BR112013023463B1 - processo para manufatura de uma peça metálica axissimétrica de uma peça de estruturas fibrosas compósitas - Google Patents
processo para manufatura de uma peça metálica axissimétrica de uma peça de estruturas fibrosas compósitas Download PDFInfo
- Publication number
- BR112013023463B1 BR112013023463B1 BR112013023463A BR112013023463A BR112013023463B1 BR 112013023463 B1 BR112013023463 B1 BR 112013023463B1 BR 112013023463 A BR112013023463 A BR 112013023463A BR 112013023463 A BR112013023463 A BR 112013023463A BR 112013023463 B1 BR112013023463 B1 BR 112013023463B1
- Authority
- BR
- Brazil
- Prior art keywords
- fibrous structure
- mandrel
- fibers
- internal
- layer
- Prior art date
Links
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F7/00—Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression
- B22F7/02—Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression of composite layers
- B22F7/04—Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression of composite layers with one or more layers not made from powder, e.g. made from solid metal
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
- B22F3/002—Manufacture of articles essentially made from metallic fibres
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
- B22F3/12—Both compacting and sintering
- B22F3/14—Both compacting and sintering simultaneously
- B22F3/15—Hot isostatic pressing
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C47/00—Making alloys containing metallic or non-metallic fibres or filaments
- C22C47/02—Pretreatment of the fibres or filaments
- C22C47/04—Pretreatment of the fibres or filaments by coating, e.g. with a protective or activated covering
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C47/00—Making alloys containing metallic or non-metallic fibres or filaments
- C22C47/02—Pretreatment of the fibres or filaments
- C22C47/06—Pretreatment of the fibres or filaments by forming the fibres or filaments into a preformed structure, e.g. using a temporary binder to form a mat-like element
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C47/00—Making alloys containing metallic or non-metallic fibres or filaments
- C22C47/02—Pretreatment of the fibres or filaments
- C22C47/06—Pretreatment of the fibres or filaments by forming the fibres or filaments into a preformed structure, e.g. using a temporary binder to form a mat-like element
- C22C47/062—Pretreatment of the fibres or filaments by forming the fibres or filaments into a preformed structure, e.g. using a temporary binder to form a mat-like element from wires or filaments only
- C22C47/064—Winding wires
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
- Y10T29/00—Metal working
- Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
- Y10T29/4998—Combined manufacture including applying or shaping of fluent material
- Y10T29/49988—Metal casting
- Y10T29/49989—Followed by cutting or removing material
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)
- Laminated Bodies (AREA)
- Moulding By Coating Moulds (AREA)
- Yarns And Mechanical Finishing Of Yarns Or Ropes (AREA)
- Powder Metallurgy (AREA)
- Woven Fabrics (AREA)
Description
“PROCESSO PARA MANUFATURA DE UMA PEÇA METÁLICA AXISSIMÉTRICA DE UMA PEÇA DE ESTRUTURAS FIBROSAS COMPÓSITAS” [0001] A presente invenção refere-se a um método para manufaturar uma peça metálica rotacionalmente simétrica integral de estruturas fibrosas compósitas na forma de fibras, sobreposições de fibra tecidos de fibra e similares, revestidos com metal.
[0002] A importância dos materiais compósitos da produção parcial ou total de peças ter emergido nos últimos anos, em muitos campos técnicos, notavelmente aeronáuticos, espacial, militar, de automóveis etc., em razão da otimização da resistência de tais materiais para peso e massa mínimos. Como um lembrete, uma tal estrutura compreende fibras compósitas metálicas, compostas de uma matriz de liga metálica, por exemplo, liga de titânio Ti, dentro da qual estendem-se fibras, por exemplo, fibras cerâmicas de carbeto de silício SiC. Tais fibras exibem uma resistência à tração muito maior do que aquela do titânio (tipicamente, 4000 MPa, em comparação com 1000 MPa). São, portanto, as fibras que absorvem as forças, a matriz de liga metálica atuando como um aglutinante para a peça e provendo proteção e isolamento para as fibras, que não devem entrar em contato entre si. Além disso, as fibras cerâmicas são resistentes a erosão, porém necessariamente têm que ser reforçadas com metal.
[0003] Estes materiais compósitos podem ser usados para produzir peças de turbina a gás anulares, rotacionalmente simétricas para aviões ou outras aplicações industriais, tais como anéis, eixos, corpos cilíndricos, cárteres, espaçadores, reforços de peça monolítica, tais como pás etc.
[0004] Os métodos conhecidos para manufaturar tais peças rotacionalmente simétricas integrais, consistem em sobrepor, em torno de um mandril cilíndrico rotativo, sucessivas estruturas fibrosas (fibras, sobreposição de fibra ou tecido de fibra) e então arranjar as estruturas fibrosas compósitas, enroladas e removidas do mandril, em um equipamento de recepção, para elas serem tratadas termicamente e finalmente obter-se a peça rotacionalmente simétrica feita de material compósito.
