ES2276569B1 - Util hibrido para el curado de piezas de material compuesto. - Google Patents
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Abstract
Util (1) híbrido para el curado de piezas de material compuesto que comprende una estructura de soporte (3) realizada en un material metálico de alta difusividad térmica, una placa base (31) de idéntica geometría superficial a la de la pieza a curar, realizada en un material metálico termoestable, una estructura intermedia (21) entre la estructura de soporte (3) y la placa base (31), de configuración celular, con las caras de cada celda suficientemente aligeradas como para facilitar el flujo de aire bajo la placa base (31) durante el ciclo de curado, realizada en un material metálico termoestable y unos medios de fijación de la estructura intermedia (21) a la estructura de soporte (3) que permitan su libre dilatación.
Description
Útil híbrido para el curado de piezas de
material compuesto.
La presente invención se refiere a un útil para
el curado de piezas de material compuesto y, más en particular, a
un útil híbrido de acero y de una aleación termoestable para el
curado de piezas de material compuesto.
Para el curado de una pieza de material
compuesto se requiere el laminado del material y su posterior
curado en autoclave en un molde que proporcione la geometría de la
pieza objeto. Durante el ciclo de curado se producen enlaces entre
las moléculas de la resina consiguiendo las características
mecánicas deseadas del material. Esto requiere someter al material
a un ciclo de presión temperatura en el interior de un autoclave,
confinando al laminado en un recinto sobre un útil estanco a la
presión y cerrado por una bolsa de vacío.
La geometría del útil a la temperatura a la que
endurece la resina, debe ser la final de la pieza considerando los
coeficientes de expansión térmica del propio material y del útil.
Para tener en cuenta este efecto se aplican coeficientes de
corrección de la geometría del útil lo que es una dificultad
añadida al diseño del mismo. La situación ideal es la de usar un
material para fabricar el útil, que tenga el mismo coeficiente de
expansión que el de la pieza una vez curada puesto que, de esta
manera, a partir del momento que endurece la resina, y durante el
enfriamiento, la geometría de la pieza se adaptará perfectamente al
útil y las referencias trazadas sobre el útil quedarán marcadas en
la pieza en su posición correcta. Esto debe ser compatible con el
hecho de que el material usado para fabricar los útiles debe tener
la menor masa térmica posible conservando unas características
mecánicas y de durabilidad determinadas que permitan su uso en un
proceso industrial que incluye, en particular, someterlo a ciclos
de autoclave sin pérdida de dichas características.
El uso de materiales metálicos termoestables
tales como, entre otros, los denominados comercialmente como INVAR
36, NILO 36, permite conseguir las características necesarias para
la fabricación de útiles de curado en autoclave, si bien tiene una
serie de desventajas con respecto a otros materiales metálicos
convencionales usados también en utillaje como los aceros de
construcción. Entre las desventajas comparativas más importantes
que afectan al proceso se pueden destacar: menores características
mecánicas, menor difusividad, mayor masa térmica y mucho mayor
coste de la materia prima.
La presente invención propone un útil que
resuelve satisfactoriamente los problemas mencionados
anteriormente, especialmente para el caso de los útiles de gran
tamaño que son necesarios en la industria aeronáutica.
Según la invención, el útil comprende:
- Una estructura de soporte realizada en un
material metálico de alta difusividad térmica, tal como el acero de
construcción.
- Una placa base de idéntica geometría
superficial a la de la pieza a curar, realizada en un material
metálico termoestable tal como INVAR 36 o NILO 36.
- Una estructura intermedia entre la estructura
de soporte y la placa base de configuración celular, del tipo de
una caja de huevos, realizada en un material metálico termoestable
tal como INVAR 36 o NILO 36.
- Unos medios de fijación de la estructura
intermedia en la estructura de soporte que permitan su libre
dilatación.
El útil está realizado pues, por un lado, con
materiales de bajo coste y alta difusividad térmica para conseguir
un adecuado comportamiento mecánico-térmico, y, por
otro, con materiales metálicos termoestables en su superficie útil,
que permiten fabricar piezas de material compuesto sin las
restricciones debidas a distintos coeficientes de dilatación de la
pieza y del útil.
Con la configuración mencionada, se logran
útiles con la menor masa térmica posible, reduciendo la materia
prima necesaria, teniendo a la vez la rigidez estructural
suficiente para que la geometría de la pieza sea la correcta, unas
características especialmente deseables para los útiles de gran
tamaño utilizados en la industria aeronáutica.
