BR112021011953A2

BR112021011953A2 - Ferramenta para uso em um método para soldagem eletromagnética de duas superfícies em contato de partes moldadas, método para fabricar uma ferramenta e método para soldagem eletromagnética de duas superfícies em contato de partes moldadas

Info

Publication number: BR112021011953A2
Application number: BR112021011953-1A
Authority: BR
Inventors: Maarten Labordus; Tom Jansen; Michiel Bruijkers
Original assignee: Kok & Van Engelen Composite Structures B.V.
Priority date: 2018-12-20
Filing date: 2019-12-10
Publication date: 2021-09-08
Also published as: NL2022271B1; EP3898199B1; JP7478155B2; KR102509638B1; EP3898199A1; CA3123148A1; ES2952004T3; JP2022523618A; KR20210099082A; CN113226716A; US20220063210A1; US11597162B2; WO2020130806A1; CN113226716B

Abstract

ferramenta para uso em um método para soldagem eletromagnética de duas superfícies em contato de partes moldadas, método para fabricar uma ferramenta e método para soldagem eletromagnética de duas superfícies em contato de partes moldadas. trata-se de uma ferramenta para uso em um método de soldagem eletromagnética de duas superfícies em contato de partes moldadas. a ferramenta compreende um corpo de borracha e meios pressurizantes para pressurizar o corpo de borracha e aplicar pressão nas superfícies em contato. o corpo de borracha compreende um corpo rígido embutido conformado de modo a definir diferentes espessuras do corpo de borracha nas diferentes direções, o que causa um acúmulo de pressão diferente nas ditas diferentes direções. um método para fabricar a ferramenta também é descrito. a ferramenta pode ser usada na soldagem eletromagnética de duas superfícies em contato de partes moldadas movendo-se um indutor de junção ao longo das superfícies em contato, gerando um campo eletromagnético em um componente sensível à indução das partes moldadas para aquecer um meio de acoplamento ativado termicamente das partes moldadas para acima de uma temperatura de fusão dos meios de acoplamento.

Description

“FERRAMENTA PARA USO EM UM MÉTODO PARA SOLDAGEM ELETROMAGNÉTICA DE DUAS SUPERFÍCIES EM CONTATO DE PARTES MOLDADAS, MÉTODO PARA FABRICAR UMA FERRAMENTA E MÉTODO PARA SOLDAGEM ELETROMAGNÉTICA DE DUAS SUPERFÍCIES EM CONTATO DE PARTES MOLDADAS” CAMPO DA TÉCNICA DA INVENÇÃO

[0001] A invenção se refere a um método para unir partes moldadas por soldagem eletromagnéticas. A invenção, em particular, se refere à ferramenta para uso em tal método para soldagem eletromagnética de duas superfícies em contato de partes moldadas. A invenção também se refere a um método para soldagem eletromagnética que usa a ferramenta e a um método para fabricar a ferramenta.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[0002] Existem várias tecnologias para a união de partes moldadas, por exemplo, partes compósitas termoplásticas ou termoendurecíveis reforçadas com fibra. O prendedor do tipo mecânico e a ligação adesiva são tradicionalmente usados para unir duas superfícies de contato das partes moldadas. No entanto, tanto o prendedor do tipo mecânico quanto a ligação adesiva parecem ser caros e demorados. O prendedor do tipo mecânico, por exemplo, requer a localização de orifício, furação, calçamento e instalação de prendedores caros, enquanto a ligação adesiva requer pré-tratamentos de superfície complicados que podem envolver substâncias químicas.

[0003] A soldagem eletromagnética pode eliminar o uso de prendedores separados e potencialmente oferece a capacidade de unir superfícies de contato de partes compósitas moldadas em velocidades relativamente altas e poucos pré-tratamentos, se houver algum. A soldagem eletromagnética gera um campo eletromagnético em um componente sensível à indução de uma ou mais das partes moldadas para aquecer um meio de acoplamento ativado termicamente da parte moldada (ou partes moldadas) para cima de uma temperatura de fusão dos meios de acoplamento. As superfícies de contato das partes moldadas são unidas umas às outras pelos meios de acoplamento fundidos. Os meios de acoplamento podem ser, por exemplo, uma resina termoplástica de uma ou mais das partes a serem unidas, ou podem ser uma resina termoplástica aplicada separadamente. Para soldar partes termoplásticas e termoendurecíveis moldadas juntas, a resina termoplástica que o componente sensível à indução funde pode funcionar como um adesivo de fusão a quente, por exemplo.

[0004] Um número de métodos de soldagem está disponível para criar uma conexão soldada entre as partes moldadas, como partes moldadas compósitas reforçadas com fibra. Na soldagem por vibração, as fibras de reforço podem ser danificadas pelo movimento e a soldagem ultrassônica é menos adequada para soldagem contínua, por exemplo. Os métodos de soldagem eletromagnética conhecidos podem produzir produtos unidos de qualidade inferior, particularmente em aplicações de alto grau nas quais a resistência mecânica relativamente alta e a capacidade de carga da conexão soldada são desejadas, como na indústria de aviação.

