ES2555155T3 - Aparato y métodos para formar piezas compuestas rigidizadas de sombrero usando placas de labrado térmicamente expansivas - Google Patents

Aparato y métodos para formar piezas compuestas rigidizadas de sombrero usando placas de labrado térmicamente expansivas Download PDF

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Philip O. Chrissos
Neal A. Froeschner
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Karen M. Jost
Jimmy S. Piszar
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Abstract

Una herramienta (20) que comprende; primeras (22) y segundas (23) porciones de pierna conectadas a respectivas porciones (21) de pie; terceras (24) y cuartas (25) porciones de pierna, conectadas con las primeras y segundas porciones (22, 23) de pierna, respectivamente; y una porción (26) de interconexión que se extiende entre y conecta las terceras y cuartas porciones (24, 25) de pierna, donde las primeras y segundas porciones (22, 23) de pierna de la herramienta de formación de compuesto comprenden un material que es menos expansivo térmicamente que un material que forma las terceras y cuartas porciones (24, 25) de pierna y la porción (26) de interconexión; caracterizada por que: las primeras y segundas porciones (22, 23) de pierna se conectan en un extremo con las porciones (21) de pie y en el otro extremo con las respectivas terceras y cuartas porciones (24, 25) de pierna, y las terceras y cuartas porciones (24, 25) de pierna se conectan en su otro extremo con la porción (26) de interconexión.

Description

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DESCRIPCION
Aparato y metodos para formar piezas compuestas rigidizadas de sombrero usando placas de labrado termicamente expansivas
Antecedentes
Las realizaciones de la divulgacion se refieren a la formacion de una pieza compuesta y, mas en particular, a aparatos y metodos para formar piezas compuestas rigidizadas de sombrero usando placas de labrado elasticas.
Las estructuras compuestas, tales como las utilizadas en la industria de las aeronaves y otras, se forman normalmente curando un material compuesto polimerico mientras que el material se cubre, al menos parcialmente, y se soporta mediante herramientas de formacion. Una estructura compuesta comun empleada en las aplicaciones aeroespaciales y otras es una pieza compuesta rigidizada de sombrero. Para construir una pieza compuesta rigidizada de sombrero, el proceso de fabricacion comienza colocando material compuesto en una herramienta de base, colocando un mandril de labrado en el material compuesto soportado mediante la herramienta de base, colocando un material compuesto adicional sobre un mandril de labrado, y cubriendo al menos parte del material compuesto con una herramienta de formacion. La herramienta de formacion cubre normalmente al menos el material compuesto que reviste el mandril de labrado y ayuda a definir la forma de sombrero. El material compuesto puede entonces someterse a un proceso de curado, tal como aligeramiento y calentamiento, para adherir y unir adicionalmente las capas compuestas para producir una estructura compuesta integral.
El documento US 5.688.353 divulga un metodo de fabricacion de un nucleo apanalado, inclinado y estabilizado de densidad total baja para un moldeo de cocurado de alta presion de un artfculo compuesto de nucleo apanalado y ligero. El aparato de moldeo de compuesto es un aparato de moldeo semirngido tal como se define en el preambulo de la reivindicacion 1, que comprende un miembro de base ngido y un miembro de molde semirngido complementario. Las superficies de moldeo del miembro de base ngido y el miembro de molde semirngido complementario en combinacion definen la superficie de lmea del molde exterior del artfculo compuesto de nucleo apanalado y ligero que se va a fabricar. El miembro de molde semirngido complementario es un miembro con forma seminigida formado a partir de un material elastomerico reforzado con fibra y es operativo para proporcionar una presion uniforme transferida durante el proceso de moldeo de cocurado de alta presion. Para facilitar el proceso de cocurado de alta presion, unos insertos ngidos de refuerzo estan dispuestos en el miembro de molde semirngido y son operativos para proporcionar distribuciones de presion simetricas por las superficies inclinadas del artfculo compuesto de nucleo apanalado y ligero que se va a fabricar. Los insertos ngidos de refuerzo se forman para tener una configuracion plana que coincide con las configuraciones correspondientes de las superficies inclinadas del artfculo compuesto de nucleo apanalado y ligero que se estan fabricando.
El documento EP1238785 divulga un metodo para producir un artfculo perfilado similar a una vaina y un molde que es util para ello. El aparato de formacion de compuesto comprende una herramienta de base, un mandril de labrado sobre la herramienta de base y una herramienta de formacion de compuesto que recubre el mandril de labrado. La herramienta de formacion de compuesto comprende lados con un inserto en su interior, siendo los insertos de un material diferente en el resto de los lados. Los insertos se extienden a lo largo de parte de la porcion lateral.
