BRPI1010071B1

BRPI1010071B1 - Método para a fabricação de uma biela e biela

Info

Publication number: BRPI1010071B1
Application number: BRPI1010071-7A
Authority: BR
Inventors: Benoit Boveroux
Original assignee: Bd Invent
Priority date: 2009-06-26
Filing date: 2010-06-25
Publication date: 2020-08-04
Also published as: US9050759B2; KR20120111948A; EP2445705A2; CA2766208C; RU2012101963A; EP2445705B1; EP2266788A8; CN102802925B; AU2010264632B2; CN102802925A; CA2766208A1; ES2628132T3; JP5785162B2; WO2010149768A3; RU2541032C2; US20120125146A1; ZA201109191B; AU2010264632A1; MX2012000072A; EP2266788A1

Abstract

método para a fabricação de uma biela, biela e extremidade de biela. a presente invenção tem por objeto um processo de fabricação de uma biela que comporta, sucessivamente, pelo menos as seguintes etapas: a) constrói-se um corpo interior (18); b) liga-se urna extremidade do corpo interior (18) à extremidade do diâmetro exterior reduzido de cada peça terminal (5), apoiando-se a referida extremidade do corpo interior (18) no suporte da peça terminal (6); c) insere-se uma primeira parte (19a) de uma segunda cavilha (19) na parte cilíndrica oca (1) de cada peça terminal e coloca-se uma pinça de transmissão (20) na extremidade livre de uma segunda parte (19b) do segundo mandril (19); d) enrolam-se as referidas fibras pré-impregnadas (16) na superfície externa do conjunto formado pelo corpo interno (18), a ou as peças terminais (1, 3, 4) e a ou as segundas partes (19b) do ou dos segundos mandris (19) isentos de grampos (20), formando as referidas fibras (16) então um corpo externo (21); e) após a retirada do ou dos grampos (20), polimeriza-se o corpo interno (18) e o corpo externo (21) para formar um corpo polimerizado em monobloco (22); f) retira-se ou retiram-se os segundos mandris (19) e corta-se à medida o corpo num monobloco polimerizado (22).

Description

Objeto da invenção

[0001] A presente invenção tem por objeto um processo de fabrico de bielas em material compósito. Mais particularmente, mas não exclusivamente, tem por objeto um processo de fabrico de bielas que podem ser usadas no dominio da aeronáutica e no dominio aeroespacial.

[0002] A presente invenção também tem por objeto as bielas obtidas de acordo com o processo e as peças terminais utilizadas para a fabricação das bielas.

Estado da técnica

[0003] Sabe-se que uma biela é componente que serve para o reforço ou para a transmissão de movimento. As forças transmitidas pela biela são principalmente forças de tração, de compressão e de flexão com base no torque no terminal da biela.

[0004] No dominio da aeronáutica, utiliza-se um elevado número de bielas. Pode mencionar-se a utilização de bielas em elementos para o comando do voo, o trem de aterragem, a abertura de portas, etc. Como ilustração, a figura 1 representa um diagrama geral de uma biela com diferentes meios não exaustivos para a fixação às extremidades; estes meios asseguram a fixação da biela aos elementos aos quis ela deve transmitir o movimento ou a partir dos quais ela deve receber o movimento ou para assegurar a sua própria fixação.

[0005] Uma biela é um componente que deve verificar vários critérios. Deve ser capaz de suportar grandes variações térmicas sendo a biela submetida a temperaturas que oscilam entre -55 e 120 °C. Também deve ter uma relação entre força/peso que seja tão alta quanto possivel. Para este fim, a biela deve ser concebida para ser oca e a espessura das paredes na parte central do corpo da biela deve ser mais fina do que as partes localizadas nas extremidades em que as peças terminais são fixadas, tal como se descreve a seguir (ver figura 2) .

[0006] Na sua concepção mais frequente, as bielas são feitas de aluminio ou de aço inoxidável, consoante a sua aplicação.

[0007] As bielas em materiais compósitos também estão disponíveis no mercado.

[0008] Podem ser do tipo de uma peça única tal como está ilustrado na figura 3. O processo para fabricar essas bielas está descrito no documento da patente FR 2.705.610 Al. O processo consiste em depositar fibras pré-impregnadas num mandril que se pode extrair com uma forma que corresponde à forma da biela. O conjunto obtido é então polimerizado com a aplicação de uma pressão homogénea que se aplica ao longo de toda a superfície externa da componente e, finalmente, após a extracção do mandril, a biela é tratada em máquinas de modo a ficar com as dimensões requeridas. Este processo é relativamente caro e requer a presença de um mandril com uma forma complexa e requer ainda a sua retirada.

[0009] Também se conhece um processo para a fabricação de bielas do documento da patente GB 2 008 484 A, em que um material plástico reforçado com fibra envolve um mandril que se pode expandir e a parte da ancoragem de cada ligação terminal (meios de fixação) para que quando se polimeriza um material plástico, a biela é obtida numa única peça. O mandril que se pode expandir é um tubo de metal com uma parede fina, um tubo com material que se pode expandir ou um tubo em fibra reforçada com plástico e com uma parede fina. Nesta modalidade, a utilização de materiais diferentes para o mandril e a camada polimerizada provoca diferenças de expansão com o calor que vão aparecer durante a utilização. Isto vai traduzir-se no inicio do aparecimento de fendas e elevações na interface. Se o tubo também for feito de um material compósito com uma matriz orgânica, a utilização de resinas diferentes para o mandril e a camada polimerizada traduz-se na contaminação e em problemas de envelhecimento. Em geral, observam-se descontinuidades e porosidades ao longo da secção do corpo da biela quando se utilizam diferentes materiais para o seu fabrico.

