Máquina para realizar el conformado de piezas cilíndricas de materiales compuestos.

Máquina herramienta adaptada a la conformación de las capas de un material compuesto,

que comprende:

- una mesa fija (1, 10) que define un plano de base, apto para recibir un mandril de conformación (5);

- un pórtico (20, 220, 210) que se extiende en un plano perpendicular al plano de base y apto para desplazarsesegún un eje longitudinal (x) rectilíneo, perpendicular al plano del pórtico y paralelo al plano de base, quecomprende una pista de guiado de un porta-impulsor (30), cuya pista comprende por lo menos una parte circularde radio finito cuyo eje de giro es paralelo al eje longitudinal;

- un porta-impulsor (30) apto para soportar un cabezal de conformación (40) y apto para desplazarse a unavelocidad de avance de trabajo en el plano del pórtico a lo largo de la pista (210), situado entre la pista (210) y lamesa (10);

caracterizado porque la suma de los sectores angulares de las partes circulares de la pista (210) es superior a180º.

Máquina para realizar el conformado de piezas cilíndricas de materiales compuestos La presente invención pertenece al sector de las máquinas de conformar para la realización de piezas de material compuesto. Más particularmente, la máquina de conformar objetivo de la presente invención es apta para realizar la conformación de piezas cilíndricas de cualquier sección. Dichas piezas constituyen, por ejemplo, los tramos del fuselaje de una aeronave.

La conformación consiste en depositar bandas de material compuesto, generalmente impregnadas previamente de resina, sobre un gálibo o mandril que reproduce la superficie de la pieza a realizar. Dichas bandas de material compuesto están generalmente almacenadas en forma de rollos. Las bandas se desenrollan y se adhieren a la superficie del mandril mediante un cabezal de conformación que se desplaza sobre dicha superficie a una velocidad de avance controlada, denominada avance de trabajo, según direcciones que corresponden a la orientación de la capa de material depositado. Según las formas de realización conocidas de la técnica anterior, el cabezal de conformación asume otras funciones además de la colocación, tales como medios de corte de las bandas.

Los cabezales de conformación que permiten productividades elevadas, especialmente para la colocación de bandas anchas, son elementos muy voluminosos que deben estar soportados por una estructura de una rigidez apta para garantizar la precisión de colocación de las bandas, particularmente si el desplazamiento del cabezal de conformación sobre el mandril se realiza según cinemáticas complejas que comprenden 5 ejes o más de desplazamiento. La solicitud de patente FR2919517 describe un ejemplo de un cabezal de conformación adaptado a este tipo de realización.

Según la técnica anterior, la realización del revestimiento del fuselaje de una aeronave en material compuesto recurre esencialmente a dos soluciones tecnológicas. La primera, descrita, por ejemplo, en la solicitud de patente EP1963079/US2009020645 a nombre de la firma solicitante, consiste en realizar tramos aproximadamente cilíndricos mediante el conformado de capas según toda la circunferencia de dicho fuselaje. El procedimiento de conformación utilizado generalmente para este tipo de realización utiliza un mandril que reproduce la forma del tramo a realizar, cuyo mandril se pone en rotación delante de unos medios de colocación del material aptos para desplazarse según, por lo menos, un eje paralelo al eje de rotación del mandril. Dicho mandril gira a continuación alrededor de su eje, siempre en el mismo sentido de rotación y a una velocidad aproximadamente constante.

La segunda solución, descrita en la solicitud EP2076430, igualmente a nombre de la firma solicitante, consiste en realizar los tramos de fuselaje mediante el montaje de paneles compuestos de grandes dimensiones a la vez que de una gran longitud y que abarcan un sector angular de 90º o más. La realización individual de dichos paneles mediante el procedimiento anterior, implica invertir el sentido de rotación del mandril para realizar la conformación desde un borde al otro del panel. Estas inversiones del sentido de rotación son de una realización compleja con mandriles de grandes dimensiones por el hecho de su inercia. Incluso combinando varios paneles sobre un mismo mandril con el fin de cubrir un sector angular de 360º y limitando el número de inversiones del sentido de rotación, la gran longitud del mandril adaptado a esta realización, hace que su fabricación sea costosa y compleja si dicho mandril debe ponerse en rotación teniendo en cuenta su peso. Este peso y esta inercia limitan además la velocidad de rotación de dicho mandril y en consecuencia la velocidad de avance de trabajo de colocación y, por consiguiente, la productividad de este procedimiento de conformación.

El peso de un mandril de este tipo, apto para ponerse en rotación, perjudica la precisión de colocación ya que el mandril tiende a deformarse bajo su propio peso. La solución de utilizar un mandril fijo y desplazar el cabezal de conformación sobre este último es igualmente compleja de poner en práctica cuando el diámetro de la pieza es considerable, en particular con las máquinas-herramienta de la técnica anterior cuya cinemática se basa en desplazamientos siguiendo un sistema cartesiano. En efecto, una configuración de este tipo implica, si el eje del mandril está dispuesto horizontalmente, exigencias muy importantes en lo que se refiere a las carreras, especialmente a nivel del eje vertical de la máquina, lo que hace que la realización de dicha máquina sea costosa y compleja. Por otra parte, esta solución cinemática, incluso utilizando un cabezal de conformación articulado, no permite, en general, alcanzar coberturas angulares superiores a 180º de la parte cilíndrica, conservando al mismo tiempo el cabezal orientado normalmente a la superficie durante la conformación. Finalmente, para recorrer la superficie se necesita un desplazamiento según 6 ejes simultáneamente con el fin de colocar el cabezal de conformación en el espacio en posición y en orientación. El soporte del cabezal de conformación, pesado y voluminoso, en el extremo de una estructura que proporciona una cinemática que comprende 6 ejes es complejo y plantea problemas técnicos relacionados con la rigidez de dicho montaje.

