BR112012026929B1

BR112012026929B1 - Dispositivo para fabricar peças feitas de material composto e método para fabricar uma carcaça de turbomáquina através da utilização do dispositivo

Info

Publication number: BR112012026929B1
Application number: BR112012026929-1A
Authority: BR
Inventors: Romain Plante; Jean-Pierre Cauchois; Louis Betega; Jean-Louis Robert Marcel Castanie
Original assignee: Snecma
Priority date: 2010-04-20
Filing date: 2011-04-20
Publication date: 2020-07-14
Also published as: RU2564340C2; EP2560808B1; JP5901611B2; JP2013527815A; CA2796807A1; EP2560808A1; BR112012026929A2; CA2796807C; RU2012149241A; CN102858520B; FR2958875B1; US9399315B2; CN102858520A; US20130087955A1; WO2011131908A1; FR2958875A1

Abstract

dispositivo para fabricar uma carcaça feita de um material composto e método de fabricação utilizando tal dispositivo. a presente invenção refere-se a um dispositivo para fabricar uma carcaça de reator de uma turbomáquina feita de material composto, no qual o molde (16) compreende um corpo cilíndrico (22) de eixo geométrico no sentido do comprimento e flanges laterais (24), e no qual o contramolde (18) compreende um corpo cilíndrico (30) e contraflanges laterais (32) onde os contraflanges (32) estão destinados a serem presos firmemente nos flanges (24), onde o corpo (22) do molde (16) e o corpo (30) do contramolde (18) são concêntricos, onde o pré-formado (p) está destinado para ser posicionado entre o corpo (22) do molde (16) e o corpo (30) do contramolde (18), e no qual o material do corpo (22) do molde (16) tem um coeficiente de expansão apreciavelmente mais alto do que aquele do corpo (30) do contramolde (18).

Description

DESCRIÇÃO CAMPO TÉCNICO E TÉCNICA ANTERIOR

[001] A presente invenção refere-se a um dispositivo para fabricar objetos feitos de um material composto, especificamente objetos que têm altos requisitos mecânicos e de dimensionamento, por exemplo, carcaças de turbomáquinas, tal como carcaças de reatores. A presente invenção também refere-se a um método para fabricar objetos feitos de material composto utilizando tal dispositivo.

[002] Convencionalmente um turbojato compreende, movendo de montante para jusante, um compressor de baixa pressão, ou reator, um compressor de alta pressão, uma câmara de combustão, uma turbina de alta pressão e uma turbina de baixa pressão.

[003] Além disso, o turbojato compreende uma carcaça externa ou carcaça de reator, uma carcaça interna e uma carcaça intermediária concêntrica com as primeiras duas carcaças e dividindo o espaço delimitado entre as carcaças externa e interna em um percurso de ar primário utilizado para a compressão e subsequentemente para a expansão dos gases propelentes, e um percurso de ar secundário no qual o ar de diluição flui.

[004] A carcaça de reator tem diversas funções. Especificamente esta define o duto de entrada de ar dentro do motor. Outra de suas funções é formar uma carcaça de contenção que forma um retentor de detritos que retém os detritos, tal como objetos aspirados ou fragmentos de lâminas danificadas projetados por centrifugação, para que estes não atinjam outras porções do avião.

[005] É geralmente procurado reduzir a massa do turbojato, e para este fim reduzir a massa dos vários elementos que o compreendem. Uma das soluções para atingir este resultado é fabricar as peças de material de densidade mais baixa.

[006] A carcaça de reator é feita de liga de alumínio; é então mais leve do que uma carcaça de reator de aço.

[007] No entanto, é procurado reduzir esta massa adicionalmente. Os materiais compostos são uma opção interessante. Realmente, as peças as quais podem ser fabricadas de um material composto são aquelas as quais não são expostas a temperaturas excessivamente altas, o que é o caso da carcaça de reator, já que a temperatura à qual esta pode ser sujeita é da ordem de -50°C até um máximo de 120°C. As carcaças de reator ou carcaças de contenção feitas de material composto são conhecidas na melhor técnica moderna, por exemplo, do documento EP 1 961 923. A carcaça de reator é feita de um pré-formado fibroso por tecelagem tridimensional ao redor de um mandril. Durante a fabricação o pré-formado é coberto com uma carcaça flexível com a qual o mandril define um espaço vedado. Uma pressão de vácuo é estabelecida entre este espaço vedado e uma resina é introduzida no espaço; a impregnação é então facilitada pela pressão de vácuo. Uma etapa de polimerização da resina então acontece.

[008] Um blanque é então diretamente obtido permitindo que a carcaça seja obtida após usinagem.

[009] Este método é denominado o "método por infusão". Este tem a vantagem que este requer um equipamento relativamente leve. No entanto, o tempo requerido para fabricar uma peça é relativamente longo. Além disso, é ineficiente na eliminação das falhas do pré-formado se as fibras tecidas incharem, e não pode garantir a geometria da peça.