[0010] As bielas também podem ser encontradas com uma peça terminal metálica adicionada, ligada ao corpo da biela de material compósito (ver figura 4: o corpo da biela e a peça terminal estão ilustrados com e sem sombreado, respectivamente). A desvantagem desta montagem é que enfraquece o corpo da biela. Quando se exerce uma força de tracção na peça terminal metálica da biela, a cola trabalha elasticamente e vai causar um espaçamento entre a peça da extremidade metálica e a parte de material compósito (ver figura 5(a)). Quando a peça da extremidade é comprimida sobre a biela, a cola ainda vai trabalhar elasticamente e vai originar um ponto de apoio entre a peça da extremidade metálica e a parte de material compósito (ver figura 5(b)). Com ciclos de fadiga, este fenómeno vai gerar fissuras no corpo da biela de material compósito e reduz substancialmente o tempo de vida da biela (ver figura 5(c)).

Objectives da presente invenção

[0011] A presente invenção tem por objecto providenciar uma solução que permita ultrapassar os problemas do estado da técnica.

[0012] Mais particularmente, a presente invenção tem por objecto a fabricação de bielas com uma estrutura completamente homogénea, isenta de qualquer porosidade e verificando os critérios de força mecânica e resistência ao calor.

[0013] A presente invenção ainda tem por objecto a fabricação de bielas com um processo muito próximo dos processos convencionais mas que origina custos de produção baixos, ao mesmo tempo que evita as desvantagens de uma montagem de várias peças coladas.

Principais elementos característicos da presente invenção

[0014] A presente invenção tem por objecto um processo de fabrico de uma biela, que compreende um corpo da biela em material compósito e, pelo menos, uma peça terminal, compreendendo a referida peça terminal, sucessivamente, uma primeira parte cilíndrica oca, uma parte cónica oca e uma segunda parte cilíndrica oca, em que a referida segunda parte cilíndrica oca termina numa extremidade com um diâmetro externo reduzido, delimitada por uma flange, compreendendo o referido processo pelo menos as etapas que se segue, realizadas sucessivamente: - produz-se um corpo interno através das seguintes sub- etapas: fabrica-se um tubo enrolando fibras pré-impregnadas num primeiro mandril em rotação, tendo o referido tubo uma espessura de parede igual à altura da flange e um diâmetro externo igual ao diâmetro externo máximo da segunda parte cilíndrica oca, - polimeriza-se o tubo, - retira-se o primeiro mandril do tubo, - corta-se o tubo à medida desejada e faz-se um despolimento da sua parte externa , formando-se assim o corpo interior; - liga-se uma extremidade do corpo interno à extremidade com o diâmetro exterior reduzido cada peça terminal, apoiando-se a referida extremidade do corpo interior no suporte da peça terminal; - insere-se uma primeira parte de um segundo mandril na primeira parte cilíndrica oca de cada peça terminal e coloca- se um grampo guia na extremidade livre de uma segunda parte do segundo mandril; - enrolam-se as referidas fibras pré-impregnadas à volta da superficie externa do conjunto formado pelo corpo interno, a ou as partes terminais e as segundas partes do segundo mandril isentas de grampos, formando assim as referidas fibras um corpo exterior; - depois de os grampos serem retirados, polimeriza-se o corpo interior e o corpo exterior para formar um corpo polimerizado numa única peça; - retira-se o segundo mandril e corta-se à medida a peça única polimerizada.

