Un método para formar un elemento estructural compuesto de resina reforzada con fibra a partir de una carga (14),

incluyendo el método: proporcionar troqueles incompresibles primero y segundo (26, 28) que se extienden en una dirección longitudinal, teniendo el primer troquel porciones primera y segunda (30, 32), siendo regulables las porciones en direcciones transversales entre posiciones primera y segunda; y disponer una carga (14) entre los troqueles primero y segundo; caracterizado el método porque las porciones (30, 32) están estructuradas en la segunda posición para definir de forma cooperante un rebaje (42) entre las porciones (30, 32) configurado para recibir al menos parcialmente el segundo troquel y porque el método incluye además: insertar el segundo troquel (28) al menos parcialmente en el rebaje (42) definido por el primer troquel (26) de tal manera que las porciones (30, 32) del primer troquel se regulen transversalmente hacia fuera y la carga (14) se forme entre los troqueles primero y segundo a la configuración del elemento estructural

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Campo de la invención

La presente invención se refiere a la fabricación de elementos estructurales y se refiere más en concreto a un aparato y método para formar un elemento estructural contorneado. 5

Descripción de la técnica relacionada

Los elementos compuestos se usan comúnmente en aplicaciones, tales como aviones y otros vehículos, donde son deseables o necesarios un peso ligero y alta resistencia. A menudo los elementos compuestos deben ser formados en una configuración contorneada según la aplicación particular del elemento. Los elementos compuestos contorneados complejos son configurados típicamente en una configuración deseada mientras el material compuesto está en un 10 estado “verde” o no curado y posteriormente se cura mientras se soporta en la configuración deseada. Un método convencional para formar tales elementos compuestos contorneados es colocar manualmente los materiales compuestos sobre un mandril u otra herramienta que defina una configuración macho correspondiente a la configuración deseada. Por ejemplo, el material compuesto se puede disponer como capas de fibra compuestas preimpregnadas (“prepregs”) tal como laminados de fibra de carbono impregnados con epoxi. Las capas se colocan a mano sobre el 15 mandril, y se curan en el mandril para formar el elemento, usando típicamente calor y/o presión. Alternativamente, el material compuesto se puede disponer como capas de tejido seco (“tejido seco”), y se puede añadir un material de unión por separado. En cualquier caso, el elemento estructural resultante se puede formar en varias formas deseadas. Sin embargo, tal proceso de colocación manual es lento. Además, hay que proporcionar típicamente un mandril separado para formar cada configuración particular del elemento compuesto. 20

Según otro método convencional para fabricar elementos compuestos, conocido como conformado en caída, se forma una carga laminada en forma de hoja plana o pieza en bruto de material compuesto contra un mandril. En particular, la carga es calentada y forzada alrededor del mandril macho usando una bolsa de vacío. El conformado en caída ha sido usado satisfactoriamente para formar piezas compuestas donde las piezas formadas solamente tienen unas pocas capas prepreg. Sin embargo, para laminados gruesos y formas complejas tales como elementos 25 compuestos que definen vigas en forma de C, I o L, longitudes de pestaña largas, contornos a lo largo de su longitud, grosores variables, endentados (o cambios en dirección), o desfases, el conformado en caída con bolsa de vacío puede dar lugar a rizado de las capas.

La Solicitud de Patente de Estados Unidos número 6.814.916, titulada “Método de formación de compuestos”, publicada el 4 de Marzo de 2004, cedida al cesionario de la presente solicitud, describe un sistema y método para 30 formar materiales compuestos y reducir el pandeo de las fibras del material compuesto. En particular, se puede formar una carga compuesta sobre un mandril usando vejigas y chapas calefactoras. La Solicitud de Patente de Estados Unidos número 7.118.370, titulada “Conformadora en caída de largueros compuestos”, publicada el 10 de Octubre de 2006, que también ha sido cedida al cesionario de la presente solicitud, también describe una máquina y método para formar materiales compuestos alrededor de un mandril. 35

DE4234002 describe un método y aparato según los preámbulos de las reivindicaciones 1 y 10 para producción de un producto en forma de U usando capas de fibra impregnada con resina que implica fabricar una preforma a una dimensión ligeramente menor que el componente acabado; colocar en una herramienta y prensar la preforma contra la pared de la herramienta aplicando presión dentro del perfil en U con un punzón expansible, y después curar finalmente la resina cuando la preforma está completamente expandida. El aparato usado incluye un núcleo de preformar con una 40 dimensión ligeramente menor que el perfil interior del producto final, una herramienta empujada con el perfil del producto final y un punzón expansible que incluye el núcleo de preformar.

