ES2557556T3 - Moldeo continuo de estratificados termoplásticos - Google Patents

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Abstract

Un método para fabricar una pieza de material compuesto, que comprende: producir (120) un estratificado termoplástico previamente consolidado (32); suministrar (126) el estratificado previamente consolidado (32) de forma sustancialmente continua a través de una zona de conformación (38); calentar (124) el estratificado previamente consolidado (32) hasta una temperatura suficiente para permitir la conformación del estratificado, pero por debajo de la temperatura de fusión del estratificado; y conformar de forma incremental (128; 130) formaciones en secciones del estratificado calentado, a medida que el estratificado calentado es aportado a través de la zona de conformación (38), caracterizado por que la conformación de forma incremental de formaciones en secciones del estratificado calentado se lleva a cabo mediante el uso de un conjunto de dados herramienta individuales (38a-38g; 100; 101, 103; 108; 108a) para moldear, respectivamente, porciones de las formaciones en el estratificado, de tal manera que la conformación incremental de formaciones en secciones del estratificado calentado incluye conformar porciones del estratificado calentado sobre un mandril (44; 72; 80; 90; 98; 107).

Description

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DESCRIPCION
Moldeo continuo de estratificados termoplasticos Campo tecnico
Esta invencion se refiere generalmente a procedimientos para fabricar piezas de material compuesto termoplastico, y trata, mas particularmente, de un metodo para moldear de forma continua formaciones en una longitud de un estratificado termoplastico previamente consolidado, especialmente formaciones que constituyen una forma en seccion transversal sustancialmente cerrada.
Antecedentes
Existen diversos procedimientos para fabricar estratificados de material compuesto termoplastico (TPC - “thermoplastic composite”-). Ademas de procedimientos no continuos, tales como el prensado, la estampacion y la conformacion en autoclave, existen procedimientos continuos tales como la extrusion, la pultrusion, la conformacion por rodillos y el moldeo por compresion. Mas recientemente, se han desarrollado procedimientos para producir piezas de TPC en longitudes continuas utilizando un procedimiento de moldeo por compresion continuo. El procedimiento de pultrusion puede presentar limitaciones en cuanto a la orientacion de las fibras, que puede imposibilitar un uso optimo de los materiales compuestos por su resistencia y ahorro de peso. Los procedimientos de conformacion en prensa y consolidacion en autoclave pueden no producir con facilidad piezas que tengan formas en seccion transversal cerradas, y pueden ser mas costosos para volumenes de produccion mas elevados.
El documento US 4.151.031 A muestra un metodo y un aparato para conformar material en lamina con formas estructurales continuas, particularmente adaptable a la conformacion y union de material plastico en lamina reforzado, en el que el material es calentado, conformado, unido, consolidado y enfriado en un procedimiento continuo.
El documento EP 1 995 040 A1 muestra un metodo para conformar, en un estratificado en forma de tira de multiples laminas de fibra de refuerzo superpuestas unas sobre otras, dos dobleces con respecto a la configuracion en seccion transversal de la misma, de tal manera que, en la conformacion de los dos dobleces mediante el uso de dos mandriles de conformacion de doblez independientes el uno del otro, respectivamente los dos dados de conformacion de doblez se disponen de un modo tal, que la distancia relativa entre ambos dados de conformacion de doblez es modificable en la direccion perpendicular a la direccion longitudinal del estratificado conformado en lamina. Este metodo puede ser utilizado eficazmente en la produccion de un moldeado de fibra de refuerzo con la modificacion de la distancia entre los dos dobleces, a saber, la anchura de la porcion de banda o calibre entre dos porciones de brida, a partir del estratificado en forma de tira, o en la produccion de moldeado de resina reforzada con fibra (FRP) a partir de este.
En consecuencia, existe la necesidad de un metodo para fabricar piezas de material compuesto que permita la conformacion posterior de longitudes continuas de un estratificado de TPC previamente consolidado, al tiempo que se conservan las propiedades estructurales favorables del estatificado previamente consolidado. Existe tambien la necesidad de un metodo para conformar piezas de estratificado de TPC que tengan formas en seccion transversal sustancialmente cerradas, y que no este limitado a la longitud de la pieza o a una configuracion de apilamiento de capas.
Compendio
Se proporciona, en consecuencia, un metodo de acuerdo con la reivindicacion 1, que satisface estas necesidades.