[0015] De acordo com modalidades particulares da presente invenção, o processo compreende pelo menos uma ou uma combinação apropriada das seguintes características: - as fibras pré-impregnadas enroladas nas etapas a) e d) são idênticas, isto é, contêm a mesma resina e a mesma fibra e são continuas; - o diâmetro interno da primeira parte cilíndrica oca é praticamente constante; a. o diâmetro externo da primeira parte cilindrica oca é praticamente constante e a parte cónica oca tem uma espessura da parede que afunila em direcção à segunda parte cilindrica oca; b. o diâmetro externo da primeira parte cilindrica oca, a começar na sua extremidade livre, é primeiro contante, depois diminui gradualmente e finalmente alarga-se novamente de modo a estar em continuidade com a parte exterior da parte cónica oca, tendo a referida parte cónica oca uma espessura de parede que afunila em direcção à segunda parte cilindrica oca; c. o diâmetro externo da primeira parte cilindrica oca, a partir da sua extremidade livre, é primeiro constante e depois diminui gradualmente e finalmente alarga-se novamente, de modo a estar em continuidade com a face externa da parte cónica oca, em que a referida parte cónica oca se vai alargando em direcção à segunda parte cilindrica oca e apresenta uma descontinuidade onde o diâmetro interno da parte cónica oca repentinamente aumenta; a peça terminal compreende um segmento que integra a primeira parte cilindrica oca e parcialmente a parte cónica oca, até à descontinuidade e compreende uma parte complementar, também chamada camada, que integra a parte restante cónica oca e a segunda parte cilindrica oca; - o processo compreende pelo menos quatro etapas adicionais para a fabricação da referida peça terminal, sendo as referidas etapas implementadas antes da realização da etapa b) para o processo de fabrico de uma biela e compreendendo o seguinte: - prepara-se o segmento; - monta-se o segmento num terceiro mandril compreendendo, sucessivamente, uma primeira parte cilindrica complementar da primeira parte cilindrica oca da peça terminal, uma primeira parte cónica com uma forma complementar da parte cónica oca da referido segmento, um suporte lateral cuja altura é praticamente igual à espessura da parede do segmento na extremidade livre da sua parte cónica oca e uma segunda parte cónica que se vai afunilando em direcção à segunda parte cilindrica, sendo a referida primeira parte cilindrica do terceiro mandril inserida na primeira parte cilindrica oca da peça terminal e a referida extremidade do segmento passa a apoiar-se sobre o suporte lateral; enrola-se uma ou mais camadas das referidas fibras pré- impregnadas à volta da segunda parte cilindrica e da segunda parte cónica do terceiro mandril e, parcialmente, à volta do segmento até à descentinuidade; - a ou as camadas das fibras pré-impregnadas são polimerizadas num forno de modo a formar uma camada e retira- se então terceiro mandril; - o suporte é feito colocando um anel de cintagem entre a etapa 3) e a etapa 4) ou, preferencialmente, por acabamento no fim da etapa 4) de polimerização; d. o segmento é metálica; e. as fibras pré-impregnadas são idênticas às utilizadas para realizar as etapas a) e d) e a camada é polimerizada com o corpo interior e o corpo exterior na etapa e) de modo a formar um corpo polimerizado numa única peça; f. a peça terminal é metálica, de um material plástico altamente resistente ou de carbono; g. as fibras são fibras de carbono; h. a face interna da parte cilíndrica oca da peça terminal está dotado de meios de fixação para a biela; i. os meios de fixação compreendem uma rosca interior; j. a extremidade livre da parte cónica oca do segmento tem um diâmetro externo que é mais pequeno do que o diâmetro interno do corpo da biela; k. a primeira parte do segundo mandril é cilíndrica e tem um diâmetro praticamente igual ao diâmetro interno da primeira parte cilíndrica oca da peça terminal e a segunda parte do segundo mandril é cilíndrica e tem um diâmetro praticamente igual ao diâmetro externo da primeira parte cilíndrica oca da peça terminal; l. o corte à medida do corpo numa peça única polimerizado na etapa f) faz-se cortando ao nível da extremidade livre de cada peça terminal; m. a peça terminal compreende estrias em torno do seu lado exterior.

[0016] A presente invenção também tem por objecto uma biela que compreende um corpo da biela em material compósito e pelo menos uma peça terminal, compreendendo a referida peça terminal, sucessivamente, uma primeira parte cilíndrica oca, uma parte cónica oca e uma segunda parte cilíndrica oca, terminando a segunda parte cilíndrica oca numa peça terminal com um diâmetro externo reduzido, delimitado por uma flange e compreendendo a referida biela um corpo único polimerizado fortemente ligado à peça terminal ou um segmento da peça terminal sobre toda a sua parte exterior.

[0017] A presente invenção também tem por objecto uma peça terminal que compreende, sucessivamente, uma primeira parte cilíndrica oca, uma parte cónica oca e uma segunda parte cilíndrica oca, sendo o diâmetro interno da referida primeira parte cilíndrica oca praticamente constante e terminando a referida segunda parte cilíndrica oca por uma extremidade com um diâmetro externo reduzido, delimitado por uma flange.

[0018] De acordo com modalidades particulares da presente invenção, a peça terminal compreende pelo menos uma ou uma combinação apropriada das seguintes características: a. o diâmetro externo da primeira parte cilíndrica oca é praticamente constante e a parte cónica oca tem uma espessura da parede que vai afunilando em direcção à segunda parte cilíndrica oca; b. o diâmetro externo da primeira parte cilíndrica oca, a começar na sua extremidade livre, é primeiro contante, depois diminui gradualmente e finalmente alarga-se novamente de modo a estar em continuidade com a referida face exterior da parte cónica oca, tendo a referida parte cónica oca uma espessura de parede que se vai afunilando em direcção à segunda parte cilíndrica oca; c. o diâmetro externo da primeira parte cilíndrica oca, a partir da sua extremidade livre, é primeiro constante e depois diminui gradualmente e finalmente alarga-se novamente, de modo a estar em continuidade com a face externa da parte cónica oca, em que a referida parte cónica oca se vai alargando em direcção à segunda parte cilíndrica oca e tem uma descontinuidade onde o diâmetro interno da parte cónica oca repentinamente aumenta; d. compreende um segmento e uma parte complementar, também designada por uma camada, em que a referido segmento integra a primeira parte cilíndrica oca e parcialmente, a parte cónica oca até à descontinuidade e a referida parte complementar integra a restante parte cónica oca e a segunda parte cilindrica oca.

