BRPI0622051A2 - Ferramenta de material compósito para moldar peças cilíndricas - Google Patents

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Pierre Valibouse
Philippe Marino
Denis Colombo
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Mediterranee Const Ind
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Description

FERRAMENTA EM MATERIAL COMPÓSITO PARA MOLDAR PEÇAS CILÍNDRICAS
A presente invenção se refere a uma ferramenta em material compósito para a produção de uma peça cilíndrica em um material compósito. A invenção também se refere a um processo de fabricação de uma ferramenta dessa natureza.
No campo da aeronáutica, apenas para não citar somente o domínio da aplicação, cada vez mais são utilizadas peças de compósitos feitas de fibra de carbono 10 para obter estruturas mais leves, sem sacrificar a rigidez e outras características necessárias, mas também para obter elementos que apresentam um aspecto mais agradável do que uma peça de metal, e que simultaneamente proporcionam resistência ao fogo.
A produção destas peças de compósitos requer uma
ferramenta de alta precisão. Esta ferramenta, que também pode ser chamada de molde, deve assegurar todas as funções habituais das ferramentas listadas abaixo, garantindo as tolerâncias geométricas da peça final e suportando os 20 ciclos térmicos e de pressão, ás vezes bastante particulares, tais como as aqui envolvidas, por exemplo, em uma passagem em autoclave.
Normalmente, usamos para efeito de moldes metálicos feitas em aço Invar por caldeiraria ou usinagem e os moldes compósitos feitos de fibras de carbono, pré-impregnados com resina epóxi, para moldagem de um molde chamado "mestre".
Embora, a tecnologia Invar seja amplamente utilizada na produção em massa, a verdade é que o custo unitário de um molde é elevado. Em contrapartida, as ferramentas feitas 5 de fibras de carbono são menos onerosas, mas são mais frágeis e quase não possibilitam a sua reparação, principalmente devido a não estanqueidade remanescente após o reparo.
Quando se trata de fazer peças cilíndricas, 10 particularmente grandes, os problemas de concretização proveniente do tamanho e da dificuldade de lidar com esses moldes não são tão grandes, mas sim a dificuldade de garantir a tolerâncias geométricas finais da peça, porque elas dependem do comportamento do molde durante o ciclo de 15 polimerização e também principalmente sobre a estrutura da peça a ser produzida e seu comportamento na ferramenta. Na verdade, os problemas resultantes da expansão térmica e retirada da resina não são muitas vezes negligenciáveis.
Numa situação dessas, apenas uma abordagem por usinagem permitiria garantir as tolerâncias finais da peça.
Existem materiais compósitos que após serem moldados e curados sob alta temperatura e pressão em autoclave podem ser então utilizados na usinagem para obter a geometria desejada, preservando a vedação requerida para produzir a peça final. No entanto, estes materiais necessitam de um "mestre" capaz de manter as condições de temperatura e pressão de polimerização em autoclave. Tais "mestres" são mais caros e complexos para estruturas feitas em grandes dimensões nas quais as exigências geométricas são severas.
Por exemplo, as tolerâncias de +/- 0,6 mm por um diâmetro de 4 m não são condições raras de serem obtidas. Além disso, a segmentação de uma ferramenta em vários lóbulos pode permitir a ruptura, tornando isso ainda mais problemático.
Como se afirmou no início desta descrição, a
implementação de uma peça de compósito de fibra de carbono pré-impregnada com resina epóxi requer ferramenta de alta precisão, que devem garantir todas as funções habituais das ferramentas de precisão. No presente campo de interesse, as ferramentas devem permitir drapear um revestimento duro de perfis tipo Ω pela remoção da fibra. A ferramenta também deve ser extraída a partir da estrutura drapeada após a polimerização. Além disso, as ferramentas devem satisfazer as tolerâncias exigidas e devem permitir um reforço em seus núcleos. Por último, a superfície de depósito deve ser hermética à temperatura ambiente e a temperatura elevada em autoclave, para poder colocar uma câmara de vácuo durante a polimerização. As ferramentas também devem permitir assentar espaçadores ou contramoldes (placa de coifa) para a fase de polimerização. E, finalmente, a ferramenta deve suportar as condições ambientais do processo de fabricação da peça.
