PROCEDIMIENTO Y DISPOSITIVO PARA LA FABRICACIÓN DE PIEZAS DE MATERIAL COMPUESTO, EN PARTICULAR SEGMENTOS DE FUSELAJE DE AVIÓN.

Procedimiento para la fabricación de piezas huecas de material compuesto,

que comprende una piel y, eventualmente, elementos de refuerzo, estando caracterizado dicho procedimiento porque comprende a) una etapa, que consiste en hacer entrar un brazo poliarticulado (11), que está equipado con una cabeza de colocación de fibras (13), en el interior de un molde hembra (2), que presenta una forma largada, estando abierto dicho molde hembra por una ranura longitudinal (26), que está destinada a recibir los medios de soporte (12, 14) de dicho brazo poliarticulado, b) una etapa de aplicación de fibras sobre la superficie interior de moldeo (21a) del molde hembra por medio de la cabeza de colocación de fibras, con objeto de formar dicha piel (91) de material compuesto, llevándose a cabo dicha etapa de aplicación por desplazamiento de la cabeza de aplicación por medio del brazo poliarticulado y del desplazamiento relativo en traslación de dichos medios de soporte del brazo poliarticulado a lo largo de dicha ranura longitudinal del molde hembra

La presente invención se refiere a un procedimiento y a un dispositivo para la fabricación de piezas huecas de material compuesto, que comprende una piel y, de manera eventual, elementos de refuerzo y, en particular, la invención se refiere a la fabricación de piezas huecas del tipo de los segmentos de fuselaje de avión.

La fabricación del fuselaje de un avión se lleva a cabo, de forma clásica, por medio del ensamblaje de porciones del fuselaje de forma general cilíndrica, comprendiendo cada porción una cubierta o piel y elementos de refuerzo tales como travesaños, bastidores y refuerzos locales específicos para el ensamblaje ulterior de las alas, de la cabina de pilotaje y del tren de aterrizaje, por ejemplo.

Con objeto de limitar su peso, al mismo tiempo que se garanticen buenas propiedades mecánicas, han sido propuestos segmentos de materiales compuestos, que están formados por fibras largas, que están incrustadas en una matriz de resina, en particular fibras de carbono incrustadas en una matriz de resina termoendurecible. De manera clásica, la piel de material compuesto se obtiene por medio de la formación de un paño de fibras impregnadas con resina, no endurecida o cruda, sobre la superficie exterior de un útil, que está constituido por un mandril macho rotativo. Las fibras son aplicadas en forma de banda por medio de una cabeza de colocación de fibras, cuya cabeza está asociada con un sistema de desplazamiento cartesiano, que está instalado alrededor del mandril. Esta piel hueca, con fibras impregnadas con resina no endurecida, es sometida a continuación a una polimerización o a un endurecimiento en horno autoclave. Los elementos de refuerzo de material compuesto son fabricados por separado, a partir de fibras previamente impregnadas con resina, a continuación son colocadas en cavidades del mandril antes de llevar a cabo la realización de la piel por colocación de fibras. El conjunto de la piel y de los elementos de refuerzo en estado crudo es endurecido a continuación en autoclave. Los segmentos obtenidos de este modo son de tipo cerrado, con una piel que presenta, en sección transversal, un contorno cerrado, que se extiende sobre 360º.

Un procedimiento de fabricación de este tipo con un útil giratorio se ha revelado particularmente delicado en cuanto a su aplicación. Este dispositivo necesita medios de aplicación pesados, voluminosos y complejos, debiendo ser el mandril, que es arrastrado en rotación, suficientemente rígido para evitar o para limitar su flexión.

Por otra parte, con objeto de obtener un estado superficial exterior apropiado, es necesario aplicar contraformas, que se denominan también conformadores, contra la superficie exterior de la piel hueca para su endurecimiento en autoclave. Estos conformadores, con su sistema de sujeción, requieren mucho tiempo para su instalación y son fastidiosos, y aumentan el peso y el volumen del conjunto, que debe pasar por el autoclave.

Con objeto de evitar la utilización de conformadores, se ha propuesto en el documento de patente US 7 048 024 llevar a cabo la realización de la piel de los segmentos por medio de aplicación de fibras sobre la superficie interior de un mandril hueco rotativo. El procedimiento descrito permite únicamente la realización de la piel de un segmento, sin elementos de refuerzo y, de igual modo, está basado sobre un útil giratorio.

El documento US 2005/0039844 describe un procedimiento y un dispositivo para llevar a cabo la fabricación de piezas huecas de material compuesto, que comprende una piel, caracterizado por la instalación de un brazo poliarticulado, que está equipado con una cabeza de colocación de fibras en el interior de un molde hembras, que tiene una forma alargada. El brazo está sujeto en su extremidad por medio de un soporte fijo, que está colocado fuera de dicho molde hembra.