Breve descrição das figuras

[0019] A figura 1, já mencionada, mostra o esquema geral das bielas metálicas, de acordo com o estado da técnica, com diferentes meios de fixação para a biela;

[0020] A figura 2, já mencionada, representa uma vista da secção longitudinal de uma biela, de acordo com o estado da técnica, mostrando a variação da espessura das paredes;

[0021] A figura 3, já mencionada, representa uma vista da secção longitudinal de uma biela do tipo monobloco, de acordo com o estado da técnica;

[0022] A figura 4, já mencionada, representa uma vista parcial em corte e uma vista longitudinal de um corpo de uma biela, com as peças terminais ligadas e coladas, de acordo com o estado da técnica;

[0023] A figura 5, já mencionada, representa esquematicamente as solicitações, no que respeita à tracção (fig. 5(a)) e à compressão (fig. 5(b)) exercidas sobre uma biela com peças terminais ligadas e coladas, de acordo com o estado da técnica e o desgaste que dai resulta (fig. 5(c));

[0024] A figura 6 representa uma vista em corte longitudinal de uma peça terminal, de acordo como uma primeira modalidade de realização, utilizada quando se fabrica a biela de acordo com a presente invenção;

[0025] A figura 7 representa uma vista em corte longitudinal de uma peça terminal de acordo com uma segunda modalidade de realização, usada quando se fabrica a biela de acordo com a presente invenção;

[0026] A figura 8 representa uma vista em corte longitudinal de uma peça terminal, de acordo com uma terceira modalidade, utilizada quando se fabrica a biela de acordo com a presente invenção;

[0027] A figura 9 representa uma vista em corte parcial e longitudinal de uma peça terminal, de acordo com a presente invenção, comportando estrias torneadas;

[0028] A figura 10 representa uma vista em corte longitudinal do segmento preparada na etapa 1) quando se fabrica a peça terminal, de acordo com uma terceira modalidade de realização;

[0029] A figura 11 representa uma vista em corte longitudinal da montagem do segmento no mandril na etapa 2), quando se fabrica a peça terminal, de acordo com a terceira modalidade de realização;

[0030] A figura 12 representa uma vista em corte longitudinal da etapa 3) de enrolamento dos filamentos quando se fabrica a peça terminal, de acordo com a terceira modalidade de realização;

[0031] A figura 13 representa uma vista lateral da formação do corpo interior da biela por meio do enrolamento dos filamentos de acordo com a presente invenção (etapa a) ) ;

[0032] A figura 14 representa uma vista em corte longitudinal do corpo interior da biela obtida na etapa a) ;

[0033] A figura 15 representa uma vista em corte longitudinal da montagem das peças terminais no corpo interior da biela (etapa b) ) ;

[0034] A figura 16 representa uma vista em corte longitudinal da montagem dos mandris da etapa c) da fabricação da biela;

[0035] A figura 17 representa uma vista em corte longitudinal da montagem dos grampos guia na etapa c) da fabricação da biela;

[0036] A figura 18 representa uma vista em corte longitudinal da preparação por enrolamento dos filamentos do corpo exterior na etapa d) da fabricação da biela;

[0037] A figura 19 representa vistas em corte longitudinal do conjunto antes de (a) e depois da polimerização (b) na etapa e) da fabricação da biela;

[0038] A figura 20 representa uma vista em corte longitudinal da parte (biela) acabada após terem sido retirados os mandris e uma operação de corte (etapa (f) ) , sendo as peças terminais obtidas como na primeira modalidade de realização;

[0039] A figura 21 representa uma vista em corte longitudinal da parte (biela) acabada depois de se terem retirado os mandris e uma operação de corte (etapa (f) ) , sendo as peças terminais obtidas como na terceira modalidade de realização;

[0040] A figura 22 mostra esquematicamente as solicitações em termos de compressão (a) e de tracção (b) na biela obtida de acordo com a presente invenção com as peças terminais de acordo com a primeira modalidade de realização; e

[0041] A figura 23 representa esquematicamente as solicitações em termos de compressão (a) e de tracção (b) exercidas na biela obtida de acordo com a presente invenção com as peças terminais de acordo com a segunda modalidade de realização. Legenda 1. Primeira parte cilindrica oca da peça terminal 2. Rosca 3. Parte cónica oca da peça terminal 4. Segunda parte cilindrica oca da peça terminal 5. Extremidade da segunda parte cilindrica oca da peça terminal com diâmetro externo reduzido 6. Flange 7. Descontinuidade na parte cónica oca da peça terminal 8. Segmento de uma peça terminal 9. Parte complementar, também designada por camada de uma peça terminal 10. Terceiro mandril utilizado para a fabricação de uma peça terminal 11. Primeira parte cilindrica do mandril 12. Primeira parte cónica do mandril 13. Suporte lateral do mandril 14. Segunda parte cónica do mandril 15. Segunda parte cilindrica do mandril 16. Fibra pré-impregnada 17. Primeiro mandril utilizado para a fabricação do corpo interior 18. Corpo interior 19. Segundo mandril utilizado para a fabricação do corpo exterior 19a. Primeira parte do segundo mandril 19 19b. Segunda parte do segundo mandril 19 20. Grampos guia 21. Corpo exterior 22. Corpo numa peça única polimerizado

Descrição detalhada da invenção

[0042] O projecto da biela, de acordo com a presente invenção, está a meio caminho entre uma biela numa peça única (monobloco) e uma biela a que se adicionou uma peça terminal metálica e colada.