[0005] Para a peça rotacionalmente simétrica ser particularmente rígida e
Petição 870180125418, de 03/09/2018, pág. 10/23
2/11 suportar forças em diferentes direções, notavelmente forças torcionais, uma das estruturas fibrosas superpostas é orientada em uma primeira direção de enrolamento relativa ao eixo geométrico longitudinal do mandril, em seguida a outra estrutura fibrosa é enrolada na precedente em uma segunda direção de enrolamento, diferente da primeira, a fim de obterem-se duas estruturas fibrosas compósitas, que têm direções de enrolamento cruzadas.
[0006] Entretanto, foi observado que o cruzamento através das fibras compósitas cerâmicas revestidas com metal das duas estruturas fibrosas superpostas uma no topo da outra poderia criar excessivas tensões locais, que ocorrem durante o esfriamento da peça, após a deformação do revestimento metálico fino das fibras das estruturas. Estas tensões em excesso drasticamente reduzem as características mecânicas da peça.
[0007] O objetivo da presente invenção é remediar estas desvantagens.
[0008] Para este fim, o método de manufatura de uma peça rotacionalmente simétrica integral por superposição, em torno de um mandril cilíndrico rotativo, de pelo menos duas estruturas fibrosas compósitas revestidas com metal, respectivamente interna e externa, enroladas em uma primeira e uma segunda direções cruzadas sobre dito mandril, é digno de nota pelo fato de que consiste de:
- arranjar, em torno da estrutura fibrosa interna, construída sobre o mandril na primeira direção de enrolamento, pelo menos uma camada de fio metálico,
- enrolar, sobre dita camada de fio metálico, a estrutura fibrosa externa na segunda direção de enrolamento,
- colocar a preforma de dita peça, formada pelas estruturas fibrosas e a camada de fio metálico, em um equipamento de recebimento, para aplicar à preforma uma compactação isostática quente ou tratamento de forjamento isotérmico, e
- extrair a preforma tratada do equipamento e, se apropriado, usinar a preforma tratada para obter dita peça.
[0009] Assim, em virtude da invenção, a camada de fio metálico serve como
Petição 870180125418, de 03/09/2018, pág. 11/23
3/11 interface entre as estruturas fibrosas superpostas e cruzadas e aumenta a espessura entre as estruturas, de modo que as tensões em excesso, entre as fibras compósitas das estruturas, não mais ocorrem.
[0010] Vantajosamente, o fio metálico é obtido, por exemplo, por estiramento de fio e é da mesma natureza que o metal das estruturas fibrosas compósitas, de modo que é obtida, após passagem através do equipamento, uma camada metálica intermediária e uniforme, que tem uma apropriada espessura entre as fibras das estruturas. Entretanto, o fio poderia ser obtido de outro modo que não por estiramento de fio. Um “fio metálico” deve ser entendido significar igualmente o mesmo fio contínuo e uma pluralidade de fios colocados extremidade com extremidade. O fio metálico pode também ser individual ou tomar a forma de uma superposição ou uma faixa de uma pluralidade de fios paralelos ou entrelaçados, um cabo, uma estrutura de fios unidirecionais etc. sem desvio do sistema da invenção.
[0011] Preferivelmente, as camadas de enrolamento superpostas do fio metálico e das estruturas fibrosas são produzidas frias, em temperatura ambiente, o que não requer qualquer instalação complexa para a implementação das etapas pertinentes do método.
[0012] Além disso, o fio metálico é enrolado substancialmente ortogonalmente ao eixo geométrico longitudinal do mandril cilíndrico rotativo, para formar a camada de voltas contíguas.
[0013] Para isolar e proteger a estrutura fibrosa interna do lado externo, pelo menos uma camada de fio metálico, em que a estrutura fibrosa interna é subsequentemente enrolada, pode ser arranjada em torno de dito mandril cilíndrico, antes da colocação da estrutura fibrosa interna.
[0014] Para a mesma finalidade, pelo menos uma camada de fio metálico pode ser arranjada em torno da estrutura fibrosa externa, de modo que a peça obtida tenha, sobre a superfície, uma espessura de camadas metálicas externa e interna.
[0015] De acordo com uma forma de realização exemplar, a primeira direção de enrolamento da estrutura fibrosa interna é orientada em um ângulo relativo ao eixo geométrico longitudinal do mandril cilíndrico, a segunda direção de enrolamento da
Petição 870180125418, de 03/09/2018, pág. 12/23
4/11 estrutura fibrosa externa então sendo orientada simetricamente à primeira relativa a uma direção radial do mandril, em ângulo reto com seu eixo geométrico longitudinal. Quanto à faixa de valores, se a direção de enrolamento da estrutura fibrosa interna for entre 30° - 60° em relação ao eixo geométrico longitudinal do mandril, a direção de enrolamento da estrutura externa será entre 30° - 60° + Π/2.