[0005] A fim de ser capaz de alcançar uma solda de qualidade adequada com soldagem eletromagnética, geralmente é necessário aplicar pressão suficiente nas superfícies em contato das partes moldadas que precisam ser conectadas por soldagem. O método do estado da técnica de aplicar a pressão às superfícies em contato é geralmente à base do uso de elementos infláveis que transferem pressão nos componentes. Os elementos infláveis, no entanto, fornecem uma pressão geral isotrópica. Os elementos infláveis, portanto, devem ser encerrados em uma cavidade de molde que é aberta apenas no lado em que a pressão deve ser exercida. Isso torna necessário aplicar moldes robustos, rígidos e resistentes, o que, no entanto, nem sempre é possível devido às restrições de espaço. Isso se aplica, por exemplo, a produtos como superfícies de controle, abas e outros produtos semelhantes. Para soldagem por indução, o uso de moldes de metal fortes não é preferencial, já que os moldes de metal aquecem facilmente em um campo de indução.

[0006] Os corpos infláveis típicos do estado da técnica compreendem mangueiras de silicone que se expandem radialmente quando infladas. Aplicar pressão uniforme em um laminado plano não é possível, já que mais pressão é formada no meio das mangueiras do que em suas bordas. Além disso, no caso de produtos estreitos, pode não haver espaço suficiente para fornecer uma mangueira em uma seção de raio pequeno e criar pressão suficiente. Ademais, o acúmulo de pressão geral nos métodos do estado da técnica também pode fornecer forças tão elevadas em uma ferramenta que a dita ferramenta é empurrada em uma direção lateral.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[0007] É um objetivo da presente invenção fornecer uma ferramenta melhorada para uso em um método para unir peças moldadas por soldagem eletromagnética, em particular uma ferramenta que supere pelo menos parte dos problemas mencionados acima do estado da técnica.

[0008] A invenção fornece para esse propósito uma ferramenta para uso em um método para unir partes moldadas por soldagem eletromagnética de acordo com a reivindicação 1. A ferramenta para uso em um método de soldagem eletromagnética de duas superfícies em contato de partes moldadas compreende um corpo de borracha e meios pressurizantes para aplicar pressão às superfícies em contato pressurizando o corpo de borracha, em que o corpo de borracha compreende um corpo rígido embutido conformado de modo a definir diferentes espessuras do corpo de borracha em diferentes direções, o que causa um acúmulo de pressão diferente nas ditas diferentes direções. Isso permite adaptar o formato do corpo rígido de tal forma que algumas partes do corpo de borracha exerçam uma pressão substancial nas superfícies em contato a serem soldadas, enquanto outras partes do corpo de borracha que não devem exercer uma pressão substancial, como aquelas partes cobrem uma superfície de molde, por exemplo, aplicam uma pressão moderada apenas a essa superfície ou substancialmente nenhuma pressão. Em outras palavras, a ferramenta da invenção permite aplicar diferentes pressões em diferentes partes de um ambiente no qual é usada, enquanto é pressurizado por apenas uma fonte.

[0009] A rigidez do corpo rígido de acordo com a invenção deve ser superior à rigidez do corpo de borracha fornecido dentro e ao redor do corpo rígido. O corpo rígido é tipicamente fabricado a partir de polímeros termoplásticos e/ou termoendurecíveis que têm um módulo elástico de pelo menos 3 MPa, mais preferencialmente de pelo menos 3,5 MPa, e mais preferencialmente de pelo menos 4 MPa. O corpo rígido pode compreender fibras de reforço, como fibras de vidro, a fim de influenciar sua rigidez.

[0010] O corpo de borracha pode compreender o mesmo tipo de borracha. No entanto, em outras modalidades, o corpo de borracha pode compreender diferentes borrachas com diferentes propriedades, preferencialmente diferentes durezas. Tal corpo de borracha compósito pode ser obtido, por exemplo, derramando diferentes borrachas umas sobre as outras, ou por outros métodos. Os diferentes valores de dureza podem influenciar o aumento da pressão pelo corpo de borracha. Em outra modalidade útil, a borracha do corpo de borracha pode compreender fibras de reforço, como fibras de vidro, em certas direções, que podem igualmente influenciar o aumento da pressão nas ditas direções.

[0011] Em uma modalidade da invenção, uma ferramenta é fornecida em que o acúmulo de pressão é maior em espessura menor. As partes (a área) da ferramenta que supostamente não produzem uma pressão substancial em certas direções são dotadas de uma espessura maior do corpo de borracha na dita direção.

[0012] O corpo de borracha e o corpo rígido embutido no mesmo podem ser livres para se mover substancialmente independentemente um do outro. Em outra modalidade preferencial, a ferramenta é caracterizada pelo fato de que o corpo de borracha adere ao corpo rígido embutido.

[0013] A ferramenta de acordo com uma modalidade da invenção é vantajosa naquela parte do corpo de borracha que visa pressurizar as superfícies em contato que tem uma espessura menor do que outras partes do corpo de borracha. Nessa modalidade, as superfícies em contato são pressurizadas mais do que outras partes dos produtos moldados e/ou outros componentes usados na configuração, como partes do molde.

