BR112014002549B1

BR112014002549B1 - dispositivo para auxiliar no corte de uma camada de textura fibrosa enrolada em um mandril de impregnação de uma máquina de enrolamento e máquina de enrolamento de uma textura fibrosa em um mandril de impregnação

Info

Publication number: BR112014002549B1
Application number: BR112014002549-5A
Authority: BR
Inventors: Richard MATHON; Antoine Phelippeau; Micah Gummel
Original assignee: Snecma
Priority date: 2011-08-04
Filing date: 2012-07-31
Publication date: 2021-03-09
Also published as: US20140202300A1; RU2606681C2; BR112014002549A2; EP2739444A1; CN103717359A; RU2014108036A; FR2978692B1; FR2978692A1; CA2843580C; CN103717359B; JP2014529512A; CA2843580A1; JP6073319B2; WO2013017796A1; EP2739444B1; US9168668B2

Abstract

DISPOSITIVO PARA USO NO CORTE DE UMA CAMADA DE TEXTURA FIBROSA ENROLADA EM UM MANDRIL DE IMPREGNAÇÃO DE UMA MÁQUINA DE ENROLAMENTO. A invenção se refere a um dispositivo para uso em corte de uma camada que tem uma textura fibrosa que é enrolada sobre um mandril de impregnação de uma máquina de enrolamento, que compreende duas cunhas de posicionamento (102) que são, cada uma, designada para ser posicionada em uma placa lateral (26) do mandril de impregnação, e uma placa (108) que forma um modelo de corte que é designado para ser posicionado na camada que tem uma textura fibrosa (180) a ser cortada, nivelado com o filme de proteção, sendo a dita placa fornecida com uma fenda (11O) que se estende em posição entre as placas laterais do mandril de impregnação e designada para servir como um guia para uma ferramenta de corte (200).

Description

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[0001] A presente invenção refere-se ao domínio geral da realização de cárteres de turbina a gás em material compósito e, mais particularmente, a cárteres de retenção para ventilador de turbina a gás para motores aeronáuticos.

[0002] Em um motor aeronáutico com turbina a gás, um cárter de ventilador cumpre diversas funções: o mesmo define a veia de entrada de ar no motor, sustenta um material abrasível em relação ao pico das pás do ventilador, sustenta uma estrutura eventual de absorção de ondas sonoras para o tratamento acústico na entrada do motor e incorpora ou sustenta um escudo de retenção. Esse último constitui uma armadilha que retém os detritos, tais como objetos ingeridos ou fragmentos de pás danificados, projetados pela centrifugação, a fim de evitar que os mesmos atravessem o cárter e atinjam outras partes da aeronave.

[0003] Atualmente, um cárter de retenção de ventilador é formado por uma parede relativamente delgada que define a veia de entrada de ar e que sustenta um material abrasível à direita da trajetória dos picos das pás de ventilador e o revestimento de tratamento acústico eventual, e por uma estrutura de escudo fixada nessa parede do lado exterior, no nível do ventilador.

[0004] A realização de um cárter de retenção de ventilador em material compósito já foi proposta. É possível referir, por exemplo, o documento EP 1.961.923 que descreve a fabricação de um cárter em material compósito com espessura evolutiva que compreende a formação de um reforço fibroso por camadas sobrepostas de uma textura fibrosa e a densificação do reforço fibroso par uma matriz. Mais precisamente, esse documento prevê a utilização de um mandril de atração (mandrin d’appel) para a tecelagem tridimensional da textura fibrosa, sendo a mesma em seguida enrolada em camadas sobrepostas sobre um mandril de impregnação que apresenta uma superfície externa cujo perfil corresponde àquele da parte central do cárter a ser fabricado e duas abas laterais que correspondem a flanges de fixação do cárter. A pré-forma fibrosa assim obtida é mantida no mandril de impregnação e uma impregnação por resina é realizada antes da polimerização.

[0005] A implantação prática desse método apresenta o problema da transferência da textura fibrosa desde o mandril de atração até o mandril de impregnação. Para solucionar esse problema, o requerente propõe no pedido de patente francês FR 11 53212 (não publicado até o momento) uma máquina de enrolamento que permite garantir, no momento da transferência da textura fibrosa desde o mandril de atração até o mandril de impregnação, por sua vez, uma colocação correta da textura fibrosa no mandril de impregnação e a aplicação de uma tensão de enrolamento adequada.