Além disso, uma ferramenta de material compósito, para a produção de uma peça cilíndrica de material 5 compósito deve incluir termopares, deve ter contato com uma superfície de contato com rugosidade máxima de Ra = 0,8 e deve integrar folgas necessárias para a fresagem da peça obtida.
O objetivo da invenção é fornecer uma ferramenta que atenda aos vários requisitos acima referidos e que seja fácil de manusear, especialmente durante a extração da ferramenta da estrutura drapeada após a polimerização.
O objetivo da invenção é atingido com um material compósito para a produção de uma peça cilíndrica de um material compósito, a ferramenta se destina a constituir um mandril no qual a peça cilíndrica é formada.
De acordo com a invenção, a ferramenta inclui um conjunto de elementos, cada um dos quais é um setor cilíndrico da ferramenta, cada elemento compreende uma 20 estrutura principal em compósito de fibras em revestimento moldado sobre a estrutura moldada, a ferramenta adicionalmente compreende meios de vedação destinados para serem colocados nas junções entre os elementos da ferramenta.
A ferramenta da invenção é também composta de um conjunto de elementos montados mecanicamente sendo desmontável elemento por elemento, de acordo com uma seqüência precisa, permitindo a remoção da peça final. Cada elemento de tal ferramenta, também é chamado de "parte", é vantajosamente obtida da seguinte maneira:
- idealizamos uma estrutura principal em compósito de fibras de carbono clássico. Isto pode ser conseguido através de um processo clássico que consiste em:
• utilizar uma espuma clássica "mestre", material
extrudável e usinagem; para tal mestre isto é pouco
dispendioso, pois não precisa ser muito específico;
• curar a estrutura principal na estufa a vácuo (portanto, não em uma autoclave) a baixa temperatura, em torno de 40°C a 45°C e, em seguida, um ciclo de pós-cura,
em temperatura elevada;
• a estrutura principal pode ser rígida de modo a resistir aos esforços mecânicos durante a implementação da ferramenta, que entre esses, incluem os esforços mecânicos especialmente aqueles utilizados para o drapeamento durante
a polimerização em autoclave, durante a operação de manutenção, e durante a desmontagem e remontagem da ferramenta;
- um revestimento de fibra de carbono pré-impregnado de resina epóxi ou um revestimento de fibra de carbono pré-
impregnado com uma resina poliamida, incluindo bismaleimidas, de baixa espessura será moldada sobre a estrutura principal, curada em uma autoclave sob vácuo, pressão e alta temperatura para obter a homogeneidade necessária e as propriedades mecânicas esperada dos materiais. A estrutura principal permite esta aplicação.
A recuperação na usinagem do revestimento é realizada obtendo a geometria desejada de forma que a integração dos elementos permite a obtenção da vedação das interfaces.
Uma ferramenta feita da maneira descrita acima é
desmontável, parte por parte, de acordo com uma seqüência precisa, permitindo a remoção da peça final qualquer que seja a dimensão desta.
Note, em particular, que o número de elementos que 15 compõem a ferramenta da invenção depende totalmente das dimensões da peça a serem obtidas e de determinadas limitações das manipulações de cada elemento. 0 exemplo da aplicação descrita abaixo fornece uma ferramenta composta de sete peças, este número foi escolhido arbitrariamente e 20 de forma alguma pode ser considerado limitativo ou preferencial.
A solução da invenção é facilmente adaptável as ferramentas de desenvolvimento, mas também pode ser utilizada para ferramentas de produção em massa. Com efeito, o material utilizado para a produção do revestimento permite repetidas reparações que podem ser necessárias durante a vida útil da ferramenta, por exemplo, devido a choques ou qualquer outro tipo de dano ou pelo uso.
Segundo a modalidade de realização preferida para a
ferramenta da invenção, esta pode ter características adicionais a seguir, individualmente ou em conjunto com as combinações de técnicas possíveis:
cada elemento tem uma estrutura principal em compósito de fibras de carbono;
- cada elemento tem um revestimento de carbono pré- impregnado com resina epóxi;
- cada elemento tem um revestimento de carbono pré- impregnado com uma resina de estrutura poliimida;
- cada elemento tem um revestimento de carbono pré-
impregnado com bismaleimidas;
- cada elemento tem um revestimento que tenha sido submetido, após a moldagem e cura, a uma usinagem que proporciona ao elemento dimensões predeterminadas e ao
revestimento uma condição predeterminada;
- os meios de vedação compreendem anéis de obstrução
- os meios de vedação compreendem anéis de obstrução infláveis de silicone;
- a ferramenta inclui inserções de estanque que são destinadas para serem colocadas nas junções dos elementos do lado do revestimento.
