Procedimiento y dispositivo para la fabricación automatizada de preformas fibrosas secas.

Procedimiento para el depósito continua sobre la longitud de una forma alargada,

de una banda fibrosa (21) que tiene una pequeña cantidad de aglutinante, para la constitución de una preforma llamada seca (12) cuya sección comprende al menos dos alas no coplanarias, caracterizado porque comprende etapas que consisten secuencialmente y por este orden en:

a) calentar un tramo de la banda de tal manera que se active la pequeña cantidad de aglutinante;

b) aplicar el citado tramo sobre una de las caras de la preforma;

c) preformar en caliente el tramo con la sección de la preforma;

d) pegar en caliente el tramo sobre las caras de la preforma;

e) calibrar en el transcurso de su enfriamiento el apilado que comprende el tramo así depositado aplicando una presión sobre todas las caras en correspondencia con la preforma;

las etapas a) a e) son aplicadas simultáneamente sobre tramos diferentes y sucesivos de la banda fibrosa de tal manera que se obtenga un depósito progresivo y continuo de la banda.

DESCRIPCION

Procedimiento y dispositivo para la fabricación automatizada de preformas fibrosas secas El invento se refiere a un dispositivo y un procedimiento para la realización de preformas textiles alargadas, destinadas a la fabricación de piezas compuestas estructurales mediante un procedimiento que recurre a la infusión de resina.

Tales preformas son llamadas secas y no llevan nada más que una pequeña proporción de aglutinante, generalmente inferior a 5%, necesaria para mantener la cohesión de la citada preforma, la cual debe permanecer suficientemente porosa como para permitir a la resina impregnarla totalmente durante la operación de infusión.

Más particularmente el dispositivo y el procedimiento objetos del invento están adaptados a la fabricación de preformas sensiblemente circulares destinadas por ejemplo a la realización de marcos o sectores de marcos de fuselaje de aeronaves.

Una pieza estructural tal se presenta bajo la forma de un perfil cuya sección sensiblemente constante puede tomar la forma general de una L, de una U o de una Z, o formas más complejas, extendiéndose la citada sección según un eje longitudinal describiendo una curva plana cualquiera, en una longitud superior a 10 veces la anchura de la sección.

La sección de tal perfil comprende al menos dos alas no coplanarias. En el caso de una pieza sensiblemente circular tal como un marco de fuselaje, al menos una de las dos alas presenta una variación del radio de curvatura según su anchura. Típicamente el radio de curvatura medio es superior a 20 veces la anchura. La sección de la pieza puede ser localmente alargada más particularmente en el sentido radial con el fin de realizar embridados.

Tales piezas estructurales se obtienen a partir de fibras apiladas según orientaciones y una secuencia de apilado definidas. Un ejemplo de un perfil tal está descrito en la solicitud de patente francesa FR2920743 en nombre de la solicitante.

Según un ejemplo de realización, un perfil tal se obtiene colocando un preforma consistente en una pluralidad de capas de fibras secas de orientación definida, o plegadas, que reproducen sensiblemente la forma de la pieza final en la impresión de un molde estanco. Después, se empapan las fibras en la resina mediante transferencia o infusión de resina en la preforma y finalmente se cuece la preforma con el fin de polimerizar la citada resina.

Según la técnica anterior, la obtención de la preforma recurre a operaciones manuales consistentes en depositar los diferentes pliegues en un utillaje de plantilla, macho o matriz de moldeo, que reproduce sensiblemente la forma de la pieza. Las fibras se depositan en bandas bajo la forma de láminas no tejidas, de telas o de apilamientos multiaxiales. El operario aprieta las citadas bandas con el fin de adaptarlas a la forma del utillaje tanto en sección como en perfil longitudinal sin causar arrugamiento u ondulación de las fibras bajo riesgo de hacer caer las características mecánicas de la pieza final. Sin embargo, fibras tales como las fibras de carbono o de vidrio no presentan ninguna capacidad de deformación plástica. Durante el depósito, el operario debe procurar mantener una tensión sensiblemente constante y uniforme en las diferentes capas depositadas, de tal manera que las haga adaptarse a la forma del utillaje mediante la variación controlada de la distancia y del deslizamiento entre fibras sin arrugamiento.