La precision incrementada necesaria para las dimensiones cnticas de las piezas ha creado una necesidad de herramientas que puedan formar piezas compuestas con altos grados de precision, al menos para las dimensiones cnticas. Con respecto a las piezas compuestas rigidizadas de sombrero, por ejemplo, el radio definido en la interseccion entre las piernas rigidizadoras de sombrero y la estructura plana correspondiente debe mantenerse tfpicamente dentro de una tolerancia muy ajustada. Las herramientas de formacion ngidas convencionales han proporcionado capacidades limitadas para producir piezas compuestas dentro de una precision obligatoria. Principalmente, durante el proceso de curado, el mandril de labrado se expande mientras que la herramienta de formacion de compuesto, menos expansiva termicamente, que cubre al menos una porcion del material compuesto, se expande en un menor grado, teniendo como resultado areas con una presion grande y pequena dentro del material compuesto que provocan porosidad de las piezas y un movimiento no deseado del material compuesto. Como tal, el material compuesto puede desecharse en intentos fallidos de producir piezas que tengan las dimensiones cnticas usando una herramienta de formacion casi no expansiva. Ademas, la diferencia de expansion entre el mandril de labrado y la herramienta de formacion menos expansiva termicamente tambien puede afectar al proceso de union del material compuesto, por lo que la pieza resultante exhibe defectos, tales como desuniones.
Se han desarrollado herramientas de formacion mas expansivas termicamente y son capaces de una mayor expansion que las herramientas menos expansivas termicamente. Sin embargo, tanto las herramientas de formacion mas expansivas termicamente como las casi no expansivas fallan al producir de manera consistente piezas que cumplan los requisitos de dimensiones cnticas. Por ejemplo, una pieza compuesta rigidizada de sombrero necesita un radio de esquina espedfico en la interseccion de las piernas rigidizadas de sombrero y la estructura plana correspondiente. Esto es a menudo una dimension cntica para una pieza compuesta rigidizada de sombrero. Generalmente, puede usarse un mandril de labrado termicamente expansivo para formar el interior de la estructura de sombrero, mientras que una herramienta de formacion menos expansiva termicamente puede usarse para formar
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el exterior de la estructura de sombrero. A menudo, el mandril de labrado termicamente expansivo se expande durante el proceso de curado, mientras que la herramienta de formacion menos expansiva termicamente no se expande tanto. El problema con esta diferencia en la expansion es que el radio de esquina de la pieza terminada esta fuera de la tolerancia.
Por tanto, sena ventajoso proporcionar aparatos y metodos para formar una pieza compuesta, tal como un compuesto rigidizado de sombrero, con una precision incrementada de formacion y calidad. Ademas, sena ventajoso proporcionar aparatos y metodos para disminuir la cantidad de material compuesto desechado debido a malas tecnicas y herramientas de formacion de la pieza.
Sumario
Las realizaciones de la divulgacion pueden abordar las anteriores necesidades y lograr otras ventajas proporcionando aparatos y metodos mejorados para la formacion de una pieza compuesta, tal como una pieza compuesta rigidizada de sombrero. Generalmente, las realizaciones de la divulgacion proporcionan aparatos y metodos para formar una pieza compuesta con una flexibilidad mayor, reduciendo por tanto la cantidad y la severidad de cualquier defecto. Por ejemplo, las piezas compuestas pueden formarse usando una placa de labrado elastica y un mandril de labrado elastico.
De acuerdo con la presente invencion, se proporciona una herramienta de formacion de compuesto y un metodo de formacion de una pieza tal como se reivindica en las reivindicaciones adjuntas.
En una realizacion, se proporciona una herramienta para formar una pieza compuesta. La herramienta incluye primeras y segundas porciones de pierna, y terceras y cuartas porciones de piernas que se conectan con las primeras y segundas porciones de pierna, respectivamente. La herramienta incluye ademas una porcion de interconexion que se extiende entre y conecta las terceras y cuartas porciones de pierna. Las primeras y terceras porciones de pierna y las segundas y cuartas porciones de pierna pueden definir respectivas superficies planas. Las primeras y segundas porciones de pierna incluyen porciones de pie respectivas. Las porciones de pie de las primeras y segundas porciones de pierna pueden ser paralelas con la porcion de interconexion. Para proporcionar ventajosamente una expansion diferencial entre las porciones de pierna, las primeras y segundas porciones de pierna de la herramienta de formacion de compuesto incluyen un material que es menos expansivo termicamente que el material que forma las terceras y cuartas porciones de pierna y la porcion de interconexion. Por ejemplo, las primeras y segundas porciones de pierna y las porciones de pie respectivas pueden formarse de fluoroelastomero y las terceras y cuartas porciones de pierna y la porcion de interconexion pueden incluir caucho de silicona. Adicionalmente, las primeras y segundas porciones de pierna pueden incluir fluoroelastomero con refuerzo de fibras.