0 objetivo da invenção também é obtido com um processo de fabricação de uma ferramenta de material compósito para produzir uma peça cilíndrica de material compósito, a ferramenta inclui um conjunto de elementos onde cada um destes é uma parte cilíndrica da ferramenta.
De acordo com a invenção, o processo compreende pelo menos as seguintes etapas:
determinar o número de elementos que compreende uma estrutura principal em compósitos de fibras,
moldar o revestimento sobre a estrutura principal, curar os elementos
fazer a usinagem do revestimento de cada elemento para dar a cada elemento as dimensões predeterminadas e ao o revestimento uma condição de superfície predeterminada.
As áreas de revestimento da ferramenta são feitas de um composto a base de camadas de fibra de carbono, pré- impregnadas com uma resina e depositadas em um plano de drapeado quase-iso.
Quando realizamos a pré-impregnação com resina na
ferramenta, o revestimento não pode obter diretamente a modelagem da tolerância geométrica exigida e não autoriza uma recuperação por usinagem para garantir uma boa condição vis-à-vis a rugosidade da superfície e impermeabilização exigidas. Por esta razão, a superfície externa é coberta com uma camada de compósito (quase-iso) do tipo HexTool® da empresa Hexcel, material compósito, que apresenta excelentes características no que diz respeito à rugosidade superficial e estanqueidade.
Vantajosa, a superfície externa é feita com uma
espessura de 1 a 2 milímetros para permitir uma nova usinagem da nervura final após a fabricação e ensaio de uma primeira peça. A espessura recomendada da superfície externa é de cerca de 10 mm.
Nos desenhos anexos, uma seqüência de figuras
representa a cinemática da retirada dos seus diferentes elementos ou peças de uma ferramenta da invenção de uma peça produzida utilizando esta ferramenta. Particularmente, é mostrado que a concepção da presente invenção permite 15 identificar e extrair os elementos um a um. Em qualquer ponto da seqüência, a superfície do revestimento de diferentes elementos não corta a superfície da peça produzida. Os meios necessários para executar esta operação de mandrilagem devem, naturalmente, ser adaptados para o 20 uso de ferramentas e de suas taxas de produção exigidas.
0 desempenho da impermeabilização das ferramentas é crucial vis-à-vis a qualidade da peça a ser produzida, para alcançar esta vedação é adaptada ao conceito dos setores cilíndricos retidos para garantir a vedação, e o processo de execução da peça. A solução proposta no contexto desta invenção é utilizar dois anéis de obstrução dispostos a uma distância da superfície externa de cada elemento e em diferentes níveis. A solução de duplo anel de retenção permite 5 monitorar continuamente a validade da junta de estanqueidade. Além disso, esta solução permite a correção das variações no vácuo durante o processo de produção da peça em compósito.
Além disso, é possível a utilização de anéis de 10 obstrução plena em viton ou em silicone, uma vez que são esperados para funcionar em temperaturas elevadas tais como as previstas em uma autoclave. No entanto, devido às circunstâncias consideradas, é possível que a vedação não seja assegurada para cada operação da aplicação de uma peça 15 cilíndrica em compósitos. Por este motivo, é melhor usar anéis de obstrução infláveis de silicone.
A junta de estanqueidade mais severamente solicitada durante a fabricação da peça está dentro do conjunto, pois de um lado a repentina pressão da autoclave, que é de cerca 20 de 8 bar (8 x IO5 Pa), e do outro lado o vácuo repentino, que é de cerca de 50 mbar (5 X IO3 Pa) . Nestas condições, pode ser utilizado, por exemplo, anéis de obstrução infláveis com um diâmetro externo de 16 mm. As gargantas destinadas a receber essas juntas são usinadas em oposição 25 de modo a não enfraquecer a superfície externa, conforme indicado nos desenhos em anexo. Vantajosa, a junta interna será insuflada a uma pressão de 10 bar (10 x IO5 Pa).
