HERRAMIENTA DE MATERIAL COMPUESTO PARA EL MOLDEO DE PIEZAS CILÍNDRICAS.

Herramienta de material compuesto para el moldeo de piezas cilíndricas La presente invención se refiere a una herramienta de material compuesto para la realización de una pieza cilíndrica de un material compuesto. La invención se refiere igualmente a un procedimiento de realización de tal herramienta. En el campo aeronáutico, para no citar más que un solo campo de aplicación, se utilizan cada vez más piezas compuestas de fibra de carbono para obtener estructuras cada vez más ligeras, sin que renunciar por ello a la rigidez y a otras características necesarias, sino asimismo para obtener elementos que presentan un aspecto más agradable que una pieza de metal a la vez que se garantiza una resistencia al fuego. La realización de tales piezas compuestas necesita una herramienta de gran precisión. Esta herramienta, que se puede asimismo denominar molde, debe a la vez garantizar las funciones habituales de cualquier herramienta indicadas en lo sucesivo, garantizar tolerancias geométricas y la pieza final y soportar ciclos térmicos y de presiones a veces bastante particulares tales como los que intervienen, por ejemplo, durante el paso por autoclave. Habitualmente, se utilizan a tal efecto moldes metálicos realizados en acero Invar por calderería y mecanizado o moldes compuestos realizados en fibras de carbono, preimpregnadas de resina epoxi, por moldeo en un molde denominado master. Aunque la tecnología Invar se utilice ampliamente en la fabricación en serie, el coste unitario de tal molde sigue siendo elevado. En cambio, las herramientas realizadas en fibras de carbono son menos caras, pero son más frágiles y en la práctica no se pueden reparar, principalmente a causa de los problemas de no estanqueidad que subsisten después de su preparación. Cuando se trata de realizar piezas cilíndricas, especialmente de grandes dimensiones, los problemas de realización proceden menos de la dimensión y de las dificultades de manipulación de tales moldes que de la dificultad de garantizar tolerancias geométricas finales de la pieza, ya que éstas dependen del comportamiento del molde durante el ciclo de polimerización y también en gran medida de la estructura de la pieza a obtener y de su comportamiento sobre su herramienta. En efecto, los problemas resultantes de la dilatación térmica y de una retirada de la resina a menudo no son menores. En tal situación, solo un enfoque por mecanizado permitiría garantizar las tolerancias finales de la pieza. Existen materiales compuestos que, moldeados y polimerizados a temperatura elevada y bajo fuente presión en autoclave, se pueden a continuación mecanizar para obtener la geometría deseada, a la vez que se conserva la estanqueidad requerida para la fabricación de la pieza final. Sin embargo, tales materiales necesitan la realización de un master capaz de soportar condiciones de temperatura y de presión de su polimerización en autoclave. Tales masteres son por otra parte tanto más costosos y complejos cuanto que la estructura a realizar es de grandes dimensiones y que las exigencias geométricas son severas. A título de ejemplo, tolerancias de +/-0,6 mm para un diámetro de la pieza de 4 m no son condiciones raras de satisfacer. Asimismo, la segmentación de una herramienta en varios pétalos para permitir el desmoldeo tal como se describe por ejemplo en el documento EP 0394 934 A1, hace que esta utilización sea aún más problemática. Como se indica al inicio de esta descripción, la realización de una pieza compuesta de fibras de carbono preimpregnadas de resina epoxi necesita una herramienta de gran precisión, que debe garantizar las funciones habituales de cualquier herramienta de precisión. En este caso en el campo de interés, la herramienta debe permitir revestir una piel rigidizada de perfiles de tipo por colocación de fibras. La herramienta se debe asimismo poder extraer de la estructura revestida después de la polimerización. Además, la herramienta debe respetar las tolerancias solicitadas y debe permitir la estabilidad de rigidizadores y de sus núcleos. Finalmente, la superficie de colocación de las fibras debe ser estanca a temperatura ambiente y a temperatura elevada en autoclave con el fin de poder colocar una bolsa a vacío durante la polimerización. La herramienta debe igualmente permitir la fijación de cuñas o contramoldes (caul plates) para la fase de polimerización. Y por último, la herramienta debe resistir las condiciones de entorno del procedimiento de fabricación de la pieza. Por otra parte, una herramienta compuesta destinada a la realización de una pieza cilíndrica en un material compuesto debe incluir termopares, debe tener una superficie de contacto con una rugosidad máxima de Ra=0,8 y debe integrar sobrelongitudes necesarias para el desbarbado de la pieza obtenida. El objetivo de la invención es proponer una herramienta que satisfaga diversas condiciones indicadas anteriormente y que sea fácil de manipular, especialmente durante la extracción de la herramienta de la estructura revestida después de la polimerización. 2 E06830991 01-12-2011   El objetivo de la invención se alcanza con una herramienta de material compuesto para la realización de una pieza cilíndrica en un material compuesto, destinándose la herramienta a constituir un mandril sobre el cual se formará la pieza cilíndrica. Según la invención, la herramienta comprende un conjunto de elementos que constituyen cada uno de ellos un sector cilíndrico de la herramienta, incluyendo cada uno de los elementos una estructura portadora de material compuesto de fibras y una piel moldeada en la estructura portadora, incluyendo la herramienta, además, medios de estanqueidad destinados a ser colocados en las uniones entre los elementos de la herramienta. La herramienta de la invención está de este modo constituida por el conjunto de elementos ensamblados mecánicamente y que se puede desmontar elemento a elemento, según una secuencia precisa, lo cual permite el desmoldeo de la pieza acabada. Cada