[0006] Com tal máquina, se apresenta o problema do corte da textura fibrosa no fim de enrolamento. De fato, essa operação necessita de um posicionamento muito preciso da ferramenta de corte a fim de evitar qualquer imprecisão de corte que teria como consequência criar localmente, seja uma zona muito rica em fibras (no caso de corte muito longo), seja uma zona muito rica em resina (no caso de corte muito curto).

OBJETIVO E SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[0007] A presente invenção tem, portanto, como objetivo principal responder a tal problema propondo um dispositivo para auxiliar o corte da pré-forma no fim de enrolamento que garante um grande gerenciamento da posição de corte.

[0008] Em conformidade com a invenção, esse objetivo é atingido graças a um dispositivo para auxiliar o corte de uma camada de textura fibrosa enrolada em um mandril de impregnação de uma máquina de enrolamento, que compreende duas cunhas de posicionamento que são destinadas a ser, cada uma, posicionadas em uma aba lateral do mandril de impregnação, e uma placa que forma o gabarito de corte que se destina a ser posicionado na camada de textura fibrosa a ser cortada no nível do filme de proteção, sendo a dita placa dotada de uma fenda que se estende em posição entre as abas laterais do mandril de impregnação e se destina a garantir uma orientação de uma ferramenta de corte.

[0009] O dispositivo de acordo com a invenção apresenta inúmeras vantagens. Em particular, o mesmo permite garantir um posicionamento perfeitamente preciso do corte a fim de evitar qualquer risco de criar localmente uma zona muito rica em fibras ou em resina. Além disso, essa operação de corte pode ser realizada limitando-se o quanto for possível às manipulações da pré-forma a fim de reduzir as deformações da mesma. Por fim, o tempo para a execução dessa operação pode ser consideravelmente reduzido.

[0010] De preferência, as cunhas de posicionamento são ligadas entre si por um filme de proteção que se destina a ser posicionado sob a camada de textura fibrosa a ser cortada. A presença do filme de proteção sob a camada de textura fibrosa a ser cortada permite, assim, evitar qualquer degradação da pré-forma no momento da operação de corte.

[0011] O filme de proteção pode ser realizado em um material plástico flexível. Em particular, o filme de proteção pode ser realizado em poliamida e ter uma espessura da ordem de cerca de 3 mm.

[0012] Igualmente de preferência, o dispositivo comporta ainda meios de manter em posição cunhas de posicionamento sobre as abas laterais do mandril de impregnação. Tais meios permitem notadamente poder pré-posicionar o dispositivo antes do fim do enrolamento. Isso resulta em um ganho de tempo para a operação de corte.

[0013] A placa pode ser apta para ser posicionada em cada uma de suas extremidades nas cunhas de posicionamento. Nesse caso, o dispositivo comporta vantajosamente meios de regulação da posição das extremidades da placa sobre as cunhas de posicionamento. Tais meios permitem aperfeiçoar o posicionamento da fenda da placa na camada de textura fibrosa a ser cortada e, portanto, o lugar em que será praticado o corte.

[0014] As cunhas de posicionamento podem ser rígidas. Em particular, as cunhas de posicionamento podem ser realizadas em alumínio.

[0015] A invenção tem igualmente como objetivo uma máquina de enrolamento de uma textura fibrosa em um mandril de impregnação, que compreende um mandril de atração no qual se destina a ser armazenada uma textura fibrosa obtida por tecelagem tridimensional, em que o mandril de atração tem um eixo de rotação sensivelmente horizontal, um mandril de impregnação em que se destina ser enrolada em camadas sobrepostas a textura fibrosa armazenada no mandril de atração, em que o mandril de impregnação tem um eixo de rotação sensivelmente horizontal e paralelo ao eixo de rotação do mandril de atração, pelo menos um motor elétrico para por em rotação os mandris ao redor de seu eixo de rotação respectivo, uma unidade de comando do ou dos motores elétricos de acionamento de rotação de mandris, e um dispositivo para auxiliar o corte de uma camada da textura fibrosa tal como definido anteriormente.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0016] Outras características e vantagens da presente invenção se tornarão aparentes a partir da descrição feita abaixo, em referência aos desenhos anexos que ilustram um exemplo de realização desprovido de qualquer caráter limitante. Nas Figuras:- A Figura 1 é uma vista lateral de uma máquina de enrolamento de uma textura fibrosa em um mandril de impregnação que compreende um dispositivo para auxiliar o corte de acordo com a invenção;- A Figura 2 é uma vista de acordo com II da Figura 1 que mostra mais precisamente uma parte do dispositivo para auxiliar o corte;- A Figura 3 é uma vista em corte de acordo com III-III da Figura 2;- A Figura 4 é uma vista do mandril de impregnação em fim de enrolamento previamente à operação de corte;- A Figura 5 é uma vista de acordo com V da Figura 4 que mostra o dispositivo para auxiliar o corte;- A Figura 6 é uma vista de acordo com VI da Figura 5; e- A Figura 7 é uma vista em corte de acordo com VII-VII da Figura 5.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

