Procedimiento de realización de un macho (1) de moldeo para la fabricación de piezas (10) de materialcompuesto,

que comprende volúmenes huecos, mediante una vejiga (2) elastomérica que determina un volumeninterior (23) lleno de un material granulado (3) y sometido a una presión diferencial ΔPe, entre el volumen interior(23) y un espacio exterior a dicha vejiga, tal que el volumen interior (23) se encuentra a una presión inferior a la delespacio exterior, comprendiendo dicho procedimiento una etapa de llenado del volumen interior (23) mediante elmaterial granulado (3) y anterior a una etapa de aplicación de la presión diferencial ΔPe, una etapa de conformacióndel macho (1) dentro de un molde para el macho, comprendiendo dicho molde para el macho una huella en huecocon las formas y dimensiones del macho, por deformación de la vejiga (2) mediante una presión diferencial ΔPg,entre el volumen interior (23) de dicha vejiga a una presión P1 y el espacio exterior a una presión P2 inferior a P1,caracterizado porque:

- antes de conformarse en el molde para machos, la vejiga (2) elastomérica es cilíndrica, con tolerancias defabricación aproximadas, y de una longitud Ln de varios órdenes de magnitud superior a las anchuras ln y a lasalturas hn de las secciones normales del macho de moldeo (1);

- antes de conformarse en el molde para machos, el perímetro de la vejiga (2) elastomérica, constante según lalongitud Ln, con tolerancias de fabricación aproximadas, es inferior al menor de los perímetros de las seccionesdel macho (1);

- la presión diferencial ΔPg es aplicada a la vejiga (2) en elastómero de manera que la superficie exterior (21)de dicha vejiga es deformada para reproducir las curvaturas locales (41) del macho (1)

Procedimiento de realización de un macho de moldeo para la fabricación de una pieza compleja de material compuesto

La presente invención se refiere al sector de la fabricación de piezas de materiales compuestos.

Más particularmente, la presente invención se refiere a la realización de machos de moldeo utilizados para la fabricación de piezas de material compuesto, cuando las piezas comprenden volúmenes huecos para los que se emplean machos de moldeo en una etapa de la fabricación.

Los materiales compuestos que comprenden fibras que se mantienen en el interior de una matriz, se utilizan ampliamente hoy en día para la fabricación de piezas en diversos sectores industriales, en particular en el sector aeronáutico, comprendiendo las piezas estructurales, es decir, las piezas que deben soportar esfuerzos significativos de un orden de magnitud de su resistencia estructural durante su utilización.

Existen numerosos materiales compuestos, estando los más difundidos en el sector de las piezas destinadas a estructuras tales como las utilizadas en las construcciones aeronáuticas que están constituidas de fibras más o menos largas de materiales minerales u orgánicos (vidrio, carbono, aramida, etc.) contenidas en el interior de una matriz formada por una resina orgánica dura que, por lo menos en una etapa del procedimiento de fabricación de la pieza, es suficientemente fluida para permitir la realización de las formas de la pieza antes de endurecerse, por ejemplo, por polimerización.

Para asociar ligereza y rigidez, determinados elementos tales como los paneles estructurales de grandes dimensiones, como el panel 10 representado en la figura 1a, se realizan mediante una película 12 de un espesor relativamente escaso, cuya rigidez se refuerza mediante los rigidizadores 13a, 13b montados sobre una cara o sobre las dos caras de dicha película. Los rigidizadores pueden tener formas variadas, por ejemplo las formas denominadas en 0 de la figura 1a y de la figura 1c, o formas en Z, en U o en L, por ejemplo.

Las piezas estructurales de este tipo en material compuesto deben responder a las tolerancias de fabricación y a unas exigencias de calidad muy severas.

A menudo, estas piezas se realizan mediante moldes que garantizan mediante una utilización apropiada las cualidades pretendidas para la pieza en particular, las características dimensionales, la forma geométrica y la resistencia.