En otra realizacion, se proporciona un metodo para formar una pieza compuesta. El metodo incluye colocar un material compuesto inicial en una herramienta de base y colocar un mandril de labrado en el material compuesto. El metodo incluye ademas colocar material compuesto adicional sobre el mandril de labrado y cubrir al menos una porcion del material compuesto que recubre el mandril de labrado con una herramienta de formacion de compuesto. Ademas, el metodo incluye calentar el material compuesto, tal como aplicando calor radiante a la pieza compuesta, para curar al menos parcialmente el material compuesto. El metodo puede incluir permitir que el mandril de labrado tambien se expanda durante el calentamiento del material compuesto. En este sentido, se puede permitir que una primera porcion de la herramienta de formacion de compuesto cambie de tamano, tal como expandiendose en mayor medida, durante el calentamiento del material compuesto en un mayor grado que una segunda porcion de la herramienta de formacion de compuesto, donde la segunda porcion de la herramienta de formacion de compuesto esta mas cerca de la herramienta de base que la primera porcion de la herramienta de formacion de compuesto.
En otra disposicion, se proporciona un aparato para la formacion de compuesto. El aparato incluye una herramienta de base y un mandril de labrado sobre la herramienta de base. El mandril de labrado puede incluir primeras y segundas superficies opuestas, donde la primera superficie tiene un radio mas pequeno que el radio de la segunda superficie. El aparato tambien incluye una herramienta de formacion de compuesto que recubre el mandril de labrado y tiene primeras y segundas porciones de pierna con porciones de pie respectivas, terceras y cuartas porciones de pierna conectadas con las primeras y segundas porciones de pierna, respectivamente, y una porcion de interconexion que se extiende entre y conecta la terceras y cuartas porciones de pierna. Las porciones de pie de las primeras y segundas porciones de pierna pueden ser paralelas con la porcion de interconexion. Las primeras y terceras porciones de pierna y las segundas y cuartas porciones de pierna pueden definir superficies planas respectivas. Las primeras y segundas porciones de pierna con porciones de pie respectivas pueden formarse de fluoroelastomero. Ademas, las primeras y segundas porciones de pierna pueden formarse de fluoroelastomero con refuerzo de fibras. Las terceras y cuartas porciones de pierna, la porcion de interconexion y el mandril de labrado pueden formarse de caucho de silicona.
Breve descripcion de ilustraciones
Habiendo descrito de esta manera las realizaciones de la divulgacion en terminos generales, ahora se hara referencia a las ilustraciones adjuntas, que no estan necesariamente dibujadas a escala, y en las que:
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La Figura 1 es una ilustracion en seccion del aparato de formacion de compuesto con una pieza compuesta de acuerdo con una realizacion.
La Figura 2 es una ilustracion en seccion del mandril de labrado sobre el material compuesto con el material compuesto que descansa sobre la herramienta de base de acuerdo con otra realizacion.
La Figura 3 es una ilustracion en seccion del mandril de labrado con material compuesto adicional colocado sobre el mientras que el mandril de labrado descansa sobre material compuesto de acuerdo con otra realizacion adicional.
La Figura 4 es una ilustracion en seccion de la herramienta de formacion de compuesto que cubre el material compuesto adicional de acuerdo con otra realizacion adicional.
La Figura 5 es una ilustracion en seccion de la primera porcion de la herramienta de formacion de compuesto que cambia de tamano en un grado mayor que una segunda porcion de la herramienta de formacion de compuesto de acuerdo de nuevo con otra realizacion.
Descripcion detallada
Las realizaciones se describiran ahora mas completamente en lo sucesivo en referencia a las ilustraciones adjuntas, en las que se muestran algunas, pero no todas las realizaciones. De hecho, estas realizaciones pueden representarse de muchas formas diferentes y no debenan interpretarse como limitadas a la realizaciones expuestas en el presente documento; en su lugar, estas realizaciones se proporcionan para que esta divulgacion satisfaga los requisitos legales aplicables. Los numeros similares hacen referencia a elementos similares a traves del documento.
En referencia ahora a la Fig. 1, se muestra un aparato 10 de formacion de compuesto. Aunque la realizacion del aparato 10 de formacion de compuesto representado en la Fig. 1 y descrito a continuacion se configura para formar una pieza 50 compuesta rigidizada de sombrero, tal como una viga compuesta rigidizada de sombrero, el aparato 10 de formacion de compuesto y el metodo de formacion asociado pueden configurarse para formar otros tipos de estructuras compuestas. Aunque las piezas compuestas rigidizadas de sombrero y otros tipos de piezas se emplean normalmente en las aplicaciones aeroespaciales, las piezas compuestas resultantes pueden emplearse en otras aplicaciones y en otras industrias en caso deseado.
En la Fig. 1, el aparato 10 de formacion incluye una herramienta 20 de formacion de compuesto, un mandril 30 de labrado, y una herramienta 40 de union de base. La herramienta 40 de union de base se disena normalmente para soportar la estructura compuesta durante las operaciones de formacion y, en algunos casos, puede definir al menos una porcion de la forma resultante de la estructura compuesta. Como tal, la herramienta 40 de union de base tiene generalmente una forma plana, pero podna tener cualquier otra dependiendo de la forma de la pieza compuesta resultante. La herramienta 40 de union de base se fabrica normalmente de acero, carbono o epoxi de vidrio, u otros materiales metalicos o no metalicos.