[0014] Uma modalidade particularmente preferencial fornece uma ferramenta em que aquela parte do corpo de borracha que visa pressurizar as superfícies em contato tem uma espessura menor do que qualquer outra parte do corpo de borracha. Essa modalidade fornece a pressão mais alta onde ela é necessária, isto é. nas superfícies que são colocadas em contato mútuo a fim de soldá-las juntas.

[0015] O formato da ferramenta pode ser escolhido de acordo com as circunstâncias. Ele pode ser adaptado, pode até ou mesmo se conformar ao formato de uma das partes moldadas a serem unidas por soldagem eletromagnética. Em uma modalidade da invenção, é fornecida uma ferramenta em que o corpo rígido tem uma superfície superior e inferior e paredes que se estendem entre as ditas superfícies e uma cavidade que se estende entre as ditas superfícies e preenchida com uma parte do corpo de borracha. Tal ferramenta fornece uma pressão relativamente grande nas superfícies que estão em contato com as paredes, e uma pressão relativamente pequena nas superfícies que estão em contato com a superfície superior e inferior da cavidade preenchida. Isso ocorre porque a espessura do corpo de borracha dentro da cavidade é relativamente grande na direção que abrange a superfície superior e inferior, pelo menos no que diz respeito à espessura do corpo de borracha que cobre as paredes.

[0016] De acordo com a invenção, a ferramenta compreende meios pressurizantes para pressurizar o corpo de borracha e aplicar pressão às superfícies em contato. Uma modalidade útil fornece uma ferramenta em que os meios pressurizantes compreendem canalização fornecida no corpo rígido, canalização essa em uma extremidade conectado a uma fonte de pressão e em outra extremidade conectado ao corpo de borracha.

[0017] Embora o meio de pressurização possa ser escolhido à vontade, um líquido ou um gás é preferido. Em uma modalidade, é fornecida uma ferramenta em que a fonte de pressão compreende uma fonte de ar pressurizado.

[0018] A soldagem eletromagnética aquece as partes metálicas que estão dentro do alcance do indutor e de seu campo eletromagnético induzido. Isso pode não ser preferencial em algumas modalidades, e uma modalidade da ferramenta em que o corpo rígido é feito a partir de um material polimérico é preferida. Qualquer material polimérico pode ser usado, com preferência por materiais poliméricos com uma resistência relativamente boa contra altas temperaturas na faixa de 150-300°C. Exemplos de tais materiais são PEEK e PEKK, mas também podem ser usados materiais termoendurecíveis, como epóxido, resinas bismaleimida e semelhantes.

[0019] A pressão exercida nas superfícies em contato e a conexão soldada pretendida durante a soldagem podem inter alia influenciar a resistência da solda. Nos métodos do estado da técnica, a pressão é normalmente medida no sistema de cano de pressurização fora do molde e da ferramenta. Esse sistema de medição de pressão é relativamente não influenciado por um vazamento que ocorre a jusante do sistema de cano de pressurização, por exemplo, dentro do molde ou próximo às superfícies em contato. Nesse caso, a pressão efetiva exercida nas superfícies em contato pode realmente ser menor do que a medida.

[0020] Uma modalidade preferencial nesse contexto, portanto, fornece uma ferramenta na qual o corpo rígido compreende ainda pelo menos um sensor de pressão. Incorporando um sensor ou medidor de pressão no corpo rígido, a pressão pode ser medida diretamente no corpo de pressurização, isto é, na sua própria ferramenta. Ademais, a pressão é medida no mesmo local cada vez que as partes moldadas são soldadas de forma eletromagnética. Isso permite comparar diferentes processos de soldagem e avaliar se um particular processo está fora das tolerâncias de pressão.

[0021] Os sensores de pressão podem ser à base de qualquer princípio físico, como óptico, elétrico e/ou mecânico. Uma modalidade adequada fornece uma ferramenta em que o sensor de pressão compreende um medidor de tensão que mede a deformação resultante da pressão desenvolvida. A leitura da tensão pode ser convertida em um valor de pressão absoluta, de acordo com a prática bem conhecida.

[0022] Outro parâmetro importante pode ser a temperatura dentro da área soldada. A medição na solda pode ser complexa, e os métodos do estado da técnica, portanto, tendem a medir a temperatura do lado de fora da conexão soldada. A incorporação de termopares na soldagem pode ser uma possibilidade. Uma modalidade da presente invenção fornece uma ferramenta em que o corpo rígido compreende ainda pelo menos um sensor de temperatura. Tal modalidade pode mostrar as mesmas vantagens que a modalidade que compreende um sensor de pressão dentro do corpo rígido.

[0023] Os sensores opcionais de pressão e/ou temperatura são preferencialmente posicionados e/ou projetados de modo que sua leitura não seja substancialmente influenciada pelo campo eletromagnético gerado durante a soldagem.

[0024] Outro aspecto da invenção se refere a um método para fabricar uma ferramenta de acordo com a invenção. O método compreende formar o corpo rígido, fornecer um retentor que tem o formato da ferramenta, colocar o corpo rígido dentro do retentor e derramar a borracha líquida no retentor e deixar a borracha solidificar para fornecer o corpo de borracha. No processo de derramar a borracha líquida, as cavidades opcionais que estão presentes no corpo rígido são preenchidas com borracha líquida. Após a solidificação da borracha líquida, as cavidades preenchidas fazem parte do corpo de borracha da ferramenta.