[0043] Na presente invenção, a biela compreende um corpo da biela de material compósito e pelo menos uma peça terminal. A biela pode compreender uma peça terminal em cada uma das extremidades ou pode compreender uma peça terminal apenas numa extremidade e ter, na outra extremidade, um rolamento directamente inserido na biela. As figuras que se seguem dão algumas ilustrações não limitativas do processo de fabrico da biela para os casos em que ambas as extremidades têm uma peça terminal.

[0044] Ir-se-á descrever primeiro as peças terminais e o respectivo processo de fabrico. Depois, dar-se-ão detalhes do processo de fabrico da biela formada pelas peças terminais e pelo corpo da biela.

Descrição detalhada das peças terminais e do respectivo processo de fabric

[0045] As peças terminais, de acordo com a presente invenção, têm, preferencialmente, três modalidades diferentes de realização. Contudo, a peça terminal pode ter qualquer outra forma útil para implementar o processo de fabrico de uma biela tal como se descreve a seguir.

[0046] As peças terminais, de acordo com as três modalidades de realização ilustradas nas figuras 6 a 8, respectivamente, têm uma característica em comum que reside no facto de serem formadas por três partes principais. Cada peça terminal compreende uma primeira parte cilíndrica oca 1, seguida de uma parte cónica oca 3, que alarga em direcção a uma segunda parte cilíndrica oca 4. Por "parte cilíndrica oca da peça terminal"entende-se que a peça terminal compreende uma abertura com a forma cilíndrica. 0 termo "interior" será utilizado para designar a face em frente da abertura cilíndrica em oposição ao termo "exterior" que designa a outra face.

[0047] A primeira parte cilíndrica oca 1 forma a extremidade livre da peça terminal depois de estar montada com o corpo da biela e a segunda parte cilíndrica oca 4 deve ser montada no corpo da biela. A primeira parte cilíndrica oca 1 esta munida, na sua face interna com meios de fixação da biela. Nos exemplos ilustrados nas figuras 6 a 8, está roscada (rosca 2), para mais tarde receber um elemento de fixação da biela. O elemento de fixação pode também fazer parte integrante da peça terminal; a peça terminal pode ter, por exemplo, a forma de um garfo (não representada).

[0048] De acordo com as três modalidades de realização da peça terminal, a segunda parte cilíndrica oca 4 termina numa extremidade com o diâmetro exterior reduzido 5, delimitada por uma flange 6.

[0049] A figura 6 mostra as diferentes partes que formam a peça terminal de acordo com uma primeira modalidade de realização da presente invenção. De acordo com esta modalidade de realização, a primeira parte cilíndrica oca 1 tem uma espessura de parede que é praticamente igual ao longo do eixo longitudinal da peça terminal e a parte cónica oca 3 tem uma espessura de parede que afunila em direcção à segunda parte cilíndrica oca 4.

[0050] A peça terminal, de acordo com a segunda modalidade de realização da presente invenção, ilustrada na figura 7, tem a característica de que a primeira parte cilíndrica oca 1 apresenta uma variação da espessura da parede ao longo do eixo longitudinal da peça terminal, apesar de manter sempre uma abertura de forma cilindrica com um diâmetro praticamente constante. Partindo da extremidade livre, o diâmetro exterior da primeira parte cilindrica oca 1 é primeiro constante, antes de diminuir gradualmente e finalmente alargar-se novamente de forma a estar em continuidade com o lado externo da parte cónica oca 3.

[0051] A peça terminal, de acordo com uma terceira modalidade de realização da presente invenção, ilustrada na figura 8, compreende uma primeira parte cilindrica oca 1 praticamente comparável à da segunda modalidade de realização da peça terminal e compreende uma segunda parte cilindrica oca 4 praticamente comparável à da primeira e da segunda modalidade de realização. A peça terminal, de acordo com a terceira modalidade de realização, tem a característica de a parede da parte cónica oca 3 apresentar uma descontinuidade 7. Ao nivel da descontinuidade e na direcção da secção crescente da parte cónica, o diâmetro interno da parte cónica aumenta de maneira abrupta. Esta descontinuidade tem origem no processo de fabrico da peça terminal que se detalha a seguir.

[0052] De acordo com esta terceira modalidade de realização, a peça terminal compreende um segmento 8, integrando a primeira parte cilindrica oca 1 e parcialmente a parte cónica oca 3, até à descontinuidade 7 e compreende uma parte complementar 9, também designada por camada, que integra a parte restante cónica oca 3 e a segunda parte cilindrica oca 4. De acordo com a presente invenção, o segmento 8 e a camada 9 fixam-se um ao outro durante a fabricação da peça terminal.

[0053] De acordo com a primeira e a segunda modalidade de realização, as peças terminais são, preferencialmente, metálicas (por exemplo, de aluminio, de aço inoxidável 17-4 ou de titânio) e são acabadas de uma forma apropriada; têm estrias de torno na sua parte externa produzidas durante a fabricação em torno de avanço rápido (ver fig. 9) . Estas estrias vão permitir a ligação entre a peça terminal e a fibra de reforço da biela. As peças terminais podem também ser feitas de uma matéria plástica altamente resistente, de carbono ou de qualquer outro material apropriado para a aplicação que se pretende.