El mandril 30 de labrado se disena generalmente para definir un espacio o hueco interior dentro de la estructura compuesta resultante y, como tal, puede tener diversas formas y tamanos dependiendo del tamano y la forma de la pieza compuesta resultante. En la realizacion ilustrada, un mandril 30 de labrado se muestra como un trapezoide con una primera superficie 31 que tiene una anchura en seccion transversal mas pequena que la anchura de una segunda superficie 32 opuesta. El mandril 30 de labrado puede fabricarse de diversos materiales, tales como caucho de silicona.
La herramienta 20 de formacion de compuesto generalmente tiene una forma que complementa al mandril 30 de labrado que, a su vez, se acciona mediante la forma y el tamano de la pieza compuesta resultante. Sin embargo, la forma de la herramienta 20 de formacion de compuesto puede diferenciarse de la del mandril 30 de labrado si viene dictada por la forma y el tamano de la pieza compuesta resultante. La forma de la herramienta 20 de formacion de compuesto puede incluir porciones ahusadas, diferencias de espesor entre una porcion y otra, y otras caractensticas para ayudar en la produccion de la pieza requerida. En la Fig. 1, la herramienta 20 de formacion de compuesto incluye porciones 21 de pie, la primera porcion 22 de pierna y la segunda porcion 23 de pierna, la tercera porcion 24 de pierna y la cuarta porcion 25 de pierna, y la porcion 26 de interconexion. En esta realizacion, las primeras y terceras porciones 22, 24 de pierna comprenden una pierna primera 27 y las segundas y cuartas porciones 23, 25 de pierna comprenden una segunda pierna 28. Cada pierna puede dividirse igualmente para establecer ambas porciones de pierna, o cada porcion de pierna puede constituir cantidades diferentes de la pierna completa siempre y cuando las primeras y segundas porciones 22, 23 de pierna esten proximas a las respectivas porciones 21 de pie, y las terceras y cuartas porciones 24, 25 esten proximas a la porcion 26 de interconexion.
Las primeras y segundas porciones 22, 23 de pierna son menos expansivas termicamente que las terceras y cuartas porciones 24, 25 de pierna, por que las terceras y cuartas porciones 24, 25 de pierna se forman de un material con un mayor coeficiente de expansion termica que las primeras y segundas porciones 22, 23 de pierna. Por ejemplo, las primeras y segundas porciones 22, 23 de pierna pueden formarse de fluoroelastomero, mientras que las terceras y cuartas porciones 24, 25 de pierna y la porcion 26 de interconexion pueden formarse de caucho de silicona. Las porciones 21 de pie se forman generalmente del mismo material que las primeras y segundas porciones 22, 23 de pierna, tal como fluoroelastomero. Ademas, las primeras y segundas porciones 22, 23 de pierna y las porciones 21 de pie respectivas pueden incluir una capa de vidrio o refuerzo de fibra de carbono. Debido a la diferencia en las
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propiedades de expansion termica, las terceras y cuartas porciones 24, 25 de pierna se expanden y se contraen mas que las primeras y segundas porciones 22, 23 de pierna, a medida que la temperatura cambia, tal como durante el curado de la pieza compuesta. Consecuentemente, la herramienta 20 de formacion de compuesto y el mandril 30 de labrado permiten un cambio de curvatura mientras que siguen controlando la forma cntica del radio definido en la interseccion entre las piernas de la pieza compuesta y la estructura plana correspondiente. Las primeras y segundas porciones 22, 23 de pierna, asf como las porciones 21 de pie respectivas, tambien pueden contener un espesor adicional cuando se comparan con las terceras y cuartas porciones 24, 25 de pierna para proporcionar un mayor control sobre la forma de la pieza.
Un metodo ventajoso para formar piezas compuestas comienza en la Fig. 2, que muestra el mandril 30 de labrado colocado sobre el material compuesto 51 que descansa en la herramienta 40 de union de base. El material compuesto 51 puede ser una o mas capas o laminas de material preimpregnado, tal como una matriz de fibras de grafito en forma de tela o cinta preimpregnada con una resina convencional acumulada con una orientacion de 0, 45, 90, una orientacion de 0, 30, 60, 90, u otra orientacion adecuada. Despues de colocar el mandril 30 de labrado sobre el material compuesto 51, un material compuesto 52 adicional se coloca sobre el mandril 30 de labrado tal como se muestra en la Fig. 3. Al igual que antes, el material compuesto 52 adicional puede ser una o mas capas, tal como capas o laminas de envoltura y tubo de material compuesto, tal como un material preimpregnado. El material compuesto 52 adicional puede formarse del mismo material o un material compuesto diferente al del material compuesto 51. Ademas, el material compuesto 52 adicional puede tener la misma orientacion o una orientacion de fibra diferente que el material compuesto 51.