[0025] Em uma modalidade da invenção, é fornecido um método em que o corpo rígido é formado por usinagem. De acordo com essa modalidade, um bloco de material de corpo rígido pode ser moldado de acordo com as necessidades, como o formato das peças moldadas a serem soldadas. A usinagem pode ser realizada por qualquer método conhecido na técnica, como fresagem, apicoamento, punção, rosqueamento, perfuração, furação, brochagem, torneamento e semelhantes. A fresagem é um método preferencial de usinagem.

[0026] Em outra modalidade do método, o corpo rígido é formado por impressão 3D. Isso permite construir o formato do corpo rígido sem retirar muito material. Outros métodos também podem ser adequados, como derramamento ou fundição.

[0027] Pode ser possível incorporar objetos no corpo rígido durante a fabricação do corpo rígido. Por exemplo, as partes do corpo rígido podem ser usinadas para abrir espaço para a inserção de tal objeto. Na impressão 3D, um objeto pode ser posicionado em um corpo rígido parcialmente impresso em 3D antes de continuar com a impressão 3D do restante do corpo rígido. Em uma modalidade útil, o método é caracterizado pelo fato de que pelo menos um sensor de pressão, ou pelo menos um sensor de temperatura é fornecido no corpo rígido.

[0028] A ferramenta pode ser vantajosamente usada em um método para soldagem eletromagnética de duas superfícies em contato de partes moldadas. De acordo com outro aspecto da invenção, portanto, um método para soldagem eletromagnética de partes moldadas é fornecido, que compreende pressurizar o corpo de borracha da ferramenta e aplicar pressão às superfícies em contato, mover um indutor de junção ao longo das superfícies em contato pressurizadas da partes moldadas, gerar um campo eletromagnético em um componente sensível à indução das partes moldadas para aquecer um meio de acoplamento ativado termicamente das partes moldadas para acima de uma temperatura de fusão dos meios de acoplamento e unir as partes moldadas umas às outras nas superfícies em contato pelos meios de acoplamento fundidos. A vantagem da ferramenta inventada reside em sua maneira de aplicar pressão. A pressão não é apenas substancialmente uniforme nas superfícies em contato,

mas o acúmulo da pressão pode ser limitado ou mesmo zero em outras partes das partes moldadas. De outra forma, tal acúmulo de pressão criaria uma força que poderia empurrar a ferramenta para longe da parte moldada a ser soldada. Em muitas operações práticas de soldagem, a ferramenta só pode ser mantida em um lado. Como o espaço pode ser limitado, a ferramenta pode ser muito estreita e sua rigidez limitada. Em tais casos, a ferramenta também pode se inclinar devido ao aumento de pressão em superfícies indesejáveis. A ferramenta de acordo com a invenção resolve esse e outros problemas.

[0029] A ferramenta de pressão inventada pode ser usada em qualquer tipo de processo de soldagem eletromagnética. Um método adequado de soldagem eletromagnética de partes moldadas compreende fornecer um molde, colocando pelo menos duas partes moldadas para acoplar no molde, em que as superfícies colocadas em contato uma com a outra (as superfícies em contato) entre as partes moldadas compreendem um meio de acoplamento ativado termicamente e um componente sensível à indução, ativando os meios de acoplamento aquecendo o componente sensível à indução por meio de um indutor, em que o indutor pode estar situado fora do molde e pressionando as partes moldadas juntas na configuração definida pelo molde, pelo que a ferramenta é usada, em que as partes moldadas são acopladas pelos meios de acoplamento ativados termicamente.

[0030] Um indutor normalmente compreende um condutor elétrico que, sob tensão alternada, gera um campo eletromagnético. O formato do campo eletromagnético pode ser qualquer formato conhecido, tal como enrolado ou substancialmente cilíndrico em uma direção de soldagem. O uso de um campo eletromagnético substancialmente cilíndrico na direção da soldagem permite um aquecimento muito controlado, uniforme e direcionado, de modo que o superaquecimento seja evitado tanto quanto possível. O superaquecimento pode resultar na degradação do material e, assim, causar o enfraquecimento indesejável da construção. Outros indutores compreendem uma pluralidade de enrolamentos, o que produz um campo eletromagnético em formato de tórulo.

Usando um tal indutor conhecido com a direção perpendicular ao indutor como direção de indução, um padrão de aquecimento é criado no qual uma zona relativamente fria ocorre no centro. O campo eletromagnético cilíndrico, por outro lado, produz um perfil de aquecimento muito mais favorável que permite um aquecimento uniforme. Além disso, um campo eletromagnético cilíndrico pode ser muito estreito, até uma largura de 10-20 mm. Em campos em formato de tórulo, tal largura não pode ser realizada em combinação com o poder de indução de calor e penetração necessários.