Otras características y ventajas de la presente
invención se desprenderán de la descripción detallada que sigue de
una realización ilustrativa de su objeto en relación con las
figuras que se acompañan.
La Figura 1 es una vista esquemática que muestra
los tres elementos básicos que componen el útil objeto de la
presente invención.
La Figura 2 es una vista en perspectiva de una
esquina del útil objeto de la presente invención con sus
componentes ensamblados.
La Figura 3 es una vista en perspectiva de la
estructura de soporte del útil objeto de la presente invención.
La Figura 4 es una vista de detalle de una
porción de esquina de la estructura de soporte del útil objeto de
la presente invención.
Las Figuras 5 y 6 son vistas en perspectiva y en
planta, respectivamente, de la estructura intermedia del útil
objeto de la presente invención.
La Figura 7 es una vista de detalle de una
porción de la estructura intermedia del útil objeto de la presente
invención.
La Figura 8 es una vista en perspectiva que
muestra la fijación de la estructura intermedia a la estructura de
soporte.
La Figura 9 es una vista en perspectiva y en
despiece ordenado de los distintos elementos que forman los medios
de fijación de la estructura intermedia a la estructura de
soporte.
La Figura 10 es una vista en alzado lateral de
los distintos elementos que forman los medios de fijación de la
estructura intermedia a la estructura de
soporte.
soporte.
La Figura 11 muestra esquemáticamente la
configuración de los orificios rasgados de los bulones utilizados
para fijar la estructura intermedia a la estructura de soporte.
El útil de curado 1 según la invención comprende
en primer término una estructura soporte 3, realizada
preferentemente en acero de construcción, con dos vigas
longitudinales 5, 7, con aligeramientos hexagonales 9 en las almas,
armada con tubos transversales 11 y diagonales 13, realizados
preferentemente en acero electro soldado y vigas transversales para
reforzar las zonas de los puntos de izado (no representadas).
Sobre la estructura soporte 3 se dispone de un
estructura intermedia 21 acartelada de una aleación termoestable
tal como INVAR-36, NILO 36 o similar, y sobre ésta
una placa base 31, también de aleación termoestable, mecanizada con
la geometría de la pieza a curar en la cara de contacto con el
útil.
Sobre las alas 15 de las vigas 5, 7 de la
estructura soporte 3 y bajo alias se sueldan unas placas de
nivelación 17, 19, realizadas preferentemente en acero, que se
mecanizan una vez formada la estructura de soporte 3, para obtener,
mediante las placas inferiores 17, un plano de apoyo de la
estructura de soporte 3 y, mediante las placas superiores 19, un
plano de apoyo y referencia de la estructura intermedia 21.
Las placas de nivelación 17 soldadas bajo las
vigas definen, pues. los puntos de apoyo, nivelación y centraje de
la estructura de soporte 3.
Sobre la estructura intermedia 21 se suelda la
placa base 31 formada por placas de aleación termoestable soldadas,
previamente conformada para adaptarla a la superficie final
deseada. La placa base 31, una vez mecanizada, debe ser estanca a
alta temperatura en toda su superficie.
La estructura intermedia 21 debe estar diseñada
de manera que se facilite el flujo de aire, durante el ciclo de
curado en autoclave, por debajo de la placa base 31. Una
configuración preferente es la estructura que se muestra en detalle
en la Fig. 7 formada mediante cartelas transversales 23 y
longitudinales 25 con grandes aligeramientos interiores.
El apoyo y soldadura de la placa base 31 sobre
las cartelas transversales 23 se hace de forma discreta. Entre los
puntos de apoyo 27, la forma de la cartela es un arco de
circunferencia 29 que respete unas distancias mínimas especificadas
entre los aligeramientos y el contorno de la cartela. El apoyo y
soldadura de la placa base 31 sobre las cartelas longitudinales 25
se hará de la misma manera que en las cartelas transversales.
Las cartelas perimetrales se adaptarán
perfectamente a la forma de la placa base 31 en todo el perímetro
de la superficie inferior, soldándose a esta con cordones
discontinuos.
La estructura intermedia 21 se apoya sobre la
estructura soporte 3 mediante patines de deslizamiento 35,
realizados preferentemente de bronce, que están unidos a la
estructura intermedia 21 a través de los angulares 37, soldados
(cordón discontinuo) a las cartelas transversales 23. Los patines 35
se unen a los angulares 37 mediante los tornillos 39.