[0010] Existe outro método por injeção de resina líquida, denominado RTM (Moldagem de Transferência de Resina), o qual consiste em colocar o pré-formado entre um molde rígido e um contramolde rígido, e prendê-los firmemente um no outro. O espaço delimitado deste modo tem as dimensões finais do objeto a ser fabricado, e a resina é injetada sob pressão. A pressão de injeção pode sertão alta quanto 1,5 MPa (15 bar).

[0011] Este método tem a vantagem que este tem um período de ciclo relativamente curto. Além disso, devido à utilização de um contramolde rígido, o inchamento pode ser controlado. Ao contrário, este requer a utilização de um equipamento "peso-pesado", e de difícil manipulação, especificamente no caso de peças de grandes dimensões, já que deve suportar a pressão de injeção. Além disso, se o inchamento for muito grande dificuldades aparecem quando o contramolde é instalado, e quando o molde é fechado.

[0012] Deve ser notado que tal carcaça pode ter um diâmetro muito grande, por exemplo, na ordem de 2 m. Consequentemente, o molde e o contramolde são de um tamanho e massa substanciais; a manipulação destes é portanto laboriosa.

[0013] É, consequentemente, um objetivo da presente invenção prover um dispositivo para fabricar peças feitas de material composto, especificamente carcaças de turbomáquinas, que permite que as peças sejam obtidas com uma precisão dimensional muito grande, enquanto sendo relativamente "leves" e fáceis de manipular.

[0014] Outro objetivo da presente invenção é prover um método para fabricar as peças feitas de material composto o qual é relativamente simples de implementar, e o qual permite que peças com as dimensões desejadas sejam obtidas.

DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

[0015] Os objetivos acima apresentados são obtidos por meio de um dispositivo de fabricação que compreende um molde rígido e um contramolde rígido, onde o material que forma o molde interno tem um coeficiente de expansão muito mais alto do que o material o qual pelo menos parcialmente forma o contramolde, e um meio para injetar uma resina entre o molde e o contramolde em uma pressão relativamente baixa de menos de 0,4 MPa (4 bar).

[0016] A diferença de expansão entre o molde e o contramolde que resulta disto durante a fabricação da peça, a qual é executada em alta temperatura, faz com que o pré-formado o qual foi previamente impregnado em baixa temperatura seja compactado, garantindo a precisão dimensional da peça. Além disso, o dispositivo, especificamente o contramolde, pode ser de uma estrutura de peso mais leve, já que a pressão de injeção é baixa. Mais ainda, o molde, quando frio, tem dimensões internas as quais são maiores do que as dimensões finais buscadas para o objeto; a instalação do contramolde sobre o molde é facilitada apesar do inchamento.

[0017] O contramolde é feito, por exemplo, de um material composto. Este assim expande muito pouco em alta temperatura. Além disso, este é relativamente leve e portanto mais facilmente manipulado.

[0018] Devido à invenção o dispositivo pode ser relativamente leve devido à pressão de injeção relativamente baixa. No entanto, o dispositivo permite que a resina seja injetada sob pressão. A pressão de vácuo gerada dentro do espaço entre o molde e o contramolde assegura que o pré-formado seja satisfatoriamente molhado.

[0019] Se o contramolde tiver flanges para fixação no molde, estes flanges são vantajosamente feitos de um material com um coeficiente de expansão próximo ou igual àquele do material do molde.

[0020] O assunto na presente invenção é então principalmente um dispositivo para fabricar peças feitas de um material composto de um pré-formado feito de fibras tecidas, que compreende um molde rígido e um contramolde que delimita um espaço destinado a receber um pré- formado feito de fibras tecidas, onde o molde é feito de um material com um coeficiente de expansão apreciavelmente mais alto do que aquele do contramolde, e onde o dito dispositivo também compreende um meio de injeção pressurizada de uma resina dentro do dito espaço.

[0021] Em um modo especificamente vantajoso, o contramolde é feito de um material composto, o molde é então de preferência feito de aço ou de uma liga de alumínio.

[0022] O dispositivo de acordo com a invenção pode vantajosamente compreender um meio capaz de gerar uma pressão de vácuo dentro do espaço delimitado pelo molde e o contramolde. O dispositivo de acordo com a presente invenção permite que peças com uma forma rotacional sejam fabricadas, tal como uma carcaça de reator de uma turbomáquina; para este fim o molde compreende um corpo cilíndrico com um eixo geométrico no sentido do comprimento e flanges laterais. O contramolde compreende um corpo cilíndrico e contraflanges laterais, onde os contraflanges estão destinados a serem presos firmemente nos flanges, e onde o corpo do molde e o corpo do contramolde são concêntricos. O pré-formado está destinado a ser posicionado entre o corpo do molde e o corpo do contramolde. O material do corpo do molde tem um coeficiente de expansão o qual é apreciavelmente mais alto do que aquele do corpo do contramolde.