Aunque los dispositivos y métodos anteriores son útiles para formar elementos compuestos, existe una continua necesidad de un aparato y método mejorados para formar elementos compuestos. El método deberá ser capaz de producir elementos compuestos que definan varios contornos, incluyendo contornos incluyendo variaciones de 45 grosor, curvas, ángulos, pestañas y análogos.

RESUMEN DE LA INVENCIÓN

Según la presente invención se facilita un método para formar un elemento estructural compuesto de resina reforzada con fibra a partir de una carga y un aparato asociado, ambos como los reivindicados en las reivindicaciones anexas. 50

La carga se puede disponer en un primer troquel del aparato y formar a una configuración deseada definida por un rebaje o cavidad del troquel insertando un segundo troquel o una herramienta en el rebaje.

Según una realización de la presente invención, el aparato incluye un primer troquel soportado por un bastidor. El primer troquel tiene porciones longitudinales incompresibles primera y segunda que son transversalmente ajustables entre posiciones primera y segunda para ajustar un rebaje entre la porción. Un segundo troquel, que también es 55

soportado por el bastidor, define una superficie exterior que corresponde al rebaje del primer troquel. Al menos uno de los troqueles es ajustable con relación al bastidor en una dirección hacia el troquel opuesto de modo que el segundo troquel pueda ser insertado en el rebaje del primer troquel, ajustando por ello las porciones del primer troquel transversalmente hacia fuera y formando la carga entre los troqueles primero y segundo a la configuración del elemento estructural. Al menos un dispositivo de control de movimiento está configurado para controlar el ajuste transversal de las 5 porciones del primer troquel. El primer troquel también puede estar adaptado para impedir el movimiento transversal de la carga de modo que las superficies opuestas de la carga se sometan a esfuerzo en tensión durante la conformación. El primer troquel puede ser fácilmente extraíble del bastidor de soporte con la carga formada soportada por el troquel en la configuración del elemento estructural, por ejemplo, sin reconfiguración del bastidor de soporte y el segundo troquel de modo que el troquel pueda soportar la carga formada durante una operación posterior de procesado. En algunos casos, 10 uno de los dos troqueles puede ser flexible, y se pueden facilitar dispositivos de bloqueo para retener una posición de cada una de las porciones del primer troquel. Ambos troqueles pueden incluir una pluralidad de segmentos que están conectados longitudinalmente.

En una disposición alternativa se facilita un aparato incluyendo un troquel que define un agujero correspondiente a una configuración predeterminada del elemento estructural y una herramienta configurada para 15 introducción en el agujero. Un dispositivo de colocación está configurado para insertar la herramienta al menos parcialmente en el agujero y formar por ello la carga a una configuración definida entre la herramienta y el troquel. Además, un dispositivo formador está configurado para ajustar una porción de la carga fuera del agujero del troquel y por ello envolver la carga al menos parcialmente alrededor de la herramienta. El dispositivo de formación y/o el dispositivo de colocación están configurados para compactar la carga contra la herramienta y por ello formar el elemento 20 estructural a la configuración predeterminada del elemento estructural. La herramienta puede ser un elemento rígido o una vejiga inflable, y el dispositivo de colocación puede estar configurado para enganchar y desenganchar selectivamente la herramienta de modo que la herramienta esté configurada para ser envuelta con la carga. El dispositivo de colocación también puede estar configurado para empujar la herramienta al agujero en una primera dirección, y el dispositivo de formación puede estar configurado para extenderse en una segunda dirección transversal 25 para curvar uno o varios bordes de la carga alrededor de la herramienta.