Esta operación, consistente en presionar y extender de manera controlada una preforma fibrosa constituida de fibras continuas sobre un utillaje está designada clásicamente con el término de "expansión o estiramiento".

El mantenimiento de la cohesión de la preforma se realiza activando térmicamente la pequeña cantidad de aglutinante contenida en las bandas depositadas calentándolas localmente. Este calentamiento tiene como efecto fluidificar la pequeña cantidad de aglutinante que impregna las fibras en contacto. Esta fluidificación se acompaña generalmente de un esponjamiento del aglutinante que aumenta de volumen, esponjamiento que es mantenido mediante una presión. La polimerización al menos parcial del aglutinante fija las capas entre sí y al utillaje. Como regla general, durante las operaciones de alisado manual, el operario se contenta con soldar localmente los pliegues entre sí mediante puntos o según líneas. A continuación, todas las X plegadas (en general 4 ó 5) , la preforma es compactada mediante un dispositivo del tipo saco de vacio. Esta operación manual precisa de una cierta destreza por parte del operario, implica tiempos de manipulación importantes y medios específicos para instalar dispositivos de compactación y tiene como consecuencia costes de producción elevados. Este procedimiento de obtención queda pues limitado a la fabricación de piezas de serie corta.

Se conocen de la técnica anterior procedimientos de alisado automatizados o parcialmente automatizados para la realización de preformas alargadas. Estos están adaptados principalmente a la realización de preformas a partir de bandas impregnadas previamente de resina termoendurecible a su estado crudo. Tales bandas son pegajosas y se mantienen fácilmente bajo la forma de un apilamiento compacto sobre el utillaje sin necesidad de un ciclo de presión-temperatura de compactación particular.

El documento WO 2009/097514 divulga un procedimiento para el depósito continuo sobre la longitud de una forma alargada de una banda fibrosa cuya sección comprende al menos dos alas no coplanarias caracterizado porque comprende etapas que consisten secuencialmente y por este orden en:

a) Calentar un tramo de la banda b) Aplicar el citado tramo sobre una de las caras de la preforma c) Preformar en caliente el tramo con la sección de la preforma d) Pegar en caliente el tramo sobre las caras de la preforma.

La patente EP0436415 describe un dispositivo para la formación de preformas alargadas circulares esencialmente a partir de bandas impregnadas previamente, estando extendidas éstas sobre un utillaje mediante la acción progresiva de una vejiga. El dispositivo descrito en esta patente es difícilmente adaptable a piezas de grandes dimensiones tales como los marcos de fuselaje de aviones de gran carga.

Por otra parte, este dispositivo no permite mantener en forma una preforma seca, constituida por bandas no pegajosas, después de la relajación de la acción de la vejiga.

La solicitud internacional WO2005/011961 describe un procedimiento y un dispositivo para el alisado de preformas alargadas. Este dispositivo utiliza rodillos para tensar, presionar y compactar las bandas depositadas sobre un utillaje. Este dispositivo no está adaptado al depósito de bandas secas que lleven una pequeña cantidad de aglutinante. No dispone de medios de soldadura ni de medios que permitan aplicar el ciclo térmico de compactación. La presión de compactación se aplica sobre la banda fría a medida que se produce su depósito por intermedio de un rodillo.

En el caso de una banda de fibras secas, la aplicación de la presión según una generatriz de este rodillo no permite mantener una longitud suficiente de banda sobre el utillaje para evitar el arrugamiento de ésta durante la acción de expansión. Multiplicando los rodillos bajo la forma de tren para paliar este inconveniente, éstos crean, por su acción de rodadura, ondulaciones de las fibras, particularmente cuando el espesor de la preforma seca, porosa por otra parte, se hace elevado. Ahora bien, tales ondulaciones son fuertemente perjudiciales para las características mecánicas de las piezas así obtenidas.

