente al calor predeterminado sobre dicha hoja preimpregnada bajo tensión para retener dicha hoja preimpregnada en una posición sobre dicho mandril y tratar dicha hoja preimpregnada rodeada por dicho cable de devanado espiral para formar el compuesto de la matriz metálica o de fibra

Método para controlar los elementos de la preforma compuesta durante el procesado.

Ámbito de la invención

La presente invención hace referencia a preformas compuestas utilizadas en la formación de compuestos continuos de matriz metálica o de fibra y, más especialmente, a un método para mantener en el sitio los elementos de la preforma compuesta durante el procesado.

Orígenes de la invención

Las preformas compuestas como las utilizadas en la formación de compuestos continuos de matriz metálica o de fibra están formados por un conjunto de fibras de monofilamento y una matriz metálica en la forma de hoja, polvo o cable. Estos conjuntos pueden utilizarse para la fabricación de un anillo o una barra, por ejemplo. En cada caso, un conjunto de metal y fibras precursoras se enrolla en un mandril para crear la zona de refuerzo. En el caso de un anillo, por ejemplo, esto se consigue enrollando una colección de fibras y cables metálicos en un mandril o sustrato anular, empotrado para formar el conjunto. En el caso de una barra, una hoja preimpregnada se fabrica primero formada por una capa de fibras y una capa de cables metálicos unidos con un adhesivo. Esta hoja se enrolla posteriormente a un mandril cilíndrico para formar el conjunto.

En el caso de los conjuntos de la barra y el anillo, el conjunto enrollado debe sujetarse en el sitio de tal forma que retenga las posiciones relativas de los elementos metálicos y la fibra en todo el proceso de fabricación. En el caso del conjunto de anillo, esto exige sujetar el enrollado desde el desdevanado y, en el caso del conjunto de la barra, esto exige sujetar el enrollado desde el desdevanado y acomodar la contracción en el enrollado debido al apelmazamiento que se produce en el enrollado de la barra durante la operación que emane gas debido a la retirada del adhesivo utilizado para fabricar las hojas preimpregnadas.

Actualmente, el conjunto enrollado de la fabricación del compuesto orgánico se sujeta en el sitio con el uso de una bolsa elastomérica y un diferencial de presión asociado que sujete la bolsa contra el conjunto. En el caso de compuestos con matriz metálica, este hardware de procesado debe ser adecuado para operaciones a altas temperaturas con temperaturas más elevadas a las recomendadas para el típico elastómero. Normalmente, por tanto, el hardware del encapsulado para dicho procesado está compuesto por metal titanio o acero, ninguno de los cuales es lo suficientemente elastomérico para que se empuje contra el conjunto enrollado mediante la presión diferencial hasta que la temperatura del proceso y la presión hayan alcanzado valores muy elevados. Esto resulta en una desventaja significativa debido a que el conjunto se encuentra en un estado no amortiguado durante la mayor parte del proceso de fabricación, lo que permite un movimiento no deseado de los elementos del conjunto de fibra y metal durante el procesado.

US-A-5 763 079 muestra un método para fabricar preformas de cables donde las fibras son devanadas del tambor en un sustrato adhesivo revestido seguido por un revestimiento con una capa de barrera para conservar el espacio de las fibras. Una capa de material adhesivo se aplica entonces al envoltorio de la fibra y el cable se devana ahí. Es entonces cuando se aplican varios materiales viscosos y pegajosos a los cables arrollados de manera que se rellenen todos los espacios entre cables.

EP-A-0 846 550 describe un método por donde un elemento de disco de hilo continuo se forma al devanar un material con refuerzo de hilo sobe un eje para formar una bobina plana que cuenta con un número de giros y bloquea los giros respecto a las demás por medio de hilos enlazados devanados en cada giro.

En consecuencia, ha surgido la necesidad de un método simple y efectivo para controlar las posiciones relativas de los elementos del conjunto enrollado y fijándolos en el sitio a través de todo el proceso de fabricación. El método de la presente invención cumple esta necesidad.

Resumen de la invención

De acuerdo con el método nuevo y mejorado de la presente invención una hoja preimpregnada y el metal sobre el mandril o substrato se fija ahí y se sujeta en el sitio durante todo el proceso de fabricación devanando sobre la hoja preimpregnada de manera espiral un cable formado por un metal adecuado resistente al calor, como el titanio. Los extremos del cable de fijación pueden fijarse insertándolos en ranuras u otras aperturas en el mandril o substrato o de cualquier otra forma asegurándolos en el mandril o el sustrato. La distancia del devanado y la tensión aplicada por el cable fijador durante el devanado espiral se selecciona basándose en las características específicas del conjunto enrollado. En el caso de un conjunto metálico de polvo/fibra, por ejemplo, la envoltura del cable fijador se devana de forma tirante a sí mismo, es decir, de manera que los cables de la envoltura estén en unidos entre sí. Esto elimina la migración del polvo del conjunto de enrollado durante el procesado. En el caso de un conjunto metálico cable/fibra o un conjunto metálico hoja/fibra, el espacio entre los cables fijadores puede ser mayor.

