ES2331989T3 - Metodo para controlar los elementos de la preforma compuesta durante el procesado. - Google Patents
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Abstract
Un método para retener las preformas compuestas de matriz de metal/fibra en su posición durante el procesado, incluyendo los pasos de posicionar una posición durante el proceso de la hoja preimpregnada (30) de fibras y una matriz metálica de hoja, polvo o metal sobre un mandril (32) devanando espiralmente un cable de retención (22, 34) de un metal resistente al calor predeterminado sobre dicha hoja preimpregnada bajo tensión para retener dicha hoja preimpregnada en una posición sobre dicho mandril y tratar dicha hoja preimpregnada rodeada por dicho cable de devanado espiral para formar el compuesto de la matriz metálica o de fibra.
Description
Método para controlar los elementos de la
preforma compuesta durante el procesado.
La presente invención hace referencia a
preformas compuestas utilizadas en la formación de compuestos
continuos de matriz metálica o de fibra y, más especialmente, a un
método para mantener en el sitio los elementos de la preforma
compuesta durante el procesado.
Las preformas compuestas como las utilizadas en
la formación de compuestos continuos de matriz metálica o de fibra
están formados por un conjunto de fibras de monofilamento y una
matriz metálica en la forma de hoja, polvo o cable. Estos
conjuntos pueden utilizarse para la fabricación de un anillo o una
barra, por ejemplo. En cada caso, un conjunto de metal y fibras
precursoras se enrolla en un mandril para crear la zona de refuerzo.
En el caso de un anillo, por ejemplo, esto se consigue enrollando
una colección de fibras y cables metálicos en un mandril o sustrato
anular, empotrado para formar el conjunto. En el caso de una barra,
una hoja preimpregnada se fabrica primero formada por una capa de
fibras y una capa de cables metálicos unidos con un adhesivo. Esta
hoja se enrolla posteriormente a un mandril cilíndrico para formar
el conjunto.
En el caso de los conjuntos de la barra y el
anillo, el conjunto enrollado debe sujetarse en el sitio de tal
forma que retenga las posiciones relativas de los elementos
metálicos y la fibra en todo el proceso de fabricación. En el caso
del conjunto de anillo, esto exige sujetar el enrollado desde el
desdevanado y, en el caso del conjunto de la barra, esto exige
sujetar el enrollado desde el desdevanado y acomodar la contracción
en el enrollado debido al apelmazamiento que se produce en el
enrollado de la barra durante la operación que emane gas debido a
la retirada del adhesivo utilizado para fabricar las hojas
preimpregnadas.
Actualmente, el conjunto enrollado de la
fabricación del compuesto orgánico se sujeta en el sitio con el uso
de una bolsa elastomérica y un diferencial de presión asociado que
sujete la bolsa contra el conjunto. En el caso de compuestos con
matriz metálica, este hardware de procesado debe ser adecuado para
operaciones a altas temperaturas con temperaturas más elevadas a
las recomendadas para el típico elastómero. Normalmente, por tanto,
el hardware del encapsulado para dicho procesado está compuesto por
metal titanio o acero, ninguno de los cuales es lo suficientemente
elastomérico para que se empuje contra el conjunto enrollado
mediante la presión diferencial hasta que la temperatura del
proceso y la presión hayan alcanzado valores muy elevados. Esto
resulta en una desventaja significativa debido a que el conjunto se
encuentra en un estado no amortiguado durante la mayor parte del
proceso de fabricación, lo que permite un movimiento no deseado de
los elementos del conjunto de fibra y metal durante el
procesado.
US-A-5 763 079
muestra un método para fabricar preformas de cables donde las fibras
son devanadas del tambor en un sustrato adhesivo revestido seguido
por un revestimiento con una capa de barrera para conservar el
espacio de las fibras. Una capa de material adhesivo se aplica
entonces al envoltorio de la fibra y el cable se devana ahí. Es
entonces cuando se aplican varios materiales viscosos y pegajosos a
los cables arrollados de manera que se rellenen todos los espacios
entre cables.
EP-A-0 846 550
describe un método por donde un elemento de disco de hilo continuo
se forma al devanar un material con refuerzo de hilo sobe un eje
para formar una bobina plana que cuenta con un número de giros y
bloquea los giros respecto a las demás por medio de hilos enlazados
devanados en cada giro.
En consecuencia, ha surgido la necesidad de un
método simple y efectivo para controlar las posiciones relativas de
los elementos del conjunto enrollado y fijándolos en el sitio a
través de todo el proceso de fabricación. El método de la presente
invención cumple esta necesidad.
De acuerdo con el método nuevo y mejorado de la
presente invención una hoja preimpregnada y el metal sobre el
mandril o substrato se fija ahí y se sujeta en el sitio durante todo
el proceso de fabricación devanando sobre la hoja preimpregnada de
manera espiral un cable formado por un metal adecuado resistente al
calor, como el titanio. Los extremos del cable de fijación pueden
fijarse insertándolos en ranuras u otras aperturas en el mandril o
substrato o de cualquier otra forma asegurándolos en el mandril o el
sustrato. La distancia del devanado y la tensión aplicada por el
cable fijador durante el devanado espiral se selecciona basándose
en las características específicas del conjunto enrollado. En el
caso de un conjunto metálico de polvo/fibra, por ejemplo, la
envoltura del cable fijador se devana de forma tirante a sí mismo,
es decir, de manera que los cables de la envoltura estén en unidos
entre sí. Esto elimina la migración del polvo del conjunto de
enrollado durante el procesado. En el caso de un conjunto metálico
cable/fibra o un conjunto metálico hoja/fibra, el espacio entre los
cables fijadores puede ser mayor.