A utilização de anéis infláveis garante a vedação necessária à ferramenta da invenção. No entanto, esta utilização não é sem impacto sobre a dimensão das superfícies de revestimento de cada elemento, bem como da estrutura principal. Na verdade, os anéis infláveis induzem esforços substanciais no sentido longitudinal das paredes das superfícies de revestimento. Como resultado, a pressão da junta é aplicada em cerca de 50% da garganta, os esforços gerados sobre a borda da superfície de comprimento de 6000 mm é da ordem de cerca de 50.000 N. Dependendo da geometria da superfície externa, estes esforços conduzem a momentos de torção e flexão na estrutura principal, que deve ter dimensões em conformidade.
A validade da exploração da estanqueidade da pressão em uma autoclave é vantajosamente verificada antes de entrar na peça da autoclave, promovendo o aumento do espaço entre as juntas a uma pressão de 8 bar (8 x IO5 Pa) .
Gerir a interface entre as superfícies de
revestimento de dois elementos adjacentes, os anéis infláveis e o vácuo para a folha, também é muito importante manter a duração do vácuo durante a polimerização. Para este fim, uma solução possível é colocar em cada junção de dois elementos adjacentes na extremidade da superfície externa, uma inserção impermeável para permitir a passagem do anel inflável que é coberto pelo vácuo da folha.
A ferramenta da invenção possui as seguintes vantagens:
- a ferramenta da invenção é uma solução econômica
para fornecer uma ferramenta de grande dimensão para a fabricação de peças de estrutura em compósitos de grande dimensão, com alta precisão geométrica;
- A ferramenta da invenção compreende uma estrutura em fibra de carbono pré-impregnada com resina epóxi, que
permite a polimerização à baixa temperatura, seguida de uma pós-cura;
- A ferramenta da invenção inclui um revestimento em compósito de fibra de carbono pré-impregnada com resina
epóxi ou com uma resina de estrutura poliimida, incluindo bismaleimidas, o que permite usinar a superfície da ferramenta sem distorções e manter a uniformidade e estanqueidade do material;
A ferramenta pode ser reparada mediante um procedimento simples e aplicável individualmente em cada elemento da ferramenta;
- A duração do material na superfície da ferramenta permite a utilização do mesmo durante várias centenas de ciclos;
- a arquitetura da ferramenta da invenção, devido à parte central da ferramenta ser completamente liberada, permite a manipulação dos elementos mecânicos da ferramenta para facilitar a operação de mandrilagem e remontagem do mandril e assim reduzir a duração dessas operações para a produção em massa.
Outras características e vantagens da presente invenção surgirão a partir da descrição a seguir em um modo de realização da ferramenta da invenção. A descrição é feita com referência aos desenhos, nos quais:
As figuras de 1 a 8 representam uma ferramenta de
acordo com uma modalidade preferida da invenção e da cinemática da sua desmontagem, a saber
A figura 1 mostra a ferramenta com um primeiro elemento livre para ser extraído,
A figura 2 representa a extração do primeiro elemento
da ferramenta da invenção,
A figura 3 mostra a ferramenta com um segundo elemento livre para ser extraído,
A figura 4 representa a extração do segundo elemento da "ferramenta da invenção,
A figura 5 mostra a ferramenta com os três últimos elementos, onde o antepenúltimo elemento é liberado por ser retirado,
A figura 6 representa a retirada do terceiro dos três elementos da ferramenta da invenção, A figura 7 mostra a ferramenta com os últimos dois elementos, onde o penúltimo é liberado por ser retirado,
A figura 8 representa a extração do penúltimo elemento da ferramenta da invenção,
A figura 9 representa isoladamente um elemento da
ferramenta da invenção do lado da superfície externa do elemento,
A figura 10 representa o elemento da figura 9, em uma secção transversal,
A figura 11 representa a junção entre dois elementos
adjacentes da ferramenta da invenção, e
A figura 12 mostra esquematicamente a disposição de uma inserção de vedação em uma ferramenta da invenção.
A figura 1 representa uma ferramenta em material 15 compósito para a produção de uma peça cilíndrica em material compósito, por exemplo, para a produção de um elemento de fuselagem de um avião. A ferramenta, que é por si mesma sob a forma de um cilindro de revolução, é destinada a constituir um mandril cilíndrico em que a peça 20 cilíndrica a ser produzida será formada.
