PROCEDIMIENTO DE CONFORMADO Y MOLDE PARA MATERIALES COMPUESTOS.

Procedimiento de conformado y molde para materiales compuestos Esta invención se refiere generalmente al conformado de materiales compuestos, y más concretamente, a la formación de piezas conformadas de material compuesto. Las piezas conformadas de material compuesto se utilizan habitualmente en aplicaciones tales como la aeronáutica y los vehículos, en las que se desea un peso ligero y una elevada resistencia. Estas aplicaciones utilizan típicamente piezas o acanaladuras de contornos complejos que deben ser conformadas y curadas a continuación. Históricamente, las estructuras de material compuesto de contornos complejos han conllevado una intensa mano de obra para el conformado previo al curado. Típicamente, chapas de fibras compuestas pre-impregnadas ("pre-pegs") tales como laminados de fibras de carbono impregnadas de resina epoxídica se colocan a mano sobre un mandril u horma conformada. A continuación, la pieza se cura, a menudo mediante calor. Alternativamente, chapas de tejido seco ("tejido seco") se pueden colocar y, a continuación, se añade un material ligante. Esto da como resultado una pieza contorneada que se corresponde con la forma del mandril. Sin embargo, la colocación manual de chapas pre-impregnadas o de tejido seco es intensiva en tiempo. El documento más próximo del estado de la técnica, el US 4.986.865, se refiere a la producción de un tablero laminado, y divulga un aparato y un procedimiento para conformar materiales compuestos, aparato que comprende un mandril con una primera superficie y un molde. La FIGURA 1 es una vista en sección transversal de un sistema de formación por cámara de vacío del estado de la técnica anterior para conformar materiales compuestos. Una carga de material compuesto 20 se sitúa sobre un mandril 10. Se apreciará que la carga de material compuesto puede ser cualquier material adecuado para conformar piezas de material compuesto, incluyendo, sin limitación, chapas de tejido seco o pre-impregnadas. El mandril 10 descansa sobre una base de vacío 26, o está vinculado a la misma. La base de vacío 26, el mandril 10, y la carga de material compuesto 20 están recubiertos por una cámara de vacío 24. Durante el conformado de la carga de material compuesto 20 sobre el mandril 10, la carga 20 se calienta y el aire es evacuado de debajo de la cámara de vacío 24. Esto forma las porciones colgantes 21 de la carga de material compuesto 20 que cuelgan de la parte superior del mandril 10. En este ejemplo, la cámara de vacío se utiliza para conformar los rebordes de un larguero o viga en forma de C. Las chapas de laminado en la porción colgante 21 de la carga de material compuesto 20 experimentan una cizalladura mutua a medida que la carga de material compuesto se conforma mediante la cámara de vacío 24 sobre el mandril 10. La FIGURA 2A ilustra el procedimiento de moldeo de compresión del estado de la técnica anterior de una carga de material compuesto 20 sobre un mandril 10. Una carga de material compuesto 20 se sitúa sobre una herramienta de conformado o mandril 10. Un molde de compresión 30 es forzado sobre la carga de material compuesto 20 y el mandril 10, presionando las chapas de material compuesto contra el mandril 10 y formando la pieza. Las FIGURAS 2B y 2C muestran procedimientos mejorados de moldeo por compresión. En la FIGURA 2B, una carga de material compuesto 20 se sitúa sobre un mandril 10. Un molde de compresión 30 con puntas 32 flexibles curva la carga de material compuesto 20 al ser forzado sobre la carga de material compuesto 20 y el mandril 10. Las puntas 32 flexibles en las esquinas del molde 30 disminuyen el pandeo fuera del plano de la carga de material compuesto a medida que es conformada, al alisar las chapas a medida que se conforman sobre el mandril 10. La FIGURA 2C muestra una variación adicional del moldeo de compresión del estado de la técnica anterior de una carga de material compuesto sobre un mandril. En la FIGURA 2C, la carga de material compuesto 20 se sitúa sobre el mandril 10. Un molde de compresión 30 con vejigas de conformado 34 es forzado sobre la carga de material compuesto 20 y el mandril 10 para conformar la pieza de material