La siguiente etapa en la formacion de una pieza compuesta, tal como se ve en la Fig. 4, puede ser colocar la herramienta 20 de formacion de compuesto para cubrir al menos una porcion de material compuesto 52 adicional. Una bolsa 60 de vacm puede colocarse sobre la herramienta 20 de formacion de compuesto y el material compuesto 51 para realizar un vacm de la herramienta 20 de formacion de compuesto, el mandril 30 de labrado, el material compuesto 51 y el material compuesto 52 adicional hacia la herramienta 40 de union de base. Generalmente, tiene lugar un proceso de curado tras haber colocado la herramienta 20 de formacion de compuesto sobre el material compuesto 52 adicional y, generalmente, se mantiene en su lugar, tal como mediante la evacuacion de una bolsa 60 de vacm o similar. Un proceso de curado puede incluir la aplicacion de calor, tal como mediante calor radiante y, opcionalmente, la aplicacion de fuerza de presion compresiva o evacuada en el material compuesto.
Como resultado de la formacion de las primeras y segundas porciones 22, 23 de pierna como un material menos expansivo termicamente con un menor coeficiente de expansion termica que el de las terceras y cuartas porciones 24, 25 de pierna, las primeras y segundas porciones 22, 23 de pierna mantienen su forma y posicion mas que las terceras y cuartas porciones 24, 25 de pierna durante el proceso de calentamiento, ya que las terceras y cuartas porciones 24, 25 de pierna se expanden en mayor grado que las primeras y segundas porciones 22, 23 de pierna. Aunque no esta dibujada a escala, la Fig. 5 muestra las terceras y cuartas porciones 24, 25 de pierna de la herramienta 20 de formacion de compuesto que cambian de tamano durante el calentamiento de los materiales 52, 51 en mayor grado que las primeras y segundas porciones 22, 23 de pierna de la herramienta 20 de formacion de compuesto. Ademas, en la Fig. 5, el mandril 30 de labrado se expande durante el calentamiento del material compuesto, normalmente en mayor grado que las primeras y segundas porciones 22, 23 de pierna, pero en una cantidad menor a o igual a la expansion de las terceras y cuartas porciones 24, 25 de pierna. El cambio relativo del tamano de la herramienta 20 de formacion de compuesto, tal como se ve al comparar las Fig. 4 y 5, no es generalmente la magnitud de expansion tfpica, sino que se ha exagerado con fines de ilustracion. Ademas, la lmea A entre las primeras y terceras porciones 22, 24 de pierna y la lmea B entre las segundas y cuartas porciones 23, 25 de pierna tienen fines de ilustracion unicamente y no son visibles generalmente. Ambas lmeas A, B ayudan a mostrar como las terceras y cuartas porciones 24, 25 de piernas se expanden mas que las primeras y segundas porciones 22, 23 de pierna. Por ejemplo, la lmea A en la Fig. 4 divide aproximadamente la primera pierna 27 no calentada en 2 porciones iguales, las primeras y terceras porciones 22, 24 de pierna. Como tal, la Fig. 4 muestra que la longitud de la primera porcion 22 de pierna, la longitud L1, es aproximadamente la misma que la longitud de la tercera porcion 24 de pierna, la longitud L3. El proceso de curado, que ocurre en la Fig. 5, provoca que la tercera porcion 24 de pierna se expanda en mayor grado que la primera porcion 22 de pierna debido, tal como se ha analizado anteriormente, a la diferencia en el coeficiente de expansion termica de los materiales que conforman las porciones de pierna separadas. Al comparar la Fig. 5 con la Fig. 4, la longitud L3 de la tercera porcion 24 de pierna se muestra incrementandose durante el proceso de curado, mientras que la longitud L1 de la primera porcion 22 de pierna no se muestra incrementandose tanto como la longitud L3. Ademas, la Fig. 5 muestra que la lmea A ya no divide la primera pierna 27 en dos porciones aproximadamente iguales, sino que, sin embargo, la tercera porcion 24 de pierna forma ahora mas de la mitad de toda la pierna como resultado de la expansion de la tercera porcion 24 de pierna en mayor grado que la primera porcion 22 de pierna. Las segundas y cuartas porciones 23, 25 de pierna, que forman la segunda pierna 28, tambien se expanden en menores y mayores cantidades, respectivamente, durante el proceso de curado de la misma manera que se ha analizado antes en relacion con la primera pierna 27.
Tras el proceso de curado, el aparato 10 de formacion de compuesto y el material compuesto 51, 52 se enfnan y la herramienta 20 de formacion de compuesto y el mandril 30 de labrado se retiran posteriormente. Tanto la herramienta 20 de formacion de compuesto como el mandril 30 de labrado pueden volver a usarse para la produccion de multiples piezas compuestas. Despues, la pieza compuesta, tal como una pieza 50 compuesta
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rigidizada de sombrero, se retira de la herramienta 40 de union de base. Tras el enfriamiento, el compuesto puede retener la forma que tema durante el curado debido al curado y solidificacion de la resina. En otras realizaciones, pueden formarse diferentes tipos de piezas compuestas.
