BRPI0520816B1 - “processo para fabricar painéis para estruturas aeronáuticas com membros de enrijecimento em forma de u e membros de enrijecimento em forma de i entre suas almas” - Google Patents

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Abstract

processo de fabricação de painéis de composto com membro de enrijecimento em forma de u. a invenção refere-se a um processo para fabricar painéis (9) para as estruturas aeronáuticas com membros de enrijecimento em forma de u (13) e membros de enrijecimento em forma de 1 (17) entre as suas almas, que compreende as seguintes etapas: prover um laminado para formar o revestimento (11) sobre a ferramenta de cura (31); prover laminados planos (23) para formar os membros de enrijecimento (13, 17); formar os membros de enrijecimento em forma de u (13) sobre ferramentas de formação individuais (33) e colocar os elementos de enrijecimento em forma de 1 (17) dentro das ditas ferramentas; agrupar as ditas ferramentas de formação individuais (33) juntas sobre uma ferramenta de montagem (41); colocar o conjunto de membros de enrijecimento (13, 17) sobre o revestimento (11); colocar uma bolsa de vácuo (55) sobre o conjunto com o auxílio de perfis (59); consolidar o dito conjunto por meio de um processo de cura sob condições de pressão e de temperatura adequadas utilizando ferramentas externas (60) para assegurar a verticalidade das almas dos membros de enrijecimento (13,17).

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para “PROCESSO PARA FABRICAR PAINÉIS PARA ESTRUTURAS AERONÁUTICAS COM MEMBROS DE ENRIJECIMENTO EM FORMA DE U E MEMBROS DE ENRIJECIMENTO EM FORMA DE I ENTRE AS SUAS ALMAS".
CAMPO DA INVENÇÃO
[001] A presente invenção refere-se a um processo para a fabricação de painéis de composto com membro de enrljecimento em forma de U e membros de enrijeci mento em forma de I entre as suas almas, especificamente a painéis com esta configuração destinados a estruturas aeronáuticas.
ANTECEDENTES DA INVENÇÃO
[002] É comum utilizar painéis que contêm membros de enrijeci-mento nas peças que formam parte de uma estrutura. Entre estes vários processos para obter uma rigidez de painel aumentada está a fixação de perfis a este, de modo que a desejada rigidez aumentada seja obtida.
[003] Existem também várias maneiras para prender os perfis ao painel (por meio de rebites, utilizando adesivos, ...). Diferentes custos de fabricação e diferentes desempenhos da estrutura no seu meio de trabalho serão obtidos de acordo como isto é feito.
[004] Em painéis feitos com compostos, um processo muito vantajoso para obter um painel de enrijeci mento é a integração da fabricação do painel e do enrijecedor, de modo que, quando a resina é curada os dois elementos permanecem presos um no outro. Este processo de fabricação por meio de integração dos dois membros é denominado co-cura. De um ponto de vista industrial, a vantagem de uma junta co-curada em comparação com uma junta do tipo de rebite é que nenhuma operação de usinagem e de instalação de rebites subsequente é requerida de modo a executar a junta. Em comparação com as juntas que utilizam ligações por adesivo, a junta co-curada tem vantagens mais significativas: menos peso na estrutura, número reduzido de ciclos de cura e finalmente, sem necessidade de utilizar métodos de preparação de superfície para executar a junta.
[005] Diferentes tipos de processos e ferramentas são conhecidos na técnica anterior para executar a co-cura, A utilização de ferramentas rígidas (feitas de fibra de carbono ou metal) e ferramentas do tipo elastomérico, colocadas dentro da boisa de vácuo, a pressão de autoclave atuando subsequentemente sobre a peça através destas, é especificamente conhecida.
[006] É conhecido do estado da técnica, do documento EP1537981A1, um processo para fabricação de painéis para estruturas aeronáuticas apresentando membros enrijecedores entre suas almas. É conhecido dos documentos EP0368734A1 e FR2670153 ferramentas para realizar a moldagem de painéis de material composto compreendendo membros de enrijecimento.