[0031] O campo eletromagnético do indutor pode alcançar as superfícies em contato entre as partes moldadas diretamente, através de seções da(das) parte moldada (partes moldadas), e/ou através de uma parede do molde. O método e ferramenta inventados tornam possível realizar uma conexão ou junta soldada de boa qualidade entre as partes moldadas de maneira rápida e eficiente, sem a necessidade de usar ferramentas robustas e pesadas. O produto unido obtido tem uma capacidade de carga mecânica particularmente boa.

[0032] Uma ou mais partes moldadas são preferencialmente fabricadas a partir de um material termoplástico que pode ser soldado por fusão, embora também seja possível prever a disposição de um material termoplástico ou um adesivo termicamente ativado apenas na superfície de contato entre as peças moldadas como meios de acoplamento termicamente ativados.

[0033] Os componentes sensíveis à indução geralmente compreendem um componente eletricamente condutor, como um metal e/ou fibra de carbono. O molde e outros componentes na vizinhança do indutor que não precisam ser aquecidos são de preferência substancialmente livres de componentes sensíveis à indução ou são protegidos do campo de indução com um material de proteção adequado.

[0034] No método, as partes moldadas preferencialmente termoplásticas são geralmente dotadas de um componente eletricamente condutor, por exemplo, tela de metal, ou esse componente é disposto entre as partes moldadas. As correntes de Foucault, ou correntes parasitas, são induzidas no componente eletricamente condutor por um campo eletromagnético flutuante que é gerado por um indutor alimentado com corrente alternada por um gerador. Devido a vários mecanismos de aquecimento como o efeito Joule, aquecimento da junção de fibra e histerese dielétrica, essas correntes de Foucault geram o calor necessário para derreter o material termoplástico e/ou ativar os meios de acoplamento. Movendo o indutor ao longo das superfícies de contato, as partes moldadas termoplásticas são mutuamente conectadas sobre sua superfície de contato. O indutor pode ser guiado sobre a superfície de contato, por exemplo, por meio de um braço de robô ou guia linear, ou qualquer outro meio de movimento, a fim de realizar a conexão.

[0035] Para fins de aquecimento, o componente sensível à indução deve estar em contato térmico com os meios de acoplamento ativados termicamente. Isso é possível, por exemplo, misturando o componente sensível à indução e os meios de acoplamento.

[0036] Uma modalidade em que o indutor de junção está situado fora do molde e o campo eletromagnético do indutor alcança a superfície de contato entre as partes moldadas através de uma parede do molde, permite aproximar as partes moldadas sob pressão do molde durante a soldagem. Outras modalidades podem aplicar pressão após o aquecimento indutivo das partes moldadas para o acoplamento ter ocorrido.

[0037] Dependendo dos materiais usados, em particular o componente sensível à indução e a distância do indutor desse componente, uma potência e frequência adequadas podem ser determinadas, como resultados da resposta do indutor de detecção. A frequência determina, inter alia, o poder de penetração do campo eletromagnético; a energia elétrica do indutor determina a força do campo eletromagnético flutuante e, assim, o grau de calor gerado no componente sensível à indução.

[0038] É vantajoso que os meio de acoplamento ativado termicamente compreendam um plástico termoplástico. Os plásticos termoplásticos podem ser acoplados de maneira simples por fusão. Além disso,

é fácil misturar um plástico termoplástico com um componente sensível à indução, como tela de metal ou fibras de carbono. Exemplos de plásticos termoplásticos particularmente adequados são polipropileno, poliamida, polieterimida (PEI), polietercetonocetona (PEKK), polieteretercetona (PEEK) e sulfeto de polifenileno (PPS), embora o método seja, em princípio, adequado para qualquer termoplástico.

[0039] O componente que pode ser aquecido por indução compreende preferencialmente fibras de carbono e/ou um metal. Esses materiais podem ser prontamente aquecidos por indução e também possuem, além da condução elétrica, uma boa condução térmica, em que o calor gerado é bem distribuído. As fibras de carbono incorporadas em um plástico termoplástico são recomendadas porque as fibras de carbono também melhoram a resistência do material. Em outra modalidade preferencial do método, o componente que pode ser aquecido por indução compreende nanopartículas ferromagnéticas ou de carbono.

[0040] É possível que o molde e o indutor sejam estacionários. Isso pode, por exemplo, ser apropriado para o acoplamento de uma porção relativamente pequena das superfícies de contato das peças moldadas. Em uma modalidade preferencial, o indutor é movido ao longo de uma trajetória em relação às superfícies de contato, de modo que os meios de acoplamento sejam ativados em uma parte predeterminada das superfícies de contato. Também é possível manter o indutor estacionário e movimentar o molde com as partes moldadas.

[0041] Para aplicação no método de acordo com a invenção, o indutor é conectado a um gerador de corrente alternada, em que o gerador de corrente alternada está eletricamente conectado aos meios de conexão elétrica do indutor. As frequências utilizáveis estão geralmente entre 0,1-10 MHz.