Las realizaciones divulgadas proporcionan un metodo para fabricar piezas de TPC en el que un estratificado previamente consolidado es conformado posteriormente con la forma deseada para la pieza bajo calor y presion controlados, utilizando un procedimiento de conformacion posterior continua. El procedimiento de conformacion posterior continua permite que se conserven las propiedades de comportamiento y/o estructurales especificadas y/o favorables del estratificado previamente consolidado una vez que el estratificado se ha moldeado por compresion con la forma deseada para la pieza. El metodo que se divulga permite que estratificados previamente consolidados con cualquier orientacion o configuracion de las capas sean conformados de forma continua, sin limitaciones en la longitud de la pieza. El metodo hace posible la produccion de piezas que tienen secciones transversales sustancialmente cerradas y/o curvatura a lo largo de su longitud. El metodo de tratamiento resulta adecuado para uso con procedimientos y controles automatizados que pueden dar lugar a una produccion a gran escala, eficiente y con bajo coste.
De acuerdo con una realizacion que se divulga, se proporciona un metodo para fabricar una pieza de material compuesto. El metodo incluye producir un estratificado de TPC previamente consolidado y aportar el estratificado previamente consolidado, de forma sustancialmente continua, a traves de una zona de conformacion. El estratificado previamente consolidado es calentado hasta una temperatura suficiente para permitir la conformacion del estratificado, pero por debajo del punto de fusion del estratificado. Se conforman, de manera incremental, o paso a paso, una o mas formaciones en el estratificado calentado, a medida que el estratificado es aportado a traves de la
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zona de conformacion. La produccion del estratificado de TPC previamente consolidado puede incluir formar un apilamiento de multiples capas de un material termoplastico reforzado, moldear al menos una forma en el apilamiento, y consolidar a continuacion el apilamiento conformado. La conformacion paso a paso del estratificado calentado se lleva a cabo utilizando un conjunto de dados herramienta para moldear, respectivamente, porciones de la formacion en el estratificado. La conformacion de formaciones en el estratificado incluye conformar porciones del estratificado calentado sobre un mandril.
De acuerdo con otra realizacion divulgada, se proporciona un metodo de moldeo por compresion continuo para producir una pieza alargada que tiene una seccion transversal cerrada. El metodo comprende aportar un estratificado de TPC previamente consolidado de forma sustancialmente continua a traves de una maquina de moldeo por compresion. El estratificado es reblandecido al calentarlo hasta una temperatura que se encuentra por debajo de su punto de fusion. El metodo incluye moldear porciones de formaciones en el estratificado reblandecido, utilizando secuencialmente diferentes dados herramienta de la maquina a medida que el estratificado es aportado a traves de la maquina. El moldeo del estratificado incluye la conformacion de porciones del estratificado calentado en torno a un mandril para cerrar, al menos parcialmente, la seccion transversal de la pieza moldeada. El aporte del estratificado previamente consolidado de forma sustancialmente continua a traves de la maquina de moldeo por compresion puede llevarse a cabo a lo largo de una trayectoria curva.
Las realizaciones divulgadas satisfacen la necesidad de un metodo para fabricar longitudes continuas de una pieza de material compuesto que tiene cualquiera de entre diversas formas de seccion transversal, incluyendo formas cerradas, utilizando moldeo continuo de estratificados previamente consolidados, sin comprometer las propiedades estructurales del estratificado previamente consolidado durante el procedimiento de moldeo.
La Figura 1 es una ilustracion de una vista en perspectiva de una pieza de TPC convencional fabricada por el metodo que se divulga.
La Figura 2 es una ilustracion de una vista esquematica que muestra una maquina de conformacion posterior adecuada para conformar longitudes continuas de la pieza de TPC que se ha mostrado en la Figura 1.
Las Figuras 3A-3G son vistas en corte que muestran secuencialmente el moldeo incremental, o paso a paso, de la pieza de la Figura 1, utilizando la maquina ilustrada en la Figura 2.
La Figura 4 es una ilustracion de un perfil de temperaturas del estratificado de TPC durante el procedimiento de moldeo.
Las Figuras 5-8 son ilustraciones que muestran, respectivamente, el modo como estratificados de TPC previamente consolidados pueden ser conformados en piezas que tienen diversas formaciones utilizando el metodo que se divulga.
La Figura 9 es una ilustracion de una vista en corte y fragmentaria que muestra el modo como pueden utilizarse dados herramienta para conformar formaciones curvas en la seccion transversal del estratificado de TPC.
La Figura 10 es una ilustracion de un diagrama que muestra el uso de dados opuestos para moldear longitudes continuas de una pieza recta.
La Figura 11 es una ilustracion similar a la Figura 10, pero que muestra el moldeo de un estratificado de TPC en segmentos a lo largo de una trayectoria curva utilizando dados herramienta planos.
La Figura 12 es una ilustracion similar a la Figura 11, pero que muestra el moldeo de un estratificado de TPC a lo largo de una trayectoria curva utilizando dados herramienta curvos.
La Figura 13 es una ilustracion de un diagrama de flujo de un metodo para fabricar una pieza de TPC utilizando moldeo por compresion continuo de un estratificado previamente consolidado.
