Molde compuesto maquinable.

Un molde (10, 30, 40, 50, 54) para uso al hacer una estructura compuesta donde dicha estructura compuesta tiene una superficie moldeada,

incluyendo dicho molde:

un cuerpo de molde (11) incluyendo una superficie de herramienta (12, 13, 31, 32, 33, 34, 35, 48, 50, 52) que está conformada para proporcionar dicha superficie moldeada de dicha estructura compuesta, incluyendo dicho cuerpo de molde (11) al menos una capa de molde (16, 18, 20, 22, 24, 26, 42, 44, 46), incluyendo dicha capa de molde (16, 18, 20, 22, 24, 26, 42, 44, 46) una superficie que forma al menos una parte de dicha superficie de herramienta (12, 13, 31, 32, 33, 34, 35, 48, 50, 52); caracterizado porque dicha capa de molde (16, 18, 20, 22, 24, 26, 42, 44, 46) incluye un material cuasi-isotrópico incluyendo una pluralidad de astillas orientadas aleatoriamente incluyendo fibras y una resina, siendo dichas astillas astillas rectangulares de 1,27 a 10,16 cm (1/2 a 4 pulgadas) de largo y de 0,32 a 2,54 cm (1/8 a 1 pulgada) de ancho.

Molde compuesto maquinable Antecedentes de la invenciïn

1. Campo de la invenciïn La presente invenciïn se refiere en general a aparatos y mïtodos usados para moldear materiales compuestos para formar estructuras compuestas. Mïs en concreto, la presente invenciïn se refiere a los moldes/herramientas que se usan para formar tales estructuras compuestas.

2. Descripciïn de la tïcnica relacionada Muchos procesos para hacer estructuras compuestas utilizan un molde o herramienta para proporcionar contornos y formas superficiales deseadas. El molde es especialmente importante en procesos de autoclave donde el material de resina/fibra no curado se calienta en el molde, bajo vacïo, a temperaturas de curado relativamente altas (177ïC (350ïF) y superiores) para formar la pieza o estructura compuesta final.

Los moldes hechos de aleaciones de acero, tal como INVAR36, se estïn usando actualmente porque son sumamente fuertes y pueden resistir fïcilmente las elevadas temperaturas de curado usadas en autoclaves para curaciïn de material compuesto. Estos moldes tambiïn se denominan de ordinario “herramientas” o “utillaje”. Los moldes de aleaciïn de acero pueden ser maquinados para obtener estrictas tolerancias de perfil superficial. Ademïs, los moldes de aleaciïn de acero pueden ser modificados para proporcionar diferentes configuraciones superficiales y/o reacondicionados maquinando y puliendo simplemente la superficie de molde. Otra ventaja es que los moldes de aleaciïn de acero pueden ser reutilizados muchas veces (mïs de 500 ciclos) antes de que tengan que ser reacondicionados. Aunque los moldes de aleaciïn de acero son muy adecuados para su finalidad prevista, el uso de moldes de aleaciïn de acero estï asociado con varios inconvenientes. Por ejemplo, los moldes de aleaciïn de acero tienden a ser pesados y caros. Ademïs, el tiempo requerido para calentar y luego enfriar un molde masivo de aleaciïn de acero aumenta el tiempo de ciclo durante el moldeo de estructuras compuestas.

Los moldes hechos de materiales compuestos se han desarrollado como una alternativa a los moldes de aleaciïn de acero. Los moldes compuestos se han popularizado porque son tïpicamente mïs ligeros y menos caros de hacer que los moldes de aleaciïn de acero. Los moldes compuestos se forman por lo general usando un molde maestro altamente exacto que se hace de una aleaciïn de acero u otro material adecuado. Se exponen ejemplos de moldes compuestos anteriores en la Patente de Estados Unidos nïmero 4.851.280; WO 2004/030906; y WO 2004/030897. JP 04176611 describe un mïtodo para mejorar la conductividad tïrmica de un troquel de moldeo FRP usando un material de refuerzo conteniendo tela tejida de fibras de carbono recubiertas con metal o cordïn de fibras de carbono troceadas recubiertas de metal. Dicho documento describe un molde segïn el preïmbulo de la reivindicaciïn 1.