De esta forma, la tensión sobre el cable fijador durante el devanado asegura un contacto íntimo entre el cable de envoltura y el conjunto enrollado y también establece cierta cantidad de elasticidad con la envoltura. La envoltura del cable fijador puede tensarse durante el devanado, por ejemplo, para acomodarse para una contracción predeterminada del diámetro del conjunto de enrollado durante el procesado.

Breve descripción de los dibujos

La Figura 1 es un diagrama en bloque de un típico proceso de flujo para la formación de compuestos continuos de matriz metálica/fibra formados por un conjunto de fibras y una matriz metálica en la forma de hoja, polvo o cable;

La Figura 2 es una vista lateral elevacional, parcialmente en sección, de un conjunto de fibra /cable metálico para un componente de anillo anterior al proceso de fabricación;

La Figura 3 es un vista lateral elevacional similar a la Figura 2 en donde el cable fijador se envuelve espiralmente sobre el conjunto fibra/cable metálico antes del proceso de fabricación;

La Figura 4 es una vista lateral elevacional, parcialmente en sección, de un conjunto de una hoja preimpregnada de fibra metálica para un componente de barra; y

La Figura 5 es una vista lateral elevacional similar a la Figura 4 que muestra el cable fijador envuelto espiralmente sobre el conjunto de la hoja preimpregnada de fibra metálica para un componente de la barra antes del procesado.

Descripción de las realizaciones preferidas

La Figura 1 muestra en la forma de bloque un típico proceso del flujo para la formación de continuos compuestos de matriz metálica/fibra elaborados con un conjunto de fibras de monofilamentos y una matriz metálica en la forma de hoja, polvo o cable; En el bloque 3, el mandril se prepara para el devanado. A partir de ahí, los elementos metálicos y de fibra se enrollan en el mandril (bloque 4) y el mandril y el conjunto enrollado se encapsulan en el hardware del proceso (bloque 6) de una forma conocida para los expertos en la materia. El conjunto enrollado encapsulado en el mandril emana posteriormente los gases para retirar los adhesivos y otros volátiles (bloque 8) y el conjunto se consolida para retirar los huecos y las interfaces con capas (bloque 10). A partir de entonces, se fabrica el componente reforzado final (bloque 12).

La Figura 2 ilustra el paso del método en el bloque 4 en la Figura 1 para un componente del anillo en donde un conjunto de fibra/cable metálico se enrolla dentro de un receso anular 14 de un mandril o un sustrato 16. El conjunto enrollado comprende un número seleccionado o predeterminado de filas alternas de cable metálico enrollado 18 y fibra 20 en cualquier orientación deseada. En lugar del cable metálico, el metal puede tener la forma de hoja o polvo y el conjunto enrollado puede incluir capas de adhesivo para mantener en el sitio los componentes de una manera conocida para los expertos en la materia.

La Figura 3 ilustra la envoltura del cable de la presente invención aplicada al conjunto de fibra/cable metálico de la Figura 2 de acuerdo con el paso del proceso del bloque 6 en la Figura 1. En lugar de una bolsa metálica o similar, el cable metálico de retención 22 formado por metal resistente a las altas temperaturas se devana espiralmente bajo una tensión deseada alrededor de la superficie externa del conjunto fibra/cable metálico para mantener los cables y las fibras en...

1. Un método para retener las preformas compuestas de matriz de metal/fibra en su posición durante el procesado, incluyendo los pasos de posicionar una posición durante el proceso de la hoja preimpregnada (30) de fibras y una matriz metálica de hoja, polvo o metal sobre un mandril (32) devanando espiralmente un cable de retención (22, 34) de un metal resistente al calor predeterminado sobre dicha hoja preimpregnada bajo tensión para retener dicha hoja preimpregnada en una posición sobre dicho mandril y tratar dicha hoja preimpregnada rodeada por dicho cable de devanado espiral para formar el compuesto de la matriz metálica o de fibra.

2. Un método según la Reivindicación 1 en donde dicho cable de retención (34) está formado por Titanio.

3. Un método según la Reivindicación 1 a 2 en donde los extremos de dicho cable de retención (34) se conectan a dicho mandril (32).

4. Un método según cualquiera de las reivindicaciones de la 1 a la 3 en donde dicho cable de retención (34) se devana espiralmente bajo una tensión de manera que las bobinas adyacentes de dicho cable de retención estén unidas entre sí.

5. Un método según cualquiera de las reivindicaciones de la 1 a la 3 en donde dicho cable de retención (34) se devanan espiralmente bajo una tensión de manera que las bobinas adyacentes de dicho cable de retención estén espaciadas entre sí.

6. Un método en donde el cable de retención (34) se devana espiralmente a un paso, espacio y tensión determinados por la naturaleza y construcción de la hoja preimpregnada de fibras y la matriz metálica.

7. Un método de acuerdo con cualquier reivindicación anterior en donde dicha hoja preimpregnada (30) de fibras y metal de la matriz se enrolla en dicho mandril (32).

8. Un método según cualquier reivindicación anterior en donde dicho cable de retención (34) está formado por molibdeno.

9. Un método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7 en donde dicho cable de retención está formado por volframio.

10. Un método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7 en donde dicho cable de retención (34) está formado por renio.

11. Un método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7 en donde dicho cable de retención (34) está formado por una aleación de titanio/niobio.