[0054] De acordo com a terceira modalidade de realização da peça terminal, o segmento 8 é de preferência metálico e a camada 9 é de preferência de material compósito. Esta peça terminal decorre de um processo de fabrico inovador que compreende pelo menos quatro etapas. Numa primeira etapa 1), preparara-se o segmento 8, que pode ser metálico como se mencionou antes ou pode ser feito de qualquer material adaptado para sua utilização (ver fig. 10). O diâmetro externo máximo da parte cónica 3 do segmento tem uma dimensão reduzida comparado com o diâmetro da parte interna do corpo da futura biela. Numa segunda etapa 2), ilustrada na figura 11, monta-se o segmento 8 num mandril metálico 10. O mandril 10 compreende uma primeira parte cilindrica 11, que é inserida na primeira parte cilindrica oca 1 do segmento e compreende uma primeira parte cónica 12, cuja forma é complementar da parte cónica 3 do segmento, seguida de uma flange 13 contra a qual o segmento 8 fica fixado. A altura da flange 13 é praticamente igual à espessura da parede do segmento 8 na sua extremidade. Depois da flange 13, o mandril 10 compreende uma segunda parte cónica 14 que se alarga em direcção a uma segunda parte cilindrica 15, de forma complementar da camada 9 da peça terminal que vai ser formada. Numa terceira etapa 3), ilustrada na figura 12, deposita-se, por enrolamento de filamentos, uma ou várias camadas de fibras 16 pré-impregnadas, à volta de uma segunda parte cilindrica 15 e da segunda parte cónica 14 do mandril e, parcialmente, à volta do segmento 8 até à descontinuidade 7. De acordo com a presente invenção, as fibras 16 pré- impregnadas são idênticas às utilizadas durante a formação do corpo da biela e são, preferencialmente, fibras de carbono. Numa quarta etapa 4), a ou as camadas de fibras 16 pré- impregnadas são polimerizadas num forno de modo a formar a camada 9; remove-se então o mandril 10 (não ilustrado).

[0055] A flange 6, tal como se mostra na figura 8, na peça final, é produzida colocando um anel de fixação antes da polimerização (entre a etapa 3) e a 4)) ou, preferencialmente, por meio de um acabamento convencional, após a polimerização da etapa 4).

[0056] O processo, tal como descrito antes, aplica-se indiferentemente aa fabricação da peça terminal direita ou esquerda de uma biela.

[0057] Do mesmo modo que nas peças terminais tanto de acordo com a primeira como com a segunda modalidade de realização, as peças terminais compreendem estrias de torno na sua parte externa.

Descrição detalhada do processo de fabrico da biela

[0058] De acordo com a presente invenção, a biela fabrica- se em seis etapas. A titulo de ilustração, o processo de fabrico da biela está ilustrado nas figuras 13 a 20 com as peças terminais tal como as da primeira modalidade de realização. O processo com as peças terminais, de acordo com a segunda e a terceira modalidades de realização, é semelhante.

[0059] Uma primeira etapa a) consiste na fabricação de um corpo interno pelo processo convencional de enrolamento de filamentos, que consiste em enrolar uma fibra 16 pré- impregnada, num mandril liso 17, com um determinado ângulo, utilizando como base um movimento de vai-e-vem, tal como ilustrado na figura 13. Preferencialmente, as fibras enroladas são fibras de carbono. Contudo, pode ser apropriada qualquer fibra de elevada resistência.

[0060] Prepara-se um tubo com uma espessura igual à altura da flange 6 mencionada antes. O diâmetro interno do tubo é determinado pelo diâmetro interno do corpo da biela que vai ser fabricada e com base nos cálculos de dimensionamento que determinam a carga máxima de compressão que o tubo pode suportar sem se deformar ao nivel da zona de apoio entre a peça terminal e o tubo, isto é, ao nivel da flange.

[0061] O conjunto do tubo e do mandril é então colocado num forno para polimerizar a resina pré-impregnada nas fibras e assim torna o tubo rigido. Após a polimerização, retira-se então o mandril 17 e corta-se o tubo à medida e desbasta-se para se obter uma superficie aderente para a ligação. O corpo interno 18 assim obtido está ilustrado na figura 14.

[0062] Uma segunda etapa b) consiste em adicionar uma peça terminal a cada extremidade do corpo interior. A peça terminal adicionada é uma peça terminal tal como se referiu na primeira, na segunda ou na terceira modalidade de realização, tal como se mostra nas figuras 6 a 8 respectivamente ou qualquer peça terminal com uma forma adaptada. Une-se a extremidade do corpo interior 18 à extremidade com um diâmetro externo reduzido 5 e apoia-se contra a flange 6. Desta forma, a superfície externa do corpo interno 18 prolonga a da segunda parte cilindrica 4 das peças terminais (ver fig. 15) .

[0063] Na terceira etapa c), montam-se dois mandris 19 nas respectivas extremidades livres das peças terminais (ver fig. 16) . Cada mandril, de forma cilindrica, compreende duas partes com diâmetros diferentes. Uma primeira parte 19a do mandril compreende um cilindro com um diâmetro que é praticamente igual ao diâmetro interno da primeira parte cilindrica oca das peças terminais 1 e uma segunda parte 19b compreende um cilindro com um diâmetro que é praticamente igual ao diâmetro externo da primeira parte cilindrica oca das peças terminais 1. Durante a montagem, a primeira parte 19a do mandril 19 é inserida na parte cilindrica oca 1 da peça terminal. Coloca-se então um grampo guia 20 na extremidade livre da segunda parte 19b do mandril 19 (ver fig. 17).