[0017] A invenção será descrita a seguir no domínio de sua aplicação para a fabricação de um cárter de ventilador de motor aeronáutico com turbina a gás.

[0018] Um exemplo de método de fabricação de tal cárter de ventilador é descrito no documento EP 1.961.923 ao qual se poderá referir.

[0019] O cárter é realizado em material compósito com reforço fibroso densificado por uma matriz. O reforço é em fibras de, por exemplo, carbono, vidro, aramida ou cerâmica e a matriz é em polímero, por exemplo, epóxido, bismaleimida ou poliimida.

[0020] Resumidamente, o método de fabricação descrito nesse documento consiste em realizar uma textura fibrosa por tecelagem tridimensional com atração em cadeia em um tambor (denominado a seguir como mandril de atração) que tem um perfil determinado em função do perfil do cárter a ser fabricado.

[0021] A textura fibrosa assim realizada é em seguida transferida para o mandril de um molde de injeção de resina (a seguir denominado mandril de impregnação) cujo perfil exterior corresponde ao perfil interno do cárter a ser fabricado.

[0022] Sendo a pré-forma mantida no mandril de impregnação, uma impregnação é então realizada por uma resina. Para esse fim, um envoltório é aplicado na pré-forma e a resina é injetada no molde assim constituído. A impregnação pode ser assistida pelo estabelecimento de uma diferença de pressão entre o interior e o exterior do molde no qual se encontra a pré-forma. Após a impregnação, uma etapa de polimerização da resina é realizada.

[0023] A invenção pode ser aplicada em qualquer tipo de máquina de enrolamento que tem como função permitir uma transferência automatizada da textura fibrosa armazenada no mandril de atração até o mandril de impregnação do molde de injeção de resina, tal como aquela representada na Figura 1.

[0024] Será possível se referir ao pedido de patente FR 11 53212 (não publicado até o momento) que descreve em detalhes a estrutura e o funcionamento de tal máquina.

[0025] Resumidamente, a máquina de enrolamento 10 compreende uma armação 12 que sustenta notadamente um mandril de atração 14 e um mandril de impregnação 16. Esses mandris são removíveis, isto é, os mesmos podem ser desmontados da armação.

[0026] O mandril de atração 14 recebe a textura fibrosa 18 obtida, por exemplo, por tecelagem tridimensional. O mesmo é portado por um eixo horizontal 20 cuja uma extremidade é montada de maneira giratória na armação 12 da máquina de enrolamento e a outra extremidade é acoplada à árvore de saída de um motor elétrico 22, por exemplo, um motor redutor elétrico com corrente alternativa.

[0027] O conjunto constituído pelo mandril de atração 14, seu eixo 20 e seu motor elétrico 22 pode se transladar em relação à armação ao longo do eixo de rotação do mandril de atração. Esse grau de liberdade na translação do mandril de atração permite realizar um alinhamento desse mandril no mandril de impregnação previamente o enrolamento da textura fibrosa no mandril de impregnação.

[0028] O mandril de impregnação 16 da máquina de enrolamento se destina a receber em camadas sobrepostas a textura fibrosa armazenada no mandril de atração. O mesmo apresenta uma superfície externa 24 cujo perfil corresponde àquele da superfície interna do cárter a ser realizada e duas abas laterais 26 cujos perfis correspondem àqueles dos flanges externos do cárter em suas extremidades a montante e a jusante a fim de permitir sua montagem e sua ligação com outros membros.

[0029] O mandril de impregnação é portado por um eixo horizontal 28 que é paralelo ao eixo de rotação 20 do mandril de atração, e cuja uma extremidade é montada de maneira giratória na armação 12 da máquina de enrolamento e a outra extremidade é acoplada na árvore de saída de um motor elétrico 30, por exemplo, um motor redutor elétrico com corrente alternativa.

