ES2564565T3 - Herramienta de múltiples segmentos y procedimiento para la formación de un material compuesto - Google Patents

Herramienta de múltiples segmentos y procedimiento para la formación de un material compuesto

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Abstract

Un procedimiento para formar una pieza (16) de material compuesto que comprende las etapas de: a) proporcionar una primera herramienta (30); b) posicionar una segunda herramienta (40) sobre la primera herramienta (30), en el que la segunda herramienta tiene una abertura (45), en el que la segunda herramienta (40) es capaz de recibir la primera herramienta (30) a través de la abertura (45); c) aplicar una preforma de material compuesto sobre al menos una parte de la primera herramienta (30) y al menos una parte de la segunda herramienta (40); d) sellar al vacío la preforma de material compuesto, asegurando una barrera (20) de vacío a la primera herramienta (30), mientras una parte de la primera herramienta (30), la preforma y la segunda herramienta (40) están encapsuladas dentro de la barrera (20) de vacío; y e) curar la preforma para formar una pieza (16) de material compuesto curado.

Description

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encaja dentro del rebaje 157 de la segunda herramienta 140 y ayuda a guiar y a alinear la segunda herramienta 140 sobre la primera herramienta 130. Las muescas 155 permiten un espacio libre para los miembros 166 (mostrados en las Figuras 12B) de la tercera herramienta a través del reborde 135. Una primera zapata 152 de indexado o acoplamiento, tal como se muestra en la Figura 10B, está situada en el interior de la segunda herramienta 140 y facilita la alineación al recibir una segunda zapata 156 de indexado de la tercera herramienta 160 (mostrada en la carcasa 163 en la Figura 12A). Las zapatas 152 y 156 de indexado, primera y segunda, pueden ayudar a que las herramientas 140 y 160 segunda y tercera formen una junta suave entre las mismas y limiten la desviación entre las dos herramientas. En una realización preferida, la zapata 152 de indexado tiene un rebaje en el que encaja una proyección desde la zapata 156 de indexado.
La Figura 11 muestra la adición de una tercera herramienta 160, preparada para ser bajada y posicionada sobre la primera herramienta 130 y en contacto con la segunda herramienta 140 para formar una herramienta de múltiples segmentos. La tercera herramienta 160 comprende un plano 168 de referencia de estación, una carcasa 163 y un perfil 165 superior. El plano 168 de referencia de estación permite la referencia de plano para la coordinación y el acoplamiento entre las herramientas. El plano 168 de referencia de estación puede permitir también la verificación del cumplimiento de las tolerancias de contorno deseadas. El plano 168 de referencia de estación puede proporcionar también soporte para los carenados 126 (tal como se muestra en la Figura 13). Un borde 164 inferior del perfil 165 superior coopera y se acopla con el borde 142 superior y el perfil 145 inferior de la segunda herramienta 140. Una abertura 167 interior de la tercera herramienta 160 recibe la primera herramienta 130. La carcasa 163 puede tener un labio interior (no mostrado) que coopera y se apoya en el reborde 135. En la parte inferior de la carcasa 163, unas patas 169 (mostradas también en la Figura 12A) permiten que la herramienta sea colocada sobre una superficie dura sin daños a la herramienta cuando no está en uso.
Las Figuras 12A y 12B muestran hardware útil para alinear las herramientas 130, 140 y 160, primera, segunda y tercera. Una segunda zapata 156 de indexado puede ser posicionada sobre la carcasa 163. Cuando se instala, la segunda zapata 156 de indexado es alineada con la primera zapata 152 de indexado sobre la segunda herramienta 140 (tal como se muestra en la Figura 10B). Tal como se ha descrito anteriormente, las zapatas de indexado pueden acoplarse axialmente a través de una lengüeta y una ranura u otro enlace mecánico, electrónico o magnético adecuado. Preferiblemente, cuatro pares de pares de zapatos de indexado están situados circunferencialmente sobre las herramientas 160 y 140 tercera y segunda. Las guías 154 (mostradas en la Figura 12B) de la primera herramienta 130 cooperan con los miembros 166 de alineación situados sobre la carcasa 163 de la tercera herramienta 160. Los miembros 166 de alineación pueden proporcionar un indexado radial con tolerancia estrecha con las guías 154, tal como se muestra en la Figura 12B. De esta manera, los miembros 166 de alineación pueden alinear e indexar la primera herramienta 130 y la tercera herramienta 160. Las zapatas 152 y 156 de indexado pueden alinear e indexar la segunda herramienta 140 y la tercera herramienta 160.