Las resinas de bismaleimida y poliimida se han usado ampliamente en combinaciïn con fibras de carbono como los materiales de opciïn para moldes compuestos. Se aplica tela de carbono tejida cortada a mano en trozos cuadrados para formar mïltiples capas individuales. Los trozos de tela tejida se orientan en el molde maestro para proporcionar superficies de herramienta lisas. La resina puede ser introducida en los trozos de fibra tejidos de varias formas. Por ejemplo, la resina se puede aïadir a travïs de impregnaciïn automatizada por el fabricante de material (prepreg) . Alternativamente, la resina puede ser introducida a los trozos tejidos cuando estïn en el molde maestro. Esto se lleva a cabo por infusiïn en vacïo o simple aplicaciïn manual de la resina.

En general, se usa una tela tejida de peso aïreo inferior como la capa superficial y/o recubrimiento superficial de gel de resina para el molde compuesto con el fin de obtener una superficie sin hoyuelos. Los pesos aïreos de la tela superficial son generalmente del orden de 250 gramos por metro cuadrado (gm2) . El uso de la tejida de peso aïreo bajo en las superficies de molde tambiïn tiende a minimizar la transferencia o paso de la textura relativamente ïspera de las telas tejidas subyacentes de peso aïreo mïs alto (alrededor de 650 gm2) a la superficie de molde. Las telas de peso aïreo mïs alto se usan tïpicamente en el cuerpo del molde para formar el volumen/grosor laminado necesario para lograr la deseada resistencia del molde.

Un problema de los moldes compuestos es que son difïciles de maquinar o reparar. Ademïs, es difïcil procesar el molde para obtener estrictas tolerancias superficiales o acomodar cambios en el perfil de la superficie de molde sin degradaciïn de la integridad en vacïo y poner en peligro la estabilidad dimensional. Este problema surge porque el maquinado de la superficie del molde expone el material de tela de peso mïs pesado y cambia las caracterïsticas cuasi-isotrïpicas del laminado. La extracciïn de capas de material de peso diferente tambiïn deja un laminado desequilibrado que puede distorsionar y afectar a la integridad dimensional del molde y poner en peligro la integridad en vacïo. Ademïs, los materiales de peso mïs pesado tienden a ser porosos debido a las caracterïsticas tejidas del material. Al maquinarse a estas capas, la porosidad afecta a la integridad en vacïo y se puede desarrollar escapes de vacïo a lo largo de los planos de corte interlaminares que se forman debido a que el material se aplica al

molde maestro a modo de capas.

El maquinado de los moldes compuestos tambiïn es complicado porque las resinas usadas en los moldes compuestos tienden a ser quebradizas.

Resumen de la invenciïn La invenciïn se define por las caracterïsticas de las reivindicaciones independientes 1, 8, 15 y 19.

Segïn la presente invenciïn, se facilitan moldes (tambiïn denominados “utillaje”) para uso al hacer estructuras compuestas donde el cuerpo de molde se hace de un material cuasi-isotrïpico compuesto de una pluralidad de haces de fibras orientadas aleatoriamente impregnadas con una resina. Se ha descubierto que el uso de haces de fibras orientadas aleatoriamente o astillas, que estïn impregnadas con una resina apropiada, proporciona un molde compuesto que puede ser maquinado a las mismas tolerancias superficiales que los moldes de metal.

Los moldes segïn la presente invenciïn son para uso al hacer una estructura compuesta o pieza que tenga una superficie moldeada. El molde compuesto incluye un cuerpo de molde que tiene una superficie de herramienta que estï conformada para proporcionar una superficie moldeada deseada para la estructura compuesta. El cuerpo de molde se hace de al menos una capa de molde compuesta de un material cuasi-isotrïpico que se hace de una pluralidad de haces de fibras orientadas aleatoriamente o astillas que estïn impregnadas con una resina. La capa de molde incluye una superficie que forma al menos una parte de la superficie de herramienta.

Como un aspecto de la presente invenciïn, el cuerpo de molde incluye al menos dos capas de molde donde ambas capas de molde tienen una superficie que forma al menos una parte de la superficie de herramienta. Las superficies de herramienta en las dos o mïs capas de molde se forman usando un molde maestro y luego se conforman mïs, si se desea, por maquinado.

La presente invenciïn cubre mïtodos para moldear estructuras compuestas usando los moldes compuestos descritos anteriormente. Ademïs, la presente invenciïn cubre mïtodos para modificar los moldes compuestos. Estos mïtodos implican modificar los moldes preexistentes maquinando el molde y/o uniendo al menos una capa de molde adicional a la superficie de herramienta. Luego se maquina la capa adicional, si se desea, para formar una superficie de herramienta modificada. Este tipo de mïtodo de modificaciïn de molde es ïtil al cambiar la configuraciïn superficial del molde o reparar una superficie de herramienta daïada.