[007] A presente invenção tem um objetivo de prover um processo efetivo para fabricar um painel com membros de enrijecimento com uma junta co-curada do revestimento e dos membros de enrijecimento. SUMÁRIO DA INVENÇÃO
[008] A presente invenção propõe um processo para fabricar painéis para as estruturas aeronáuticas com membros de enrijecimento em forma de U e membros de enrijecimento em forma de I (isto é, membros de enrijecimento de seção transversal retangular) entre as suas almas, que compreende as seguintes etapas: [009] prover um laminado de composto pré-impregnado para formar o revestimento do painel sobre a ferramenta de cura;
[0010] prover laminados de composto pré-impregnados planos para formar os membros de enrijecimento em forma de U e os membros de enrijecimento em forma de I, respectivamente;
[0011] formar os membros de enrijecí mento em forma de U dos laminados planos sobre ferramentas de formação individuais e colocar os elementos de enrijecí mento em forma de I dentro dos alojamentos providos nas ditas ferramentas;
[0012] agrupar as ditas ferramentas de formação individuais juntas sobre uma ferramenta de montagem;
[0013] colocar o conjunto de membros de enrijecimento sobre o revestimento, girando a ferramenta de montagem de 180ee posicionando-o no mesmo;
[0014] remover a ferramenta uma vez que os membros de enrijecimento tenham sido unidos no revestimento;
[0015] colocar uma bolsa de vácuo sobre o painel ajustando-a tanto quanto possível ao contorno dos membros de enrijecimento;
[0016] consolidar o painel por meio de um processo de cura sob condições de pressão e de temperatura adequadas utilizando ferramentas externas para assegurar a verticalidade das almas dos membros de enrijecimento em forma de U e dos membros de enrijecimento em forma de I localizados entre as suas almas.
[0017] Uma característica importante do processo de objeto da presente invenção é que painéis enrijecidos com perfis em forma de U são obtidos de laminados de composto em um único ciclo de cura no qual a pressão de autoclave atua direta mente sobre o painel dado que as ferramentas utilizadas estão localizadas fora da bolsa de vácuo.
[0018] O processo é especificamente aplicável a laminados de composto, especifica mente do tipo de fita pré-impregnada cuja sequência de empilhamento foi feita utilizando uma máquina de enfita-mento automática.
[0019] Outras características e vantagens da presente invenção serão obtidas da descrição detalhada seguinte de uma modalidade ilustrativa de seu objeto em relação aos desenhos anexos.
DESCRIÇÃO DOS DESENHOS
[0020] Figura 1 mostra um painel enrijecido com os perfis em forma de U.
[0021] Figura 2 mostra uma vista em corte transversal esquemáti- ca do painel da Figura 1.
[0022] Figura 3 mostra uma vista detalhada de uma área do painel com os seus componentes, [0023] Figura 4 mostra esquematicamente os laminados de partida para obter os membros de enrijecí mento de acordo com o processo de objeto da presente invenção.
[0024] Figuras 5a e 5b mostram esquematicamente os elementos envolvidos no processo de formação de membro de enrijecimento de acordo com o processo de objeto da presente invenção.
[0025] Figura 6 mostra uma vista detalhada da formação de um membro de enrijecimento sobre uma ferramenta de formação individual.
[0026] Figuras 7a, 7b e 7c mostram esquematicamente o processo de formar o painel de seus componentes.
[0027] Figura 8 mostra os diferentes membros do painel antes da cura.
[0028] Figura 9 mostra esquematicamente a colocação da bolsa de vácuo.
[0029] Figura 10 mostra esquematicamente a ferramenta externa utilizada durante a cura.
DESCRICÃO DETALHADA DA INVENÇÃO
[0030] O processo de objeto da presente invenção abaixo descrito tem o propósito de fabricar um painel estrutural 9 enrijecido com perfis em forma de U que é formado por um revestimento 11, membros de enrijecimento em forma de U 13 e membros de enrijecimento em forma de I 17 dispostos entre as almas dos membros em forma de U.
[0031] Provida primeiro, por um lado, é a laminação do revestimento 11, obtido por enfitamento automático, sobre a ferramenta de cura de conjunto 31, e por outro lado, os laminados 23 requeridos para formar os enrijecedores estão providos, obtidos fazendo um número controlado de cortes sobre um laminado feitos por enfitamento automático.
[0032] Os laminados 23 são cortados, levando em consideração que os membros de enrijecimento em forma de U 13 não são contínuos ao longo da peça inteira, já que estes desaparecem nos cruzamentos transversais onde as nervuras estão localizadas, de modo que nestas áreas o laminado não precisa ser dobrado para formar as almas dos membros em forma de U.