[0016] Neste exemplo, as estruturas fibrosas interna e eterna podem ser na forma de fibras individuais e paralelas enroladas em sucessão em torno do mandril ou na forma de sobreposições ou tiras de fibras paralelas, ou na forma de tecidos de fibras paralelas, ditas estruturas sendo arranjadas cruzadas sobre o mandril.
[0017] De acordo com outra forma de realização exemplar, a primeira direçáo de enrolamento da estrutura fibrosa interna é paralela ao eixo geométrico longitudinal do mandril cilíndrico, a segunda direçáo de enrolamento da estrutura fibrosa externa entáo sendo orientada em um ângulo relativo ao eixo geométrico longitudinal do mandril.
[0018] Neste exemplo, a estrutura fibrosa interna pode ser na forma de um tecido de fibras mutuamente paralelas, enroladas em torno do mandril cilíndrico, paralelas a seu eixo geométrico longitudinal, a estrutura fibrosa externa sendo capaz de ser qualquer estrutura, porém, obviamente, com as fibras orientadas em um ângulo relativo àquelas da estrutura interna, que sáo paralelas ao mandril.
[0019] Além disso, os fios metálicos usados podem ter diferentes diâmetros, e as camadas com uma pluralidade de enrolamentos sobrepostos destes fios podem ser providas em alternaçáo com as estruturas fibrosas sobrepostas, o número das quais podendo ser maior do que dois.
[0020] As Figuras do desenho anexo daráo um entendimento claro quanto a como a invenção pode ser produzida. Nestas figuras, referências idênticas designam elementos similares.
[0021] As Figuras 1, 2, 3, 4A, 4B, 4C1, 4C2, 5, 6A, 6B e 7 mostram esquematicamente as etapas principais do método de acordo com a presente invenção, para manufatura de uma peça integral rotacionalmente simétrica das estruturas fibrosas compósitas, figuras 4A, 4B, 4C1 e 4C2, apresentando várias
Petição 870180125418, de 03/09/2018, pág. 13/23
5/11 estruturas fibrosas externas possíveis, usadas após a etapa de método ilustrada na figura 3, enquanto as figuras 6A e 6B esquematicamente representam equipamentos de tratamento para obter a peça.
[0022] O objetivo do método é manufaturar uma peça anular integral rotacionalmente simétrica 1, ilustrada na figura 7, unicamente de elementos alongados na forma de fios, fibras ou similares, como será visto a seguir.
[0023] Para isto, o método consiste na utilização de um mandril cilíndrico rotativo 2 de eixo geométrico longitudinal X e, antes de mais nada, enrolando-se, em torno de sua superfície lateral 3, em uma primeira etapa ilustrada na figura 1, pelo menos um fio metálico 4. Dada a aplicação da peça 1 no campo aeronáutico, o fio metálico 4 é produzido notavelmente em uma liga de titânio do tipo TA6V ou 6242, para prover resistência termo-mecânica e leveza e é obtido, neste exemplo não-limitante, por estiramento de fio, a fim de ser capaz ser disponível em forma de bobina ou carretei, de que o fio é estirado.
[0024] Dimensionalmente, seu diâmetro depende da peça a ser obtida e pode, por exemplo, ser da ordem de algumas dezenas de milímetro.
[0025] No exemplo ilustrado na figura 1, o fio metálico estirado 4 é retirado de uma bobina, que não é representada, e é conduzido substancialmente perpendicular ao eixo geométrico X, em torno da superfície lateral 3 do mandril cilíndrico 2, através de uma predeterminada extensão, correspondendo ao comprimento que é para ser obtido após manufatura, para a peça rotacionalmente simétrica 1, assim formando uma pluralidade de voltas contíguas 5, e através de uma pluralidade de camadas superpostas 6.
[0026] A Figura 2 mostra as três camadas 6 formadas pelos enrolamentos de voltas contíguas 5 do mesmo fio metálico 4 em torno do mandril. Seria também possível utilizar um fio metálico 4’, tal como aquele mostrado em seção transversal na figura 1, com um diferente diâmetro, neste caso menor do que o diâmetro do fio metálico 4. Isto é para mostrar que é possível enrolar fios metálicos que têm diâmetros distintos.
[0027] O método continua com uma segunda etapa mostrada na figura 2 e
Petição 870180125418, de 03/09/2018, pág. 14/23
6/11 consistindo em arranjar uma estrutura fibrosa compósita 7 em torno do fio metálico estirado 4.
[0028] Neste exemplo, a estrutura fibrosa compósita 7 toma a forma de um tecido 8 de fibras 9 unidas entre si em paralelo e feitas de cerâmica (SiC) ou de um material similar, revestidas com metal. O último e o metal do fio estirado são de natureza idêntica (como um exemplo, de liga de titânio do tipo TA6V ou 6242) para otimizar a subsequente etapa do método concernente à compactação isostática quente ou operação de forjamento isotérmico. O tecido 8 da estrutura fibrosa 7, qualificado como interno, uma vez é virado em direção ao mandril, é enrolado em torno do fio metálico 4, de modo que as fibras 9 são arranjadas paralelas ao eixo geométrico longitudinal X do mandril 2 (com um ângulo helicoidal zero), assim definindo uma primeira direção D1 de orientação das fibras do tecido 8.