Las caracterïsticas explicadas anteriormente y otras muchas y las ventajas concomitantes de la presente invenciïn se entenderïn mejor por referencia a la descripciïn detallada tomada en uniïn con los dibujos acompaïantes.

Breve descripciïn de los dibujos La figura 1 es una representaciïn diagramïtica de una porciïn de un molde segïn la presente invenciïn donde se usan seis capas de molde para formar el cuerpo de molde.

La figura 2 es una representaciïn diagramïtica de una porciïn de un molde segïn la presente invenciïn donde el molde representado en la figura 1 ha sido maquinado para formar una superficie de herramienta diferente.

La figura 3 es una representaciïn diagramïtica de una porciïn de un molde segïn la presente invenciïn donde el molde representado en la figura 1 ha sido modificado aïadiendo... [Seguir leyendo]

1. Un molde (10, 30, 40, 50, 54) para uso al hacer una estructura compuesta donde dicha estructura compuesta tiene una superficie moldeada, incluyendo dicho molde:

un cuerpo de molde (11) incluyendo una superficie de herramienta (12, 13, 31, 32, 33, 34, 35, 48, 50, 52) que estï conformada para proporcionar dicha superficie moldeada de dicha estructura compuesta, incluyendo dicho cuerpo de molde (11) al menos una capa de molde (16, 18, 20, 22, 24, 26, 42, 44, 46) , incluyendo dicha capa de molde (16, 18, 20, 22, 24, 26, 42, 44, 46) una superficie que forma al menos una parte de dicha superficie de herramienta (12, 13, 31, 32, 33, 34, 35, 48, 50, 52) ; caracterizado porque dicha capa de molde (16, 18, 20, 22, 24, 26, 42, 44, 46) incluye un material cuasi-isotrïpico incluyendo una pluralidad de astillas orientadas aleatoriamente incluyendo fibras y una resina, siendo dichas astillas astillas rectangulares de 1, 27 a 10, 16 cm (1/2 a 4 pulgadas) de largo y de 0, 32 a 2, 54 cm (1/8 a 1 pulgada) de ancho.

2. Un molde (10, 30, 40, 50, 54) para uso al hacer una estructura compuesta segïn la reivindicaciïn 1, donde dicha resina incluye resina de bismaleimida y dichas fibras incluyen fibras de carbono.

3. Un molde (10, 30, 40, 50, 54) para uso al hacer una estructura compuesta segïn la reivindicaciïn 1 o 2, donde, en las astillas, las fibras son unidireccionales.

4. Un molde (10, 30, 40, 50, 54) para uso al hacer una estructura compuesta segïn la reivindicaciïn 1, donde se usan al menos dos capas de molde (16, 18, 20, 22, 24, 26, 42, 44, 46) para formar dicho cuerpo de molde (11) .

5. Un molde (10, 30, 40, 50, 54) para uso al hacer una estructura compuesta segïn la reivindicaciïn 4, donde dicha superficie de herramienta (12, 13, 31, 32, 33, 34, 35, 48, 50, 52) se extiende a travïs de al menos una porciïn de dos capas de molde adyacentes.

6. Un molde (10, 30, 40, 50, 54) para uso al hacer una estructura compuesta segïn la reivindicaciïn 1, donde al menos una porciïn de dicha superficie de herramienta (31, 32, 33, 34, 35, 48, 50, 52) se forma maquinando al menos una porciïn de la superficie de dicha capa de molde (20, 22, 24, 26, 42, 44, 46) .

7. Un molde (10, 30, 40, 50, 54) para ser usado al hacer una estructura compuesta segïn la reivindicaciïn 5, donde al menos una porciïn de dichas dos capas de molde adyacentes (20, 22, 24, 26, 42, 44, 46) se maquina para proporcionar dicha superficie de herramienta (31, 32, 33, 34, 35, 48, 50, 52) que se extiende a travïs de al menos una porciïn de cada una de dichas capas de molde adyacentes.