De esta forma, la tensión sobre el cable fijador
durante el devanado asegura un contacto íntimo entre el cable de
envoltura y el conjunto enrollado y también establece cierta
cantidad de elasticidad con la envoltura. La envoltura del cable
fijador puede tensarse durante el devanado, por ejemplo, para
acomodarse para una contracción predeterminada del diámetro del
conjunto de enrollado durante el procesado.
La Figura 1 es un diagrama en bloque de un
típico proceso de flujo para la formación de compuestos continuos
de matriz metálica/fibra formados por un conjunto de fibras y una
matriz metálica en la forma de hoja, polvo o cable;
La Figura 2 es una vista lateral elevacional,
parcialmente en sección, de un conjunto de fibra /cable metálico
para un componente de anillo anterior al proceso de fabricación;
La Figura 3 es un vista lateral elevacional
similar a la Figura 2 en donde el cable fijador se envuelve
espiralmente sobre el conjunto fibra/cable metálico antes del
proceso de fabricación;
La Figura 4 es una vista lateral elevacional,
parcialmente en sección, de un conjunto de una hoja preimpregnada
de fibra metálica para un componente de barra; y
La Figura 5 es una vista lateral elevacional
similar a la Figura 4 que muestra el cable fijador envuelto
espiralmente sobre el conjunto de la hoja preimpregnada de fibra
metálica para un componente de la barra antes del procesado.
La Figura 1 muestra en la forma de bloque un
típico proceso del flujo para la formación de continuos compuestos
de matriz metálica/fibra elaborados con un conjunto de fibras de
monofilamentos y una matriz metálica en la forma de hoja, polvo o
cable; En el bloque 3, el mandril se prepara para el devanado. A
partir de ahí, los elementos metálicos y de fibra se enrollan en el
mandril (bloque 4) y el mandril y el conjunto enrollado se
encapsulan en el hardware del proceso (bloque 6) de una forma
conocida para los expertos en la materia. El conjunto enrollado
encapsulado en el mandril emana posteriormente los gases para
retirar los adhesivos y otros volátiles (bloque 8) y el conjunto se
consolida para retirar los huecos y las interfaces con capas (bloque
10). A partir de entonces, se fabrica el componente reforzado final
(bloque 12).
La Figura 2 ilustra el paso del método en el
bloque 4 en la Figura 1 para un componente del anillo en donde un
conjunto de fibra/cable metálico se enrolla dentro de un receso
anular 14 de un mandril o un sustrato 16. El conjunto enrollado
comprende un número seleccionado o predeterminado de filas alternas
de cable metálico enrollado 18 y fibra 20 en cualquier orientación
deseada. En lugar del cable metálico, el metal puede tener la forma
de hoja o polvo y el conjunto enrollado puede incluir capas de
adhesivo para mantener en el sitio los componentes de una manera
conocida para los expertos en la materia.
La Figura 3 ilustra la envoltura del cable de la
presente invención aplicada al conjunto de fibra/cable metálico de
la Figura 2 de acuerdo con el paso del proceso del bloque 6 en la
Figura 1. En lugar de una bolsa metálica o similar, el cable
metálico de retención 22 formado por metal resistente a las altas
temperaturas se devana espiralmente bajo una tensión deseada
alrededor de la superficie externa del conjunto fibra/cable metálico
para mantener los cables y las fibras en sus respectivas posiciones
durante el proceso posterior tal y como se indica en los bloques 8,
10 y 12 en la Figura 1. El cable metálico de retención 22 puede
estar formado por titanio, molibdeno, volframio, renio o una
aleación de titanio (niobio). Para mantener el cable de retención
en la posición deseada tensionada, sus extremos 24 se insertan en
las ranuras 26 en el mandril o el sustrato 16 o se aseguran de otra
forma de una manera adecuada.
El tamaño y la forma del cable de retención 22 y
el espaciado y la tensión de ahí en el conjunto de fibra/cable
metálico se determinarán mediante la construcción específica y
naturaleza del conjunto enrollado. Por ejemplo, en el caso de un
conjunto de fibra/polvo metálico, la envoltura del cable se devana
tensamente a sí mismo, es decir, de manera que los cables fijadores
estén en enganchados entre sí. Esto eliminaría la migración del
polvo metálico desde el conjunto durante el procesado posterior.
En el caso de un conjunto de fibra/cable
metálico mostrado en las figuras 2 y 3, los cables de retención 22
puede separarse normalmente 7.87 a 16.69 cables por cm (20 a 50
cables por pulgada) para el conjunto de fibra/hoja metálica el
espacio entre los cables de retención 22 podrían incluso ser más
grandes, por ejemplo, 1.97 cables por cm (cinco cables por
pulgada).