[0033] Os laminados 23 estão providos com uma camada de tecido de dobra de destaque seco 29 sobre o seu lado interno a qual é cortada ao mesmo tempo que os laminados 23. Esta camada 29 acompanha cada laminado 23 até o final da etapa de cura e, quando removida, provê o acabamento final da peça.
[0034] O laminado 23 é colocado sobre a ferramenta de formação 33, a superfície da qual copia por meio de usinagem a superfície e/ou rebaixos que o laminado de base 11 possa ter de modo que exista um acoplamento perfeito entre estes. A colocação sobre a ferramenta de formação 33 provê o próprio laminado 23. Um filme deformável não adesivo 31 é colocado sobre o laminado 23 e peças são colocadas por meio de um grampo 35 nas áreas onde o laminado não precisa ser dobrado de modo a impedir qualquer seu movimento (Figura 5b).
[0035] O laminado 23 dobra nas áreas desejadas por meio de uma membrana elástica impermeável (não mostrada) sob a ação de calor e do vácuo.
[0036] Uma vez que a etapa de formar os membros de enrijecimento em forma de U 13 foi concluída, os laminados dos membros de enrijecimento em forma de I 17, os quais foram previamente enfitados automaticamente e cortados em máquinas de controle numérico, são colocados dentro dos alojamentos dispostos para este propósito.
[0037] As ferramentas de formação 33 individuais são então agrupadas juntas para formar o grupo de membros de enrijecimento 13, 17 por meio de uma ferramenta 41 sobre a qual as ferramentas de formação 33 deslizam e os laminados formarão os membros de enrijecimento 13, 17.
[0038] A ferramenta 41 está provida com um meio que a permite, por um lado, movimentos para cima e para baixo, e por outro lado, uma rotação ao redor de um eixo geométrico horizontal. Por meio de uma volta de 180°, os membros de enrijecimento 13, 17 que ocupavam a posição de um U invertido na etapa de formação, ocupam a posição de cura final. A ferramenta 41 é feita baixar por sobre a ferramenta de cura de conjunto 31 sobre a qual o laminado de base 11 foi feito. Ambas as ferramentas 41, 31 são coordenadas através de um meio de centragem 39 de modo que no abaixamento os membros de enrijecimento 13, 17 ocupam a sua posição final sobre o revestimento 11.
[0039] Estes permanecem nesta posição por algum tempo até que os laminados do revestimento de base 11 e dos membros de enrijecimento 13, 17 estejam presos uns nos outros. Então os membros de enrijecimento 13, 17 formados são liberados de suas respectivas ferramentas 33, levantando a ferramenta 41 a camada de tecido de dobra de destaque 29 ficando visível.
[0040] Então a bolsa de vácuo final 55 é carregada para o conjunto do revestimento 11 e dos membros de enrijecimento 13, 17.
[0041] Para este fim um filme de separação não poroso 45 é primeiramente disposto sobre os membros de enrijecimento 13, 17 no modo de uma capa o qual foi previamente cortado em tiras de largura adequada, de modo que este cobre 90% do laminado entre cada dois membros de enrijecimento de modo a impedir que a resina do laminado danifique a bolsa de vácuo 55.
[0042] O material restante que forma a bolsa de vácuo é então disposto: tiras de fibra de vidro seca 47 sobre o contorno, vedação de vácuo 49 para a bolsa e a própria bolsa 55. Neste processo de fabricação é essencial que a bolsa de vácuo seja ajustada tanto quanto possível à peça fabricada e que o material seja distribuído igualmente em ambos os lados de cada membro de enrijecimento, de modo que para dispor o filme da bolsa de vácuo um sistema de rolo rotativo 57 é utilizado, homogeneizando a tensão da bolsa 55, e um grupo de perfis 59 que retém a bolsa 55 já disposto no lugar de modo que nenhum material seja arrastado.
[0043] Uma vez que a bolsa de vácuo é fechada em todos os lados, o vácuo é aplicado, sem ter removido os perfis 58 do topo do conjunto, de modo que as almas verticais dos membros formados em U não dobrem.