Una dificultad concreta encontrada durante la realización de ciertas formas de piezas, tales como el panel rigidizado 10 de la figura 1a, está ligada a la existencia de volúmenes huecos cerrados 13a, 13b, lo que precisa en general el empleo de elementos del molde que se encuentran más o menos atrapados en la pieza fabricada y que se deben extraer de la misma cuando la matriz del material compuesto de la pieza está endurecida.

La extracción de estos elementos de los moldes o machos debe realizarse evidentemente sin dañar la pieza, y resulta más o menos difícil cuando el macho se encuentra relativamente rodeado, incluso encerrado, en la pieza de material compuesto, como por ejemplo, los rigidizadores que presentan una sección en forma de 0 de la figura 1a.

En este caso y, salvo que los rigidizadores se realicen por separado de la película, y que se proceda a un montaje posterior, que es una solución menos satisfactoria desde el punto de vista industrial que una realización simultánea de los diferentes elementos del panel, el macho se debe extraer destruyéndolo o deformándolo, ya que muy a menudo la forma del panel, del rigidizador y del volumen hueco resultante presenta variaciones de forma y de sección que provocan que la extracción del macho entero sea muy difícil, como se representa en la figura 1b.

Cuando, debido a la forma del volumen hueco como el correspondiente a un rigidizador el macho presenta una forma muy alargada, resulta difícil conciliar a la vez la precisión dimensional del macho, precisión necesaria para la precisión de las dimensiones de la pieza realizada, y la rigidez del macho durante la fabricación de la pieza, rigidez que condiciona asimismo la precisión de la pieza realizada.

Loa machos que se destruyen para extraerse de la pieza, en particular los machos fusibles, se pueden realizar con unas buenas tolerancias dimensionales pero adolecen del inconveniente de ser pesados y costosos de realizar, ser de un utilización única y presentar muy a menudo unos coeficientes de dilatación diferentes de los de los materiales compuestos utilizados generalmente, lo que hace que su utilización sea problemática en el caso de formas largas, particularmente para la realización de rigidizadores.

Los machos totalmente elastoméricos, en función de la sección del macho y de la dureza utilizada, o no presentan una estabilidad dimensional elevada y son susceptibles de deformarse durante la realización de la pieza de material compuesto, o no presentan estricción y, por consiguiente, una disminución de sección necesaria durante el desmoldeo, y se desmoldean con mucha dificultad con riesgo de daños a la pieza de material compuesto.

Una solución conocida, descrita en la solicitud de patente francesa publicada con el número 2898539, que conduce a resultados de buena calidad, consiste en realizar los machos mediante vejigas huecas en silicona.

Para realizar un macho, se realiza una vejiga de silicona con una pared relativamente delgada, lo más próxima posible a la forma pretendida del macho, en la práctica dentro de un molde para vejigas que presenta la forma del macho.

La vejiga hueca realizada de este modo se dispone en el interior de un molde con un macho rígido que presenta la forma pretendida para el macho del que adopta la forma por la propia fabricación.

A continuación se llena el interior hueco de la vejiga de bolas de cristal o de metal y, cuando la vejiga está llena de bolas, se crea una depresión en el interior de la vejiga lo que tiene como efecto provocar una compactación de las bolas que se encuentran bloqueadas entre sí sin una modificación significativa del volumen aparente de la vejiga.

A continuación se extrae la vejiga del molde del macho y se forma el macho de dimensiones estables correspondiente a las dimensiones del molde del macho, que ya se puede instalar.

Una vez realizada la pieza de material compuesto, se retiran las bolas de la vejiga por una abertura y la envoltura de la vejiga es suficientemente flexible y deformable para extraerse fácilmente de la pieza.

La ventaja de este procedimiento es la de poder formar machos alargados que presentan la rigidez necesaria durante la realización de la pieza compuesta y que son extraíbles sin dañar la pieza de material compuesto. La vejiga se puede reutilizar varias veces para fabricar machos idénticos en el marco de una producción de piezas de material compuesto de varias unidades.