[0023] Em um modo preferido, a diferença entre os coeficientes de expansão do molde e do contramolde é maior do que ou igual a 23.10‘6. Em um modo muito vantajoso, o dispositivo de acordo com a invenção compreende um meio para exercer uma força de retenção ao longo do eixo geométrico no sentido do comprimento sobre os contraflanges na direção do exterior do molde, e um meio para exercer uma força de retenção radial sobre os contraflanges alinhada com o eixo geométrico no sentido do comprimento. As forças requeridas para prender o contramolde no molde são então pequenas, e os riscos de deformação do pré-formado são também pequenos.

[0024] Os contraflanges do contramolde e os flanges do molde de preferência têm coeficientes de expansão similares ou iguais.

[0025] Vantajosamente, os lados do corpo do contramolde em contato com os contraflanges estão inclinados em relação ao eixo geométrico no sentido do comprimento.

[0026] Os contraflanges podem ser feitos de diversas porções; a superfície coincidente entre duas porções de um contraflange é de preferência inclinada em relação ao eixo geométrico no sentido do comprimento, permitindo que os dados às vedações entre as porções de contraflange sejam limitados.

[0027] Outro assunto da presente invenção é um método para fabricar uma carcaça de turbomáquina utilizando o dispositivo de fabricação de acordo com a presente invenção, que compreende as etapas de:

[0028] fabricação de um pré-formado feito de fibras tecidas,

[0029] instalação do pré-formado sobre o molde,

[0030] instalação do contramolde sobre o pré-formado,

[0031] aplicação das forças de retenção,

[0032] injeção da resina sob pressão e aquecimento do dispositivo,

[0033] polimerização da dita resina,

[0034] remoção do contramolde e do molde.

[0035] Durante a etapa d) as forças aplicadas são tanto forças axiais sobre os contraflanges ao longo do eixo geométrico no sentido do comprimento na direção do exterior, quanto forças radiais sobre os contraflanges na direção do interior.

[0036] Após a polimerização as forças de retenção são afrouxadas e o contramolde e o molde são deixados na posição.

BREVE DESCRIÇÃO DAS ILUSTRAÇÕES

[0037] A presente invenção será melhor compreendida utilizando a descrição a qual segue e as ilustrações anexas, nas quais:

[0038] Figura 1 é uma vista geral de um turbojato a carcaça do reator do qual pode ser fabricada por meio do dispositivo e método de acordo com a invenção,

[0039] Figura 2 é uma vista em corte da carcaça de reator a qual pode ser fabricada utilizando o dispositivo e o método de acordo com a presente invenção,

[0040] Figura 3 é uma vista em corte de uma modalidade exemplar de um dispositivo de fabricação de acordo com a presente invenção,

[0041] Figura 4 é uma vista em perspectiva do molde de um dispositivo de fabricação de acordo com a presente invenção,

[0042] Figura 5 é uma vista em corte no sentido do comprimento de uma variante de modalidade do dispositivo da Figura 3,

[0043] Figura 6 é uma vista em corte de um exemplo de modalidade vantajosa do dispositivo de fabricação de acordo com a presente invenção,

[0044] Figura 7 é uma vista de topo do dispositivo da Figura 6 que mostra as superfícies coincidentes entre os contraflanges do contramolde,

[0045] Figura 8 é uma representação diagramática de um exemplo de conjunto de contraflanges que corresponde à Figura 7.

DESCRIÇÃO DETALHADA DE MODALIDADES ESPECÍFICAS

[0046] A invenção será abaixo descrita no contexto de sua aplicação à fabricação de uma carcaça de reator de um turbojato. No entanto, a presente invenção pode ser aplicada à fabricação de qualquer objeto feito de um material composto que tem um eixo geométrico rotacional, e mais genericamente a qualquer objeto feito de um material composto.

[0047] Na Figura 1 um turbojato de eixo geométrico X1 pode ser visto equipado com uma carcaça de reator de acordo com a presente invenção. Esta carcaça compreende movendo de montante para jusante na direção de fluxo de fluxos gasosos, um reator 2 posicionado na entrada do motor, um compressor 4, uma câmara de combustão 6, uma turbina de alta pressão 8 e uma turbina de baixa pressão 10.

[0048] O turbojato está alojado dentro de uma carcaça que compreende diversas porções as quais são diferentes elementos do turbojato. O reator 2 está assim circundado por uma carcaça de reator 12.

[0049] Na Figura 2 uma vista em corte pode ser vista da carcaça de reator 12 de eixo geométrico X1 formada de um corpo cilíndrico 12.1 e de flanges posicionados nas extremidades longitudinais 12.2 do corpo cilíndrico 12.1.

[0050] Na Figura 3, um exemplo de modalidade de um dispositivo 14 para fabricar uma carcaça feita de um material composto pode ser visto de acordo com a presente invenção implementado utilizando o método de injeção de acordo com a presente invenção. A carcaça é fabricada de um pré-formado P produzido por fibras de tecelagem.