De acordo com a invenção, a ferramenta é constituída por sete elementos, onde cada um destes é um setor cilíndrico da ferramenta. Os elementos 1 são conformados para manter o contato apertado ao redor da peça a ser formada. Vantajosamente, os elementos 1 da ferramenta da invenção são idênticos uns com os outros quando se trata de fazer as peças cilíndricas de revolução ou apresentam uma forma semelhante a um cilindro de revolução.
No entanto, a presente invenção também se aplica às
ferramentas feitas de material compósito para produzir peças tubulares com uma secção não circular.
Por esta razão, o número de elementos e, se for caso, as suas formas serão determinadas individualmente para cada ferramenta.
Tal como demonstrado nas figuras de 1 a 8, os elementos 1 não são apenas conformados para formar um molde cilíndrico, mas eles são também conformados para ser liberado um após outro individualmente por dentro da 15 ferramenta e para ser liberado um após o outro sem prejudicar a peça produzida.
A seqüência das figuras de 1 a 8 representam, portanto, quatro elementos 1 escolhidos da ferramenta da invenção como elementos liberados por dentro da ferramenta e, em seguida, retirados da ferramenta e, por conseguinte, do interior da peça produzida.
É fácil imaginar que, para a manipulação de cada elemento, e isso tanto para a desmontagem de um molde quanto para a sua montagem, que meios hidráulicos ou mecânicos podem ser utilizados para o manuseio de cada elemento. Além disso, deve ser previsto e existência de meios mecânicos ou não, que permitam manter os elementos unidos um após o outro até que a ferramenta seja concluída.
Como uma ferramenta da invenção pode ser facilmente 5 prevista a partir da figura 1, a ferramenta não está representada nos desenhos separadamente. A figura 1 mostra a ferramenta da invenção, com um primeiro elemento 1 liberado da periferia da ferramenta a ser extraída do interior da peça produzida (não mostrada). A Figura 2 10 representa o primeiro elemento a ser extraídos.
As figuras 3 e 4 representam respectivamente o segundo elemento 1 na posição liberada e em via de ser retirado de dentro da peça produzida.
As figuras 5 e 6 representam os últimos três elementos restantes da ferramenta da invenção, com o quinto dos sete elementos respectivamente na posição liberada e em via de ser retirado.
As figuras 7 e 8 representam a próxima fase, em que há apenas os dois últimos elementos da ferramenta da
invenção. A figura 7 representa o penúltimo elemento em uma posição liberada e a figura 8 representa o último elemento em via de ser retirado.
A figura 9 mostra isoladamente um elemento 1 em perspectiva sobre sua face convexa, ou seja, sobre o lado da sua face a ser virada para a peça a ser produzida. Visto por estas figuras, mais particularmente, a superfície do elemento 1 tem todas as ranhuras ou partes salientes necessárias e dispostas na geometria esperada para permitir a produção da face interna da peça para produzir as nervuras ou deformações desejadas.
A figura 10 representa um elemento 1 em uma seção transversal em relação ao eixo de simetria da ferramenta da invenção. Ela mostra, em particular, que o elemento 1 inclui uma estrutura principal 2 em compósitos de fibras, e 10 uma superfície externa 3 moldada sobre a estrutura principal 2. A estrutura principal 2 inclui, como um modo de realização indicado nos desenhos, uma superfície 3 na forma deduzida da forma final da peça, uma viga 21 em forma de U "com uma seção retangular, com pelo menos uma
divisória transversal 22 na parte inferior da viga 21 da vela longitudinal 23 sobre as extremidades abertas da viga
21 de modo que a vela transversal 24 se estenda ao longo de toda a largura do elemento 1 e uma altura determinada pela curvatura da superfície 3.
A figura 11 mostra os anéis entre dois elementos
adjacentes 1. Voltando a lateral da estrutura 2 e da superfície moldada 3, dois anéis de obstrução infláveis 11, 12 são colocados nas ranhuras 13, 14 localizados opostamente e radialmente deslocados um do outro. Com esta disposição da invenção, cada um dos anéis 11, 12 é baseado na estrutura do elemento adjacente. Por exemplo, podem ser usado anéis infláveis com um diâmetro externo de cerca de
16 mm e duas ranhuras 13, 14, são distribuídas alternadamente em cada parte adjacente para não afrouxar a estrutura.