[0029] Como a figura 2 mostra, uma única camada 10 do tecido 8 é formada em torno do fio 4. Obviamente, um enrolamento de uma pluralidade de camadas 10 poderia ser provido do mesmo tecido, mesmo de um ou mais de outros tecidos distintos enrolados concentricamente, Em seguida, de acordo com uma terceira etapa do método ilustrado à luz da figura 3, um fio metálico estirado 11, que se origina de uma bobina que não é representada e que é alimentada substancialmente ortogonal ao eixo geométrico longitudinal X do mandril cilíndrico rotativo 2, é arranjado em torno do tecido 8 da estrutura fibrosa compósita interna 7.
[0030] O fio metálico 11 forma uma única camada 12 de voltas contíguas 13 em torno do tecido 8. Um enrolamento de uma pluralidade de camadas é mais uma vez possível, dependente do diâmetro do fio usado e da separação a ser provida entre a estrutura fibrosa compósita interna 7 e uma então estrutura fibrosa compósita externa 14 a ser sobreposta como será visto abaixo.
[0031] O fio metálico estirado 11 pode ser o mesmo (diâmetro, natureza) que aquele usado para formar as camadas 6 do mandril 2 e originar-se da mesma bobina. Entretanto, poderia também ter um diferente diâmetro.
[0032] Em virtude da colocação, como estrutura fibrosa interna 7, de um tecido 8 com fibras cerâmicas 9 paralelas ao eixo geométrico longitudinal do mandril 2,
Petição 870180125418, de 03/09/2018, pág. 15/23
7/11 numerosas possibilidades podem ser imaginadas com respeito à estrutura fibrosa externa 14 para produzir, neste estágio, uma preforma E da peça integral a ser obtida 1, e estas possibilidades são mostradas nas figuras 4A, 4B, 4C1 e 4C2.
[0033] Como a figura 4A mostra, a estrutura fibrosa externa 14 é composta de fibras compósitas cerâmicas 15, revestidas com metal, que podem ou não ser idênticas às fibras precedentes. Estas fibras 15 são enroladas em sucessão em torno das voltas 13 da camada 12 do fio metálico intermediário 11, que é localizado, de acordo com a invenção, entre as duas estruturas fibrosas 7 e 14. As fibras 15 são contíguas e orientadas em uma segunda direção D2 relativa ao eixo geométrico X do mandril 2, formando um ângulo helicoidal A relativo a ele. Assim, as fibras enroladas 15 e as fibras 9 do tecido 8 têm diferentes respectivas direções de orientação D1 e D2, que são cruzadas para permitir a produção de peças rotacionalmente simétricas, rígidas, integrais e compósitas. Algumas das fibras 15 são somente parcialmente representadas.
[0034] O número de fibras enroladas 15 é variável e é função do ângulo helicoidal A a ser dado, que é, por exemplo, da ordem de 30° a 60°, e do diâmetro das fibras. Uma única camada 16 das fibras 15 é feita em torno do fio metálico 11. Entretanto, uma pluralidade de camadas pode ser contemplada.
[0035] Assim, neste estágio do método de manufatura, as duas estruturas fibrosas interna 7 e externa 14 não ficam em contato direto entre si, sendo separadas pela camada de enrolamento do fio metálico estirado intermediário 11 servindo como interface, a fim de eliminar qualquer tensão excessiva que pudesse ocorrer entre elas durante o esfriamento da preforma E formada pelas estruturas e os fios metálicos.
[0036] Em vez das fibras compósitas individuais 15, a estrutura fibrosa externa 14 pode ser composta de um sucessivo enrolamento de coberturas ou tiras 17, cada uma composta de fibras compósitas paralelas 18 (seis neste exemplo), isto é, tendo um núcleo feito de cerâmica ou de um material similar revestido com metal, preferivelmente idêntico ao fio estirado 11. Para manter as fibras 18 de uma cobertura 17 mutuamente paralelas, fios de tecedura metálicos transversais 19, de
Petição 870180125418, de 03/09/2018, pág. 16/23
8/11 natureza idêntica à do fio estirado, são providos em intervalos regulares. Aqui, novamente, o número de sobreposições 17, para cobrir a camada 12 do fio metálico intermediário 11, é dependente da largura da sobreposição e de seu ângulo helicoidal A relativo ao eixo geométrico de enrolamento X do mandril cilíndrico rotativo 2. O ângulo helicoidal A das sobreposições define a segunda direção D2 da estrutura fibrosa externa 14, atravessando a direção D1 da estrutura fibrosa interna 7. Pode ser visto, na figura 4B, que duas sobreposições idênticas sucessivas 17 são usadas para formar uma única camada 20 da estrutura fibrosa externa 14. Mais do que uma camada 20 poderia, obviamente, ser contemplada. É óbvio que a estrutura fibrosa externa 14 cobre toda a camada de fio metálico 11.