[0051] O dispositivo 14 tem um perfil rotacional geral ao redor de um eixo geométrico X. O dispositivo compreende um molde 16 e um contramolde 18.

[0052] O molde 16, o qual está representado em perspectiva na Figura 4, é feito de um material que tem uma certa rigidez, tal como, por exemplo, um material metálico, e que tem um coeficiente de expansão d. O molde 16 é feito, por exemplo, de aço ou de uma liga de alumínio.

[0053] O molde define a forma interna da carcaça de reator 12. Como pode ser visto no exemplo representado na Figura 4, o molde tem a forma de um aro; este compreende uma cavidade anular 20 destinada a acomodar o pré-formado P feito de fibras tecidas. A cavidade anular 20 está delimitada entre um corpo cilíndrico 22 de eixo geométrico X, que tem uma seção circular, e flanges 24 em cada uma das extremidades longitudinais do corpo 22. O corpo cilíndrico 22 portanto compreende uma face radialmente externa 22.1 destinada a entrar em contato com o interior da carcaça quando a injeção e a polimerização são completadas.

[0054] O corpo cilíndrico 22 pode ser produzido como uma peça única. Cada flange 24 pode também ser produzido como uma peça única, ou como diversas porções angulares.

[0055] Os flanges 24 estão presos no corpo cilíndrico 22, por exemplo, por meio de parafusos 26, representados simbolicamente por seus eixos geométricos, de modo a produzir um conjunto rígido. Estes parafusos estão distribuídos angularmente sobre a periferia inteira dos flanges.

[0056] Os flanges 24 e o corpo 22 podem ser feitos do mesmo material, ou de materiais que têm coeficientes de expansão de valores similares.

[0057] O contramolde 18 tem uma cavidade de coincidência de forma anular 22 do molde de modo que, quando o contramolde 18 está posicionado dentro do molde 16, um espaço 28 é delimitado para a fabricação da carcaça. O espaço 28 está destinado a acomodar o pré- formado de fibra tecida e a resina.

[0058] O contramolde 18 está destinado a definir a forma externa da carcaça. A última também tem a forma de um aro, com um corpo anular 30 de eixo geométrico X e contraflanges 32 em cada uma das extremidades longitudinais do corpo 30. O corpo 30 será denominado o "corpo externo", e o corpo 22 será denominado o "corpo interno".

[0059] O corpo externo 30 consiste em pelo menos duas porções, e de preferência 3, na forma de um arco de um círculo, para permitir que este seja instalado ao redor do pré-formado. A sequência de fechamento será executada na ordem descrita na Figura 8 (I, II, III, IV). Os contraflanges 32 são também feitos em diversas porções, pelo menos duas.

[0060] O corpo externo 30 portanto compreende uma face radialmente interna 30.1 destinada a entrar em contato com a superfície radialmente externa da carcaça quando a injeção e a polimerização estão completas.

[0061] Em um modo preferido, no caso da carcaça de reator, as cristas de flanges 32.1, 32.2 posicionadas longitudinalmente por fora definem os raios entre o corpo tubular 12.1 e os flanges 12.2 da carcaça. Esta configuração facilita a fabricação do equipamento, e também a liberação de molde da peça. Por exemplo, as diferentes porções do corpo externo são mantidas no lugar por amarração.

[0062] De acordo com a presente invenção, o corpo externo 30 é feito de um material que têm um coeficiente de expansão c2 o qual é apreciavelmente mais baixo do que d, do corpo interno 22.

[0063] A diferença entre os coeficientes de expansão d e c2 é de preferência da ordem de 23.10'6 K'1.

[0064] O coeficiente de expansão do material que constitui o molde é por exemplo, entre 23.10'6 K1 e 12.10'6 K'1, e o coeficiente de expansão de pelo menos uma porção do contramolde é, por exemplo, entre 0 e 23.10'6 K'1.

[0065] O corpo externo 30 é vantajosamente feito de um material composto, o qual tem um coeficiente de expansão muito mais baixo do que aquele do aço ou do alumínio. Mais ainda, os materiais compostos expandem somente ligeiramente; consequentemente as suas formas e dimensões variam somente ligeiramente, ou muito ligeiramente, quando aquecidos. O contramolde feito de material composto assim tem as dimensões finais desejadas do objeto.

[0066] Ao contrário, o molde 16, o qual expande substancialmente, tem, quando frio, isto é, na temperatura ambiente, dimensões internas as quais são menores do que as dimensões externas finais do objeto e, quando quente, isto é, na temperatura de injeção, dimensões internas iguais àquelas esperadas para o objeto.

[0067] No caso de um corpo interno 22 feito de alumínio, o corpo externo 30 pode ser feito de aço.

[0068] Os contraflanges 32 são vantajosamente feitos de um material com um coeficiente de expansão próximo ou igual àquele dos flanges 24. Por exemplo, os contraflanges 32 e os flanges 24 são feitos do mesmo material. Realmente, como os contraflanges 32 estão destinados a serem presos nos flanges 24, é então preferível que ambas estas porções tenham propriedades de expansão similares.