La Figura 14 es un diagrama de flujo de flujo de metodologfa de produccion y servicio aeronauticos.
La Figura 15 es un diagrama de bloques de una aeronave.
Descripcion detallada
Las realizaciones que se divulgan proporcionan un metodo para fabricar una pieza de TPC en un procedimiento continuo. El metodo puede ser empleado para fabricar piezas de TPC de utilidad en un amplio abanico de aplicaciones que incluyen, sin limitacion, una aeronave. Las piezas pueden ser utilizadas en diversas industrias para un amplio abanico de aplicaciones estructurales y no estructurales. En la industria aeronautica, el metodo puede ser empleado para producir piezas tales como vigas de quilla, vigas de suelo, vigas de cubierta, refuerzos, armazon de fuselaje y elementos de aporte de rigidez, por nombrar solo unas pocas. Asf, pues, tal y como se utilizan aqrn, los terminos «pieza» o «piezas» se refieren a un amplio abanico de miembros y estructuras que pueden utilizarse o no para proporcionar un refuerzo o aporte de rigidez estructural. Como se explicara mas adelante con mayor detalle, las piezas pueden hacerse en longitudes continuas y pueden ser rectas o tener una o mas curvaturas a lo largo de sus
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longitudes.
Haciendo referencia, a continuacion, a las Figuras 1 y 2, puede fabricarse una pieza de TPC 20 en longitudes continuas de acuerdo con el metodo que se divulga, utilizando una maquina de conformacion posterior 22. En este ejemplo, la pieza de TPC 20 incluye una pared de fondo 24 y paredes laterales 26, que forman una seccion transversal sustancialmente en forma de U. Un par de viseras vueltas hacia dentro 28, situadas en las paredes laterales 26, dan como resultado una forma de seccion transversal sustancialmente cerrada que tiene una cavidad a modo de conducto 30 a lo largo de la longitud de la pieza 20. Tal y como se utilizan aqm, las expresiones «seccion transversal cerrada» y «seccion transversal sustancialmente cerrada» se refieren a una forma de seccion transversal de la pieza 20 que se encuentra al menos parcialmente cerrada en torno a su periferia y/o que puede impedir normalmente la extraccion de herramientas (no mostradas) de la abertura 30 utilizando tecnicas de moldeo convencionales. Si bien la pieza 20 ilustrada en la Figura 1 tiene una seccion transversal generalmente rectangular, son posibles una variedad de formas de seccion transversal diferentes, tal y como se expondra mas adelante con mayor detalle.
Haciendo referencia, en particular, a la Figura 2, un estratificado de TPC previamente consolidado y recto, sustancialmente plano o parcialmente conformado 32 es aportado linealmente en la direccion de la flecha 34 a traves de la maquina de conformacion ulterior 22, la cual conforma una o mas formaciones en el estratificado 32, a lo largo de su longitud, con el fin de conformar la pieza 20. La expresion «conformacion posterior» hace referencia al hecho de que el estratificado 32 es conformado en formas una vez que ha sido consolidado y, en algunos casos, una vez que ha sido tambien previamente conformado. En el caso de la pieza 20 que se ilustra en la Figura 1, las formaciones conformadas por la maquina de conformacion posterior 22 incluyen las paredes laterales 26 y las viseras 28. La maquina de conformacion posterior 22 incluye, en sentido amplio, una zona de calentamiento 36, una zona de conformacion 38 que tambien puede ser calentada, una zona de enfriamiento 40 que puede formar parte de la zona de conformacion 38 en algunas realizaciones, y un mecanismo pulsante 42.
El estratificado de TPC previamente consolidado 32 esta hecho de capas individuales (no mostradas) que comprenden una matriz de resina de polfmero termoplastico tal como, sin limitacion, polieteretercetona (“PEEK” - “polyetheretherketone”-), polietercetonacetona (“PEKK” -“polyetherketoneketone”-), polifenilsulfona (“PPS” - “polyphenylsulfone”-), polieterimida (“PEI” -“polyetherimide”-), que puede ser reforzada con un componente fibroso tal como vidrio (de tipo s o de tipo e) o fibra de carbono (no mostrado). Las fibras de refuerzo del interior de cada capa pueden estar orientadas en una disposicion unidireccional o no uniforme, dependiendo de la aplicacion particular. Los tipos, espesores y cantidades de fibra relativos del interior de la matriz de polfmero, asf como el tipo de matriz de polfmero utilizada en cada capa, pueden variar ampliamente basandose en numerosos factores, incluido el coste y las propiedades ffsicas y mecanicas finales deseadas para la pieza 20.
