Método para fabricar productos fabricados de material compuesto con una estructura sándwich de sección cerrada.

Método de fabricación de un producto con una estructura sándwich de sección cerrada,

que comprende un núcleo (15) de material ligero rodeado por una carcasa de material compuesto, comprendiendo el método las siguientes etapas:

- proporcionar un aparato de curado de moldes coincidentes (10) que define una cavidad de moldeo y que comprende al menos una herramienta de formación inferior (11) y al menos una herramienta de formación superior (12);

- estratificar en la herramienta de formación inferior (11) un primer conjunto de capas superpuestas (16) de material compuesto termoendurecible, reforzado con fibra, curable, en una condición no curada;

- estratificar en la herramienta de formación superior (12) un segundo conjunto de capas superpuestas (26) de material compuesto termoendurecible, reforzado con fibra, curable, en una condición no curada;

- proporcionar una pluralidad de segmentos de núcleo (15a-15d), fabricados de bloques (15') de espuma de celda cerrada adecuados para formar juntos el núcleo (15) del producto;

- poner los segmentos de núcleo (15a-15d) adyacentes entre sí en dicho primer conjunto de capas (16) en al menos una dirección predeterminada (x), en el que los segmentos de núcleo están sobredimensionados, cuando se consideran en un plano transversal a dicha dirección predeterminada, por un espesor predeterminado con respecto al tamaño nominal determinado por la cavidad de moldeo en la condición cerrada, menos el espesor del primer (16) y segundo (26) conjuntos de capas compuestas;

- poner la herramienta de formación superior (12) con el segundo conjunto de capas (26) sobre los segmentos de núcleo (15a-15d), sin cerrar completamente el molde coincidente (10, 11, 12);

- aplicar inicialmente una temperatura controlada de modo que permita la deformación plástica de los segmentos de núcleo (15a-15d), en el que la etapa de aplicar temperatura incluye una etapa de calentamiento controlado sin aplicar presión en el aparato de curado, hasta que la temperatura alcanza una temperatura predeterminada no inferior a un 75 % y que no exceda un 100 % del punto de reblandecimiento del material de espuma de celda cerrada que constituye los segmentos de núcleo (15a-15d);

- a continuación, aplicar temperatura y presión para provocar el cierre completo del molde coincidente (10, 11, 12) y el curado de la matriz de resina termoendurecible de las capas estratificadas (16, 26).

Método para fabricar productos fabricados de material compuesto con una estructura sándwich de sección cerrada La presente invención se refiere a la fabricación de productos con una estructura sándwich de sección cerrada, que comprende un núcleo de material ligero rodeado por una carcasa o piel de material compuesto, típicamente resina de carbono. Se pretende usar la invención, en particular pero no exclusivamente, en el sector de construcción de aviones, por ejemplo, para la fabricación de superficies móviles tales como unidades de cola o partes de fuselaje y paneles en general de forma y tamaño variables. Más en general, la invención es aplicable a cualquier sector (por ejemplo, la industria de vehículos de motor) donde sea necesario tener piezas estructurales rígidas y ligeras.

En las aplicaciones más ampliamente usadas hasta la fecha, el núcleo está formado por una o más piezas fabricadas de material con forma de panal. El método de fabricación comienza con la estratificación de una capa de material compuesto termoendurecible, reforzado con fibra, curable, en una condición no curada; esta primera capa, que está 15 destinada a formar una parte de la carcasa externa del producto, se estratifica sobre una herramienta de formación inferior de un aparato de curado de moldes coincidentes formada de modo que se imparte una forma predefinida a la capa compuesta. A continuación, se pega un bloque, aún no conformado, de material con forma de panal en la parte superior de la capa estratificada y se transfiere el montaje a una autoclave para realizar el curado de la capa inferior de material compuesto. Una vez que se ha realizado el curado, el cuerpo que comprende el material con forma de panal y la capa curada se transfiere a una unidad de mecanizado de control numérico de 5 ejes que trabaja la superficie del material con forma de panal que aún está expuesto, proporcionándole una forma predefinida. A continuación, el cuerpo se recoloca en la herramienta de formación inferior y se estratifica una segunda capa de material compuesto termoendurecible reforzado con fibra en una condición no curada sobre la superficie del bloque con forma de panal que se acaba de trabajar. Una herramienta de formación superior del aparato de curado se cierra sobre la parte superior de la segunda capa estratificada y se realiza un segundo ciclo de curado dentro de la autoclave. Dependiendo de la complejidad de la forma del núcleo, se pueden requerir operaciones de maquinado adicionales, seguidas de la correspondiente transferencia a una autoclave para ciclos de curado adicionales.

El documento GB 1 185 510 divulga un método de fabricación de una pala de rotor que tiene una carcasa de plástico sintético reforzado con fibras de vidrio que rodea un núcleo de plástico expandido o espumado rígido. El método comprende proporcionar un aparato de moldes coincidentes que define una cavidad de moldeo y que comprende una herramienta de formación inferior y una herramienta de formación superior. La pala de rotor se forma a partir de mitades de carcasa de plástico sintético reforzado con fibras de vidrio, cada una ajustada en una de las dos herramientas de formación. El núcleo de plástico, inicialmente sobredimensionado, se ajusta entre las mitades de carcasa, dejando un hueco entre las herramientas de formación superior e inferior. Las herramientas de formación se calientan por medio de alambres de calentamiento eléctrico, provocando que el núcleo se ablande, lo que permite que el molde se cierre. Un borde del núcleo está provisto de una capa impregnada de resina sintética de tejido de refuerzo.