[0069] O dispositivo de fabricação de acordo com a invenção também compreende um meio para injeção da resina sob pressão dentro do espaço 28. O molde é atravessado por pelo menos um canal 36 que forma um injetor que emerge dentro do espaço 28 e conectado a um suprimento de resina pressurizado. O canal de injeção 36 é feito em um dos flanges 24. Vantajosamente, diversos canais de injeção 36 estão distribuídos angularmente através de todo o flange 24. A pressão de injeção é de preferência menor do que 0,4 MPa (4 bar), por exemplo, da ordem de 0,2 MPa a 0,3 MPa (2 a 3 bar).

[0070] O outro flange 24 está atravessado por pelo menos um canal de ventilação 38, para permitir que o ar contido dentro do espaço 28 seja evacuado durante a injeção. Além disso é possível com este canal de ventilação permitir que seja detectado quando uma quantidade de resina suficiente foi injetada, quando a resina escapa através deste canal 38. Vantajosamente, diversos canais de ventilação 38 estão distribuídos angularmente no outro flange 24.

[0071] Como uma variante, os canais de injeção e de ventilação podem ser feitos no contramolde.

[0072] Os contraflanges 32 do contramolde 18 estão presos nos flanges do molde, por exemplo, por parafusos 42 representados simbolicamente por seus eixos geométricos paralelos ao eixo geométrico X, onde cada parafuso passa através de todo um flange e do contraflange oposto a este flange. Os parafusos 42 são vantajosamente na forma de parafusos de articulação instalados articulados sobre os flanges. A instalação do contramolde é então simplificada.

[0073] As diferentes partes do dispositivo delimitam um espaço 28 o qual está apreciavelmente vedado contra a resina.

[0074] Para este fim, vedações (não representadas) estão compreendidas entre os diferentes elementos do dispositivo de fabricação.

[0075] Existem vedações, por exemplo, O-rings, entre o corpo interno 22 e os flanges 24. Existem vedações, por exemplo, O-rings, entre o corpo externo 30 e os contraflanges 32. Existem também vedações entre as diferentes porções dos flanges 24, entre as diferentes porções dos contraflanges 32, e entre as diferentes porções do corpo externo 30. Existem vedações, por exemplo, O-rings, entre os contraflanges 32 e os flanges 24.

[0076] Em um modo preferencial, as vedações entre o corpo interno 22 e os flanges 24, e entre o corpo externo 30 e os contraflanges 32 está posicionadas tão próximo quanto possível do espaço 28, impedindo a resina de penetrar excessivamente entre as peças do dispositivo.

[0077] As vedações são feitas, por exemplo, de silicone.

[0078] O dispositivo de fabricação de acordo com a invenção também vantajosamente compreende um meio para criar uma pressão de vácuo dentro do espaço 28. Os canais de ventilação 38 podem então ser utilizados para produzir a pressão de vácuo dentro do espaço 28. Para este fim, o espaço 28 está também projetado de modo que este seja estanque ao ar.

[0079] Por exemplo, pode ser decidido cobrir o interior do contramolde com um balão de modo a produzir a vedação entre os contraflanges e o corpo interno.

[0080] A produção de uma pressão de vácuo dentro do espaço 28 antes da injeção aperfeiçoa a impregnação do pré-formado.

[0081] O nível de pressão de vácuo produzido dentro do espaço 28 é, por exemplo, da ordem de 0,1 MPa (1 bar).

[0082] Na Figura 5 uma modalidade variante vantajosa da montagem entre o corpo externo 30 e os contraflanges 32 do contramolde 18 pode ser vista. Nesta variante, cada flange 24 compreende na sua face radialmente interna uma ranhura 32.1 formada na crista interna e acomodando uma crista 30.2 do corpo externo 30. Este conjunto facilita a produção da vedação entre os flanges 24 e o corpo externo 30.

[0083] Na Figura 6 outra modalidade especificamente vantajosa de um dispositivo de fabricação 114 de acordo com a presente invenção pode ser vista, permitindo que as forças requeridas para instalar o contramolde sobre o molde sejam reduzidas.

[0084] As referências utilizadas para designar os elementos do dispositivo da Figura 3 serão utilizadas para designar os elementos do dispositivo da Figura 6.

[0085] O dispositivo de fabricação 114 da Figura 6 difere do dispositivo 14 da Figura 3 em que um meio de retenção radial foi adicionado. O dispositivo da Figura 6 compreende um molde 16 de eixo geométrico X e um contramolde 18 concêntrico com o molde 16.

[0086] O molde 16 compreende um corpo interno 22 e flanges 24 em suas extremidades longitudinais. O contramolde 18 compreende um corpo externo 30 e contraflanges 32.