[0044] Ferramentas 60 adicionais são utilizadas para curar o conjunto as quais estão ajustadas às almas dos membros de enrijecimento 13, 17 durante todas as fases do ciclo de polimerização de resina. Em outras palavras, estas ferramentas atuam sobre as almas dos membros de enrijecimento 13, 17, qualquer que possam ser a pressão e a temperatura de cura. Estas ferramentas 60 adicionais substituem os perfis 59 utilizados para dispor a bolsa de vácuo 55 e em uma modalidade preferida, estas são formadas por um par de cantoneiras 61 e molas 63 distribuídas ao longo do comprimento dos membros de reforço. As cantoneiras 61 apertam ao redor das almas dos membros de enrijecimento 13, 17, no topo da bolsa de vácuo 55, devido à ação da mola 63, e portanto a verticalidade dos membros durante o ciclo de cura é assegurada. A cura com uma bolsa de vácuo 55 direta assegu- ra uma boa compactação e/ou qualidade dos laminados obtidos.
[0045] O processo de fabricação está limitado a membros de enri-jecimento em forma de U 13 de uma espessura de alma inferior total de 2,5 mm de modo que o raio de dobra R é da mesma ordem de magnitude e portanto as cavidades 12 são tão pequenas que estas não requerem uma peça de enchimento especial.
[0046] Para os membros de enrijecimento em forma de U 13 mais espessos o membro de reforço em forma de I 17 precisaria ser mais curto, atingindo a tangente do raio de dobra, e um material adicional precisaria ser utilizado de modo a cobrir as cavidades 12.
[0047] Quaisquer modificações compreendidas dentro do escopo definido pelas reivindicações seguintes podem ser introduzidas na modalidade preferida acima descrita.
REIVINDICAÇÕES

Claims (5)

1. Processo para fabricar painéis (9) para estruturas aeronáuticas com membros de enrijecimento em forma de U (13) e membros de enrijecimento em forma de I (17) entre as suas almas, compreendendo as seguintes etapas: a) prover um laminado de composto pré-impregnado para formar o revestimento (11) do painel (9) sobre a ferramenta de cura (31); b) prover laminados de composto pré-impregnados planos (23) para formar os membros de enrijecimento em forma de U (13) e os membros de enrijecimento em forma de I (17), respectivamente; c) formar os membros de enrijecimento em forma de U (13) dos laminados planos (23) sobre ferramentas de formação individuais (33) e colocar os elementos de enrijecimento em forma de I (17) dentro dos alojamentos providos nas ditas ferramentas; d) agrupar as ditas ferramentas de formação individuais (33) juntas sobre uma ferramenta de montagem (41); e) colocar o conjunto de membros de enrijecimento (13, 17) sobre o revestimento (11), girando a ferramenta de montagem (41) de 180°e posicionando-a no mesmo; f) remover a ferramenta de montagem (41) uma vez que os membros de enrijecimento (13, 17) tenham sido unidos no revestimento (11); caracterizado por, g) colocar uma bolsa de vácuo (55) sobre o conjunto do revestimento (11) e dos membros de enrijecimento (13, 17), ajustando-a tanto quanto possível ao contorno dos membros de enrijecimento por meio de perfis (59); e h) consolidar o dito conjunto por meio de um processo de cura sob condições de pressão e de temperatura adequadas utilizando ferramentas externas (60) para assegurar a verticalidade das almas dos membros de enrijecimento (13, 17), as ferramentas externas (60) compreendendo dois perfis (61) que podem ser ajustados por meio da pressão de diversas molas (63).
2. Processo para fabricar painéis para estruturas aeronáuticas, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que na etapa b), os laminados (23) para formar os membros de enrijecimento em forma de U (13) são providos com uma camada de tecido de dobra de destaque seco (29) no seu lado inferior.
3. Processo para fabricar painéis para estruturas aeronáuticas, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a etapa f) inclui dispor um filme de separação não poroso sobre os membros de enrijecimento (13) para impedir que a sua resina danifique a bolsa de vácuo (55).
4. Processo para fabricar painéis para estruturas aeronáuticas, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que a espessura do membro de enrijecimento em forma de U (13) é menor do que 2,5 mm.
5. Processo para fabricar painéis para estruturas aeronáuticas, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que a espessura do membro de enrijecimento em forma de U (13) é igual a ou maior do que 2,5 mm, e de que este também compreende a utilização de material adicional para cobrir as cavidades entre o membro de enrijecimento em forma de U (13) o membro de enrijecimento em forma de I (17) e o revestimento (11).
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