compuesto. Las vejigas de conformado 34 se presionan hacia abajo y lateralmente contra las porciones curvadas de la carga de material compuesto, disminuyendo así el pandeo fuera del plano. En las FIGURAS 2A, 2B, y 2C, las chapas de laminado de la carga de material compuesto 20 que cuelgan del mandril 10 experimentan una cizalladura mutua sobre toda la longitud colgante o de reborde durante el proceso de conformado. Esto crea una tendencia a un pandeo fuera del plano, especialmente con laminados gruesos, longitudes de reborde largas, piezas contorneadas, espárragos de anclaje o piezas con inflexiones. Las FIGURAS 3A, 3B y 3C ilustran el área superficial grande en la que las chapas de laminado experimentan una cizalladura mutua durante el conformado de una carga de material compuesto 20 sobre un mandril 10, utilizando procedimientos de cámara de vacío del estado de la técnica anterior o un moldeo simple de compresión ilustrado en la FIGURA 1 y en las FIGURAS 2A, 2B y 2C. En la FIGURA 3A, una carga de material compuesto 20 plana se sitúa sobre el mandril 10. En la FIGURA 3B, a medida que tiene lugar el curvado de la carga de material compuesto 20, aparece una zona de cizalladura 22 en la que las chapas de laminado experimentan una cizalladura mutua. Esta zona de cizalladura entre chapas abarca toda la longitud colgante o longitud de reborde de la pieza en formación. La magnitud de la cizalladura aumenta hacia el canto del reborde. En la FIGURA 3, la cizalladura entre las chapas de laminado en la zona de cizalladura 22 continúa a medida que la carga de material compuesto 20 es forzada hacia abajo sobre el mandril 10. La cizalladura en la zona de cizalladura 22 da como resultado un pandeo fuera del plano de las chapas de laminado. Bajo procedimientos del estado de la técnica anterior de 2   cámara de vacío y de moldeo de compresión, las chapas internas de la carga de material compuesto situadas contra el mandril se encuentran en compresión por la cizalladura contra las chapas externas a medida que la carga de material compuesto es conformada sobre el mandril 10. Esto se muestra en las FIGURAS 3B y 3C del estado de la técnica anterior, en las que toda el área de reborde 22 ha deslizado entre las chapas. Por lo tanto, existe una necesidad no satisfecha de un procedimiento y de un sistema de conformado de material compuesto que conforme cargas de laminado gruesas y piezas con contornos, espárragos de anclaje, o rebordes largos, sin pandeo fuera del plano de las chapas de laminado. La presente invención minimiza la zona de cizalladura en la que las chapas y la carga de laminado de material compuesto deslizan entre sí durante el proceso de conformado, reduciendo o eliminando así el pandeo de fibras fuera del plano. Se presenta un procedimiento para conformar materiales compuestos. Una carga de material compuesto más ancha que una primera superficie de un mandril se sitúa a lo largo de la primera superficie del mandril. La porción de la carga de material compuesto que cuelga de la primera superficie del mandril es soportada y empujada contra el mandril, mientras que la porción no curvada de la carga de material compuesto es soportada de modo sustancialmente paralelo a la primera superficie del mandril. La invención proporciona asimismo un sistema para conformar materiales compuestos. Un molde de compresión de vejigas de conformado y placas calefactoras conforma una carga de material compuesto sobre un mandril y soporta las porciones no curvadas de la carga de material compuesto durante el conformado de modo sustancialmente paralelo a la superficie superior del mandril. Los modos de realización preferidos y alternativos de la presente invención se describen en detalle a continuación con referencia a los siguientes dibujos: la FIGURA 1 es una sección transversal de un conformado de una carga de material compuesto por cámara de vacío del estado de la técnica anterior; las FIGURAS 2A, 2B, y 2C son secciones transversales de un moldeo de compresión de una carga de material compuesto del estado de la técnica anterior; las FIGURAS 3A, 3B, y 3C son secciones transversales progresivas que ilustran la zona de cizalladura de la chapa de laminado durante un conformado de cargas de material compuesto del estado de la técnica anterior; las FIGURAS 4A, 4B, y 4C son secciones transversales progresivas que ilustran la zona de cizalladura de la chapa de laminado durante el conformado mediante la presente invención; la FIGURA 5A es una sección transversal de la presente invención con vejigas de presión; la FIGURA 5B es una sección transversal de la presente invención con vejigas de presión y puntas flexibles; la FIGURA 5C es una sección transversal de la presente invención... [Seguir leyendo]