El estratificado 32 puede ser previamente consolidado utilizando cualquiera de diversos procedimientos, incluyendo, aunque sin estar limitados por estos, embolsamiento por vado, tratamiento en autoclave o moldeo por compresion convencionales, en una maquina tal como la divulgada en la Solicitud de Patente de los EE.UU. de Serie N° 11/347.122, depositada el 2 de febrero de 2006.
En la maquina de moldeo por compresion descrita en la Solicitud de Patente de los EE.UU. que se acaba de mencionar, un apilamiento de superposicion plana (no mostrada) o una pieza previamente conformada (no mostrada) es aportada a traves de una zona de consolidacion de la maquina, en la que es calentada hasta el punto de fusion de la matriz termoplastica y se comprime utilizando dados para formar un estratificado de material compuesto termoplastico, integrado y consolidado, que puede ser entonces conformado con una variedad de formas en el interior de la maquina.
El mecanismo pulsante 42 de la maquina de conformacion posterior 22 mueve de forma incremental, o paso a paso, el estratificado previamente consolidado 32 de manera sustancialmente continua, por pasos, a traves de la zona de moldeo 38 que incluye una serie de dados herramienta 38a-38g, algunos de los cuales incluyen mitades de dado izquierda y derecha que tienen una forma progresiva. Estas mitades de dado pueden tambien envolverse sobre la parte superior del estratificado 32 que esta siendo formado cerca del extremo de la zona de conformacion 38. En lugar del mecanismo pulsante 42, pueden utilizarse otros tipos de mecanismos para desplazar el estratificado previamente consolidado 32 de una manera similar. Como se explicara con mayor detalle mas adelante, cada uno de los dados herramienta 38a-38g moldea al menos una porcion de una formacion en el estratificado previamente consolidado 32. Tambien, ha de apreciarse aqm que los dados herramienta 38a-38g pueden no estar separados unos de otros, sino que pueden, en lugar de ello, componer un unico dado que tiene multiples formas de dado independientes conformadas en el, de tal manera que, con cada compresion del estratificado 32 por este dado unico, se conforman multiples porciones diferenciadas de la forma deseada.
Se aplica presion tanto al estratificado 32 como a las partes de los dados herramienta 38a-38g con el fin de comprimir el estratificado previamente consolidado 32 en un unico movimiento independiente pero coordinado. A continuacion de una compresion en la que se moldean porciones de una formacion en el estratificado previamente consolidado 32, los dados 38a-38g son abiertos simultaneamente y el estratificado 32 se hace avanzar un paso por el mecanismo pulsante 42, a continuacion de lo cual los dados 38a-38g son simultaneamente cerrados de nuevo, con lo que se comprime el estratificado 32 para conformar otra porcion (esto es, una seccion lineal) dela formacion.
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Un dispositivo de calentamiento (no mostrado) existente en la zona de calentamiento 36 calienta el estratificado previamente consolidado 32 hasta una temperatura preseleccionada que es suficientemente alta para provocar el reblandecimiento del estratificado 32 a fin de que pueda ser subsiguientemente conformado, pero que se encuentra por debajo de la temperatura a la que el componente polimerico del estratificado 22 supera su punto de fusion. La zona de calentamiento 36 puede incluir uno de diversos dispositivos adecuados para calentar el estratificado 32, incluyendo un horno (no mostrado) o lamparas de calentamiento por infrarrojos (no mostradas), aunque sin estar limitado por estos. Siguiendo al moldeo de una o mas formaciones en el estratificado 32 en la zona de conformacion 38, el estratificado 32 es enfriado a medida que pasa a traves de la zona de enfriamiento 40, la cual puede incluir, sin limitacion, el enfriamiento activo de las herramientas que entran en contacto con el estratificado 32, o ventiladores o soplantes que hacen pasar aire ambiental o enfriado sobre la pieza moldeada 20 a medida que esta sale de la zona de conformacion 38.
A continuacion, se dirige la atencion a las Figuras 3A-3G, que ilustran la secuencia en la que porciones en cooperacion de los dados herramienta 38a-38g conforman de manera incremental el estratificado plano 32 hasta obtener la pieza conformada 20 que se ha mostrado en la Figura 1. Comenzando por la Figura 3A, el estratificado plano previamente consolidado 32 pasa a traves del primer conjunto de dados herramienta 38a, el cual comprende una base de herramienta 46 y un bloque de herramienta rectangular 44 al que tambien se hace referencia en esta memoria como mandril 44. Espedficamente, el estratificado plano 32 pasa entre la base de herramienta 46 y el mandril 44 a medida que es hecho avanzar por el mecanismo pulsante 42.