El documento US 4,574,029 describe un dispositivo similar, en el que el brazo está también sujeto por medio de un soporte fijo, que está colocado fuera del molde.

El objeto de la presente invención consiste en paliar los inconvenientes, que han sido citados más arriba, por medio de la proposición de un procedimiento para llevar a cabo la fabricación de piezas huecas, principalmente de segmentos del fuselaje de un avión, que sea de aplicación simple.

Con esta finalidad, la presente invención propone un procedimiento para llevar acabo la fabricación de piezas huecas de material compuesto, que comprende una piel y, eventualmente, elementos de refuerzo, estando caracterizado dicho procedimiento porque comprende

a) una etapa, que consiste en hacer entrar un brazo poliarticulado, que está equipado con una cabeza de colocación de fibras, hasta el interior de un molde hembra, que presenta una forma alargada, estando abierto dicho molde hembra por una ranura longitudinal, que está destinada a recibir los medios de soporte de dicho brazo poliarticulado,

b) una etapa de aplicación de fibras, de manera preferente fibras impregnadas con resina, sobre la superficie interior de moldeo del molde hembra, por medio de la cabeza de colocación de fibras, con objeto de para formar dicha piel de material compuesto, llevándose a cabo dicha etapa de aplicación por desplazamiento de la cabeza de aplicación por medio del brazo poliarticulado y del desplazamiento relativo en traslación de dichos medios de soporte del brazo poliarticulado a lo largo de dicha ranura longitudinal del molde hembra.

De conformidad con la invención, las piezas huecas de material compuesto son fabricadas por medio de un molde hembra de forma alargada, que presenta una ranura longitudinal, con objeto de permitir el desplazamiento de un brazo poliarticulado, que porta una cabeza de colocación de fibras, durante la realización de la piel de material compuesto. El procedimiento, de conformidad con la invención, permite la fabricación de piezas huecas de grandes dimensiones, sin útil giratorio.

El molde hembra presenta una sección transversal de tipo anular, la ranura longitudinal constituye una abertura estrecha, que tiene en sección transversal una pequeña dimensión con relación al contorno de la superficie interior de moldeo en sección transversal. El molde hembra puede presentar cualquier tipo de superficie interior cóncava, con una sección transversal constante o no constante, con o sin plano de simetría longitudinal. La superficie interior es, de manera particular, globalmente cilíndrica y/o troncocónica, aun cuando puedan ser utilizadas, de igual modo, superficies interiores cóncavas, que comprendan ángulos entre dos partes planas adyacentes.

El procedimiento, de conformidad con la invención, permite llevar a cabo la fabricación de piezas huecas, abiertas, que tienen una abertura longitudinal estrecha, que corresponde a la ranura longitudinal del molde hembra. Una pieza hueca de sección transversal cerrada puede ser realizada fácilmente por medio del ensamblaje con la pieza hueca, que ha sido obtenida, de una pieza complementaria, que tenga una forma complementaria a la de la abertura longitudinal. La etapa de aplicación comprende, de manera preferente, la aplicación de fibras impregnadas con resina. Como variante, el procedimiento comprende una etapa de aplicación de fibras secas, seguida de una etapa de inyección o de infusión de resina en las fibras secas, que están colocadas sobre el molde hembra.

De conformidad con un modo de realización, los medios de soporte comprenden, al menos, un rail lineal para el soporte y el desplazamiento del brazo poliarticulado, y la etapa b) de aplicación es realizada sobre un molde hembra estacionario, por desplazamiento del brazo poliarticulado a lo largo del rail lineal alojado en la ranura longitudinal del molde hembra, reposando dicho rail lineal, de manera preferente, sobre el suelo y el molde hembra está dispuesto por encima de dicho rail y reposa sobre el suelo a uno y otro lado de la ranura longitudinal.

De conformidad con un modo de realización, el molde hembra comprende, al menos, una extremidad abierta, en al que desemboca dicha ranura longitudinal, efectuándose la entrada del brazo poliarticulado en la etapa a) por dicha extremidad abierta por medio de un desplazamiento relativo en traslación longitudinal de los medios de soporte con relación al molde hembra.