1. Un aparato (5) para conformar materiales compuestos, aparato que comprende: un mandril (10) con una primera superficie (11) y que tiene lados; un molde (30); caracterizado por: el molde (30) que tiene lados que se disponen para empujar una porción colgante (23) de una carga de material compuesto (20) contra los lados del mandril; y soportes de carga (40) contiguos a los lados del molde, soportes que se disponen para sostener de modo sustancialmente paralelo a la primera superficie del mandril al menos una porción de la porción colgante de la carga de material compuesto que cuelga del mandril. 2. El aparato de la reivindicación 1, que comprende además medios para mover el molde hacia el mandril. 3. El aparato de las reivindicaciones 1 o 2, en el que el molde incluye al menos un dispositivo de empuje dispuesto para empujar la carga de material compuesto contra el mandril. 4. El aparato de la reivindicación 3, en el que el dispositivo de empuje incluye al menos una primera vejiga dispuesta para empujar la carga de material compuesto contra el mandril. 5. El aparato de las reivindicaciones 3 o 4, en el que el dispositivo de empuje incluye al menos una punta. 6. El aparato de las reivindicaciones 3, 4 o 5, en el que el dispositivo de empuje incluye al menos una punta flexible, un trampolín, un tablero de cantos, una caperuza elástica, un material compresible, una almohadilla pivotante, y una almohadilla de resorte. 7. El aparato de cualquiera de las reivindicaciones 1-6, que comprende además al menos un dispositivo de presión de carga. 8. El aparato de la reivindicación 7, en el que el dispositivo de presión de carga incluye al menos una placa dispuesta para presionar la porción sin formar de la carga de material compuesto que cuelga del mandril. 9. El aparato de las reivindicaciones 7 u 8, en el que el dispositivo de presión de carga incluye al menos una segunda vejiga dispuesta para presionar la porción sin formar de la carga de material compuesto que cuelga del mandril. 10. El aparato de las reivindicaciones y 7, 8 o 9, en el que el dispositivo de presión de carga incluye al menos una de una punta flexible, un trampolín, un tablero de cantos, una caperuza elástica, un material compresible, una almohadilla pivotante, y una almohadilla de resorte. 11. El aparato de cualquiera de las reivindicaciones 1-10, que comprende además al menos un calefactor dispuesto para calentar la carga de material compuesto. 12. El aparato de la reivindicación 11, en el que el calefactor incluye al menos una placa calefactora. 13. Un procedimiento para conformar materiales compuestos, procedimiento que comprende: disponer una carga de material compuesto (20) que tiene una primera superficie y una primera anchura; situar la carga de material compuesto a lo largo de una primera superficie (11) de un mandril (10), teniendo dicha primera superficie de un mandril una anchura de mandril que es inferior a la anchura de la carga de material compuesto, de modo tal que una porción colgante (23) cuelga de los lados del mandril; empujar una porción de la carga de material compuesto contra los lados del mandril mediante un molde (30); y soportar una segunda sección de las porciones colgantes de la carga de material compuesto de modo sustancialmente paralelo a la primera superficie del mandril sobre los soportes (40) contiguos al mandril, en el que se utiliza un aparato de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-12. 14. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 13, en el que se conforma la carga de material compuesto a una forma de canal en C. 7   (Técnica anterior) (Técnica anterior) (Técnica anterior) (Técnica anterior) (Técnica anterior) (Técnica anterior) (Técnica anterior) 8   9