ES2958761T3 - Dispositivo y método de formación de un laminado compuesto para obtener un perfil en forma de Z - Google Patents

Dispositivo y método de formación de un laminado compuesto para obtener un perfil en forma de Z Download PDF

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Abstract

Dispositivo para formar un laminado compuesto (10) para obtener un perfil (1) en forma de Z que comprende: - un módulo de agarre (5) que comprende dos placas (6) configuradas para encerrar y sujetar entre las dos placas (6) una primera porción de el laminado compuesto (10) que formará una primera pestaña (3), - un módulo de alimentación (7) que comprende dos placas (8) configuradas para encerrar entre las dos placas (8) una segunda porción del laminado compuesto (10), el módulo de alimentación (7) configurado para calentar la porción del laminado compuesto (10) ubicada entre sus dos placas (8) y para ser móvil con respecto al módulo de agarre (5) paralelo al plano de la banda (2) de el perfil compuesto (1) una vez formado a una segunda posición en la que las dos placas (8) encierran la porción del laminado compuesto (10) que formará una segunda pestaña (4). (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Dispositivo y método de formación de un laminado compuesto para obtener un perfil en forma de Z
Campo de la invención
La invención se refiere a un dispositivo y un método para formar un laminado compuesto, por ejemplo, un laminado compuesto termoplástico estratificado reforzado con fibra continua, con el fin de obtener un perfil que tenga una sección transversal en Z recta o curva.
Antecedentes de la invención
Se conoce la fabricación de perfiles a partir de materiales compuestos termoplásticos estratificados que pueden incorporar uno o varios pliegues de tal forma que se forma un perfil en forma de Z. Ejemplos de estos perfiles son las cuadernas o largueros utilizados en estructuras aeronáuticas. El proceso habitual de fabricación de dichos perfiles es mediante procesos de estampación o, alternativamente, mediante procesos continuos como pultrusión/extrusión. Estos procesos presentan algunos inconvenientes cuando la curvatura de los perfiles es elevada.
Dichos procesos de conformado conocidos introducen arrugas, particularmente en las estructuras curvas en forma de Z, porque se aplica un esfuerzo de compresión a las diferentes capas del laminado estratificado debido a la dirección del plegado al realizar los rebordes del perfil.
Por ejemplo, en los procesos de estampación, aparecen arrugas debido al exceso de material entre el laminado plano inicial y la forma tridimensional final del perfil.
Los procesos continuos antes mencionados se realizan normalmente para perfiles casi rectos, pero no para perfiles curvados.
Por lo tanto, no se han desarrollado procesos de fabricación maduros para cubrir perfiles complejos, como cuadernas o larguerillos, especialmente en fuselajes traseros y delanteros con un radio de curvatura inferior a 1 m.
El documento EP2868465A1 divulga un método de fabricación de larguerillos en forma de T de material compuesto, que comprende una segunda etapa de formación para conformar laminados en preformas en forma de L, que comprende proporcionar un conjunto de útiles formado por un útil fijo que comprende una porción inferior y una porción superior, y un útil móvil que comprende un elemento inferior y un elemento superior. También comprende que el segmento del laminado destinado al pie de la preforma esté situado entre la porción inferior y la porción superior del útil fijo, y que el segmento del laminado destinado al alma de la preforma esté situado entre el elemento inferior y el elemento superior del útil móvil. Comprende además desplazar verticalmente el útil móvil para doblar progresivamente el alma de la preforma apoyándola sobre una pared vertical del útil fijo. El extremo del alma adopta una forma redondeada.
Sumario de la invención
Es un primer objeto de la invención un dispositivo para obtener un perfil en forma de Z según la reivindicación 1. Específicamente, el perfil en forma de Z tiene tres zonas diferenciadas, un alma y dos rebordes un primer y un segundo reborde situados en ambos extremos del alma. Los rebordes pueden ser planos o curvos con respecto al eje longitudinal del perfil. Además, los rebordes pueden ser paralelos entre sí y pueden tener diferentes ángulos con respecto al alma, siendo 90° el ángulo más común.