La Figura 13 muestra una herramienta 110 de múltiples segmentos ensamblada que tiene también carenados 126. Preferiblemente, pueden posicionarse cuatro (4) carenados 126 en la parte superior de la tercera herramienta 160 y alrededor de la parte 132 superior de la primera herramienta 130. Los carenados 126 pueden formarse en un material de fibra de vidrio de peso ligero. También pueden usarse otros materiales compuestos, metales y plásticos curados capaces de soportar temperaturas elevadas. Por ejemplo, aleaciones metálicas de peso ligero, tales como aluminio y similares, pueden formar los carenados 126. Los carenados 126 cubren los elementos de sujeción mecánicos y el hardware de elevación u otros huecos de alto perfil en el plano 168 de referencia de estación (tal como se muestra en la Figura 11) y ayudan a prevenir que la bolsa sea pinzada alrededor de los objetos afilados presentes en la parte superior de la tercera herramienta 160. Unas ruedas 182 pivotantes fijadas al bastidor 118 de transporte ayudan en el movimiento de la herramienta de múltiples segmentos.
En el estado ensamblado, la herramienta 110 de múltiples segmentos comprende una primera herramienta 130, una segunda herramienta 140 y una tercera herramienta 160, ensambladas entre sí. El perfil 145 inferior se acopla al perfil 165 superior y, conjuntamente, forman una superficie en la que puede colocarse una preforma de material compuesto.
La Figura 14 muestra una vista en despiece ordenado y parcialmente desensamblada de la tercera herramienta 160, el plano 168 de referencia de estación y los carenados 126. Diversos elementos de fijación mecánicos y hardware 169 de elevación en la tercera herramienta 160 facilitan el transporte y el posicionamiento de la tercera herramienta 160 alrededor de la parte 132 superior de la primera herramienta 130 y sobre la segunda herramienta 140. Tal como se muestra, la parte 132 superior se extiende por encima de la tercera herramienta 160, y proporciona una superficie a la que puede fijarse una bolsa de vacío tal como se describe más adelante.
La Figura 15 muestra la herramienta 110 de múltiples segmentos después de aplicar una pieza 216 de material compuesto y una barrera 220 de vacío a la misma. La pieza de material compuesto puede estar formada integralmente en 360° o en partes de la misma. Tal como se ha indicado anteriormente, el material compuesto puede ser extendido sobre la herramienta 110 mediante procedimientos conocidos, incluyendo, por ejemplo, extendiendo conjuntamente capas individuales de material compuesto pre-impregnado para crear la estructura laminada final. La pieza 216 de material compuesto puede ser una forma compleja, debido a las geometrías de la herramienta 110 de múltiples segmentos. El material compuesto puede estar compuesto de un refuerzo y una matriz, tal como se descrito con la primera realización
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anterior. El segmento de la parte 132 superior que se extiende por encima de los carenados 126 sirve como una superficie 137 de sellado superior para la barrera 220 de vacío. La superficie exterior de la base 139 sirve como una superficie 133 de sellado inferior de la barrera 220 de vacío. La barrera 220 de vacío se extiende sobre el material 216 compuesto y las herramientas primera, segunda y tercera (no mostradas en la Figura 15). La barrera 220 de vacío es asegurada a la superficie 137 de sellado superior y la superficie 133 de sellado inferior, usando procedimientos de fijación conocidos por las personas con conocimientos en la materia. En una realización preferida, la barrera 220 de vacío es sellada mediante un paño de ventilación y masilla (no mostrados), tal como se conoce en la técnica. Puede realizarse un procesamiento adicional para curar la pieza 216 de material compuesto de manera similar a la descrita con relación a la primera realización anterior.