El procedimiento de conformidad con la invención puede ser aplicado, de manera ventajosa, a la realización de piezas huecas tales como segmentos del fuselaje de un avión, que comprenden una piel de sección globalmente cilíndrica y/o troncocónica... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento para la fabricación de piezas huecas de material compuesto, que comprende una piel y, eventualmente, elementos de refuerzo, estando caracterizado dicho procedimiento porque comprende

a) una etapa, que consiste en hacer entrar un brazo poliarticulado (11), que está equipado con una cabeza de colocación de fibras (13), en el interior de un molde hembra (2), que presenta una forma largada, estando abierto dicho molde hembra por una ranura longitudinal (26), que está destinada a recibir los medios de soporte (12, 14) de dicho brazo poliarticulado,

b) una etapa de aplicación de fibras sobre la superficie interior de moldeo (21a) del molde hembra por medio de la cabeza de colocación de fibras, con objeto de formar dicha piel (91) de material compuesto, llevándose a cabo dicha etapa de aplicación por desplazamiento de la cabeza de aplicación por medio del brazo poliarticulado y del desplazamiento relativo en traslación de dichos medios de soporte del brazo poliarticulado a lo largo de dicha ranura longitudinal del molde hembra.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque los medio de soporte comprenden, al menos, un rail lineal (121, 122) para el soporte y el desplazamiento del brazo poliarticulado (11), y porque la etapa b) de aplicación es realizada sobre un molde hembra 2 estacionario, por desplazamiento del brazo poliarticulado lo largo del rail lineal, que está alojado en la ranura longitudinal (26) del molde hembra.

3- Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque el molde hembra (2) comprende, al menos, una extremidad abierta (24) en la que desemboca dicha ranura longitudinal (26), efectuándose la entrada del brazo poliarticulado (11) en la etapa a) por dicha extremidad abierta por medio de un desplazamiento relativo en traslación longitudinal de los medios de soporte (12, 14) con relación al molde hembra.

4. Procedimiento según la reivindicación 3, en particular para la realización de piezas huecas del tipo de los segmentos de fuselaje de aviones, caracterizado porque la etapa b) de aplicación de fibras para formar la piel de material compuesto va seguida por las etapas siguientes:

c) una etapa de aplicación de elementos de refuerzo (92) de material compuesto en estado crudo, en el interior del molde hembra (2), contra la piel (91),

d) una etapa de endurecimiento simultáneo de la piel y de los elementos de refuerzo, y

e) una etapa de desmoldeo de la pieza hueca de material compuesto.

5. Procedimiento según la reivindicación 4, caracterizado porque comprende, después de la etapa c), la colocación de una contraforma macho (4) en el interior del molde hembra (2) contra la piel de material compuesto y los elementos de refuerzo (92), estando sujeta esta contraforma macho durante la etapa d) de endurecimiento.

6. Procedimiento según la reivindicación 4 ó 5, caracterizado porque comprende una etapa de ensamblaje con la piel

(91) de una pieza complementaria de material compuesto, constituida por una o por varias partes, que tienen una forma complementaria a la de la abertura longitudinal de la piel, con objeto de formar una pieza hueca de sección transversal cerrada.

7. Procedimiento según la reivindicación 6, caracterizado porque dicha pieza complementaria es ensamblada con la piel (91) endurecida, después de la etapa d) de endurecimiento.

8. Procedimiento según la reivindicación 6, caracterizado porque comprende, después de la etapa c), una etapa de posicionamiento de una pieza complementaria, en estado crudo, al nivel de la ranura longitudinal (26) del molde hembra, siendo endurecida y ensamblada dicha pieza complementaria con la piel (91) durante la etapa d) de endurecimiento, con el fin de obtener una pieza hueca cerrada.

9. Procedimiento para la fabricación del fuselaje de un avión, caracterizado porque comprende

- la fabricación de, al menos, dos segmentos abiertos del fuselaje de un avión, según una de las reivindicaciones 4 a 8,

- y el ensamblaje de una o de varias piezas complementarias de material compuesto, con objeto de formar segmentos cerrados, que se extienden sobre 360º, formando dichas piezas complementarias la parte superior del fuselaje.

10. Dispositivo para la realización del procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque comprende

- un brazo poliarticualdo (11), que está equipado con una cabeza de colocación de fibras (13) y que está montado de forma móvil sobre, al menos, un rail lineal (121, 122), fijado en el suelo,

5 -un molde hembra (2), que comprende, al menos, una extremidad abierta (24) y una ranura longitudinal (26), que desemboca sobre dicha extremidad abierta, y

- medios de sujeción (27, 28), que son aptos para sujetar a dicho molde hembra de manera estacionaria por encima de dicho rail en apoyo sobre el suelo, sensiblemente a través de toda su longitud, a uno y otro lado de dicho rail, de manera que dicho brazo poliarticulado sea apto para desplazarse en el interior del molde,

10 entrando por su extremidad abierta.