[0030] Uma unidade de comando 32 é ligada aos motores elétricos 22, 30 de dois mandris e permite comandar e controlar a velocidade de rotação de cada mandril. De maneira mais geral, essa unidade de comando permite pilotar o conjunto de parâmetros de funcionamento da máquina de enrolamento, e notadamente o deslocamento em translação do mandril de atração quando o mesmo é motorizado.

[0031] Com tal máquina, o enrolamento da textura fibrosa no mandril de impregnação é efetuado da seguinte maneira: a extremidade livre da textura fibrosa do mandril de atração é a princípio fixada no mandril de impregnação através de um ou diversos dispositivos de manutenção descritos a seguir, então os motores de acionamento de rotação de mandris são ativados e pilotados pela unidade de comando de maneira a aplicar uma tensão de enrolamento adequada na textura fibrosa.

[0032] O enrolamento da textura fibrosa no mandril de impregnação pode então começar e é efetuado de acordo com o sentido de rotação identificado pela seta F na Figura 1. A título de exemplo, poderá ser necessário realizar 4 rotações de 1/8 para obter uma pré-forma de cárter que tem uma espessura conforme as especificações.

[0033] A Figura 1 representa a configuração do mandril de impregnação logo antes do fim do enrolamento. Nessa configuração, uma parte do dispositivo de auxílio ao corte 100 conforme à invenção é montada no mandril de impregnação 16.

[0034] De maneira mais precisa, conforme representado nas Figuras 2 e 3, o dispositivo de auxílio ao corte 100 compreende notadamente duas cunhas de posicionamento 102 que são, cada uma, posicionadas sobre uma das abas laterais 26 do mandril de impregnação e que são ligadas entre si por um filme de proteção 104.

[0035] Mais precisamente, as cunhas de posicionamento 102 são posicionadas nas abas laterais do mandril de impregnação em um lugar específico e são em seguida mantidas em posição, por exemplo, através de sistema 106 de tipo porca/parafuso.

[0036] Essas cunhas de posicionamento 106 são realizadas em um material rígido. Para fins de ganho de massa, as mesmas podem ser, por exemplo, realizadas em alumínio anodizado.

[0037] O filme de proteção 104 se apresenta sob a forma de uma lâmina flexível de material plástico (por exemplo, à base de poliamida) sensivelmente retangular que é fixada em cada uma de suas extremidades nas cunhas de posicionamento, por exemplo, através de rebites 107. Assim, esse filme de proteção que é uma peça de desgaste é facilmente substituível.

[0038] Em posição no mandril de impregnação, esse filme de proteção se estende paralelamente ao eixo de rotação 28 do mesmo por toda sua largura. Além disso, o mesmo é posicionado sobre a última camada de textura fibrosa 18 enrolada no mandril de impregnação e se encontrará, portanto, no fim de enrolamento sob a camada de textura fibrosa a ser cortada 18' (consulte a Figura 7).

[0039] Deve ser observado em particular que esse filme de proteção cobre a última camada de textura fibrosa 18 enrolada no mandril de impregnação, não somente no nível de sua parte enrolada sobre a superfície externa 24 do mandril, mas igualmente no nível dos cantos formados entre a superfície externa e as abas laterais do mandril de impregnação.

[0040] Assim, quando posicionado no mandril de impregnação, o filme de proteção 104 permitirá proteger a camada de textura fibrosa situada abaixo no momento da operação de corte. Para esse fim, a espessura desse filme de proteção dependerá em parte da ferramenta utilizada para realizar o corte. Por exemplo, se uma ferramenta de corte 200 do tipo cortador é utilizada manualmente, uma espessura da ordem de 3 mm deverá ser suficiente.

[0041] Uma vez que as cunhas de posicionamento 106 fixadas nas abas laterais do mandril de impregnação com o filme de proteção se posicionem na última camada de textura fibrosa, o mandril de impregnação é girado ao redor de seu eixo de rotação 28 para acionar o dispositivo de auxílio ao corte 100 para uma posição angular que corresponde a meio-dia (consulte a Figura 4). A título de exemplo, um oitavo de rotação pode ser necessário em relação à configuração da Figura 1.

[0042] Nessa posição, conforme representado nas Figuras 5 a 7, uma placa 108 pertencente ao dispositivo de auxílio ao corte 100 e que forma gabarito de corte é posicionada na camada de textura fibrosa a ser cortada 18' no nível do filme de proteção 104.