Um espaço 15 entre os dois elementos adjacentes 1 que estão no nível da superfície de cada elemento é vantajosamente preenchido com resina epóxi. No entanto, tendo em vista as pressões que atuam durante a cura da peça 10 produzida, o "nivelamento" do espaço 15 não fornece nenhuma função de vedação. A função de vedação é inteiramente realizada pelos dois anéis de obstrução infláveis 11, 12. Com efeito, a título de exemplo, durante a passagem da peça a ser produzida pela autoclave, a pressão age do lado 15 interno do elemento 1 é de cerca de 8 bar, enquanto que do lado da superfície 3, o vácuo com o qual uma folha é aplicado na peça a ser produzida, na qualidade de contramolde, é da ordem de apenas 50 mbar. Devido a estas circunstâncias de pressão, o anel interno 12 é insuflado a 20 125% da diferença de pressão entre a pressão do autoclave e o vácuo na folha, ou seja, cerca de 10 bar.
Visto que os anéis de obstrução infláveis 11, 12 assegurar a vedação das junções dos dois elementos adjacentes apenas na direção de sua extensão longitudinal, a vedação da extremidade da superfície deve ser assegurada por outros meios, A solução proposta aqui para tais recursos adicionais é colocar era cada junção dois elementos adjacentes na extremidade da superfície, uma inserção hermética.
A figura 12 mostra esquematicamente a disposição de
uma inserção hermética 31 em uma ferramenta da invenção.
A inserção 31 é uma peça em ângulo, por exemplo, de silicone, disposta com uma e suas duas asas, referenciada como 31A sobre as superfícies de dois elementos adjacentes 10 1, 1, e com o outro lado, referenciado como 31b, transversalmente em relação as suas superfícies e em suas extremidades. A asa 31A da inserção 31 é coberta pela folha de vácuo e é mantida em posição por uma placa de retenção 32 da folha e da asa 31B é mantido por uma placa de 15 retenção 33 da inserção.
A inserção 31 também inclui dois orifícios 34, 35 dispostos de modo que estejam localizados no lado oposto às ranhuras 13, 14 dos dois elementos adjacentes I, I. Os orifícios podem deixar os anéis de obstrução 11, 12 para o 20 exterior e, em seguida, conectar uma alta pressão para inflar cada um dos dois anéis à pressão predeterminada.

Claims (10)

1. Ferramenta em material compósito para a produção de uma peça cilindrica em material compósito, a ferramenta se destina a constituir um mandril no qual a peça cilíndrica é formada, CARACTERIZADA pelo fato de compreender um conjunto de elementos (1), onde cada um define um setor cilíndrico da ferramenta, cada elemento (1) compreende uma estrutura principal (2) em compósito de fibras e um revestimento (3) moldado sobre a estrutura principal (2), a ferramenta compreende ainda meios de vedação (11, 12) que são dispostos nas junções entre os elementos de ferramenta (1).
2. Ferramenta de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que cada elemento (1) inclui uma estrutura principal (2) em compósitos de fibras de carbono.
3. Ferramenta de acordo com as reivindicações 1 ou 2, CARACTERIZADA pelo fato de que cada elemento (1) inclui um revestimento (3) de carbono pré-impregnado com resina epóxi.
4. Ferramenta de acordo com a reivindicação 1 ou 2, CARACTERIZADA pelo fato de que cada elemento (1) inclui um revestimento (3) de carbono pré-impregnado com resina de estrutura poliimida.
5. Ferramenta de acordo com a reivindicação 4, CARACTERIZADA pelo fato de que cada elemento (1) inclui um revestimento (3) de carbono pré-impregnado de bismaleimidas.
6. Ferramenta de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 5, CARACTERIZADA pelo fato de que cada elemento (1) compreende um revestimento (3) que tenha sido submetido, após a moldagem e cura, a uma usinagem que dá ao elemento (1) dimensões predeterminadas e ao revestimento (3) uma condição de superfície predeterminada.
7. Ferramenta de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, CARACTERIZADA pelo fato de que os meios de vedação compreendem anéis de obstrução (11, 12).
8. Ferramenta de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, CARACTERIZADA pelo fato de que os meios de vedação compreendem anéis de obstrução infláveis de silicone (11, 12) .