El dispositivo objeto de la invención comprende:
- un módulo de agarre que comprende dos placas. El módulo de agarre está configurado para contener y sujetar entre las dos placas, es decir, sujetar firmemente, una primera porción del laminado compuesto que se va a formar. Esta primera porción corresponde a la zona del laminado que formará el primer reborde una vez formado.
- un módulo de alimentación que comprende dos placas. El módulo de alimentación está configurado para contener entre las dos placas una segunda porción del laminado compuesto que es diferente de la primera porción situada en el módulo de agarre.
El módulo de alimentación está configurado para calentar la porción del laminado compuesto situada entre sus dos placas de manera que alcance el punto de fusión correspondiente. El módulo de alimentación también está configurado para ser desplazable con respecto al módulo de agarre en una dirección paralela al plano del alma del perfil compuesto una vez formado. Dicho movimiento se realiza entre las dos posiciones siguientes:
- una primera posición en la que las dos placas contienen la porción del laminado compuesto correspondiente a la zona del laminado compuesto que formará el alma y el segundo reborde, y
- una segunda posición en la que las dos placas contienen la porción del laminado compuesto correspondiente a la zona del laminado compuesto que formará el segundo reborde.
Durante el movimiento entre la primera y la segunda posición, la porción del laminado compuesto correspondiente al alma se desliza fuera de las dos placas del módulo de alimentación debido al movimiento relativo entre el módulo de agarre y el módulo de alimentación. El dispositivo comprende una película antiadherente resistente a la temperatura situada sobre las superficies de las placas del módulo de alimentación configuradas para estar en contacto con el laminado compuesto para reducir el coeficiente de fricción entre la placa y el laminado compuesto.
El dispositivo de formación se divide así en dos módulos diferentes, el módulo de agarre y el módulo de alimentación. El módulo de alimentación contiene el área de laminado más grande al principio del proceso y también alimenta la formación del alma.
Las placas de cada módulo sujetan el laminado, agarrándolo en el módulo de agarre y permitiendo un movimiento de deslizamiento del laminado en el módulo de alimentación.
El módulo de alimentación se desplaza en paralelo al plano del alma mientras se forma el perfil. De este modo, el proceso de conformado se realiza siempre en una dirección que evita el exceso de material. Además, el laminado se somete al esfuerzo de tracción inducido por el movimiento del módulo de alimentación con respecto al módulo de agarre, produciendo así la forma final y un componente totalmente consolidado y evitando la formación de arrugas. De acuerdo con lo anterior, por ejemplo, para un perfil en forma de Z que tiene rebordes formando 90° con el alma, el módulo de alimentación, con el laminado en el interior, se mueve paralelo al plano del alma, es decir, en un plano perpendicular al plano del reborde. Así, el movimiento gira la dirección del laminado en la zona del alma y produce el radio de curvatura del reborde.
Como ya se ha dicho, este desplazamiento relativo, preferentemente a baja velocidad para permitir el deslizamiento entre las fibras, evita la formación de arrugas.
La zona del laminado destinada a formar parte del alma del perfil queda, por tanto, contenida entre las placas del módulo de alimentación al inicio del proceso y se extrae del módulo de alimentación durante el proceso, ya que el módulo de agarre sujeta rígidamente el primer reborde durante el movimiento del módulo de alimentación. Así, el alma se forma durante el movimiento a partir del material calentado en el módulo de alimentación.
El dispositivo objeto de la invención realiza así un proceso eficaz en el que se forma un laminado compuesto termoplástico evitando la formación de arrugas.
La invención es aplicable a perfiles rectos y curvos en forma de Z.
Esta invención también se aplica a diferentes laminados compuestos termoplásticos reforzados con fibra de carbono, el compuesto por capas de fibra unidireccional y el compuesto por capas de fibra de tejido.
Además, esta invención se aplica a diferentes laminados en estado cero antes del conformado, sólo soldados -donde las capas que forman el laminado están unidas entre sí con sólo pequeñas zonas soldadas- y preconsolidados -donde el laminado ha sido sometido a un proceso de consolidación para obtener un laminado de cuerpo rígido-.
El dispositivo objeto de la invención también es responsable de la transmisión de calor al laminado para que éste pueda alcanzar el estado de fusión para ser formado. El aporte de calor al laminado a través del útil se produce por contacto .