[0087] Além disso, o dispositivo 114 de acordo com a Figura 6 compreende meios para aplicar uma força de retenção longitudinal na direção do exterior do dispositivo entre cada contraflange 32 e flange 24 associado. Estes meios são, por exemplo, parafusos 42 que atravessam os contraflanges 32 e os flanges 24. Os parafusos são vantajosamente do tipo de parafuso articulado instalado articulado sobre os contraflanges. Os flanges 24 compreendem entalhes dentro dos quais os parafusos são posicionados quando a retenção é aplicada. Uma porca está aparafusada sobre cada parafuso oposta ao contraflange relativo ao flange, e exerce uma força de retenção sobre o contraflange na direção do exterior, como simbolizado pelas setas designadas FS1.

[0088] Estes meios de retenção estão instalados angularmente sobre a periferia inteira do dispositivo.

[0089] O dispositivo de fabricação de acordo com este exemplo vantajoso também compreende um meio para exercer uma força de retenção radial sobre os contraflanges na direção do eixo geométrico X. No exemplo representado, esta força radial representada simbolicamente pelas setas FS2 é exercida através de blocos de batente 43 adicionados aos flanges 24 a montante dos contraflanges 32 na direção das setas FS2. Parafusos de travamento 44, representados simbolicamente por seus eixos geométricos, estão instalados nos blocos de batente 42 e pressionam contra os contraflanges 32 radialmente na direção do eixo geométrico X.

[0090] Batentes mecânicos estão vantajosamente instalados para limitar as forças de retenção radiais e axiais.

[0091] Além disso, os lados 46 do corpo externo 30 que entram em contato com os contraflanges 32 são vantajosamente inclinados em relação à direção radial na direção do interior, vantajosamente a 45°. Os lados 48 dos contraflanges em contato com os lados 46 são também inclinados em um modo similar. Quando a expansão diferencial ocorre os lados inclinados permitem que as folgas sejam controladas, de modo a preservar a vedação. O contramolde 18 é então sujeito a forças de retenção axiais FS1 e forças de retenção radiais FS2. A força de retenção resultante FSR é então inclinada na direção do exterior do molde. As forças FSR não estão representadas em escala. O efeito desta combinação de forças de retenção axiais e radiais é de compactar efetivamente os flanges do pré-formado, e portanto limitar as forças requeridas para instalar o contramolde sobre o molde, especificamente se existir um inchamento substancial do pré-formado.

[0092] Além disso, como pode ser visto na Figura 7, a qual representa uma vista de topo de um contramolde de acordo com a invenção, as superfícies coincidentes 50 entre duas sucessivas porções dos flanges do contramolde são de preferência inclinadas em relação à direção de retenção axial. O ângulo de inclinação a é pelo menos igual a 45°,

[0093] Na Figura 8 um exemplo de porções I, II, III, IV que formam os contraflanges 32 do contramolde de um dispositivo de fabricação de acordo com a invenção pode ser visto representado diagramaticamente.

[0094] As superfícies coincidentes entre as porções que formam o corpo externo 30 feito de um material composto são, por exemplo, retas.

[0095] Este dispositivo é especificamente útil no caso de pré- formados que têm um inchamento maior do que ou igual a 20%.

[0096] Será descrito agora um método de fabricação de acordo com a presente invenção de uma carcaça de reator feita de um material composto utilizando o dispositivo de fabricação da Figura 6.

[0097] Em um estágio inicial um pré-formado P feito de fibras tecidas é produzido.

[0098] O pré-formado P pode ser produzido sobre um tear de tecelagem, trazido para a instalação de injeção e posicionado ao redor do molde 16. O pré-formado P é, por exemplo, feito por tecelagem tridimensional.

[0099] As fibras são, por exemplo, fibras de carbono, vidro ou Kevlar®, e a resina é, por exemplo, uma resina epóxi.

[00100] Quando o pré-formado é instalado sobre o molde 16, o contramolde 18 é instalado sobre o molde 16 contra o pré-formado. Para executar isto, as diferentes porções dos contraflanges 32 e do corpo externo 30 são instaladas. Uma força de retenção FS2 radialmente alinhada na direção do interior do molde 16 é exercida sobre os contraflanges 32 por meio de parafusos 44, e uma força de retenção axial FS1 na direção do exterior é também exercida sobre os contraflanges 32 por meio de parafusos de articulação 42. Deve ser notado que não existem conexões mecânicas entre os contraflanges e o corpo externo do contramolde 30, para tolerar as diferenças de expansão entre os contraflanges e o corpo externo do contramolde 30.

[00101] Como anteriormente mencionado, o molde quando frio tem dimensões internas as quais são menores do que as dimensões finais da carcaça. A instalação do pré-formado P dentro do molde, e o fechamento do molde com o contramolde, são então tornados mais fáceis, mesmo se existir um inchamento substancial do pré-formado.

[00102] Por meio do dispositivo da Figura 6, e da aplicação combinada de forças de retenção axiais e radiais, a instalação do contramolde sobre o molde requer uma pequena força, o que reduz os riscos de danificar o pré-formado e as vedações.