[0042] Em uma modalidade preferencial adicional, a parte de indução é dotada de pelo menos um canal de alimentação adaptado para a passagem de um meio de refrigeração. A temperatura da parte de indução pode ser mantida constante durante o uso, sendo também favorável para a resistência elétrica do indutor O meio de resfriamento é preferencialmente um líquido, como água, com uma alta capacidade de calor. A parte de indução pode, por exemplo, ser um tubo de metal dobrado no formato desejado, através do qual o meio de resfriamento é bombeado enquanto um campo eletromagnético é causado através do metal do próprio tubo com uma tensão alternada.

[0043] As modalidades da invenção descritas nesse pedido de patente podem ser combinadas em qualquer combinação possível dessas modalidades, e cada modalidade pode formar individualmente a matéria de um pedido de patente divisionário.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

[0044] A invenção será agora elucidada com referência às figuras a seguir, sem, no entanto, estar limitada a mesmas. Nas figuras:

[0045] a Figura 1 mostra esquematicamente duas partes moldadas a serem acopladas por um método de acordo com a invenção;

[0046] a Figura 2 mostra esquematicamente um dispositivo de soldagem de acordo com uma modalidade da invenção;

[0047] a Figura 3 mostra esquematicamente uma vista em perspectiva de uma ferramenta de acordo com uma modalidade da invenção;

[0048] a Figura 4 mostra esquematicamente uma vista em perspectiva de um corpo rígido que está compreendido na ferramenta mostrada na Figura 3;

[0049] as Figuras 5A-5F mostram esquematicamente vistas em corte transversal da ferramenta da Figura 4 em planos horizontais em diferentes níveis de altura;

[0050] a Figura 6 mostra esquematicamente uma vista lateral em corte transversal da ferramenta em um plano vertical;

[0051] a Figura 7 mostra esquematicamente uma vista lateral em corte transversal da ferramenta em um plano vertical através de meios pressurizantes conectados à ferramenta;

[0052] a Figura 8 mostra esquematicamente uma vista lateral em corte transversal da ferramenta em um plano vertical através de meios pressurizantes conectados à ferramenta; e finalmente

[0053] a Figura 9 ilustra esquematicamente um conjunto de ferramentas que incorpora uma ferramenta de acordo com uma modalidade da invenção.

DESCRIÇÃO DE MODALIDADES EXEMPLIFICATIVAS

[0054] A Figura 1 mostra duas partes moldadas (40, 41) que precisam ser conectadas por soldagem eletromagnética. Ambas as partes moldadas (40, 41) podem ser fabricadas a partir de um polímero termoplástico reforçado com fibras de carbono, em que as fibras de carbono também servem como componente sensível à indução para aquecimento do polímero termoplástico para fins de soldagem. Uma primeira parte moldada 40 é uma parte plana, enquanto uma segunda parte moldada 41 tem uma borda dobrada 42 que forma a superfície de contato pretendida para o acoplamento entre as partes moldadas 40, 41. Obviamente, outras geometrias das partes moldadas podem ser usadas e a invenção não está limitada a geometrias de partes moldadas particulares. As superfícies de contato (42, 42 ') são colocadas em contato umas com as outras e um indutor linear 43, proporcionando um campo eletromagnético cilíndrico substancial que aquece as partes moldadas (40, 41) e, em particular, as superfícies de contato (42, 42') a uma temperatura que é alta o suficiente para ativar termicamente o polímero termoplástico, ou, opcionalmente, um adesivo termicamente ativado aplicado às superfícies de contato (42, 42 '). O indutor pode ser movido sobre as superfícies em contato (42, 42 ') na direção B sem fazer contato físico com as partes (40, 41). Durante o aquecimento e/ou opcionalmente um curto período de tempo depois disso, as superfícies em contato ativadas termicamente (42, 42') devem ser pressionadas juntas na direção A por ferramentas apropriadas (não mostradas na Figura 1) para obter uma conexão forte e bem desenvolvida entre as partes moldadas (40, 41).

[0055] A Figura 2 mostra um dispositivo de soldagem 30 exemplificativo dotado de um indutor de junção 43. O indutor 43 pode ser guiado ao longo de uma linha de soldagem que pode ser um caminho pré-programado por meio de um robô industrial de seis eixos geométricos 32 ou outro meio de movimento adequado, a fim de obter uma solda desejada. Nesse caso, as partes moldadas para soldagem podem ser fixadas e prensadas entre si em um molde 33, fabricado para esse fim. O molde 33 pode ser dotado de uma reentrância 34 através da qual o indutor 43 pode ser movido para perto das peças moldadas para soldagem. O indutor 43 pode ser conectado a um gerador de corrente alternada 35 disposto no robô 32 com a finalidade de gerar o campo eletromagnético. O molde 33 está no interior e é dotado de ferramentas que estão em contato com as superfícies em contato (42, 42') para gerar pressão sobre as superfícies em contato (42, 42'). Essa pressão é gerada inflando-se a ferramenta contra as superfícies internas do molde 33.