[0037] De acordo com outro projeto mostrado nas figuras 4C1 e 4C2, a estrutura fibrosa externa 14 toma a forma de um tecido 21 com fibras compósitas metálicas 22, montadas juntas em paralelo.
[0038] No exemplo da figura 4C1, as fibras 22 são orientadas obliquamente em relação aos lados perpendiculares 23, 24 do tecido 21 na forma de uma tira retangular. Desta maneira, quando o tecido 21 é oferecido por seu correspondente lado 23 (lado pequeno) paralelo ao eixo geométrico longitudinal X do mandril cilíndrico 2, ele é enrolado, pela rotação do último, sobre a camada 12 do fio estirado intermediário 11 e estas fibras compósitas paralelas oblíquas 22 formam o desejado ângulo helicoidal A definindo a segunda direção D2 da estrutura fibrosa externa 14, atravessada com a primeira direção D1 da estrutura fibrosa interna 7. A dimensão do tecido 21 é suficiente para cobrir toda a camada do fio estirado. Uma camada 25 (ou uma pluralidade de camadas, se necessário) de tecido 21 é assim enrolada sobre o fio estirado intermediário 11.
[0039] No exemplo da figura 4C2, as fibras 22 são paralelas ao lado 23 do tecido 21 a ser enrolado e são ligadas juntas pelos fios 27. Também, para ter-se uma direção de orientação D2 das fibras que é diferente daquela de D1 da estrutura interna, o próprio tecido 21 é oferecido obliquamente por um de seus cantos 26 relativos ao mandril cilíndrico rotativo 2, a fim de formar o desejado ângulo helicoidal A. Assim, as fibras paralelas 22 do tecido 21 são enroladas em torno da camada 12
Petição 870180125418, de 03/09/2018, pág. 17/23
9/11 do fio metálico estirado intermediário 11 na segunda direção desejada D2, atravessadas com a primeira direção D1 da estrutura fibrosa interna 7, paralela ao eixo geométrico X do mandril cilíndrico 2. A dimensão do tecido 21 é de modo que torne possível cobrir toda a camada 12 do fio estirado pelo enrolamento de dito tecido sobre uma ou mais camadas 25.
[0040] Assim, quaisquer que sejam as soluções mantidas, as duas estruturas fibrosas 7 e 14 têm direções D1, D2 que são atravessadas e são separadas entre si por pelo menos uma camada 12 de voltas contíguas 13 do fio metálico 11 atuando como interface, de acordo com a invenção. Quanto às sucessivas camadas compondo as duas estruturas fibrosas 7 e 14, suas fibras são sempre paralelas de uma camada para outra com uma orientação D1 ou D2.
[0041] Neste estágio, como a figura 5 mostra, uma etapa subsequente do método consiste em enrolar, sobre a estrutura fibrosa externa 14, pelo menos uma camada 28 de fio metálico estirado 29, que pode ser tirado do mesmo carretei de alimentação, como anteriormente. Assim, um enrolamento com voltas contíguas 30 do fio 29, realizadas substancialmente ortogonais ao eixo geométrico X do mandril cilíndrico 2, é obtido (como um lembrete, fio e/ou tecido de fios metálicos).
[0042] Obviamente, antes desta etapa subsequente, outras estruturas fibrosas superpostas poderíam ser arranjadas, tomando-se cuidado em alternar entre elas, de acordo com a invenção, camadas intermediárias de fio metálico.
[0043] Uma preforma E da peça rotacionalmente simétrica a ser produzida é obtida, que é construída somente de fios metálicos estirados 4, 11, 29 e estruturas interna e externa 7, 14 com fibras compósitas em individuais, sobreposição, tecido ou outra forma.
[0044] Em seguida, como a figura 6 mostra, a preforma E é transferida para um equipamento de compactação 31, esquematicamente representado, em que a etapa de compressão isostática quente (CIC) é realizada em uma prensa isotérmica ou em um autoclave (a escolha dependendo, em particular, do número de peças a ser produzido).
[0045] Entretanto, antes de sua transferência, pode haver uma etapa de ligar ou
Petição 870180125418, de 03/09/2018, pág. 18/23
10/11 prender os enrolamentos do fio metálico, para assegurar a coesão de todas as camadas superpostas de voltas, durante a transferência para a estação de compactação. Para isto, uma etapa de soldagem pode ser realizada, por exemplo, uma soldagem por pontos elétrica, nos enrolamentos das voltas internas e externas visíveis. Em vez da soldagem, lâmina ou folha metálica, não representada, poderia ser arranjada para reter em posição os enrolamentos da preforma E, soldados ou não. Os últimos, se feitos de um material compatível, podem ser envolvidos na manufatura da peça.