[00103] Uma pressão de vácuo da ordem de 0,1 MPa (1 bar) é então vantajosamente produzida dentro do espaço 28.

[00104] Em uma etapa subsequente, sob uma pressão de no máximo 0,4 MPa (4 bar), a resina é injetada dentro do espaço 28 através dos canais de injeção, e o ar escapa simultaneamente através dos canais de ventilação.

[00105] A resina então impregna o pré-formado. A impregnação é facilitada através da combinação de uma pressão de vácuo e da pressão de injeção.

[00106] A injeção é executada a uma temperatura na ordem de 160°C- 180°C.

[00107] Nesta temperatura os materiais do corpo interno 22 e do corpo externo 30 expandem. E é principalmente o corpo do molde o qual expande, fazendo com que a face 22.1 do corpo interno 22 mova radialmente na direção do exterior. A face 30.1 do corpo do contramolde 18 tem uma posição radial praticamente inalterada.

[00108] Conforme este expande o molde aproximadamente toma as dimensões internas da carcaça.

[00109] A expansão diferencial causa uma compactação do pré- formado impregnado com a resina não polimerizada, isto é, de quaisquer dobras as quais possam ter aparecido quando o pré-formado foi produzido e instalado dentro do molde.

[00110] Devido a esta compactação a precisão dimensional das peças é aumentada.

[00111] Devido à invenção uma compactação automática do pré- formado pode, portanto ser vista, antes da polimerização da resina. Então não é mais necessário executar nenhuma compactação antes de instalar o contramolde.

[00112] Em virtude da invenção as peças podem ser produzidas com uma precisão muito grande, com um inchamento o qual pode ser tão alto como 20%.

[00113] Uma etapa de polimerização então ocorre quando o pré- formado e a resina satisfazem as condições dimensionais esperadas.

[00114] Enquanto ainda quente o contramolde é então solto do molde de modo a impedir tensões sobre a peça.

[00115] Após o resfriamento o contramolde e então o molde são removidos. Durante o resfriamento o molde retorna para as suas dimensões iniciais; este então não mais aplica nenhuma tensão na peça moldada. A liberação de molde é então facilitada.

[00116] A peça obtida deste molde forma um blanque o qual será então geralmente usinado.

[00117] Como um exemplo, se o molde for feito de liga de alumínio e o corpo externo 30 do contramolde for feito de aço, para uma peça de diâmetro 2 m, para uma temperatura de 160°C, a expansão será: - aproximadamente 7,5 mm para o molde de liga de alumínio, e - aproximadamente 3,75 mm para o contramolde de aço.

[00118] Em virtude da invenção uma compactação adicional de aproximadamente 3,75 mm é obtida.

[00119] As condições de injeção relativas ao dispositivo de fabricação de acordo com a presente invenção permitem uma impregnação mais rápida do pré-formado. O período de ciclo é portanto pequeno. O que é especificamente útil, já que a impregnação da resina deve ocorrer relativamente rapidamente, ao longo de aproximadamente 20 minutos.

[00120] O dispositivo de fabricação é mais fácil de manipular. Realmente, as diferentes porções do contramolde podem facilmente ser instaladas e removidas, especificamente quando uma porção do contramolde é feita de um material composto, e como uma consequência da separação entre os contraflanges e o corpo externo. Os tempos de instalação e remoção são portanto curtos, reduzindo adicionalmente o período de ciclo.

[00121] O dispositivo de fabricação de acordo com a presente invenção aplica-se à fabricação de todas as peças feitas de material composto, estas tendo ou não um eixo geométrico rotacional.

[00122] Mais ainda, este é especificamente adequado para a produção de peças assimétricas de grande tamanho.

[00123] O meio de retenção e fixação descrito não é nenhum sentido restritivo, e todos os outros meios disponíveis para aquele versado na técnica são aplicáveis.

[00124] Mais ainda, a estrutura do dispositivo de fabricação das Figuras 3, 5 e 6 é adequada para a fabricação de uma carcaça de reator equipada com flanges; no entanto, esta carcaça pode ser modificada para fabricar, por exemplo, uma carcaça sem flanges.

[00125] O dispositivo de acordo com a invenção é também adequado para a fabricação de peças, do tipo de elementos de carroceria, e também coberturas. Neste caso, a base do molde é formada para coincidir com a forma da peça a ser fabricada, e o contramolde é aplicado no topo do pré-formado.