[0056] Uma ferramenta 1 de acordo com uma modalidade da invenção e a ser inserida em um molde 33 exemplificativo é mostrada na Figura

3. A ferramenta 1 compreende um corpo de borracha 10 e um corpo rígido 11 embutido no mesmo. Como também mostrado na Figura 4, o corpo rígido 11 tem formato de cunha e se estende em uma direção axial 21. O corpo rígido 11 é delimitado em uma direção vertical 20 por uma superfície superior 13a e uma superfície inferior 13b, entre as quais se estendem as paredes 14 na direção vertical 20. O corpo rígido 11 compreende ainda cavidades 12a e 12b que se estendem entre as ditas superfícies (13a, 13b). As paredes laterais da cavidade 14 são relativamente finas em uma direção transversal 22. Uma conexão 15 para um meio de pressurização é fornecida no corpo rígido 11. A conexão 15 fornece uma entrada para um líquido de pressurização, como ar pressurizado, por exemplo. Uma saída 16 para o ar pressurizado pode ser fornecida nas duas paredes laterais 14, conforme mostrado.

[0057] A ferramenta 1 pode ser fabricada formando o corpo rígido 11 primeiro, por exemplo, por meio de impressão 3D de um polímero resistente à temperatura, como PEEK. Um suporte (não mostrado) é, então, fornecido tendo uma cavidade interna conformada com o formato externo da ferramenta 1. O corpo rígido 11 é colocado dentro do retentor e a borracha líquida é derramada no suporte. Essa borracha líquida também preenche as cavidades (12a, 12b) do corpo rígido 11 e, após a solidificação da borracha líquida, forma o corpo de borracha 10, no qual o corpo rígido 11 está embutido.

[0058] Conforme mostrado na Figura 3, o corpo rígido 11 é moldado de modo que diferentes espessuras do corpo de borracha 10 sejam definidas em diferentes direções. Por exemplo, o corpo de borracha 10 tem uma grande espessura 10b na direção vertical 20 dentro da cavidade 12a do corpo rígido. Por outro lado, o corpo de borracha 11 tem uma espessura relativamente pequena 10a em uma direção transversal 22, como é evidente na Figura 5B, por exemplo. Acontece que as diferentes espessuras do corpo de borracha 10 (10a, 10b, ...) causam um acúmulo de pressão diferente nas diferentes direções (20, 22). Na verdade, o aumento de pressão na direção vertical 20 é relativamente baixo em comparação com o acúmulo de pressão na direção transversal 22, isto é, cerca de perpendicular às paredes laterais 14. A ferramenta 1 de acordo com a invenção permite assim gerar pressão nas peças moldadas a serem soldadas, enquanto a geração de pressão em direções que não precisam de tal aumento de pressão é limitada. A capacidade de gerar pressão anisotrópica é útil para diminuir os requisitos de rigidez e resistência dos moldes de soldagem.

[0059] As Figuras 5A a 5F ilustram diferentes seções transversais da ferramenta em diferentes níveis de altura X1 a X6, em que o nível X1 representa um nível de altura baixo, enquanto o nível X6 representa um nível de altura alto, conforme mostrado na Figura 3.

[0060] A Figura 5A mostra um corte transversal obtido no nível X1 através do corpo de borracha 10.

[0061] A Figura 5B mostra um corte transversal obtido no nível X2 através de uma parte inferior do corpo rígido 10 que é preenchido com o corpo de borracha 10 nas cavidades 10a e 10b.

[0062] A Figura 5C mostra um corte transversal obtido no nível X3 através de uma parte do meio do corpo rígido 10 na altura das saídas 16 para o ar pressurizado.

[0063] A Figura 5D mostra um corte transversal obtido no nível X4 através de uma parte superior do corpo rígido 10 na altura de um duto de entrada bifurcado 17 (17a, 17b) para ar pressurizado, conforme também mostrado na Figura 7. O duto 17 para ar pressurizado é fornecido em uma haste 18 que é conectada ao corpo rígido 11 através da conexão 15 e também revestida com borracha para fazer parte do corpo de borracha 10. O duto 17 é conectado de maneira fluida a uma fonte de ar pressurizado (não mostrado) através de um conector 19.

[0064] A Figura 5E mostra um corte transversal obtido no nível X5 através de uma parte ainda mais alta do corpo rígido 10 na altura acima da bifurcação do duto de entrada 17 para ar pressurizado.

[0065] A Figura 5F finalmente mostra um corte transversal obtido no nível X6 através do corpo de borracha 10 no topo da ferramenta 1, uma parte ainda mais alta do corpo rígido 10 na altura acima da bifurcação do duto de entrada 17 para ar pressurizado.

[0066] Com referência à Figura 6, uma vista lateral em corte transversal da ferramenta 1 em um plano vertical é mostrada esquematicamente. Uma vista lateral em corte transversal da ferramenta 1 em um plano vertical através da haste 18 que contém o duto 17 para ar pressurizado é esquematicamente mostrada na Figura 7, enquanto a Figura 8 mostra esquematicamente uma vista lateral em corte transversal da ferramenta 1 em um plano vertical. Conforme mostrado na Figura 8, a ferramenta 1 é configurada de modo que a pressão seja essencialmente acumulada onde é necessária, isto é, quase perpendicular às paredes laterais 14 do corpo rígido 11, conforme ilustrado pelas setas 25.