[0046] Após a preforma E ter sido transferida e colocada no equipamento de prensa de vácuo 31, figura 6A, mais particularmente em um receptáculo cilíndrico aberto 32 da prensa, cujo volume de recepção, definido por suas paredes 33, corresponde àquele da peça a ser obtida, o receptáculo é fechado por uma cobertura 34 de um formato complementando a abertura do receptáculo e da face transversal da preforma E faceando-o.
[0047] Sob a ação da compressão exercida pelas placas da prensa simbolizada pelas setas F do equipamento, e em uma apropriada elevada temperatura, o metal idêntico dos fios estirados 4, 11, 29 e da cobertura das fibras compósitas das estruturas 7, 14 torna-se pastoso, eliminando todos os espaços vazios entre as voltas comprimidas e, finalmente, densificando a peça sendo obtida pelo deslocamento da cobertura em relação ao receptáculo, sem atuar sobre as matrizes de carbeto de silício das fibras.
[0048] Na variante representada na figura 6B do equipamento de autoclave 31, o receptáculo 32 e a cobertura 34 com a preforma E dentro são colocados em um receptáculo deformável 36 feito de aço doce, que é então introduzido dentro da autoclave do equipamento 31. Como um exemplo, esta autoclave é elevada a uma pressão isostática de 1000 bar e uma temperatura de 940 °C (para TA6V), de modo que todo o receptáculo 36 é deformado, setas F1, por contração através da evacuação do ar expelido através do furo 37 e comprimido contra o receptáculo 32 e a cobertura 34 que, por sua vez, comprime, sob uma pressão uniforme, os enrolamentos de fios e fibras até o metal de que eles são feitos (soldagem por
Petição 870180125418, de 03/09/2018, pág. 19/23
11/11 difusão) deformarem-se, como anteriormente.
[0049] Assim, após o tratamento CIC, o esfriamento e remoção do receptáculo terem parado, a peça rotacionalmente simétrica integral compósita 1 é obtida, representada na figura 7, que é feita de liga de titânio do tipo TA6V ou 6242, com, em seu núcleo, as matrizes cerâmicas (carbeto de silício, por exemplo) das fibras 9 - 15 ou 18 ou 22 formando inserções de reforço cruzadas, porém separadas pela camada metálica derivada do fio intermediário, e cujas espessuras é de modo a evitar a aparência de tensão entre as fibras cerâmicas cruzadas, sobrepostas. A peça 1 pode obviamente ser submetida a operações de usinagem, após o tratamento CIC.
[0050] Obviamente, a direção de orientação das fibras da estrutura interna poderia ser diferente daquela descrita acima (paralela ao eixo geométrico do mandril), da mesma maneira que a escolha de um tecido como estrutura fibrosa não é de forma alguma obrigatória, qualquer outra escolha sendo capaz de ser considerada. O mesmo aplica-se para a estrutura fibrosa externa. Deve também ser especificado que as etapas de enrolamento dos fios e das estruturas fibrosas são realizadas em temperatura ambiente, sem ter-se que usar uma instalação complexa. [0051] Como exemplos, as fibras compósitas revestidas podem ser, além de SiC/Ti como descrito acima, feitas de SiC/AI, SiC/SiC, SiC/B etc....
[0052] Dimensionalmente, o raio mínimo do mandril é uma função do diâmetro do fio metálico e deve ser maior do que o último. O comprimento da peça, para sua peça, pode alcançar diversos metros, se necessário.
Claims (10)
1. Método para manufaturar uma peça rotacionalmente simétrica integral por superposição, em torno de um mandril cilíndrico rotativo (2), de pelo menos duas estruturas fibrosas compósitas revestidas de metal, respectivamente interna (7) e externa (14), enroladas em primeira e segunda direções de enrolamento cruzadas em dito mandril, dito método caracterizado pelo fato de que compreende:
- enrolar a estrutura fibrosa interna (7) em torno do mandril, fibras da estrutura fibrosa interna (7) sendo arranjadas na primeira direção de enrolamento;
- arranjar uma primeira camada de fio metálico (11) em torno da estrutura fibrosa interna construída no mandril;
- enrolar a estrutura fibrosa externa (14) em torno da primeira camada de fio (11) de modo que a primeira camada de fio metálico (11) esteja arranjada entre a estrutura fibrosa interna e a estrutura fibrosa externa, fibras da estrutura fibrosa externa sendo arranjadas na segunda direção de enrolamento (D2), diferente da primeira direção de enrolamento;
- colocar a preforma (E) de dita peça, formada pelas estruturas fibrosas (7, 14) e a camada de fio metálico (11), em um equipamento de recepção (31);
- aplicar um tratamento de compactação isostática a quente ou de forjamento isotérmico à preforma (E) colocada no equipamento de recepção (13), e
- extrair uma preforma (E) tratada do equipamento.