[0064] A quarta etapa d), ilustrada na figura 18, consiste no enrolamento de fibras 16 pré-impregnadas na superfície externa do conjunto formado pelo corpo interno 18, as peças terminais e a segunda parte 19b dos mandris isenta de estrias, pelo processo do enrolamento dos filamentos. As fibras vão formar uma camada à volta deste conjunto, que será designada por corpo externo 21 (ver fig. 19(a)) . Para em seguida formar um corpo numa única peça, tal como se descrito a seguir, as fibras pré-impregnadas utilizadas nesta etapa são as mesmas (a mesma fibra, a mesma resina) que as utilizadas na etapa a) . Do mesmo modo, para assegurar a continuidade do enrolamento dos filamentos, não há interrupção da fibra entre as etapas a) e d) .

[0065] A quinta etapa e) consiste na polimerização do conjunto após os grampos de fixação 20 terem sido removidos. As figuras 19a e 19b mostram, respectivamente, o conjunto antes e depois da polimerização. Após a polimerização, o corpo interno 18 e o corpo externo 21 formam um corpo 22, numa única peça, polimerizado que vai formar o corpo da biela. No caso particular das peças terminais de acordo com a terceira modalidade de realização e, tal como se mostra na figura 8, a camada 9, formada por fibras 16 pré-impregnadas, idênticas às utilizadas para a fabricação do corpo da biela, faz também parte do corpo 22 de uma peça única e polimerizado. Quando se desmontam os grampos, nesta etapa, corta-se a fibra da bobina e retira-se a parte do corpo polimerizado, numa peça única, que compreende a fibra cortada, quando a biela é cortada à medida na última etapa f) •

[0066] Na última etapa f), os mandris 19 são retirados e o corpo de peça única polimerizado 22 é cortado ao nivel da extremidade livre das peças terminais (ver fig. 20) . A peça assim obtida forma a biela de acordo com a presente invenção. A figura 21 mostra a biela formada com as partes terminais tal como na terceira modalidade de realização, em que a camada 9 da parte terminal está integrada no corpo 22, em monobloco. Vantagens do processo da presente invenção a. De acordo com a presente invenção, as fibras pré- impregnadas utilizadas nas etapas a) e d) são idênticas (a mesma resina, a mesma fibra) e há uma continuidade entre os enrolamentos do filamento (o mesmo fio) para o corpo interno e o corpo externo. Utilizar a mesma resina permite formar um corpo numa peça única durante a pós-cozedura na etapa e), que estará isenta de qualquer problema referente à dilatação térmica diferencial. A continuidade do enrolamento do filamento é importante para garantir o correcto posicionamento das fibras e para garantir um processo 100 % automatizado. A fabricação de um corpo numa única peça e a continuidade do enrolamento do filamento também permite obter um produto isento de qualquer descontinuidade ou porosidade, b. A fabricação de bielas com partes terminais formadas tal como referido na terceira modalidade de realização, permite reduzir o peso da biela. Por um lado porque a parte da peça terminal é feita em material compósito e, por outro lado, porque a quantidade de material da peça terminal é menor. Na verdade, ao nivel da descontinuidade, o diâmetro interno da peça terminal aumenta o que, por outras palavras, corresponde a uma eliminação de material. c. Ao contrário dos conjuntos colados do estado da técnica anterior, em que as peças terminais são coladas ao corpo da biela, as peças terminais da presente invenção são inseridas no interior do corpo da biela. Esta concepção da biela vai permitir retirar a carga das forças de compressão. No caso de uma biela com peças terminais obtidas tal como na primeira modalidade de realização, as zonas sublinhadas na figura 22(a) são, por um lado, regiões solicitadas por um efeito de aperto entre a peça terminal e o corpo da biela e, por outro lado, são solicitadas pelo apoio directo entre o corpo da biela em fibra de carbono e a peça terminal ao nivel da flange. No caso de cargas demasiado pesadas, apenas a zona de apoio, ao nivel da flange necessita de ser fracturada de forma a permitir a deslocação da peça terminal (ver seta pequena). A geometria da peça terminal, de acordo com a segunda modalidade de realização, tem a vantagem de duas zonas, em vez de uma, deverem ser fracturadas no caso de uma sobrecarga. Tal como se mostra na fig. 23(a), através das setas pequenas, há uma zona de suporte ao nivel da flange e a zona em que a primeira parte cilindrica oca da peça terminal está afunilada. Em termos concretos, isto significa que a geometria da peça terminal, de acordo com a segunda modalidade de realização, permite suportar melhor os esforços de tracção, seja qual for a geometria da peça terminal. No caso de uma biela com peças terminais formadas de acordo com a primeira modalidade de realização, tal como se mostra na figura 22(b), a peça terminal transmite a força de tracção ao corpo da biela por via de uma primeira parte cilindrica oca, por via da parte cónica e, parcialmente, por via da segunda parte cilindrica oca. A força de tracção é por isso transmitida directamente ao corpo da biela. Para uma biela com peças terminais formadas de acordo com a segunda modalidade de realização, tal como se mostra na figura 23(b), a peça terminal transmite a força de tracção ao corpo da biela por via da parte cónica e parcialmente, por via da segunda parte cilindrica oca. No caso de forças alternadas de tracção-compressão, a peça terminal, qualquer que seja a sua geometria, não se pode mover no corpo da biela e por isso não pode gerar um fenómeno de fadiga no corpo em fibra de carbono e um fenómeno de deformação plástica do corpo de fibra de carbono.