El apoyo mencionado de la estructura intermedia
21 sobre la estructura de soporte 3 tiene lugar sobre las placas de
nivelación 17 soldadas y mecanizadas sobre el ala superior 15 de
las vigas 5, 7 de la estructura soporte 3, que forman un plano
común de apoyo de todos los patines de deslizamiento 35.
La fijación de la estructura intermedia 21 sobre
la estructura soporte 3 se lleva a cabo mediante bulones 41
pasantes por los angulares 37, los patines de deslizamiento 35, las
placas de nivelación 17 y el ala 15 de las vigas 5,7, dejando, con
la tuerca 43 apretada en el lado de la viga, una holgura H entre el
patín de deslizamiento 35 y las placas de nivelación 17 que los
soportan.
La configuración de los bufones 41 debe permitir
la libre dilatación de las dos estructuras 3, 21 de forma
independiente de modo que en cualquier estado de dilatación se
conserve constante la dirección de los ejes longitudinal y
transversal del útil (el centro de dilatación de la placa base se
mantiene fijo durante la dilatación). Esto se consigue realizando
orificios rasgados 45 en las placas de deslizamiento y en los
angulares. Para el dimensionado de los orificios rasgados 45 se
debe tener en cuenta que su dirección debe ser la de la línea de
unión entre el centro de dilatación 47 y el centro del bulón 41.
Los orificios rasgados 45 debe tener la
suficiente longitud, en los patines de deslizamiento 35 y en los
angulares 37 para que el eje del bulón 41, fijo en la placa de
nivelación 17 y en el ala 15 de la viga 5, 7, pueda deslizar sin
interferencia durante todo el ciclo de curado.
La placa base 31 debe incorporar unos tacos de
aleación termoestable soldados (soldadura estanca) en huecos
realizados en la placa, para permitir el taladrado de los puntos de
sujeción de utillaje sobre la placa sin pérdida de
estanqueidad.
En la realización preferente que acabamos de
describir pueden introducirse aquellas modificaciones comprendidas
dentro del alcance definido por las siguientes
reivindicaciones.
Claims (5)
1. Útil (1) para el curado de piezas de material
compuesto, caracterizado porque comprende:
- a)
- una estructura de soporte (3) realizada en un material metálico de alta difusividad térmica;
- b)
- una placa base (31) de idéntica geometría superficial a la de la pieza a curar, realizada en un material metálico termoestable;
- c)
- una estructura intermedia (21) entre la estructura de soporte (3) y la placa base (31), de configuración celular, con las caras de cada celda suficientemente aligeradas como para facilitar el flujo de aire bajo la placa base (31) durante el ciclo de curado, realizada en un material metálico termoestable; y
- d)
- unos medios de fijación de la estructura intermedia (21) a la estructura de soporte (3) que permitan su libre dilatación.
2. Útil para el curado de piezas de material
compuesto según la reivindicación 1, caracterizado porque la
estructura intermedia (21) está realizada mediante cartelas
aligeradas longitudinales (25) y transversales (23).
3. Útil para el curado de piezas de material
compuesto según las reivindicaciones anteriores,
caracterizado porque la estructura de soporte (3) está
formada por dos vigas longitudinales (5,7) unidas mediante tubos
transversales (11) y diagonales (13), incorporando dichas vigas una
pluralidad de placas de nivelación (17, 19), realizadas en acero,
soldadas en sus alas (15) para configurar su plano de apoyo
inferior y el plano de apoyo en ella de la estructura intermedia
(21).
4. Útil para el curado de piezas de material
compuesto según la reivindicación 3, caracterizado porque
los medios de fijación de la estructura intermedia (21) en la
estructura de soporte (3) comprenden patines de deslizamiento (35)
sobre las placas de nivelación (17), unidos mediante tornillos (39)
a elementos angulares (37) soldados a las cartelas transversales
(23), y unos bulones (41) pasantes por ellos y por las placas de
nivelación (17) y el ala superior (15) de las vigas (5,7), a través
de unos orificios que tienen una configuración rasgada en los
patines de deslizamiento (35) y en los elementos angulares (37),
con su eje longitudinal orientado hacia el centro de dilatación
(47) de la placa base (31).
5. Útil para el curado de piezas de material
compuesto según la reivindicación 1, caracterizado porque la
placa base (31) incluye tacos de aleación termoestable soldados en
huecos realizados en ella, para permitir la sujeción de utillaje
sobre la placa (31) sin pérdidas de estanqueidad.
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