La Figura 3B ilustra el estratificado plano 32 una vez que ha avanzado al interior del siguiente conjunto de dados herramienta 3b, que comprende el mandril 44, la base 46 y un par de mitades de dado opuestas y movibles lateralmente 50. Una presion hacia abajo aplicada al mandril 44, segun se indica por las flechas F1, fuerza el estratificado 32 contra la base de herramienta 46, a la vez que las mitades de dado herramienta laterales 50 son forzadas hacia dentro, contra el estratificado 32, tal como se muestra por las flechas F2. Las mitades de dado herramienta laterales 50 tienen superficies herramienta inclinadas 50a que comprimen las porciones laterales 32a del estratificado 32, con lo que se conforma parcialmente el estratificado 32. Similarmente, el siguiente conjunto de dados herramienta 38c, que se muestra en la Figura 3C, comprende un mandril 44, una base de herramienta 46 y un par de mitades de dado herramienta laterales 52 que tienen superficies de herramienta inclinadas 52a que comprimen y conforman adicionalmente las porciones laterales 32a del estratificado 32.
A medida que el estratificado 32 continua desplazandose de la manera sustancialmente continua, por pasos, a traves de la zona de conformacion 38, pasa a traves del siguiente conjunto de dados herramienta 38f, que comprende el mandril 44, la base de herramienta 46 y un par de mitades de dado herramienta laterales 54. Las mitades de dado herramienta laterales 54 incluyen superficies de herramienta 54a que se han configurado para comprimir las porciones laterales 32a del estratificado 32 contra los lados 44a del mandril 44, con lo que se completa la conformacion de las paredes laterales 26 (Figura 1) de la pieza 20.
El siguiente conjunto de dados herramienta 38e, que se muestra en la Figura 3E, comprende el mandril 44, la base de herramienta 46 y otro par de mitades de dado herramienta laterales 58 que incluyen superficies de herramienta 58a que comprimen y conforman parcialmente los extremos laterales 56 del estratificado 32 hacia dentro, el uno hacia el otro, y parcialmente por encima de la pared superior 44b del mandril 44. El siguiente conjunto de dados herramienta 38d, mostrado en la Figura 3D, es similar al que se ha mostrado en la Figura 3E excepto por que las mitades de dado herramienta laterales 60 tienen superficies de herramienta 60a que conforman parcialmente, de manera adicional, los extremos laterales 56 del estratificado 32 hacia abajo, sobre la pared superior 44b del mandril 44.
Por ultimo, como se muestra en la Figura 3G, el estratificado 32 parcialmente conformado entra en el conjunto final de dados herramienta 38g, que comprende el mandril 44, un dado herramienta inferior 62 generalmente con forma de U, y un dado herramienta superior 64 sustancialmente plano. El dado superior 64 se desplaza hacia abajo, tal como se muestra por las flechas F1, por lo que comprime y conforma los extremos laterales 56 del estratificado 32 sobre la superficie superior 44b del mandril 44, conformando de este modo las viseras 28 (Figura 1) de la pieza 20.
Como se ha mencionado anteriormente, el estratificado previamente consolidado 32 es calentado hasta una temperatura de conformacion dentro de la zona de calentamiento 36, antes de entrar en la zona de conformacion 38. En algunas realizaciones, pueden calentarse uno o mas conjuntos de los dados herramienta 38a-38g con el fin de mantener la temperatura del estratificado 32 lo suficiente alta para que el estratificado 32 permanezca lo bastante reblandecido para conformarse por moldeo por compresion, pero aun por debajo del punto de fusion del estratificado 32.
La Figura 4 ilustra graficamente un perfil de temperaturas tfpico 66 del estratificado 32 en funcion del tiempo, que tambien corresponde a la posicion del estratificado 32 conforme este se desplaza a traves de la maquina de conformacion posterior 22. La temperatura del estratificado 32 se hace ascender inicialmente en rampa segun se indica por la referencia 66a, antes de alcanzar una temperatura de conformacion preseleccionada 66b y mantenerse en ella. El estratificado 32 permanece a la temperatura de conformacion 66b conforme avanza a traves de los conjuntos de dados herramienta 38a-38g. El estratificado 32 es entonces sometido a un enfriamiento en rampa descendente 66c que puede ser controlado por la magnitud del enfriamiento efectuado dentro de la zona de
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enfriamiento 40 y por la velocidad a la que el estratificado 32 pasa a traves de la zona de enfriamiento 40. De nuevo, como se ha mencionado anteriormente, la seccion del estratificado 32 dispuesta dentro de la zona de conformacion 38 es mantenida sustancialmente a la temperatura de conformacion preseleccionada 66b durante el moldeo por compresion. Al mantener la temperatura del estratificado 32 por debajo de su punto de fusion a todo lo largo del procedimiento de moldeo, incluyendo el ascenso y el descenso en rampa de la temperatura, se conservan las propiedades favorables de comportamiento y/o estructurales del estratificado previamente consolidado 32, y estas son, por tanto, exhibidas por la pieza totalmente conformada 20.