9. Ferramenta de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, CARACTERIZADA pelo fato de que as inserções de estanque são destinadas a serem colocadas nas junções dos elementos (1) do lado do revestimento (3).
10. Processo de fabricação de uma ferramenta de material compósito para produzir uma peça cilíndrica de material compósito, a ferramenta inclui um conjunto de elementos (1) cada um dos quais é uma parte cilíndrica da ferramenta, CARACTERIZADA pelo fato de compreender pelo menos as seguintes etapas: determinar o número de elementos (1) que compreende uma estrutura principal (2) em compósitos de fibras, moldar o revestimento (3) sobre a estrutura principal (2), curar os elementos (1) usinar o revestimento (3) de cada elemento (1) para dar a cada elemento (1) as dimensões predeterminadas e ao revestimento (3) uma condição de superfície predeterminada.
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Families Citing this family (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB0810870D0 (en) * 2008-06-13 2008-07-23 Advanced Composite Components Tooling
FR2943271B1 (fr) * 2009-03-18 2011-03-04 Loire Technologies Systeme d'etancheite destine a garantir un vide parfait dans un moule constitue de plusieurs elements principaux et soumis a une temperature et une pression elevees
JP5576651B2 (ja) * 2009-12-25 2014-08-20 川崎重工業株式会社 複合材料構造物製造用マンドレルの組立方法およびマンドレルの組立装置
JP5576652B2 (ja) * 2009-12-25 2014-08-20 川崎重工業株式会社 複合材料構造物製造用マンドレルの分解方法およびマンドレルの分解装置
US8955206B2 (en) 2011-07-12 2015-02-17 The Boeing Company Method and apparatus for creating a layup of reinforcing fibers
US9421698B2 (en) 2011-07-12 2016-08-23 The Boeing Company Masterless layup mandrel tool
DK177679B1 (en) * 2012-10-03 2014-02-24 Dencam Composite As Segmented Plug Device
US9523431B2 (en) * 2013-05-31 2016-12-20 The Boeing Company Sealing and testing segmented tools
NL2013075B1 (nl) 2014-06-26 2016-07-11 Zamqua Holding B V Matrijs voor het vormen van een hol lichaam en opblaasbaar lichaam.
GB2528080A (en) * 2014-07-08 2016-01-13 Airbus Operations Ltd Structure
GB201417695D0 (en) 2014-10-07 2014-11-19 Rolls Royce Plc Tooling production method
JP6788487B2 (ja) 2016-12-01 2020-11-25 川崎重工業株式会社 複合材料構造物の製造方法
JP6788486B2 (ja) * 2016-12-01 2020-11-25 川崎重工業株式会社 複合材料構造物製造用成形型
JP6744810B2 (ja) * 2016-12-01 2020-08-19 川崎重工業株式会社 複合材料構造物製造用成形型のシール構造
WO2019149885A1 (en) * 2018-02-01 2019-08-08 Lm Wind Power International Technology Ii Aps Connection of mould parts
FR3084445B1 (fr) * 2018-07-25 2021-01-22 Safran Aircraft Engines Fabrication d'une chambre de combustion en materiau composite
US11180238B2 (en) * 2018-11-19 2021-11-23 The Boeing Company Shear ties for aircraft wing
US11919223B2 (en) * 2021-04-01 2024-03-05 Northrop Grumman Systems Corporation Methods of forming a mandrel for forming composite structures, methods of forming composite structures, and related tools

Family Cites Families (38)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5445379A (en) * 1977-09-16 1979-04-10 Hitachi Chem Co Ltd Mold made of resin
JPS5921692B2 (ja) * 1978-01-23 1984-05-22 三菱重工業株式会社 推進器用翼模型の製作方法
GB2085351B (en) * 1980-09-26 1985-02-20 Blatchford Chas A And Sons Ltd A method of making an artificial limb component
GB8508419D0 (en) * 1985-04-01 1985-05-09 Short Brothers Ltd Moulding fibre reinforced resin
US4780262A (en) * 1986-01-15 1988-10-25 The Boeing Company Method for making composite structures
US5106290A (en) * 1987-04-14 1992-04-21 Northrop Corporation Assembly data model tool system
US5217669A (en) * 1987-09-08 1993-06-08 United Technologies Corporation Method for forming complex composite articles
US5071338A (en) * 1987-09-08 1991-12-10 United Technologies Corporation Tool for forming complex composite articles
US5022845A (en) * 1989-04-25 1991-06-11 Hercules Incorporated Segmented mandrel for forming composite articles
US5173315A (en) * 1989-04-25 1992-12-22 Hercules Incorporated Tool for joining a segmented mandrel for forming composite articles
US5484277A (en) * 1989-12-26 1996-01-16 Mcdonnell Douglas Corporation Mandreless molding system
JP2947879B2 (ja) * 1990-05-31 1999-09-13 富士重工業株式会社 成形治具の製造方法
US5131834A (en) * 1990-12-21 1992-07-21 Northrop Corporation Silicone gel isostatic pressurizing bag and method of use and manufacture
FR2685249B1 (fr) * 1991-12-24 1994-02-11 Snecma Procede de fabrication d'une pale de soufflante en materiau composite et outillage de moulage.