El objetivo de la invención es fabricar productos del tipo analizado anteriormente de manera sencilla, rápida y económica, usando un equipo que sea menos costoso que el usado convencionalmente. En particular, el objetivo es proporcionar productos con una forma y tamaño muy precisos, pero sin tener que hacer uso de máquinas de control numérico de gran tamaño que sean desfavorables desde un punto de vista del coste. El objetivo también es simplificar las operaciones de manejo y transferencia dentro de la planta de producción.

Este objetivo, junto con otros objetivos y ventajas, que se entenderán más claramente a continuación, se logran de acuerdo con la invención por un método como se define en las reivindicaciones adjuntas.

Un modo de realización preferente pero no limitante del método de acuerdo con la invención se describirá ahora con referencia a los dibujos adjuntos en los que:

la figura 1 es una vista esquemática en sección horizontal de un aparato de curado de moldes coincidentes en la condición cerrada para el moldeo en una autoclave, teniendo la carcasa compuesta de un producto un núcleo fabricado de material ligero;

la figura 2 es una vista esquemática en sección transversal, a mayor escala, a lo largo de la línea II-II de la figura 1; y la figura 3 es una vista esquemática en perspectiva de una etapa para el corte de un bloque de material ligero para obtener uno de los segmentos que forman el núcleo del producto de acuerdo con las figuras 1 y 2.

Con referencia inicialmente a las figuras 1 y 2, 10 indica un aparato de curado del tipo conocido per se, que comprende un molde inferior 11 y un contramolde superior 12 (conociéndose per se los dos moldes como "molde coincidente") que juntos definen una cavidad de moldeo que puede impartir una forma externa final dada a un producto o una pieza estructural 14 por medio de la aplicación simultánea de presión y temperatura, en particular, pero no exclusivamente, dentro de una autoclave. La pieza estructural 14, en este ejemplo una superficie de control de un avión, tiene una 65 estructura de sándwich de sección cerrada con un núcleo de espuma ligero 15 que está rodeado por una carcasa o piel 16 de resina de carbono u otro material compuesto termoendurecible, reforzado con fibra, curable, independientemente

de si es de tipo largo o corto.

En una primera etapa del método, se estratifican una serie de capas o pieles superpuestas de material compuesto fresco 16 en la herramienta inferior 11, depositando, por ejemplo, sucesivamente tejidos o fibras unidireccionales 5 (típicamente fibras de carbono) preimpregnados con resina termoendurecible no curada, de acuerdo con métodos conocidos que no se tienen que describir en detalle aquí.

Para producir el núcleo 15, se proporcionan una pluralidad de segmentos de núcleo consecutivos 15a-15d y se colocan adyacentes entre sí en una dirección "x" que se define aquí como longitudinal, en la parte superior de la capa inferior fresca 16. En toda la presente descripción y en las reivindicaciones, se debe entender que los términos y expresiones que indican posiciones y direcciones, tales como "longitudinal" y "transversal" se refieren a la dirección "x". Expresiones tales como "interno", "externo", "superior" o "inferior" en cambio, se refieren al aparato de moldeo.

En otras palabras, el núcleo 15 se divide en y se forma por el conjunto de segmentos de núcleo 15a-15d que tienen en este ejemplo la forma de bloques prismáticos alineados en la dirección "x". La forma deseada se imparte a los segmentos de núcleo cortando los bloques (en este caso paralelepípedos) de espuma de celda cerrada. A modo de ejemplo, los siguientes materiales se pueden considerar como adecuados para este propósito: Klegecell® TR o Divinycell® HT fabricado por la compañía DIAB o alternativamente Rohacell Type A o WF.

Uno de estos bloques de espuma, que tiene en este ejemplo una forma de paralelepípedo, se indica por 15â? en la figura 3. Para realizar el corte del bloque, es conveniente el uso de una herramienta con un alambre tenso redondo fino diamantado 20. De forma alternativa, dependiendo del tipo de espuma preseleccionada, puede ser preferente el uso de una herramienta de corte de alambre caliente.

Los bloques 15â? se obtienen a partir de un bloque inicial (no mostrado) que se divide por tanto inicialmente en varios bloques 15â? que tiene cada uno una dimensión máxima predefinida dependiendo del producto que se fabrique; ventajosamente se eligen las dimensiones de modo que se garantice la configuración dividida definida durante la fase de diseño y se facilite el manejo y el transporte manual de los bloques individuales. Se mantiene cada bloque 15â? (figura 3) entre un par de plantillas laterales 18a, 18b que cada una reproduce el perfil o la forma 19a, 19b de los dos extremos respectivos de los segmentos de núcleo.