[0043] De maneira mais precisa, essa placa 108 é, por exemplo, uma chapa rígida metálica que tem uma forma sensivelmente retangular cujas duas extremidades são posicionadas nas cunhas de posicionamento 102. A placa comporta uma fenda 110 que se estende entre suas duas extremidades e cujas dimensões (largura) são adaptadas para permitir uma passagem da ferramenta de corte 200.

[0044] Quando posicionada nas cunhas de posicionamento, a placa 108 se estende paralelamente ao eixo de rotação 28 do mandril de impregnação por toda a largura do mesmo. A mesma é posicionada na camada de textura fibrosa 18' a ser cortada.

[0045] Deve ser observado que a fenda 110 para a orientação da ferramenta de corte 200 se encontra, assim, voltada para a camada de textura fibrosa 18' a ser cortada, não somente no nível de sua parte enrolada sobre a superfície externa do mandril, mas igualmente no nível de cantos formados entre a superfície externa e as abas laterais do mandril de impregnação.

[0046] De maneira vantajosa, são previstos meios de regulação da posição de extremidades da placa 108 nas cunhas de posicionamento 102. Por exemplo, conforme representado na Figura 6, esses meios de regulação podem tomar a forma de dentes 112 de formas complementares e formados nas superfícies voltadas para as cunhas de posicionamento e extremidades da placa.

[0047] Desse modo, é possível aperfeiçoar o posicionamento da placa 108 que forma gabarito de corte, e, portanto, a fenda 110 de orientação da ferramenta de corte 200, na camada de textura fibrosa 18' a ser cortada.

[0048] Uma vez que a placa que forma gabarito de corte seja corretamente posicionada, o corte da camada de textura fibrosa 18' propriamente dito pode então começar. Para esse fim, será possível utilizar uma lâmina de cortador 200, por exemplo. Claramente, qualquer outra ferramenta de corte poderá ser utilizada (mecânica, a laser, etc.).

Claims

1. Dispositivo (100) para auxiliar no corte de uma camada de textura fibrosa enrolada em um mandril de impregnação de uma máquina de enrolamento, caracterizadopelo fato de que compreende:duas cunhas de posicionamento (102) que são destinadas a serem, cada uma, posicionadas em uma aba lateral (26) do mandril de impregnação (16); euma placa (108) que forma gabarito de corte que se destina a ser posicionado na camada de textura fibrosa (18’) a ser cortada, sendo a dita placa dotada de uma fenda (110) que se estende em posição entre as abas laterais do mandril de impregnação e se destina a garantir uma orientação de uma ferramenta de corte (200).

2. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de que as cunhas de posicionamento (102) são ligadas entre si por um filme de proteção (104) que se destina a ser posicionado sob a camada de textura fibrosa a ser cortada.

3. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 2, caracterizadopelo fato de que o filme de proteção (104) é feito de um material plástico flexível.

4. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 3, caracterizadopelo fato de que o filme de proteção (104) é feito de poliamida e tem uma espessura da ordem de cerca de 3 mm.

5. Dispositivo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizadopelo fato de que compreende ainda meios (106) para manter em posição cunhas de posicionamento (102) nas abas laterais do mandril de impregnação.

6. Dispositivo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizadopelo fato de que a placa (108) é apta para ser posicionada em cada uma de suas extremidades nas cunhas de posicionamento.

7. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 6, caracterizadopelo fato de que compreende ainda meios (112) de regulação da posição de extremidades da placa (108) nas cunhas de posicionamento.

8. Dispositivo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizadopelo fato de que as cunhas de posicionamento (102) são rígidas.

9. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 8, caracterizadopelo fato de que as cunhas de posicionamento (102) são feitas de alumínio.

10. Máquina de enrolamento (10) de uma textura fibrosa em um mandril de impregnação, caracterizadapelo fato de que compreende:um mandril de atração (14) sobre o qual se destina a ser armazenada uma textura fibrosa (18) obtida por tecelagem tridimensional, em que o mandril de atração tem um eixo de rotação (20) substancialmente horizontal;um mandril de impregnação (16) sobre o qual a textura fibrosa armazenada no mandril de atração se destina a ser enrolada em camadas sobrepostas, em que o mandril de impregnação tem um eixo de rotação (28) substancialmente horizontal e paralelo ao eixo de rotação do mandril de atração;pelo menos um motor elétrico (22, 30) para por em rotação os mandris ao redor de seu eixo de rotação respectivo;uma unidade de comando (32) para controlar o(s) motor(es) elétrico(s) de acionamento de rotação dos mandris; eum dispositivo (100) para auxiliar no corte de uma camada da textura fibrosa, conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 9.