La Figura 16 es una vista esquemática, que ilustra cómo se desmontan los componentes de la herramienta 110 de múltiples segmentos y el material 216 compuesto después del curado. Inicialmente, la barrera 220 de vacío (no mostrada en la Figura 16), dos partes 132 y los carenados 126 pueden ser retirados de la herramienta 110 de múltiples segmentos. Posteriormente, la tercera herramienta 160 puede ser retirada axialmente desde la herramienta 110 de múltiples segmentos. La retirada axial de la tercera herramienta 160 deja inicialmente la pieza 216 de material compuesto alrededor de la segunda herramienta 140. A continuación, la pieza 216 de material compuesto puede ser retirada de las herramientas 130 y 140 primera y segunda. Las etapas subsiguientes pueden incluir la retirada de la segunda herramienta 140 para su almacenamiento y/o limpieza. Tras el desensamblado, la primera herramienta 130, la segunda herramienta 140, la tercera herramienta 160 y los carenados 126 pueden sr usados para reconstruir la herramienta 110 de múltiples segmentos para la formación subsiguiente de una pieza de material compuesto.
La presente invención permite el uso de más de una pieza de herramienta extraíble en conjunción con otras herramientas, sin el requisito de superficies de sellado de vacío entre las herramientas. Una barrera de vacío puede ser sellada a una única estructura, y puede capturar cualquier herramienta intermedia junto con la preforma o el material compuesto. Esto elimina la necesidad de tener superficies de sellado entre las herramientas extraíbles, minimizando de esta manera la exposición a fugas y el número de costuras resultantes. Este procedimiento es ventajoso para aplicaciones de herramientas de 360 grados, pero puede ser usado también en otras aplicaciones diferentes a las de 360 grados. Debido a que no se requieren sellos de presión intermedios, las interfaces entre las partes superior e inferior pueden realizarse con mayores tolerancias mecánicas.
Además, el uso de un mínimo de componentes asegura una alineación apropiada tal como se ha descrito anteriormente, lo cual es frecuentemente un problema con las herramientas de unión de múltiples segmentos. El uso de índices de ayuda a asegurar un acoplamiento o ajuste preciso de las secciones y los perfiles de la herramienta.
Las realizaciones de la presente invención proporcionan muchas ventajas con respecto a los procedimientos de la técnica anterior. Debido a que la barrera de vacío está fijada a partes (por ejemplo, la parte superior y la parte inferior tal como se muestra en las realizaciones) de una primera herramienta que es en sí misma hermética al vacío, no es necesario que el perfil inferior (por ejemplo, el elemento 145) y el perfil superior (por ejemplo, el elemento 165) de las realizaciones que reciben la preforma sean herméticos al vacío. Por lo tanto, el perfil inferior y el perfil superior (cuando se combinan, a veces denominados en la técnica carátula “facesheet") pueden acomodar orificios de herramienta, bujes pasantes y otras discontinuidades que frecuentemente son necesarios para el ensamblado mecánico, la sustitución y limpieza de las herramientas. Por lo tanto, la carátula puede tener mayores tolerancias para las piezas mecanizadas, y normas más generales para la soldadura alrededor de los orificios y las proyecciones que de otra manera aumentarían la complejidad de fabricación de la herramienta. Dichas tolerancias, orificios pasantes y otras incongruencias frecuentemente menores en la carátula tienen un impacto negativo limitado sobre la integridad del vacío. Esta ventaja simplifica la construcción general de la herramienta y permite un cambio de herramientas y una limpieza más eficientes después del uso.
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