[0067] Com referência agora à Figura 9, um conjunto de ferramentas 50 que incorpora uma ferramenta 1 de acordo com uma modalidade da invenção é esquematicamente ilustrado. O conjunto de ferramentas 50 compreende duas partes da estrutura 51 e 52 que são aparafusadas juntas e que mantêm uma blindagem térmica 53, bem como as partes moldadas 54a e 54b a serem unidas por soldagem eletromagnética. Uma ferramenta 1 foi inserida dentro do conjunto de ferramentas 50 para pressurizar as superfícies em contato das peças moldadas (54a, 54b) a serem soldadas. A ferramenta 1 é apenas parcialmente visível na Figura 9 através da haste ou mangueira 18. Um conector Festo 55 de alta pressão é aplicado à mangueira 18, opcionalmente através do uso de um adaptado 56. Uma fonte de ar pressurizado para pressurizar a ferramenta 1 e as superfícies em contato (42, 42’) entra na mangueira 18 através da conexão ao conector Festo 55.

[0068] Durante a pressurização da ferramenta 1, a pressão se desenvolverá essencialmente perpendicular às paredes laterais 14 do corpo rígido 11, conforme mostrado na Figura 8. As partes 51 e 52 da estrutura precisam apenas resistir à pressão desenvolvida na dita direção, e há menos necessidade ou nenhuma necessidade de enrijecer o conjunto de ferramenta 50 em outras direções. A ferramenta 1 também é vantajosa por ser capaz de pressurizar superfícies relativamente pequenas e/ou acomodar raios de curvatura relativamente pequenos.

[0069] A invenção não se limita aos exemplos e variações fornecidos acima que podem ser previstos dentro do escopo das reivindicações anexas.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. FERRAMENTA PARA USO EM UM MÉTODO PARA SOLDAGEM

ELETROMAGNÉTICA DE DUAS SUPERFÍCIES EM CONTATO DE PARTES MOLDADAS, sendo que a ferramenta é caracterizada pelo fato de que compreende um corpo de borracha e meios pressurizantes para pressurizar o corpo de borracha e aplicar pressão nas superfícies em contato, em que o corpo de borracha compreende um corpo rígido embutido conformado de modo a definir diferentes espessuras do corpo de borracha em diferentes direções, o que causa um acúmulo de pressão diferente nas ditas diferentes direções, em que os meios pressurizantes compreendem a canalização fornecida no corpo rígido, sendo que a canalização, em uma extremidade, está conectada a uma fonte de pressão e, em outra extremidade, se conecta ao corpo de borracha.

2. FERRAMENTA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o acúmulo de pressão é maior em espessura menor.

3. FERRAMENTA, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizada pelo fato de que o corpo de borracha adere ao corpo rígido embutido.

4. FERRAMENTA, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizada pelo fato de que aquela parte do corpo de borracha que visa pressurizar as superfícies em contato tem uma espessura menor do que outras partes do corpo de borracha.

5. FERRAMENTA, de acordo com a reivindicação 4, caracterizada pelo fato de que aquela parte do corpo de borracha que visa pressurizar as superfícies em contato tem uma espessura menor do que qualquer outra parte do corpo de borracha.

6. FERRAMENTA, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizada pelo fato que de o corpo rígido tem uma superfície superior e inferior e paredes que se estendem entre ditas superfícies, e uma cavidade que se estende entre essas ditas superfícies e são preenchidas com uma parte do corpo de borracha.

7. FERRAMENTA, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizada pelo fato que a fonte de pressão compreende uma fonte de ar pressurizado.

8. FERRAMENTA, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizada pelo fato de que o corpo rígido é feito a partir de um material polimérico.

9. FERRAMENTA, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizada pelo fato de que o corpo rígido compreende ainda pelo menos um dentre um sensor de pressão ou um sensor de temperatura.

10. MÉTODO PARA FABRICAR UMA FERRAMENTA, conforme definido em qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que compreende formar o corpo rígido, fornecendo um retentor que tem o formato da ferramenta, posicionando o corpo rígido dentro do retentor e despejando borracha líquida no retentor e deixando a borracha solidificar para fornecer o corpo de borracha.

11. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que o corpo rígido é formado por usinagem.

12. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que o corpo rígido é formado por impressão 3D.

13. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 10- 12, caracterizado pelo fato de que pelo menos um dentre um sensor de pressão ou um sensor de temperatura é fornecido no corpo rígido.

14. MÉTODO PARA SOLDAGEM ELETROMAGNÉTICA DE DUAS SUPERFÍCIES EM CONTATO DE PARTES MOLDADAS, sendo que o método é caracterizado pelo fato de que compreende fornecer uma ferramenta, conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1-9, que pressurizar o corpo de borracha da ferramenta e aplicar a pressão nas superfícies em contato, mover um indutor de junção ao longo das superfícies em contato pressurizadas das partes moldadas, gerar um campo eletromagnético em um componente sensível à indução das partes moldadas para aquecer um meio de acoplamento ativado termicamente das partes moldadas acima de uma temperatura de fusão dos meios de acoplamento e unir as partes moldadas umas às outras nas superfícies de contato pelos meios de acoplamento derretido.

15. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que o meio de acoplamento ativado termicamente compreende um plástico termoplástico.