Las plantillas también actúan como guías de control para trazar el corte de los bloques para proporcionarles una forma correspondiente a la de una porción de la cavidad de moldeo, situada entre la herramienta inferior y la herramienta superior.... [Seguir leyendo]

1. Método de fabricación de un producto con una estructura sándwich de sección cerrada, que comprende un núcleo (15) de material ligero rodeado por una carcasa de material compuesto, comprendiendo el método las siguientes etapas:

- proporcionar un aparato de curado de moldes coincidentes (10) que define una cavidad de moldeo y que comprende al menos una herramienta de formación inferior (11) y al menos una herramienta de formación superior (12) ;

- estratificar en la herramienta de formación inferior (11) un primer conjunto de capas superpuestas (16) de material compuesto termoendurecible, reforzado con fibra, curable, en una condición no curada;

- estratificar en la herramienta de formación superior (12) un segundo conjunto de capas superpuestas (26) de material compuesto termoendurecible, reforzado con fibra, curable, en una condición no curada;

-proporcionar una pluralidad de segmentos de núcleo (15a-15d) , fabricados de bloques (15â?) de espuma de celda cerrada adecuados para formar juntos el núcleo (15) del producto;

- poner los segmentos de núcleo (15a-15d) adyacentes entre sí en dicho primer conjunto de capas (16) en al menos una dirección predeterminada (x) , en el que los segmentos de núcleo están sobredimensionados, cuando se consideran en un plano transversal a dicha dirección predeterminada, por un espesor predeterminado con respecto al tamaño nominal determinado por la cavidad de moldeo en la condición cerrada, menos el espesor del primer (16) y segundo (26) conjuntos de capas compuestas;

- poner la herramienta de formación superior (12) con el segundo conjunto de capas (26) sobre los segmentos de núcleo 25 (15a-15d) , sin cerrar completamente el molde coincidente (10, 11, 12) ;

- aplicar inicialmente una temperatura controlada de modo que permita la deformación plástica de los segmentos de núcleo (15a-15d) , en el que la etapa de aplicar temperatura incluye una etapa de calentamiento controlado sin aplicar presión en el aparato de curado, hasta que la temperatura alcanza una temperatura predeterminada no inferior a un 75 % y que no exceda un 100 % del punto de reblandecimiento del material de espuma de celda cerrada que constituye los segmentos de núcleo (15a-15d) ;

- a continuación, aplicar temperatura y presión para provocar el cierre completo del molde coincidente (10, 11, 12) y el curado de la matriz de resina termoendurecible de las capas estratificadas (16, 26) .

2. Método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la etapa posterior de aplicación de temperatura y presión incluye las etapas de:

- aplicar gradualmente presión en el aparato de curado hasta que la presión alcance un nivel de presión predeterminado, dando como resultado el cierre completo del molde coincidente, y -después de alcanzar ese nivel de presión predeterminado, mantener esa presión sustancialmente constante.

3. Método de acuerdo con la reivindicación 2, en el que la temperatura se mantiene sustancialmente constante durante 45 dichas etapas en las que se aplica gradualmente la presión y a continuación mantener al nivel de presión predeterminado.

4. Método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la etapa de curado de la matriz de resina termoendurecible de las capas estratificadas (16, 26) implica la aplicación de la presión y temperatura constantes y en el que dicha etapa de curado está seguida de una etapa de enfriamiento controlado final hasta que se alcanza una temperatura que corresponde a aproximadamente dos tercios del punto de reblandecimiento de la espuma que constituye el núcleo.

5. Método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que se elige la matriz de resina termoendurecible de las capas estratificadas (16, 26) para que tenga un tiempo de gelificación no menor de un 70 % del

tiempo que tarda la espuma en alcanzar el punto de reblandecimiento, para evitar el curado prematuro de la matriz de resina.

6. Método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que a los segmentos de núcleo se les da la forma deseada cortando bloques de espuma de celda cerrada (15â?) .

7. Método de acuerdo con la reivindicación 6, en el que se mantiene cada bloque de espuma entre un par de plantillas laterales (18a, 18b) que reproducen cada una el perfil (19a, 19b) de uno de los dos extremos respectivos de un segmento de núcleo (15a-15d) .

8. Método de acuerdo con la reivindicación 7, en el que se cortan los bloques (15â?) por un alambre (20) tensado en una dirección perpendicular a las plantillas y, por tanto, en una dirección sustancialmente paralela a dicha dirección 6

predeterminada (x) .

9. Método de acuerdo con la reivindicación 6, en el que se realiza el corte por una máquina de corte que tiene una tolerancia menor que el sobredimensionado que se predetermina dependiendo del tipo de espuma de celda cerrada que 5 constituye los segmentos de núcleo.

10. Método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que ponen los segmentos de núcleo (15a-15d) en la herramienta de formación inferior (11) , poniéndolos en contacto con una parte de los segmentos que no se ha sobredimensionado o que tiene un sobredimensionamiento mínimo en comparación con los otros lados de los segmentos de núcleo.

11. Método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el sobredimensionado de los segmentos de núcleo con respecto a dicho tamaño nominal está entre aproximadamente 0, 2 mm y aproximadamente 1, 5 mm.