Según el método de la presente invención, se facilitan troqueles primero y segundo para formar la carga como los definidos en la reivindicación 1. El primer troquel incluye porciones primera y segunda que son ajustables en direcciones transversales entre posiciones primera y segunda y están... [Seguir leyendo]

1. Un método para formar un elemento estructural compuesto de resina reforzada con fibra a partir de una carga (14), incluyendo el método:

proporcionar troqueles incompresibles primero y segundo (26, 28) que se extienden en una dirección longitudinal, teniendo el primer troquel porciones primera y segunda (30, 32), siendo regulables las porciones 5 en direcciones transversales entre posiciones primera y segunda; y

disponer una carga (14) entre los troqueles primero y segundo; caracterizado el método porque las porciones (30, 32) están estructuradas en la segunda posición para definir de forma cooperante un rebaje (42) entre las porciones (30, 32) configurado para recibir al menos parcialmente el segundo troquel y porque el método incluye además: 10

insertar el segundo troquel (28) al menos parcialmente en el rebaje (42) definido por el primer troquel (26) de tal manera que las porciones (30, 32) del primer troquel se regulen transversalmente hacia fuera y la carga (14) se forme entre los troqueles primero y segundo a la configuración del elemento estructural.

2. Un método según la reivindicación 1, incluyendo además bloquear una posición de cada una de las porciones del primer troquel (26) después del paso de inserción para evitar el ajuste transversal de las porciones (30, 15 32).

3. Un método según la reivindicación 1, incluyendo además retener al menos parcialmente la carga (14) en el primer troquel (26) de tal manera que superficies opuestas de la carga se sometan a esfuerzo en tensión durante el paso de inserción.

4. Un método según la reivindicación 3 donde el paso de retención incluye evacuar gas a través de una 20 pluralidad de agujeros (66) definidos por las porciones (30, 32) del primer troquel (26) de tal manera que la carga se retenga en las porciones del troquel.

5. Un método según la reivindicación 1, incluyendo además:

soportar cada uno de los troqueles primero y segundo con un bastidor de soporte (24) durante el paso de inserción; 25

sacar el primer troquel (26) con el elemento estructural del bastidor de soporte después del paso de inserción; y

procesar el elemento estructural soportado por los troqueles primero y segundo (26, 28).

6. Un método según la reivindicación 1, incluyendo además flexionar las porciones (30, 32) del primer troquel de tal manera que la carga se forme en una configuración curvada. 30

7. Un método según la reivindicación 1, incluyendo además empujar cada una de las porciones (30, 32) del primer troquel transversalmente hacia dentro durante el paso de inserción y controlar por ello el movimiento transversal de las porciones.

8. Un método según la reivindicación 1, donde proporcionar los troqueles primero y segundo (26, 28) incluye proporcionar al menos uno de los troqueles que define una pluralidad de segmentos conectados longitudinalmente. 35

9. Un método según la reivindicación 1, incluyendo además proporcionar la carga de material compuesto que tiene un material fibroso de refuerzo dispuesto en un material de matriz.

10. Un aparato (10) para formar un elemento estructural a partir de una carga, incluyendo el aparato:

un bastidor de soporte (24);

un primer troquel (26) soportado por el bastidor (24), teniendo el primer troquel porciones 40 longitudinales primera y segunda (30, 32), siendo las porciones transversalmente ajustables entre posiciones primera y segunda y estructuradas en la segunda posición para definir de forma cooperante un rebaje (42);

un segundo troquel (28) soportado por el bastidor (24), extendiéndose longitudinalmente el segundo troquel (28), caracterizándose el aparato porque el segundo troquel (28) define una superficie exterior correspondiente al rebaje (42) definido por el primer troquel; y porque el aparato incluye además: 45

al menos un dispositivo de control de movimiento (54) configurado para controlar un ajuste transversal de las porciones del primer troquel, y

donde al menos uno de los troqueles (26, 28) es ajustable con relación al bastidor en una dirección hacia el otro troquel para insertar al menos parcialmente el segundo troquel (28) en el

rebaje (42) definido por el primer troquel (26) y por ello ajustar las porciones del primer troquel transversalmente hacia fuera y formar la carga (14) entre los troqueles primero y segundo a la configuración del elemento estructural.