Se conocen de la técnica anterior, por ejemplo a partir de la patente US1783607, máquinas para el mecanizado de piezas cilíndricas pesadas, especialmente para el torneado, en las que la pieza se coloca sobre un plato fijo y en las que la herramienta se desplaza según una pista de guiado circular alrededor de la pieza con el fin de realizar el mecanizado. Sin embargo, esta configuración no está adaptada al caso de la conformación de piezas de materiales compuestos tales como los paneles de fuselaje cuyo diámetro es reducido en relación con la longitud, y en las que el sector angular abarcado por la superficie es inferior a 360º e incluso a 270º. Un mandril adaptado a la realización de una pieza de este tipo sería en efecto muy difícil de mantener en una posición vertical estable. Estas máquinas no se pueden adaptar a operaciones de conformación ya que no disponen de un número de ejes suficiente para desplazar y orientar dinámicamente el cabezal de conformación con respecto a la superficie del mandril y están limitadas a la realización de superficies cilíndricas de revolución.

Se conoce igualmente de la técnica la anterior, por ejemplo a partir de la patente US 3 970 831, una máquina herramienta adaptada a la conformación de capas de un material compuesto caracterizada porque comprende:

- una mesa fija que define un plano de base, apta para alojar un mandril de conformación,

- un pórtico que se extiende en un plano perpendicular al plano de base y apto para desplazarse según un eje longitudinal rectilíneo, perpendicular al plano del pórtico y paralelo al plano de base, que comprende una pista de guía de un porta-impulsor, cuya pista comprende una parte circular de radio finito cuyo eje de giro es paralelo al eje longitudinal;

- un porta-impulsor apto para soportar un cabezal de conformación y apto para desplazarse a la velocidad de avance de trabajo en el plano del pórtico a lo largo de la pista, situado entre la pista y la mesa.

Existe pues la necesidad de un dispositivo de conformación económico en costes de inmovilización, para la realización de paneles cilíndricos de grandes dimensiones de material compuesto que abarque un sector angular inferior a 360º y que permita una productividad de colocación elevada.

En la presente memoria, salvo cuando se indique lo contrario, el término “cilindro” y el adjetivo “cilíndrico” deben entenderse en sus sentidos matemáticos, a saber:

- un cilindro es una superficie en el espacio definida por una recta generatriz que recorre una curva generatriz plana cerrada cualquiera, conservando una dirección fija. La curva generatriz de este cilindro no es pues forzosamente circular y la superficie de este cilindro no es tampoco forzosamente una superficie de revolución,

- se considera cilindro cualquier parte de superficie o de volumen de un cilindro que satisface a la definición anterior,

- según esta definición, una superficie cilíndrica se denomina desarrollable al poder adherirse a un plano conservando las distancias medidas entre dicha superficie y los puntos que la constituyen.

Con el fin de responder a estas necesidades, el dispositivo de la presente invención comprende:

- una mesa fija que define un plano de base, apto para recibir un mandril de conformación,

- un pórtico que se extiende en un plano perpendicular... [Seguir leyendo]

1. Máquina herramienta adaptada a la conformación de las capas de un material compuesto, que comprende:

- una mesa fija (1, 10) que define un plano de base, apto para recibir un mandril de conformación (5) ;

- un pórtico (20, 220, 210) que se extiende en un plano perpendicular al plano de base y apto para desplazarse según un eje longitudinal (x) rectilíneo, perpendicular al plano del pórtico y paralelo al plano de base, que comprende una pista de guiado de un porta-impulsor (30) , cuya pista comprende por lo menos una parte circular de radio finito cuyo eje de giro es paralelo al eje longitudinal;

- un porta-impulsor (30) apto para soportar un cabezal de conformación (40) y apto para desplazarse a una velocidad de avance de trabajo en el plano del pórtico a lo largo de la pista (210) , situado entre la pista (210) y la mesa (10) ;

caracterizado porque la suma de los sectores angulares de las partes circulares de la pista (210) es superior a 180º.

2. Máquina según la reivindicación 1, caracterizada porque no comprende más que una sola pista circular (210) .

3. Máquina según la reivindicación 1, caracterizada porque el desplazamiento del porta-impulsor (30) con respecto al pórtico (220) se realiza mediante un motor lineal (215) que sigue la pista (210) .

4. Máquina según la reivindicación 1, caracterizada porque el porta-impulsor (30) comprende un eje de desplazamiento rectilíneo del impulsor, denominado eje W, paralelo al plano del pórtico y perpendicular a la pista (210) .

5. Máquina según la reivindicación 4, caracterizada porque el porta-impulsor (30) comprende un eje de desplazamiento rotativo (C) del impulsor alrededor del eje W.

6. Máquina según la reivindicación 1, caracterizada porque el porta-impulsor (30, 300) comprende un dispositivo de desplazamiento del impulsor según por lo menos dos ejes de rotación (A, C) y una traslación (W) según un eje perpendicular a la pista (210) y paralela al plano del pórtico.

7. Máquina según la reivindicación 6, caracterizada porque el dispositivo de desplazamiento del impulsor comprende una cadena cinemática cerrada (400) .

Técnica anterior