Un inconveniente de este procedimiento tiene como origen la necesidad de realizar las vejigas mediante moldeo. En efecto, se ha comprobado por parte del inventor de la presente invención que actualmente solo la técnica de moldeo permite conseguir tolerancias del orden de décimas de milímetro en las dimensiones de la sección de las vejigas, precisión necesaria para la realización de piezas compuestas de calidad aeronáutica. Esta técnica de moldeo para las vejigas se convierte en un inconveniente importante en el marco de una fabricación de piezas compuestas a escala industrial con utilización de machos de una gran longitud. En efecto, la técnica de moldeo no está adaptada a la fabricación de vejigas de gran longitud debido al hecho del riesgo muy importante de la falta de estanqueidad de las vejigas, de no respetar la forma exterior de las vejigas y de una disminución de la resistencia a la tracción.

Los utillajes de moldeo de gran longitud necesitan dispositivos para mantener el entrehierro de moldeo creando orificios en las vejigas, unas vejigas que deberán repararse para realizar el taponamiento de dichos orificios. También pueden realizarse operaciones de empalme de los extremos de segmentos de vejiga a fin de obtener una vejiga de gran longitud. Los riesgos elevados de la falta de estanqueidad se deben a las operaciones de reparación de las vejigas y a las operaciones de montaje de los extremos.

Las operaciones de reparación y/o de montaje de las vejigas moldeadas, provocan defectos superficiales en los machos... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento de realización de un macho (1) de moldeo para la fabricación de piezas (10) de material compuesto, que comprende volúmenes huecos, mediante una vejiga (2) elastomérica que determina un volumen interior (23) lleno de un material granulado (3) y sometido a una presión diferencial .Pe, entre el volumen interior

(23) y un espacio exterior a dicha vejiga, tal que el volumen interior (23) se encuentra a una presión inferior a la del espacio exterior, comprendiendo dicho procedimiento una etapa de llenado del volumen interior (23) mediante el material granulado (3) y anterior a una etapa de aplicación de la presión diferencial .Pe, una etapa de conformación del macho (1) dentro de un molde para el macho, comprendiendo dicho molde para el macho una huella en hueco con las formas y dimensiones del macho, por deformación de la vejiga (2) mediante una presión diferencial .Pg, entre el volumen interior (23) de dicha vejiga a una presión P1 y el espacio exterior a una presión P2 inferior a P1, caracterizado porque:

- antes de conformarse en el molde para machos, la vejiga (2) elastomérica es cilíndrica, con tolerancias de fabricación aproximadas, y de una longitud Ln de varios órdenes de magnitud superior a las anchuras ln y a las alturas hn de las secciones normales del macho de moldeo (1) ;

- antes de conformarse en el molde para machos, el perímetro de la vejiga (2) elastomérica, constante según la longitud Ln, con tolerancias de fabricación aproximadas, es inferior al menor de los perímetros de las secciones del macho (1) ;

- la presión diferencial .Pg es aplicada a la vejiga (2) en elastómero de manera que la superficie exterior (21) de dicha vejiga es deformada para reproducir las curvaturas locales (41) del macho (1) .

2. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que presión diferencial .Pg se obtiene, por lo menos en parte, por una puesta al vacío parcial de un espacio situado entre el molde para machos y una superficie exterior (21) de la vejiga (2) .

3. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 o 2, en el que presión diferencial .Pg se obtiene, por lo menos en parte, por un aumento de la presión en el volumen interior (23) de la vejiga (2) .

4. Procedimiento de realización de un macho, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que la longitud Ln cilíndrica de la vejiga (2) se obtiene mediante un procedimiento de extrusión-pultrusión del elastómero.

5. Procedimiento según la reivindicación 4, en el que el elastómero de la vejiga (2) es una silicona.

CORTE B-B

SECCIÓN A-A