Claims

1. Dispositivo para fabricar peças feitas de material composto de um pré-formado (P) feito de fibras tecidas, caracterizado pelo fato de que compreende um molde rígido (16) configurado para conter o pré-formado (P), o molde (16) compreendendo um corpo cilíndrico (22) de eixo geométrico no sentido do comprimento (X) e flanges laterais (24); um contramolde (18) compreendendo um corpo cilíndrico (30) e contraflanges laterais (32), os contraflanges (32) sendo configurados para serem presos firmemente nos flanges laterais (24) do molde (16), o corpo cilíndrico (22) do molde (16) e o corpo cilíndrico (30) do contramolde (18) sendo concêntricos, o pré-formado (P) sendo destinado para ser posicionado em um espaço delimitado pelo corpo cilíndrico (22) do molde (16) e o corpo cilíndrico (30) do contramolde (18), um material do corpo (22) do molde (16) tendo um coeficiente de expansão mais alto do que aquele do corpo cilíndrico (30) do contramolde (18); um meio para injeção (36) sob pressão de uma resina dentro do dito espaço (28), e a dita pressão de injeção sendo menor do que 0,4 MPa (4 bar), e um meio capaz de produzir uma pressão de vácuo dentro do espaço (28) delimitado pelo molde (16) e o contramolde (18), em que os contraflanges (32) e os flanges (24) possuem coeficientes de expansão térmica iguais.

2. Dispositivo de fabricação de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a diferença entre os coeficientes de expansão do molde e do contramolde é menor do que ou igual (MB) a 23.10’6K'1.

3. Dispositivo de fabricação de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o contramolde (18) é feito de um material composto.

4. Dispositivo de fabricação de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o molde (16) é feito de aço ou de uma liga de alumínio.

5. Dispositivo de fabricação de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende um primeiro meio (42) de retenção para exercer uma força de retenção ao longo do eixo geométrico no sentido do comprimento (X) sobre os contraflanges (32) na direção do exterior do dispositivo, e um segundo meio (44) de retenção para exercer uma força de retenção radial sobre os contraflanges (32) alinhada com o eixo geométrico no sentido do comprimento (X).

6. Dispositivo de fabricação, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que o primeiro meio (42) de retenção inclui parafusos (26) os quais atravessam os flanges (24) e contraflanges (32) laterais.

7. Dispositivo de fabricação, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que o segundo meio (44) de retenção inclui blocos de batente (43) fornecidos nos flanges de batente e parafusos de travamento os quais são instalados nos blocos de batente (43) e pressionados contra os contraflanges (32) laterais radialmente na direção do eixo geométrico no sentido do comprimento (X).

8. Dispositivo de fabricação de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os lados do corpo (30) do contramolde (18) em contato com os contraflanges (32) estão inclinados em relação ao eixo geométrico no sentido do comprimento (X).

9. Dispositivo de fabricação de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os contraflanges (32) são em diversas porções, a superfície coincidente (50) entre duas porções de um contraflange sendo inclinada em relação ao eixo geométrico no sentido do comprimento (X).

10. Método para fabricar uma carcaça de turbomáquina através da utilização do dispositivo conforme definido na reivindicação 1, o dispositivo incluindo um molde rígido (16) configurado para conter o pré-formado (P) feito de fibras tecidas, o molde (16) compreendendo um corpo cilíndrico (22) de eixo geométrico no sentido do comprimento (X) e flanges laterais (24), um contramolde (18) compreendendo um corpo cilíndrico (30) e contraflanges laterais (32), os contraflanges (32) sendo configurados para serem presos firmemente nos flanges laterais (24) do molde (16), o corpo cilíndrico (22) do molde (16) e o corpo cilíndrico (30) do contramolde (18) sendo concêntricos, o pré-formado (P) sendo destinado para ser posicionado em um espaço delimitado pelo corpo cilíndrico (22) do molde (16) e o corpo cilíndrico (30) do contramolde (18), um material do corpo (22) do molde (16) tendo um coeficiente de expansão mais alto do que aquele do corpo cilíndrico (30) do contramolde (18), um meio para injeção (36) sob pressão de uma resina dentro do espaço (28), a pressão de injeção sendo menor do que 0,4 MPa (4 bar), e um meio capaz de produzir uma pressão de vácuo dentro do espaço (28) delimitado pelo molde (16) e o contramolde (18), o método caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de: a) fabricar um pré-formado feito de fibras tecidas, b) instalar o pré-formado sobre o molde, c) instalar o contramolde sobre o pré-formado, d) produzir uma pressão de vácuo dentro do espaço entre o molde e o contramolde, e) injetar a resina sob uma pressão menor do que 0,4 MPa (4 bar), f) aquecer o dispositivo, g) polimerizar a dita resina, h) remover o contramolde e o molde.

11. Método de fabricação de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que a etapa a) e etapa b) são simultâneas, o pré-formado sendo produzido diretamente sobre o molde.

12. Método de fabricação de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que compreende ainda após a etapa c) instalar o contramolde sobre o pré-formado, aplicar de forças de retenção entre o molde e o contramolde.

13. Método de fabricação de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que as forças de retenção compreendem forças axiais sobre os contraflanges ao longo do eixo geométrico no sentido do comprimento na direção do exterior, e forças radiais sobre os contraflanges na direção do interior.

14. Método de fabricação de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que, após a polimerização, as forças de retenção são afrouxadas, e onde o contramolde e o molde são deixados na posição.