Finalmente, la acción de rodadura no permite aplicar un ciclo de presión-temperatura local adaptado al momento del depósito. En efecto, la fluidificación y el esponjamiento del aglutinante combinados con la acción de los rodillos conduce a un escurrimiento local del aglutinante en los pliegues sobre los que ruedan los rodillos y la creación de acumulaciones de aglutinante en la preforma, cuyas acumulaciones son igualmente perjudiciales para la calidad de la pieza final.

Existe pues una necesidad de un procedimiento y un dispositivo que permitan la realización de preformas fibrosas alargadas a partir de fibras continuas que contengan una pequeña cantidad de aglutinante, adaptadas a una producción en serie y cuya calidad de producción sea independiente de la destreza del operario.

Con el fin de resolver las insuficiencias de la técnica anterior, el invento propone un procedimiento para el depósito progresivo y continuo sobre toda la longitud de una forma alargada de una banda fibrosa que contenga una pequeña cantidad de aglutinante para la constitución de una preforma llamada seca cuya sección incluya al... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento para el depósito continua sobre la longitud de una forma alargada, de una banda fibrosa (21) que tiene una pequeña cantidad de aglutinante, para la constitución de una preforma llamada seca (12) cuya sección comprende al menos dos alas no coplanarias, caracterizado porque comprende etapas que consisten secuencialmente y por este orden en:

a) calentar un tramo de la banda de tal manera que se active la pequeña cantidad de aglutinante;

b) aplicar el citado tramo sobre una de las caras de la preforma;

c) preformar en caliente el tramo con la sección de la preforma;

d) pegar en caliente el tramo sobre las caras de la preforma;

e) calibrar en el transcurso de su enfriamiento el apilado que comprende el tramo así depositado aplicando una presión sobre todas las caras en correspondencia con la preforma;

las etapas a) a e) son aplicadas simultáneamente sobre tramos diferentes y sucesivos de la banda fibrosa de tal manera que se obtenga un depósito progresivo y continuo de la banda.

2. Dispositivo para el alisado de una preforma alargada según el procedimiento de la reivindicación 1, caracterizado porque comprende:

- un macho (10) que reproduce la forma de la preforma;

- medios de depósito (41, 42, 51, 52) aptos para depositar, pegar y calibrar sobre la preforma una banda de material fibroso que contiene una pequeña cantidad de aglutinante, comprendiendo los citados medios un canal (60) de preformación de la citada banda (21) con la sección de la preforma (12) ;

- medios de desplazamiento relativo de los medios de depósito a lo largo del macho.

3. Dispositivo según la reivindicación 2, caracterizado porque el canal de preformación (60, 61) comprende dos porciones separadas (610, 620) y móviles la una con respecto a la otra y medios (630) aptos para desplazar las citadas porciones de tal manera que se adapte la sección de preformación a las variaciones de sección del macho (10) o de la preforma (12) .

4. Dispositivo según la reivindicación 2, caracterizado porque el macho (10) está constituido de un material poroso o agujereado.

5. Dispositivo según la reivindicación 4, caracterizado porque comprende medios (33, 34) aptos para enfriar la preforma mediante el soplado de un fluido portador de calor a través del macho.

6. Dispositivo según la reivindicación 2, caracterizado porque los medios de depósito comprenden medios de encolado (41, 42, 411, 412, 413, 414) que incluyen patines cuya superficie de contacto con la preforma es elástica y deformable bajo la acción de la presión de contacto.

7. Dispositivo según la reivindicación 2, caracterizado porque los medios de depósito comprenden medios de calibrado (501, 502, 503, 51, 52) que incluyen patines constituidos por placas (511, 512, 513, 514, 515, 516, 517) articuladas.

8. Dispositivo según la reivindicación 2, caracterizado porque comprende medios (560) aptos para localizar el perfil del macho (10) en el transcurso de su desplazamiento relativo con respecto a los medios de depósito.

9. Dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones 2 a 8, caracterizado porque el macho (10) es de una forma sensiblemente circular y está situado sobre una mesa móvil, y porque los medios de depósito son fijos e incluyen medios aptos para desplazar el macho (10) por debajo de los medios de depósito.