En el caso de la pieza que se ha mostrado en la Figura 1 y en las Figuras 3A-3G, la conformacion de la pieza 20 comienza con un estratificado previamente consolidado 32 sustancialmente plano. Dependiendo de la forma y caractensticas finales de la pieza 20, puede ser necesario o deseable utilizar un estratificado previamente consolidado 32 que haya sido previamente conformado a lo largo de su longitud a medida que las capas de TPC reforzadas se han ido apilando y/o previamente consolidando. Por ejemplo, tal como se ha mostrado en la Figura 5, un estratificado previamente consolidado 70 es conformado previamente con la forma de una seccion transversal generalmente en forma de I. Puede utilizarse entonces una combinacion de dados herramienta (no mostrados) y bloques o mandriles de conformacion 72 a fin de conformar los extremos 74a de cada visera 74 hacia abajo sobre los mandriles 72, de lo que resulta la forma en seccion transversal sustancialmente cerrada que se ha indicado por la flecha 76.
La Figura 6 muestra el uso de un estratificado previamente conformado y previamente consolidado 78 que tiene una seccion transversal en forma de “L” que puede haberse conformado mediante el procedimiento de conformacion posterior previamente descrito con el fin de producir una forma de seccion transversal sustancialmente cerrada 84 mediante la conformacion de los extremos 82 del estratificado previamente conformado 78 hacia abajo, sobre el mandril 80.
La Figura 7 ilustra un estratificado previamente consolidado 86 que ha sido previamente conformado con una seccion transversal en “T” invertida. El estratificado previamente conformado 86 se moldea con una forma de seccion transversal segun se indica por la flecha 92, en la que los extremos 88 del estratificado 86 se han conformado sobre unos mandriles 90 para producir la forma en seccion transversal sustancialmente cerrada 92.
La Figura 8 ilustra aun otro estratificado previamente consolidado 94 que ha sido previamente conformado con una seccion transversal sustancialmente en “U”. Se utilizan un mandril 98 y dados herramienta 100 en combinacion con dados herramienta adicionales (no mostrados) durante el procedimiento de conformacion posterior que se divulga, a fin de conformar los extremos 96 del estratificado 94 hacia fuera y hacia abajo sobre el dado herramienta 100, con lo que se conforma una forma en U modificada 102 que tiene unas bridas 96a vueltas hacia fuera.
Las Figuras 5-8 ilustran tan solo unos pocos ejemplos de estratificados previamente conformados y previamente consolidados que pueden ser reconformados de acuerdo con las realizaciones que se divulgan, y que, por tanto, no deben ser interpretados como limitativos. Es posible la reconformacion de otros estratificados previamente conformados y previamente consolidados. Por ejemplo, y sin limitacion, un estratificado previamente consolidado que tiene una seccion transversal en “L” o en “U” (no mostrada) puede ser reconformado con una seccion transversal en “Z” (no mostrada), y un estratificado previamente consolidado que tiene una seccion transversal en “T” (no mostrada) puede ser reconformado con una seccion transversal en “J” (no mostrada).
Los ejemplos anteriormente descritos ilustran tecnicas en las que se conforman piezas del estratificado 32 sobre superficies de dado herramienta sustancialmente planas. Sin embargo, tal como se muestra en la Figura 9, los dados herramienta 101, 103 pueden incluir superficies curvas 101a, 103a, respectivamente, las cuales pueden ser utilizadas en combinacion con un mandril 107 para formar superficies curvas en un estratificado 94, tal como las bridas curvadas hacia abajo 96a.
Se dirige ahora la atencion a la Figura 10, que ilustra esquematicamente partes de la maquina de conformacion posterior 22 en la que un estratificado previamente consolidado 32 es precalentado, segun se indica por la referencia 104, para reblandecer el estratificado 32 antes de ser conformado por uno o mas conjuntos de dados herramienta 108. Los dados 108 estan montados en elementos de prensa 106 que aprietan los dados 108 contra el estratificado 32 al objeto de conformar el estratificado 32 hasta obtener una pieza terminada 110. En este ejemplo, el estratificado 32 se desplaza a lo largo de una trayectoria sustancialmente recta 34 y los datos herramienta 108 tienen perfiles sustancialmente planos, consistentes con la trayectoria en lmea recta del avance del estratificado 32 a traves de la maquina 22.