Al formar las primeras y segundas porciones 22, 23 de pierna con material que no se expande tanto como las otras porciones de la pierna, una forma de esquina puede restringirse o mantenerse dentro de tolerancias durante la fabricacion, lo que es deseable con respecto a la integridad de las piezas compuestas. Como tal, las esquinas definidas entre las porciones 21 de pie y las primeras y segundas porciones 22, 23 de pierna pueden formarse con una tolerancia mas exigente que las otras porciones de la pieza compuesta, tales como las esquinas entre las terceras y cuartas porciones 24, 25 de pierna y la porcion 26 de interconexion. Ya que las esquinas definidas entre las porciones 21 de pie y las primeras y segundas porciones 22, 23 de pierna deben mantenerse en una tolerancia mas cercana que las otras porciones de la pieza compuesta, la herramienta 20 de formacion de compuesto se configura para formar piezas compuestas que cumplan incluso tolerancias bastante exigentes para algunas de las caractensticas, mientras que siguen permitiendo la expansion inevitable del material compuesto y el mandril 30 de labrado, lo que ocurre durante el proceso de curado.
Muchas modificaciones y otras realizaciones de las invenciones expuestas en el presente documento seran aparentes para un experto en la materia al que pertenezcan estas invenciones, teniendo el beneficio de las ensenanzas presentadas en las anteriores descripciones y los dibujos asociados. Por ejemplo, el aparato 10 de formacion de compuesto puede tener otras formas, y/u otras porciones de la herramienta 20 de formacion de compuesto pueden formarse de material menos expansivo termicamente. Generalmente, sin embargo, la herramienta 20 de formacion de compuesto incluira material menos expansivo termicamente con un coeficiente menor de expansion termica proximo a aquellas caractensticas del material compuesto que tienen tolerancias menores, y material mas expansivo termicamente con un coeficiente mayor de expansion termica proximo a aquellas caractensticas de la pieza compuesta que tienen tolerancias mas flexibles, con la expansion del material compuesto 51, 52 y/o el mandril 30 de labrado ajustada predominantemente mediante la expansion de aquellas porciones de la herramienta 20 de formacion de compuesto formadas de material mas expansivo termicamente. Por tanto, debe entenderse que las invenciones no deben limitarse a las realizaciones espedficas divulgadas y que las modificaciones y otras realizaciones van destinadas a incluirse dentro del alcance de las reivindicaciones adjuntas. Aunque se han empleado terminos espedficos en el presente documento, estos se usan en un sentido generico y descriptivo unicamente y no con fines de limitacion.

Claims (11)

  1. 5
    10
    15
    20
    25
    30
    35
    40
    45
    50
    55
    REIVINDICACIONES
    1. Una herramienta (20) que comprende;
    primeras (22) y segundas (23) porciones de pierna conectadas a respectivas porciones (21) de pie; terceras (24) y cuartas (25) porciones de pierna, conectadas con las primeras y segundas porciones (22, 23) de pierna, respectivamente; y
    una porcion (26) de interconexion que se extiende entre y conecta las terceras y cuartas porciones (24, 25) de pierna, donde las primeras y segundas porciones (22, 23) de pierna de la herramienta de formacion de compuesto comprenden un material que es menos expansivo termicamente que un material que forma las terceras y cuartas porciones (24, 25) de pierna y la porcion (26) de interconexion; caracterizada por que:
    las primeras y segundas porciones (22, 23) de pierna se conectan en un extremo con las porciones (21) de pie y en el otro extremo con las respectivas terceras y cuartas porciones (24, 25) de pierna, y las terceras y cuartas porciones (24, 25) de pierna se conectan en su otro extremo con la porcion (26) de interconexion.
  2. 2. Una herramienta (20) de formacion de compuesto de acuerdo con la reivindicacion 1, donde las primeras y segundas porciones (22, 23) de pierna comprenden fluoroelastomero.
  3. 3. Una herramienta (20) de formacion de compuesto de acuerdo con la reivindicacion 1, donde las terceras y cuartas porciones (24, 25) de pierna y la porcion (26) de interconexion comprenden caucho de silicona.
  4. 4. Una herramienta (20) de formacion de compuesto de acuerdo con la reivindicacion 1, donde las porciones (21) de pie de las primeras y segundas porciones (22, 23) de pierna son paralelas con la porcion (26) de interconexion.
  5. 5. Una herramienta (20) de formacion de compuesto de acuerdo con la reivindicacion 1, donde las primeras (22) y las terceras (24) porciones de pierna y las segundas (23) y cuartas (25) porciones de pierna definen respectivas superficies planas.