8. Un mïtodo para moldear una estructura compuesta que tiene una superficie moldeada, incluyendo dicho mïtodo los pasos de:

proporcionar un cuerpo de molde (10, 30, 40, 50, 54) incluyendo una superficie de herramienta (12, 13, 31, 32, 33, 34, 35, 48, 50, 52) que estï conformada para proporcionar dicha superficie moldeada de dicha estructura compuesta, incluyendo dicho cuerpo de molde (10, 30, 40, 50, 54) al menos una capa de molde (16, 18, 20, 22, 24, 26, 42, 44, 46) incluyendo un material cuasi-isotrïpico incluyendo una pluralidad de astillas orientadas aleatoriamente incluyendo fibras y una resina, siendo dichas astillas astillas rectangulares de 1, 27 a 10, 16 cm (1/2 a 4 pulgadas) de largo y de 0, 32 a 2, 54 cm (1/8 a 1 pulgada) de ancho, incluyendo dicha capa de molde (16, 18, 20, 22, 24, 26, 42, 44, 46) una superficie que forma al menos una parte de dicha superficie de herramienta (12, 13, 31, 32, 33, 34, 35, 48, 50, 52) ; y

moldear una estructura compuesta que tiene dicha superficie moldeada usando dicho cuerpo de molde (10, 30, 40, 50, 54) .

9. Un mïtodo para moldear una estructura compuesta segïn la reivindicaciïn 8, donde dicha resina incluye resina de bismaleimida y dichas fibras incluyen fibras de carbono.

10. Un mïtodo para moldear una estructura compuesta segïn la reivindicaciïn 8 o 9, donde, en las astillas, las fibras son unidireccionales.

11. Un mïtodo para moldear una estructura compuesta segïn la reivindicaciïn 8, donde se usan al menos dos capas de molde (16, 18, 20, 22, 24, 26, 42, 44, 46) para formar dicho cuerpo de molde.

12. Un mïtodo para moldear una estructura compuesta segïn la reivindicaciïn 11, donde dicha superficie de herramienta (12, 13, 31, 32, 33, 34, 35, 48, 50, 52) se extiende a travïs de al menos una porciïn de dos capas de molde adyacentes.

13. Un mïtodo para moldear una estructura compuesta segïn la reivindicaciïn 8, donde al menos una porciïn de dicha superficie de herramienta (31, 32, 33, 34, 35, 48, 50, 52) se forma maquinando al menos una porciïn de la

superficie de dicha capa de molde (20, 22, 24, 26, 42, 44, 46) .

14. Un mïtodo para moldear una estructura compuesta segïn la reivindicaciïn 12, donde al menos una porciïn de dichas dos capas de molde adyacentes (20, 22, 24, 26, 42, 44, 46) se maquinan para proporcionar dicha superficie de herramienta (31, 32, 33, 34, 35, 48, 50, 52) que se extiende a travïs de al menos una porciïn de cada una de dichas capas de molde adyacentes.

15. Un mïtodo para modificar un molde (10) que estï adaptado para uso al hacer una estructura compuesta que tiene una superficie moldeada, incluyendo dicho mïtodo los pasos de:

proporcionar un cuerpo de molde (11) incluyendo una superficie de herramienta (12, 13) que estï conformada para proporcionar dicha superficie moldeada de dicha estructura compuesta, incluyendo dicho cuerpo de molde (10) al menos una capa de molde (16, 18, 20, 22, 24, 26) incluyendo un material cuasi-isotrïpico incluyendo una pluralidad de astillas orientadas aleatoriamente incluyendo fibras y una resina, siendo dichas astillas astillas rectangulares de 1, 27 a 10, 16 cm (1/2 a 4 pulgadas) de largo y de 0, 32 a 2, 54 cm (1/8 a 1 pulgada) de ancho, incluyendo dicha capa de molde una superficie que forma al menos una parte de dicha superficie de herramienta; y

modificar dicho molde (10) uniendo al menos una capa de molde adicional (42, 44, 46) a dicha superficie de herramienta (12) , incluyendo dicha capa adicional (42, 44, 46) una superficie que forma una superficie de herramienta modificada (48, 50, 52) .

16. Un mïtodo para modificar un molde segïn la reivindicaciïn 15, que incluye el paso adicional de maquinar al menos una porciïn de dicha capa de molde adicional (42, 44, 46) para proporcionar dicha superficie de herramienta modificada (48, 50, 52) .