uno de los elementos de tal herramienta, que se denominan también tejas se realiza ventajosamente de la siguiente manera: - se realiza una estructura portadora de material compuesto de fibras de carbono clásico. Esto se puede realizar según un procedimiento clásico que consiste en la utilización de un master clásico de espuma y pasta extruible y mecanizado; tal master es poco costoso ya que no necesita ser muy preciso; la cocción de la estructura portadora es estufa de vacío (por lo tanto en autoclave) a baja temperatura, del orden de 40ºC/45ºC, y a continuación un ciclo de postcocción confiriendo una estabilidad a temperatura elevada; la estructura portadora se puede autorigidizar para soportar los esfuerzos mecánicos durante la aplicación de la herramienta; entre estos esfuerzos mecánicos se resaltan más particularmente los que intervienen por el revestimiento, durante la polimerización en autoclave, durante operaciones de manutención, y durante el desmontaje y el remontaje de la herramienta; - una piel de fibras de carbono preimpregnadas de una resina epoxi o una piel de fibras de carbono preimpregnadas de una resina de poliimida, especialmente de bismaleimida, de espesor reducido se moldeará sobre la estructura portadora, cocerá en el autoclave a vacío y presión y alta temperatura para obtener las propiedades mecánicas requeridas y la homogeneidad esperadas de los materiales. La estructura portadora permite esta aplicación. - una repetición de mecanizado de la piel así aplicada permite obtener la geometría deseada así como la integración de los elementos que permiten la obtención de la estanqueidad en las interfaces. Una herramienta realizada de la manera descrita anteriormente, teja a teja, según una secuencia precisa, permite el desmoldeo de la pieza acabada sean cuales sean las dimensiones de la misma. Obsérvese más particularmente que el número de elementos que componen la herramienta de la invención depende totalmente de las dimensiones de la pieza a realizar y de algunas limitaciones de manipulación de cada uno de los elementos. El ejemplo de realización descrito más adelante presenta una herramienta compuesta por siete tejas, número elegido arbitrariamente que no es de modo alguno limitativo ni preferente. La solución de la invención se puede adaptar perfectamente a herramientas de desarrollo, pero se puede aplicar igualmente para herramientas de producción en serie. En efecto, el material utilizado para la realización de la piel permite repeticiones y reparaciones que pueden ser necesarios durante la vida de la herramienta, por ejemplo tras choques o cualquier otro tipo de daño o por desgaste. Según la realización elegida de la herramienta de la invención, está última puede tener las siguientes características adicionales, consideradas aisladamente o según todas las combinaciones técnicamente... [Seguir leyendo]

1.- Herramienta de material compuesto para la realización de una pieza cilíndrica en un material compuesto, destinándose la herramienta a constituir un mandril sobre el cual se formará la pieza cilíndrica, y que comprende un conjunto de elementos (1), cada uno de los cuales constituye un sector cilíndrico de la herramienta, incluyendo cada uno de los elementos (1) una estructura portadora (2) de material compuesto de fibras, caracterizada porque cada uno de los elementos (1) incluye una piel moldeada (3) sobre la estructura portadora (2), incluyendo la herramienta, además, medios de estanqueidad (11, 12) en forma de juntas tóricas (11, 12) inflables de silicona, destinados a ser colocados en las uniones entre los elementos (1) de la herramienta, a saber en ranuras (13, 14) situadas en oposición y radialmente desfasadas la una de la otra en vueltas laterales de la estructura portadora (2) y de la piel (3). 2.- Herramienta según la reivindicación 1, caracterizada porque cada uno de los elementos (1) incluye una estructura de fibras de carbono 3.- Herramienta según la reivindicación 1 o 2, caracterizada porque cada uno de los elementos (1) incluye una piel (3) de carbono preimpregnada de una resina epoxi, 4.- Herramienta según la reivindicación 1 o 2, caracterizada porque cada uno de los elementos (1) incluye una piel (3) de carbono preimpregnada de una resina epoxi. 5.- Herramienta según la reivindicación 4, caracterizada porque cada uno de los elementos (1) incluye una piel (3) de carbono preimpregnada de bismaleimida. 6.- Herramienta según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizada porque cada uno de los elementos (1) incluye una piel (3) que ha experimentado, después del moldeo y la cocción, un mecanizado que confiere al elemento (1) dimensiones predeterminadas y a la piel (3) un estado de superficie predeterminado. 7.- Herramienta según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizada porque comprende insertos estancos destinados a ser colocados en las uniones de los elementos (1) del lado de la piel (3). 8.- Procedimiento de realización de una herramienta de material compuesto para la realización de una pieza cilíndrica de un material compuesto, comprendiendo la herramienta un conjunto de elementos (1) de los que cada uno constituye un sector cilíndrico de la herramienta, caracterizado porque comprende al menos las siguientes etapas: realización de un número predeterminado de elementos (1) que comprende una estructura portadora (2) de material compuesto de fibras, moldeo de una piel (3) sobre la estructura portadora (2) con un sobreespesor con el fin de permitir un remecanizado de la cota acabada después de la fabricación, cocción de los elementos (1), mecanizado de la piel (3) de cada uno de los elementos (1) con el fin de conferir a cada uno de los elementos (1) dimensiones predeterminadas y a la piel (3) un estado de superficie predeterminado, instalación de dos juntas tóricas inflables de silicona a una distancia de la piel de cada uno de los elementos y a niveles diferentes. 8 E06830991 01-12-2011   9 E06830991 01-12-2011   E06830991 01-12-2011   11 E06830991 01-12-2011   12 E06830991 01-12-2011