  6. 6. Una herramienta (20) de formacion de compuesto de acuerdo con la reivindicacion 1, donde las primeras y segundas porciones (22, 23) de pierna comprenden fluoroelastomero con refuerzo de fibras.
  7. 7. Un metodo de formacion de una pieza compuesta que comprende:
    colocar un material compuesto inicial en una herramienta (40) de base;
    colocar un mandril (30) de labrado en el material compuesto;
    colocar un material compuesto (52) adicional sobre el mandril de labrado;
    cubrir al menos una porcion del material compuesto, que recubre el mandril de labrado, con una herramienta (20) de formacion de compuesto;
    calentar el material compuesto para curar al menos parcialmente el material compuesto; y permitir que una primera porcion (24, 25, 26) de la herramienta (20) de formacion de compuesto cambie su tamano durante el calentamiento del material compuesto en un grado mayor que una segunda porcion de la herramienta de formacion de compuesto, donde la segunda porcion (21, 22, 23) de la herramienta de formacion de compuesto esta mas cerca de la herramienta (40) de base que la primera porcion de la herramienta de formacion de compuesto.
  8. 8. Un metodo de formacion de una pieza compuesta de acuerdo con la reivindicacion 7, que comprende ademas aplicar presion en el material compuesto mientras se calienta el material compuesto.
  9. 9. Un metodo de formacion de una pieza compuesta de acuerdo con la reivindicacion 7, donde calentar el material compuesto comprende aplicar calor radiante a la pieza compuesta.
  10. 10. Un metodo de formacion de una pieza compuesta de acuerdo con la reivindicacion 7, donde permitir que la primera porcion de la herramienta de formacion de compuesto cambie su tamano comprende permitir que la primera porcion de la herramienta de formacion de compuesto se expanda en mayor medida que la segunda porcion de la herramienta de formacion de compuesto.
  11. 11. Un metodo de formacion de una pieza compuesta de acuerdo con la reivindicacion 7, que comprende ademas permitir que el mandril de labrado tambien se expanda durante el calentamiento del material compuesto.
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Families Citing this family (29)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8043554B2 (en) 2007-06-08 2011-10-25 The Boeing Company Manufacturing process using bladderless mold line conformal hat stringer
US20080302912A1 (en) * 2007-06-08 2008-12-11 The Boeing Company Bladderless Mold Line Conformal Hat Stringer
EP2440395B1 (en) * 2009-06-12 2014-11-19 Alenia Aermacchi S.p.A. A method of manufacturing stiffened panels made from composite material
FR2959694B1 (fr) * 2010-05-10 2012-08-03 Lorraine Construction Aeronautique Dispositif pour la fabrication d'une piece composite par injection de resine
FR2963272B1 (fr) * 2010-07-29 2012-08-17 Airbus Operations Sas Procede de fabrication d'un panneau raidi en materiau composite
US8556618B2 (en) * 2011-04-07 2013-10-15 Spirit Aerosystems, Inc. Method and bladder apparatus for forming composite parts
FR2985213B1 (fr) * 2011-12-28 2016-12-30 Airbus Operations Sas Panneau composite auto-raidi et procede de realisation
US9126355B2 (en) * 2012-05-02 2015-09-08 Spirit Aerosystems, Inc. Composite material part manufacturing process using removable and retainable material
US20130299073A1 (en) * 2012-05-08 2013-11-14 Lockheed Martin Corporation Contour caul with expansion region
FR2991228B1 (fr) 2012-05-29 2015-03-06 Airbus Operations Sas Procede et dispositif de realisation d'un panneau composite auto-raidi
US9333713B2 (en) 2012-10-04 2016-05-10 The Boeing Company Method for co-curing composite skins and stiffeners in an autoclave
US8986484B2 (en) * 2012-10-10 2015-03-24 The Boeing Company Shape-distorting tooling system and method for curing composite parts
US9498903B2 (en) * 2012-10-31 2016-11-22 The Boeing Company System and method for manufacturing monolithic structures using expanding internal tools
FR2999970B1 (fr) 2012-12-20 2015-06-19 Airbus Operations Sas Procede de realisation d'une preforme textile a fibres continues par circulation d'un flux de gaz chaud a travers un ensemble fibreux
US10308343B2 (en) 2013-05-30 2019-06-04 The Boeing Company Composite hat stiffener
US9623620B2 (en) * 2013-12-19 2017-04-18 Embraer S.A. Three-dimensional reuseable curing caul for use in curing integrated composite components and methods of making the same