En otras realizaciones, el estratificado previamente consolidado 32 puede ser conformado hasta obtener una pieza que presenta curvatura a lo largo de su longitud. Por ejemplo, haciendo referencia a la Figura 11, puede aportarse un estratificado previamente consolidado 32 sustancialmente recto a traves de uno o mas conjuntos de dados herramienta 108, los cuales pueden ser sustancialmente rectos en perfil pero pueden estar situados formando un angulo 0 con el eje 112 a lo largo del cual es aportado el estratificado 32 a traves de la maquina de formacion posterior 22. Como resultado de esta disposicion, los dados herramienta 108 conforman una serie de tramos sustancialmente rectos 116 del estratificado 32 de manera que queden dispuestos ligeramente en angulo unos con respecto a otros, a fin de producir una pieza 110 que es sustancialmente curva en el sentido de la pieza, a lo largo
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de su longitud. La pieza conformada 110 puede ser aportada a traves de una serie de gmas 114, a lo largo de una trayectoria curva 115 quetiene un radio de curvatura “R”.
La Figura 12 ilustra otra realizacion para el moldeo por compresion continuo de un estratificado 32 para producir una pieza 110 que tiene una curvatura 115 a lo largo de su longitud. En este ejemplo, los dados herramienta 108a poseen perfiles curvos que son transferidos al estratificado 32 durante el moldeo, al objeto de conformar una pieza 110 que tiene una curvatura sustancialmente continua con un radio de curvatura “R”, en contraposicion con los segmentos planos 116 de la pieza 110 que se ha mostrado en la Figura 11.
A continuacion, se dirige la atencion a la Figura 13, que ilustra las etapas de un metodo para el moldeo continuo de estratificados termoplasticos. Comenzando por la referencia 118, se forma un apilamiento estratificado de TPC de multiples capas. El apilamiento es entonces previamente consolidado en la etapa 120 utilizando cualquiera de diversas tecnicas segun se ha descrito anteriormente, que incluyen procedimientos de embolsamiento por vado o de moldeo por compresion continuo. Segun se indica por la referencia 122, pueden conformarse formas en el estratificado previamente consolidado, a lo largo de su longitud, utilizando herramientas de conformacion durante el apilamiento, o dados herramienta en una maquina CCM (no mostrada), que se utiliza para consolidar y conformar el apilamiento estratificado. La conformacion de las formas en la etapa 122 puede llevarse a cabo como parte de la etapa de consolidacion previa 120. A continuacion, segun se indica por la referencia 124, el estratificado previamente consolidado 32 se calienta hasta una temperatura de conformacion que se encuentra por debajo del punto de fusion del estratificado, a fin de reblandecer el estratificado 32 en preparacion para su conformacion. Segun se indica por la referencia 126, el estratificado calentado es aportado de forma sustancialmente continua a traves de uno o mas conjuntos de dados herramienta 38a-38g. Como se muestra por la referencia 128, los dados herramienta 38a-38g son utilizados para conformar de manera incremental formaciones en el estratificado 32 calentado, conforme el estratificado 32 es aportado a traves de los dados 38a-38g. Opcionalmente, en la etapa 130, los dados herramienta 38a-38g pueden ser utilizados para formar una curvatura 115 en el estratificado 32 a lo largo de su longitud. A continuacion del procedimiento de conformacion, el estratificado conformado es enfriado segun se indica por la referencia 132.
Realizaciones de la invencion pueden encontrar uso en una variedad de aplicaciones potenciales, particularmente en la industria del transporte, incluyendo, por ejemplo, aplicaciones aeroespaciales, marinas y de automocion. Asf, pues, haciendo referencia a continuacion a las Figuras 14 y 15, realizaciones de la invencion pueden ser utilizadas en el contexto de un metodo 140 de fabricacion y servicio de aeronaves segun se muestra en la Figura 14, y en una aeronave 142 segun se muestra en la Figura 15. Las aplicaciones aeronauticas de las realizaciones que se divulgan pueden incluir, por ejemplo, sin limitacion, miembros de material compuesto dotados de rigidez, tales como vigas, elementos de aporte de rigidez, soportes, superficies de control, ventanillas, paneles de suelo, paneles de puerta, paneles de acceso y empenajes, por nombrar tan solo unos pocos. Durante la preproduccion, el metodo 140 proporcionado a modo de ejemplo puede incluir la especificacion y el diseno, 144, de la aeronave 142 y el suministro de materiales, 146. Durante la produccion, tiene lugar la fabricacion de componentes y subconjuntos, 48, y la integracion de sistemas, 150, de la aeronave 142. Tras ello, la aeronave 142 puede pasar a certificacion y entrega,
152, al objeto de su puesta en servicio, 154. Mientras esta en servicio por parte de un cliente, se programa el
mantenimiento y servicio rutinarios, 156, de la aeronave 142 (que pueden tambien incluir la modificacion, remozado, retoque y otras intervenciones).