US5261984A (en) * 1992-01-21 1993-11-16 General Electric Company Stamp press process for imprinting decorative textures in thermoplastic composites
US5242523A (en) * 1992-05-14 1993-09-07 The Boeing Company Caul and method for bonding and curing intricate composite structures
US5266137A (en) * 1992-11-10 1993-11-30 Hollingsworth Ritch D Rigid segmented mandrel with inflatable support
US5403537A (en) * 1993-09-14 1995-04-04 Martin Marietta Corporation Method for forming composite structures
US5622733A (en) * 1994-10-04 1997-04-22 Rockwell International Corporation Tooling for the fabrication of composite hollow crown-stiffened skins and panels
US5746553A (en) * 1996-04-08 1998-05-05 The Boeing Company Dual purpose lay-up tool
US6692681B1 (en) * 1997-01-29 2004-02-17 Raytheon Aircraft Company Method and apparatus for manufacturing composite structures
KR100583036B1 (ko) * 1997-05-06 2006-05-24 스피릿 에어로시스템즈, 인크. 복합 받침공구
US6071460A (en) * 1997-08-15 2000-06-06 Taylor Made Golf Company Inc. Method of manufacturing a golf shaft of complex shape by internal bladder pressurization
SE519268C2 (sv) * 1999-12-23 2003-02-11 Saab Ab Anordning för att hålla en artikel och anläggning för värmebehandling av en artikel
US6589472B1 (en) * 2000-09-15 2003-07-08 Lockheed Martin Corporation Method of molding using a thermoplastic conformal mandrel
JP2002248694A (ja) * 2001-02-26 2002-09-03 Toray Ind Inc 繊維強化複合材料の成形方法
US6749171B2 (en) * 2001-08-03 2004-06-15 Fukuvi Usa, Inc. Rustication
FR2829721B1 (fr) * 2001-09-18 2007-02-23 Alexandre Udin Dispositif pour la fabrication par thermoformage de voiles a courbure tridimensionnelle
FR2852884B1 (fr) * 2003-03-26 2005-05-06 Hurel Hispano Procede de fabrication de pieces en composite a matrice polyimide
US7141191B2 (en) * 2003-05-02 2006-11-28 The Boeing Company Triple purpose lay-up tool
US7228611B2 (en) * 2003-11-18 2007-06-12 The Boeing Company Method of transferring large uncured composite laminates
US7134629B2 (en) * 2004-04-06 2006-11-14 The Boeing Company Structural panels for use in aircraft fuselages and other structures
US7159822B2 (en) * 2004-04-06 2007-01-09 The Boeing Company Structural panels for use in aircraft fuselages and other structures
US7028972B2 (en) * 2004-07-08 2006-04-18 Press-Seal Gasket Corporation Gasket and mandrel assembly for pipe joints
US7827665B2 (en) * 2004-07-08 2010-11-09 Press-Seal Gasket Corporation Gasket and mandrel assembly for pipe joints
US7503368B2 (en) * 2004-11-24 2009-03-17 The Boeing Company Composite sections for aircraft fuselages and other structures, and methods and systems for manufacturing such sections
US7166251B2 (en) * 2004-12-01 2007-01-23 The Boeing Company Segmented flexible barrel lay-up mandrel
US8632653B2 (en) * 2005-05-03 2014-01-21 The Boeing Company Method of manufacturing curved composite structural elements

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ES2373059T3 (es) 2012-01-31

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