FR3015433B1 (fr) 2013-12-23 2016-02-12 Airbus Operations Sas Ensemble pour aeronef comprenant un mat d'accrochage integre a la nacelle et agence en partie arriere du fuselage
US11577432B2 (en) * 2014-06-03 2023-02-14 Kenji Kingsford Composite structure reinforcement utilizing thermal properties of forming elements
US10449734B2 (en) * 2014-09-18 2019-10-22 Alenia Aermacchi S.P.A. Methods for manufacturing elongated structural elements of composite material
CN104924628B (zh) * 2015-04-29 2017-06-06 中航复合材料有限责任公司 整体复合材料加筋筒体的成型方法、铺叠工装、固化模和长桁定位装置
US10807280B2 (en) * 2015-06-22 2020-10-20 The Boeing Company Method of extracting a tooling mandrel from a composite laminate cavity
US11104113B2 (en) 2017-04-19 2021-08-31 The Boeing Company Systems and methods for assembling elongate composite structures
JP6774571B2 (ja) 2017-07-25 2020-10-28 株式会社Ｓｕｂａｒｕ 複合材成形治具及び複合材成形方法
US11192312B2 (en) 2017-10-12 2021-12-07 Albany Engineered Composites, Inc. Three-dimensional woven preforms for omega stiffeners
CN110757830B (zh) * 2018-07-26 2022-07-26 中国商用飞机有限责任公司 一种帽型长桁的热隔膜成型方法
US11155047B2 (en) * 2018-10-08 2021-10-26 Textron Innovations Inc. Caul body and a method for forming a composite structure
US11198267B2 (en) * 2018-10-29 2021-12-14 The Boeing Company Bulk factor compensated tool for fabrication of a composite part
JP6570160B1 (ja) * 2019-03-04 2019-09-04 日本飛行機株式会社 圧力パッド、圧力パッドの製造方法およびハニカムコアサンドイッチ構造体の製造方法
US20230219308A1 (en) * 2022-01-07 2023-07-13 The Boeing Company Stringer Manufacturing System Using a Caul

Family Cites Families (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3745204A (en) * 1971-09-07 1973-07-10 Sfs Ind Process for making improved seals
US3995081A (en) * 1974-10-07 1976-11-30 General Dynamics Corporation Composite structural beams and method
GB1604872A (en) * 1978-03-29 1981-12-16 Rohm & Haas Reinforcing a layer of plastics material
JPS6172529A (ja) * 1984-09-17 1986-04-14 Mitsui Toatsu Chem Inc 複合材料の製法
GB2173144B (en) * 1985-04-02 1989-08-09 Rolls Royce Plc Moulding of composite materials
US4822436A (en) * 1986-03-07 1989-04-18 Northrop Corporation Apparatus for debulking and autoclaving laminates of complex shapes
US5071338A (en) * 1987-09-08 1991-12-10 United Technologies Corporation Tool for forming complex composite articles
JPH0183524U (es) * 1987-11-20 1989-06-02
US4836765A (en) * 1987-12-03 1989-06-06 United Technologies Corporation Molding apparatus for composite materials
EP0319449B1 (en) * 1987-12-03 1993-11-18 United Technologies Corporation Tooling and method for forming complex composite articles
JP3016786B2 (ja) * 1988-12-27 2000-03-06 日産自動車株式会社 繊維強化樹脂部材の製造方法
US5002476A (en) * 1989-11-24 1991-03-26 Lockheed Corporation Tooling for composite parts
JP3193064B2 (ja) * 1991-04-22 2001-07-30 富士重工業株式会社 複合材料の一体成形方法
US5190773A (en) * 1991-11-18 1993-03-02 United Technologies Corporation Mold for fabricating composite articles having integrally bonded stiffening members
US5242523A (en) * 1992-05-14 1993-09-07 The Boeing Company Caul and method for bonding and curing intricate composite structures
US5354195A (en) * 1992-12-23 1994-10-11 United Technologies Corporation Composite molding apparatus for high pressure co-cure molding of lightweight honeycomb core composite articles having ramped surfaces utilizing low density, stabilized ramped honeycomb cores
JPH0852812A (ja) * 1994-08-12 1996-02-27 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 複合材加圧成形治具及び複合材成形体の製造方法
JPH09300384A (ja) * 1996-05-13 1997-11-25 Nippon Zeon Co Ltd 反応射出成形品の製造方法および金型装置
US5817269A (en) * 1996-10-25 1998-10-06 The Boeing Company Composite fabrication method and tooling to improve part consolidation
US6217000B1 (en) * 1996-10-25 2001-04-17 The Boeing Company Composite fabrication method and tooling to improve part consolidation
JP3698517B2 (ja) * 1997-04-25 2005-09-21 富士重工業株式会社 複合材の成形装置
EP1238785B1 (de) 2001-03-05 2004-04-28 Swiss Luggage SL AG Verfahren zur Herstellung eines profilierten, schalenartigen Gegenstands sowie eine hierzu verwendbare Form
JP4713778B2 (ja) * 2001-07-24 2011-06-29 富士重工業株式会社 翼構造およびその製造方法
US8632653B2 (en) * 2005-05-03 2014-01-21 The Boeing Company Method of manufacturing curved composite structural elements
US7824171B2 (en) * 2005-10-31 2010-11-02 The Boeing Company Corner-consolidating inflatable apparatus and method for manufacturing composite structures

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