2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o fio metálico (11) é obtido por estiramento de fio.
3. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que as camadas de enrolamento sobrepostas do fio metálico (11) e das estruturas fibrosas (7, 14) são feitas a frio, em temperatura ambiente.
4. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que a camada (12) de fio metálico (11) é enrolada substancialmente ortogonal ao eixo geométrico longitudinal do mandril cilíndrico rotativo (2).
Petição 870180125418, de 03/09/2018, pág. 21/23
2/2
5. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que pelo menos uma camada de fio metálico (4), sobre a qual a estrutura fibrosa interna (7) é subsequentemente enrolada, é arranjada em torno de dito mandril cilíndrico (2), antes do enrolamento.
6. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que pelo menos uma camada de fio metálico (29) é arranjada em torno da estrutura fibrosa externa (14).
7. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que a primeira direção de enrolamento (D1) da estrutura fibrosa interna (7) é orientada em um ângulo relativo ao eixo geométrico longitudinal (X) do mandril cilíndrico (2), a segunda direção de enrolamento (D2) da estrutura fibrosa externa (14) sendo orientada simetricamente à primeira em relação a uma direção em ângulos retos ao eixo geométrico longitudinal do mandril.
8. Método de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que as estruturas fibrosas interna (7) e externa (14) são na forma de fibras individuais e paralelas (15) enroladas em sucessão em torno do mandril, ou na forma de sobreposições ou tiras (17) de fibras paralelas, ou na forma de tecidos (21) de fibras paralelas, ditas estruturas sendo arranjadas cruzadas sobre o mandril.
9. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que a primeira direção de enrolamento (D1) da estrutura fibrosa interna (7) é paralela ao eixo geométrico longitudinal (X) do mandril cilíndrico (2), a segunda direção de enrolamento (D2) da estrutura fibrosa externa (14) sendo orientada em um ângulo relativo ao eixo geométrico longitudinal do mandril.
10. Método de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que a estrutura fibrosa interna (7) é na forma de um tecido de fibras mutuamente paralelas, enroladas em torno do mandril cilíndrico (2), paralelas a seu eixo geométrico longitudinal, a estrutura fibrosa externa (14) tendo as fibras orientadas em um ângulo relativo àquelas da estrutura interna, que são paralelas ao mandril.
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FR1152129A FR2972661B1 (fr) | 2011-03-15 | 2011-03-15 | Procede pour fabriquer une piece metallique de revolution monobloc a partir de structures fibreuses composites |
PCT/FR2012/050550 WO2012123686A1 (fr) | 2011-03-15 | 2012-03-15 | Procede pour fabriquer une piece metallique de revolution monobloc a partir de structures fibreuses composites |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
BR112013023463A2 BR112013023463A2 (pt) | 2017-08-08 |
BR112013023463B1 true BR112013023463B1 (pt) | 2019-01-02 |
BR112013023463B8 BR112013023463B8 (pt) | 2019-10-08 |
Family
ID=44343260
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
BR112013023463A BR112013023463B8 (pt) | 2011-03-15 | 2012-03-15 | processo para manufatura de uma peça metálica axissimétrica de uma peça de estruturas fibrosas compósitas |
Country Status (8)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US9321106B2 (pt) |
EP (1) | EP2686123B1 (pt) |
CN (1) | CN103459067B (pt) |
BR (1) | BR112013023463B8 (pt) |
CA (1) | CA2829012C (pt) |
FR (1) | FR2972661B1 (pt) |
RU (1) | RU2584106C2 (pt) |
WO (1) | WO2012123686A1 (pt) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2970715B1 (fr) * | 2011-01-21 | 2014-10-17 | Snecma | Structure fibreuse tissee multicouches ayant une partie tubulaire creuse, procede de fabrication et piece composite la comportant |
RU2542221C2 (ru) * | 2013-06-25 | 2015-02-20 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" | Способ получения цилиндрической заготовки в виде прутка из металлического армированного композиционного материала |
Family Cites Families (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH06256869A (ja) * | 1993-03-02 | 1994-09-13 | Fuji Heavy Ind Ltd | 繊維強化金属製円筒製品 |
US5762843A (en) * | 1994-12-23 | 1998-06-09 | Kennametal Inc. | Method of making composite cermet articles |