Cada uno de los procedimientos del metodo 140 puede ser efectuado o llevado a cabo por un sistema integrador, un tercero y/o un operador (por ejemplo, un cliente). Para los propositos de esta descripcion, un sistema integrador
puede incluir, sin limitacion, un numero cualquiera de fabricantes de aeronaves y subcontratistas de sistemas
principales; un tercero puede incluir, sin limitacion, un numero cualquiera de comerciales, subcontratistas y proveedores; y un operador puede ser una aerolmea, una comparna arrendadora, una entidad militar, una organizacion de servicio y otras entidades.
Tal como se muestra en la Figura 15, la aeronave 142 producida por el metodo 140 proporcionado a modo de ejemplo puede incluir un fuselaje 158 provisto de una pluralidad de sistemas 160, y un interior 162. Las piezas de TPC producidas mediante el metodo divulgado pueden ser utilizadas en el fuselaje 158 o en el interior 162. Ejemplos de sistemas de alto nivel 160 incluyen uno o mas de entre un sistema de propulsion 164, un sistema electrico 166, un sistema hidraulico 168 y un sistema 170 de entorno. Puede incluirse un numero cualquiera de otros sistemas diferentes. Si bien se ha mostrado un ejemplo aeroespacial, los principios de la invencion pueden ser aplicados a otras industrias, tales como las industrias marina y de automocion.
Los sistemas y metodos materializados en esta memoria pueden ser empleados durante una cualquiera o mas de las etapas del metodo de produccion y servicio 140. Por ejemplo, los componentes o subconjuntos de TPC correspondientes al procedimiento de produccion 148 pueden ser fabricados o manufacturados de una manera similar a los componentes o subconjuntos producidos mientras la aeronave 142 se encuentra en servicio. Tambien, pueden utilizarse una o mas realizaciones del metodo durante las etapas de produccion 148 y 150, por ejemplo, agilizando sustancialmente el ensamblaje de una aeronave 142 o reduciendo el coste de la misma. Similarmente, pueden utilizarse una o mas realizaciones de metodo para producir piezas de TPC que se instalan mientras la aeronave se encuentra en servicio, o durante el mantenimiento y servicio 156.
Aunque las realizaciones de esta invencion se han descrito con respecto a ciertas realizaciones proporcionadas a modo de ejemplo, ha de entenderse que las realizaciones espedficas son para propositos de ilustracion y no de limitacion, ya que a los expertos de la tecnica se les ocurriran otras variantes,

Claims (6)

  1. 5
    10
    15
    20
    25
    30
    REIVINDICACIONES
    1. - Un metodo para fabricar una pieza de material compuesto, que comprende: producir (120) un estratificado termoplastico previamente consolidado (32);
    suministrar (126) el estratificado previamente consolidado (32) de forma sustancialmente continua a traves de una zona de conformacion (38);
    calentar (124) el estratificado previamente consolidado (32) hasta una temperatura suficiente para permitir la conformacion del estratificado, pero por debajo de la temperatura de fusion del estratificado; y
    conformar de forma incremental (128; 130) formaciones en secciones del estratificado calentado, a medida que el estratificado calentado es aportado a traves de la zona de conformacion (38), caracterizado por que la conformacion de forma incremental de formaciones en secciones del estratificado calentado se lleva a cabo mediante el uso de un conjunto de dados herramienta individuales (38a-38g; 100; 101, 103; 108; 108a) para moldear, respectivamente, porciones de las formaciones en el estratificado, de tal manera que la conformacion incremental de formaciones en secciones del estratificado calentado incluye conformar porciones del estratificado calentado sobre un mandril (44; 72; 80; 90; 98; 107).
  2. 2. - El metodo de acuerdo con la reivindicacion 1, que comprende adicionalmente: enfriar el estratificado una vez que se han conformado las formaciones en el estratificado.
  3. 3. - El metodo de acuerdo con la reivindicacion 1, en el que la produccion del estratificado termoplastico previamente consolidado incluye:
    formar un apilamiento de multiples capas de un material termoplastico reforzado, moldear al menos una forma en el apilamiento, consolidar el apilamiento conformado.
  4. 4. - El metodo de acuerdo con la reivindicacion 2, en el cual:
    el calentamiento del estratificado previamente consolidado (32) se lleva a cabo en una seccion cada vez, y el enfriamiento del estratificado previamente consolidado (32) se lleva a cabo en una seccion cada vez.
  5. 5. - El metodo de acuerdo con la reivindicacion 1, en el cual el aporte del estratificado previamente consolidado, de forma sustancialmente continua a traves de una zona de conformacion (38), se lleva a cabo a lo largo de una trayectoria curva.
  6. 6. - El metodo de acuerdo con la reivindicacion 1, en el cual la conformacion de forma incremental de formaciones en secciones del estratificado calentado incluye moldear una curvatura en el estratificado, a lo largo de su longitud.
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