17. Un mïtodo para modificar un molde segïn la reivindicaciïn 15, donde al menos dos capas de molde adicionales (42, 44, 46) estïn unidas a dicha superficie de herramienta (12) y donde cada una de dichas dos capas de molde adicionales (42, 44, 46) incluye una superficie que forma una superficie de herramienta modificada (48, 50, 52) .

18. Un mïtodo para modificar un molde segïn la reivindicaciïn 17, que incluye el paso adicional de maquinar al menos una porciïn de dichas dos capas de molde adicionales (42, 44, 46) para proporcionar dicha superficie de herramienta modificada (48, 50, 52) .

19. Un mïtodo para hacer un molde (10, 30, 40, 50, 54) para uso al hacer una estructura compuesta donde dicha estructura compuesta tiene una superficie moldeada, incluyendo dicho mïtodo los pasos de:

proporcionar un molde maestro (14) que tiene una superficie de formaciïn de herramienta;

formar un cuerpo de molde no curado incluyendo una superficie de herramienta (12, 13, 31, 32, 33, 34, 35, 48, 50, 52) que estï conformada para proporcionar dicha superficie moldeada de dicha estructura compuesta, incluyendo dicho paso de formar dicho cuerpo de molde no curado aplicar al menos una capa de molde (16, 18, 20, 22, 24, 26, 42, 44, 46) a al menos una porciïn de dicha superficie de formaciïn de herramienta para formar al menos una porciïn de dicha superficie de herramienta (12, 13, 31, 32, 33, 34, 35, 48, 50, 52) , incluyendo dicha capa de molde (16, 18, 20, 22, 24, 26, 42, 44, 46) un material cuasi-isotrïpico incluyendo una pluralidad de astillas orientadas aleatoriamente incluyendo fibras y una resina no curada, siendo dichas astillas astillas rectangulares de 1, 27 a 10, 16 cm (1/2 a 4 pulgadas) de largo y de 0, 32 a 2, 54 cm (1/8 a 1 pulgada) de ancho; y

curar dicha resina no curada para proporcionar dicho molde para uso al hacer dicha estructura compuesta.

20. Un mïtodo para hacer un molde (10, 30, 40, 50, 54) para uso al hacer una estructura compuesta segïn la reivindicaciïn 19, donde dicha resina incluye resina de bismaleimida y dichas fibras incluyen fibras de carbono.

21. Un mïtodo para hacer un molde (10, 30, 40, 50, 54) para uso al hacer una estructura compuesta segïn la reivindicaciïn 19 o 20, donde, en las astillas, las fibras son unidireccionales.

22. Un mïtodo para hacer un molde (10, 30, 40, 50, 54) para uso al hacer una estructura compuesta segïn la reivindicaciïn 19, donde se usan al menos dos capas de molde (16, 18, 20, 22, 24, 26, 42, 44, 46) para formar dicho cuerpo de molde.

23. Un mïtodo para hacer un molde (10, 30, 40, 50, 54) para uso al hacer una estructura compuesta segïn la reivindicaciïn 22, donde dichas capas de molde se aplican a dicha superficie de formaciïn de herramienta de tal manera que dicha superficie de herramienta (12, 13, 31, 32, 33, 34, 35, 48, 50, 52) se extienda a travïs de al menos una porciïn de dos capas de molde adyacentes (16, 18, 20, 22, 24, 26, 42, 44, 46) .

24. Un mïtodo para hacer un molde (10, 30, 40, 50, 54) para uso al hacer una estructura compuesta segïn la reivindicaciïn 19, que incluye el paso adicional de maquinar al menos una porciïn en la superficie de dicha capa de

molde (20, 22, 24, 26, 42, 44, 46) para proporcionar al menos una porciïn de dicha superficie de herramienta (31, 32, 33, 34, 35, 48, 50, 52) .

25. Un mïtodo para hacer un molde (10, 30, 40, 50, 54) para uso al hacer una estructura compuesta segïn la reivindicaciïn 22, que incluye el paso adicional de maquinar al menos una porciïn de dichas dos capas de molde adyacentes (20, 22, 24, 26, 42, 44, 46) para proporcionar dicha superficie de herramienta (31, 32, 33, 34, 35, 48, 50, 52) que se extiende a travïs de al menos una porciïn de cada una de dichas capas de molde adyacentes.

26. Un mïtodo para hacer un molde para uso al hacer una estructura compuesta segïn la reivindicaciïn 19, donde 10 el paso de curado de la resina no curada se lleva a cabo en autoclave.