La Fig. 4 ilustra el paso del método en el
bloque 4 en la Fig. 1 para un componente de barra en donde una hoja
30 preimpregnada de fibra/metal se enrolla en un número deseado de
capas sobre un mandril 32. La hoja preimpregnada 30 comprende una
capa de fibras y una capa de matriz metálica unida con un adhesivo
adecuado (no se muestra). La capa de matriz metálica puede tener la
forma de cables, hoja o polvo.
La Fig. 5 es una vista similar a la Fig. 4 que
ilustra el cable metálico de retención 34 de la presente invención
que devana espiralmente bajo una tensión deseada alrededor de la
superficie externa de la hoja preimpregnada de metal/fibra 30 en el
mandril 32. Para mantener el cable de retención 34 en la posición
tensionada deseada, sus cabos se aseguran al mandril 32 de una
manera adecuada (no se muestra).
A través del uso de la envoltura del cable
metálico de la presente invención, el metal enrollado y los
componentes de la fibra se mantienen en las posiciones relativas
deseadas durante los posteriores pasos de fabricación, tales como
emanación de gases, calentamiento y consolidación y fabricación. La
tensión en el cable de retención 22, 34 asegura un contacto íntimo
entre la envoltura del cable y el conjunto enrollado metálico/de
fibra y también estableciendo cierta cantidad de elasticidad
elástico sobre la envoltura. En el caso de un enrollado de anillo
con un diámetro exterior de 30.48 cm (12 pulgadas) por ejemplo, la
envoltura del cable metálico podría tensionarse durante el devanado
para acomodarse hasta 0.254 cm (0.1 pulgada) de contracción de
diámetro durante el procesado. El cable de retención 22, 34 forma
parte de la estructura metálica adyacente al refuerzo de fibra/metal
después del procesado.
Se verá rápidamente que el uso de la envoltura
de metal de la presente invención constituye una mejora
significativa sobre las bolsas metálicas utilizadas previamente
para encapsular el mandril y el conjunto enrollado antes del
proceso de fabricación. La envoltura metálica de la presente
invención sirve para fijar y retener los componentes de fibra y
metal enrollados en el sitio durante todo el proceso de fabricación
para asegurar la formación de un componente compuesto de la matriz
reforzada de metal/fibra. También, la envoltura metálica de la
presente invención tiene una construcción sencilla, es barato y
fácil de aplicar sobre el conjunto enrollado de una forma
deseada.
Mientras que la invención se ha descrito en
relación con lo que actualmente se considera la realización más
práctica y preferida, también se entiende que la invención no esté
limitada a la realización presentada, sino al contrario, está
concebida para cubrir varias modificaciones y disposiciones
equivalentes incluidas dentro del espíritu y ámbito de las
reivindicaciones adjuntas.
Claims (11)
1. Un método para retener las preformas
compuestas de matriz de metal/fibra en su posición durante el
procesado, incluyendo los pasos de posicionar una posición durante
el proceso de la hoja preimpregnada (30) de fibras y una matriz
metálica de hoja, polvo o metal sobre un mandril (32) devanando
espiralmente un cable de retención (22, 34) de un metal resistente
al calor predeterminado sobre dicha hoja preimpregnada bajo tensión
para retener dicha hoja preimpregnada en una posición sobre dicho
mandril y tratar dicha hoja preimpregnada rodeada por dicho cable
de devanado espiral para formar el compuesto de la matriz metálica o
de fibra.
2. Un método según la Reivindicación 1 en donde
dicho cable de retención (34) está formado por Titanio.
3. Un método según la Reivindicación 1 a 2 en
donde los extremos de dicho cable de retención (34) se conectan a
dicho mandril (32).
4. Un método según cualquiera de las
reivindicaciones de la 1 a la 3 en donde dicho cable de retención
(34) se devana espiralmente bajo una tensión de manera que las
bobinas adyacentes de dicho cable de retención estén unidas entre
sí.
5. Un método según cualquiera de las
reivindicaciones de la 1 a la 3 en donde dicho cable de retención
(34) se devanan espiralmente bajo una tensión de manera que las
bobinas adyacentes de dicho cable de retención estén espaciadas
entre sí.
6. Un método en donde el cable de retención (34)
se devana espiralmente a un paso, espacio y tensión determinados
por la naturaleza y construcción de la hoja preimpregnada de fibras
y la matriz metálica.
7. Un método de acuerdo con cualquier
reivindicación anterior en donde dicha hoja preimpregnada (30) de
fibras y metal de la matriz se enrolla en dicho mandril (32).
8. Un método según cualquier reivindicación
anterior en donde dicho cable de retención (34) está formado por
molibdeno.
9. Un método de acuerdo con cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 7 en donde dicho cable de retención está
formado por volframio.
10. Un método de acuerdo con cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 7 en donde dicho cable de retención (34) está
formado por renio.
11. Un método de acuerdo con cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 7 en donde dicho cable de retención (34) está
formado por una aleación de titanio/niobio.
Applications Claiming Priority (2)
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