[0067] O processo de acordo com a presente invenção, também permite, com vantagem, a fabricação de uma peça complexa, utilizando processos convencionais de enrolamento de filamentos, que geram um abaixamento dos custos de produção. O ganho situa-se na implementação dos processos e na concepção da própria biela.

Claims

1. Método para a fabricação de uma biela, caracterizado pelo fato de compreender as etapas de: - prover um primeiro mandril (17); - produzir um corpo interior (18) por: - enrolar as fibras pré-impregnadas (16) sobre o primeiro mandril (17), - polimerizar as citadas fibras pré-impregnadas (16) e, - remover o citado mandril (17); - produzir um corpo exterior (21) por enrolamento das fibras pré-impregnadas (16) sobre a superficie externa do corpo interior (18), as referidas fibras pré-impregnadas (16) sendo idênticas àquelas utilizadas para a produção do corpo interior (18); -formar uma peça única polimerizada (22) através da polimerização do corpo interior (18) e do corpo exterior (21) .

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de compreender ainda uma etapa de posicionar uma extremidade da biela em uma ou ambas as extremidade(s) do corpo interior (18) antes da produção do corpo exterior (21), as fibras pré-impregnadas (16) sendo então enroladas sobre a superficie externa do corpo interior (18) e da(s) extremidade(s) da biela para a produção do corpo exterior (21) .

3. Método, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de o enrolamento ser continuo para a produção do corpo interior (18) e do corpo exterior (21).

4. Método, de acordo com a reivindicação 2 ou 3, caracterizado pelo fato de compreender ainda as seguintes etapas para produção da extremidade da biela, dita extremidade de biela compreendendo uma camada compósita (9) cobrindo parcialmente um segmento (8): - prover o segmento (8) e um segundo mandril (10); - posicionar o segmento (8) no segundo mandril (10); - enrolar as fibras pré-impregnadas (16) parcialmente em torno do segundo mandril (10) e parcialmente em torno do segmento (8), ditas fibras pré-impregnadas sendo idênticas àquelas utilizadas para a produção do corpo interior (18) e do corpo exterior (21); - polimerizar as fibras pré-impregnadas (16) e remover o segundo mandril (10), as citadas fibras pré-impregnadas formando a camada compósita (9).

5. Método, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de a camada compósita (9) ser polimerizável com o corpo interior (18) e o corpo exterior (21) para formar o corpo de peça única (22) .

6. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 2 a 5, caracterizadopelo fato de na etapa de posicionar a extremidade da biela, uma parte da extremidade da biela ser inserido dentro do corpo interior (18).

7. Biela, caracterizadapelo fato de compreender um corpo da biela e uma extremidade de biela posicionada em uma extremidade do corpo da biela, o referido corpo da biela compreendendo um corpo de peça única (22) fixando firmemente a extremidade da biela sobre seu lado externo inteiro, o citado corpo de peça única (22) sendo formado de um tipo único de resina ou fibras.

8. Biela, de acordo com a reivindicação 7, caracterizada pelo fato de a extremidade da biela sucessivelmente compreende, a começar de uma extremidade livre da biela, uma primeira parte cilindrica oca (1), uma parte cônica oca (3) e uma segunda parte cilindrica oca (4), dita segunda parte cilindrica oca (4) terminando numa porção extrema com um diâmetro externo reduzido (5) delimitada por um suporte (6).

9. Biela, de acordo com a reivindicação 8, caracterizadapelo fato de o diâmetro externo da primeira parte cilindrica oca (1) ser substancialmente constante e onde a parte cônica oca (3) ter uma espessura de parede que afunila em direção a segunda parte cilindrica oca (4) .

10. Biela, de acordo com a reivindicação 8, caracterizada pelo fato de o diâmetro externo da primeira parte cilindrica oca (1) ser primeiro constante, a seguir diminuir gradualmente e finalmente alargar-se novamente para estar em continuidade com a face exterior da parte cônica oca (3), dita parte cônica oca (3) tendo uma espessura de parede que afunila em direção à segunda parte cilindrica oca (4).

11. Biela, de acordo com a reivindicação 7, caracterizada pelo fato de a extremidade da biela compreender uma camada compósita (9) integrada no corpo de única peça (22) e um segmento (8).

12. Biela, de acordo com a reivindicação 11, caracterizada pelo fato de o segmento (8) compreender, a começar de uma extremidade livre da biela, uma primeira parte cilindrica oca (1) e uma parte cônica oca (3), a citada primeira parte cilindrica oca (1) tendo um primeiro diâmetro externo constante, a seguir diminuir gradualmente e finalmente alargar-se novamente para estar em continuidade com a face exterior da parte cônica oca (3).

13. Biela, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 7 a 10, caracterizada pelo fato de a extremidade da biela ser metálica, em material plástico altamente resistente ou em carbono.