EP1099774B1 (en) * | 1999-11-04 | 2006-04-05 | AVIO S.p.A. | Method of producing an element of composite material |
GB0119636D0 (en) * | 2001-08-11 | 2001-10-03 | Rolls Royce Plc | a method of manufacturing a fibre reinforced metal component |
RU2215816C2 (ru) * | 2001-12-26 | 2003-11-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" | Способ получения композиционного материала на основе интерметаллида титана и изделие, полученное этим способом |
FR2886181B1 (fr) * | 2005-05-27 | 2008-12-26 | Snecma Moteurs Sa | Procede de fabrication d'une piece tubulaire avec un insert en materiau composite a matrice metallique |
FR2913053B1 (fr) * | 2007-02-23 | 2009-05-22 | Snecma Sa | Procede de fabrication d'un carter de turbine a gaz en materiau composite et carter ainsi obtenu |
FR2925895B1 (fr) * | 2007-12-28 | 2010-02-05 | Messier Dowty Sa | Procede de fabrication d'une piece metallique renforcee de fibres ceramiques |
-
2011
- 2011-03-15 FR FR1152129A patent/FR2972661B1/fr active Active
-
2012
- 2012-03-15 EP EP12714793.2A patent/EP2686123B1/fr active Active
- 2012-03-15 RU RU2013142130/02A patent/RU2584106C2/ru active
- 2012-03-15 US US14/004,555 patent/US9321106B2/en active Active
- 2012-03-15 CA CA2829012A patent/CA2829012C/fr active Active
- 2012-03-15 BR BR112013023463A patent/BR112013023463B8/pt active IP Right Grant
- 2012-03-15 WO PCT/FR2012/050550 patent/WO2012123686A1/fr active Application Filing
- 2012-03-15 CN CN201280013001.9A patent/CN103459067B/zh active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN103459067A (zh) | 2013-12-18 |
FR2972661A1 (fr) | 2012-09-21 |
FR2972661B1 (fr) | 2013-04-12 |
EP2686123B1 (fr) | 2017-11-01 |
CA2829012C (fr) | 2018-10-16 |
RU2584106C2 (ru) | 2016-05-20 |
US20130340241A1 (en) | 2013-12-26 |
WO2012123686A1 (fr) | 2012-09-20 |
CN103459067B (zh) | 2016-10-12 |
US9321106B2 (en) | 2016-04-26 |
EP2686123A1 (fr) | 2014-01-22 |
CA2829012A1 (fr) | 2012-09-20 |
RU2013142130A (ru) | 2015-04-20 |
BR112013023463A2 (pt) | 2017-08-08 |
BR112013023463B8 (pt) | 2019-10-08 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10730246B2 (en) | Fiber-reinforced member and method for manufacturing same | |
WO2014065281A1 (ja) | 円筒状ケース及び円筒状ケースの製造方法 | |
US10272619B2 (en) | Manufacture of a resin infused one-piece composite truss structure | |
RU2020128441A (ru) | Многослойная композитная система покрытия топлива с высокотемпературной герметичностью и устойчивостью к нештатным ситуациям | |
RU2490355C2 (ru) | Механическая деталь, содержащая вставку из композитного материала | |
US9150948B2 (en) | Method for manufacturing an integral rotationally symmetrical metal part including a reinforcement consisting of ceramic fibers | |
US10184767B2 (en) | Method for forming fragment wrap of a fragmentation structure | |
CN105127428A (zh) | 一种SiC纤维变角度增强Ti基复合材料管轴件及其制备方法 | |
US10315367B2 (en) | Support tooling for winding a fiber texture, a method of fabricating a fiber texture, and a method of fabricating a fiber preform for a body of revolution | |
BR112013023463B1 (pt) | processo para manufatura de uma peça metálica axissimétrica de uma peça de estruturas fibrosas compósitas | |
JP2013142217A (ja) | 繊維複合材料アセンブリおよび繊維複合材料アセンブリを製造する方法 | |
US9199331B2 (en) | Method for fabricating a single-piece part for a turbine engine by diffusion bonding | |
EP1438155B1 (en) | Method for controlling composite preform elements during processing | |
BR112012014056A2 (pt) | método para fabricar uma inserção reta feita de material composto com matriz de metal. | |
JP3241417B2 (ja) | 円筒形金属系複合材料の製造方法 | |
JP2011009621A (ja) | 超電導コイルおよびその製造方法 | |
JP2009154476A (ja) | 繊維集積ロッドと、その製造方法 | |
US20170002767A1 (en) | Regenerator for a thermal cycle engine | |
BG111126A (bg) | Метод за създаване на предварително напрегнати навити от нишки или ленти супермаховици |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
B07A | Technical examination (opinion): publication of technical examination (opinion) | ||
B09A | Decision: intention to grant | ||
B16A | Patent or certificate of addition of invention granted |
Free format text: PRAZO DE VALIDADE: 20 (VINTE) ANOS CONTADOS A PARTIR DE 15/03/2012, OBSERVADAS AS CONDICOES LEGAIS. |
|
B16C | Correction of notification of the grant |
Free format text: PRAZO DE VALIDADE: 20 (VINTE) ANOS CONTADOS A PARTIR DE 15/03/2012, OBSERVADAS AS CONDICOES LEGAIS. (CO) REFERENTE A RPI 2504 DE 02/01/2019, QUANTO AO ITEM (73) ENDERECO DO TITULAR. |