También es objeto de la invención un método para formar un laminado compuesto para obtener un perfil en forma de Z según lo definido en la reivindicación 6. El método comprende los siguientes pasos:
- proporcionar un módulo de agarre que comprenda dos placas,
- proporcionar un módulo de alimentación que comprenda dos placas,
- contener una primera porción del laminado entre las dos placas del módulo de agarre en la zona del laminado que formará el primer reborde,
- contener una segunda porción del laminado diferente de la primera porción situada en el módulo de agarre entre las dos placas del módulo de alimentación,
- calentar la parte del laminado situada en el módulo de alimentación,
- desplazar el módulo de alimentación con respecto al módulo de agarre en una dirección paralela a la dirección que tendrá el plano del alma del perfil una vez formado entre:
<o>una primera posición en la que las dos placas contienen el laminado en la zona del laminado compuesto que formará el alma y el segundo reborde, y
<o>una segunda posición en la que las dos placas contienen la zona del laminado compuesto correspondiente al segundo reborde,
de tal manera que durante el movimiento entre la primera y la segunda posición, la zona del laminado compuesto que forma el alma se desliza fuera de las dos placas del módulo de alimentación debido al movimiento relativo entre el módulo de agarre y el módulo de alimentación.
Descripción de las figuras
Para completar la descripción y facilitar la comprensión de la invención, se proporciona un juego de dibujos. Dichos dibujos forman parte integrante de la descripción e ilustran realizaciones preferidas de la invención. Los dibujos comprenden las siguientes figuras.
La figura 1 muestra una vista esquemática en perspectiva de un perfil curvo en forma de Z.
La figura 2 muestra un corte transversal esquemático de un ejemplo de realización del dispositivo objeto de la invención en una primera y una segunda posición y el movimiento que realiza el módulo de alimentación para alcanzar la segunda posición.
La figura 3 muestra una vista ampliada de la sección transversal esquemática del ejemplo de realización de la figura 2 que muestra el módulo de alimentación en la segunda posición.
Descripción detallada de la invención
La figura 1 muestra un ejemplo de realización de un perfil en forma de Z (1) formado por un laminado estratificado compuesto con una superficie central plana o alma (2) y dos rebordes (3, 4) que forman 90° con el alma (2) en una sección transversal. El perfil (1) es un perfil curvo (1), es decir, en su dirección longitudinal describe una curva. La invención puede aplicarse a perfiles rectos en forma de Z y a perfiles curvos en forma de Z.
En este perfil en forma de Z (1) se encuentran dos radios rectos con un eje de articulación perpendicular a la dirección del movimiento de formación.
La figura 2 muestra los siguientes elementos:
- un módulo de agarre (5) que comprende dos placas (6). El módulo de agarre (5) contiene y agarra una primera porción del laminado compuesto (10) que formará el primer reborde (3).
- un módulo de alimentación (7) que comprende dos placas (8).
El módulo de alimentación se desplaza con respecto al módulo de agarre (5) en dirección paralela al plano del alma (2) del perfil compuesto (1).
En la primera posición, las dos placas (8) del módulo de alimentación (7) contienen la porción del laminado compuesto (10) correspondiente a la zona del laminado compuesto (10) que formará el alma (2) y el segundo reborde (4). En la segunda posición en la que las dos placas (8) contienen la porción del laminado compuesto (10) correspondiente a la zona del laminado compuesto (10) que formará el segundo reborde (4).
Durante el movimiento entre la primera y la segunda posición, la porción del laminado compuesto (10) correspondiente al alma (2) se desliza fuera de las dos placas (8) del módulo de alimentación (7) debido al movimiento relativo entre el módulo de agarre (5) y el módulo de alimentación (7).
Específicamente, en la primera posición, el módulo de agarre (5) y el módulo de alimentación (7) están situados uno frente al otro de tal manera que el laminado compuesto (10) representa un plano recto.
Preferiblemente, las superficies interiores de las placas (6) del módulo de agarre (5) aplican una carga uniforme al laminado compuesto (10). Dichas superficies también pueden estar tratadas para aumentar el efecto de agarre. En el ejemplo de realización mostrado, el dispositivo comprende un hueco (9) entre el módulo de agarre (5) y el módulo de alimentación (7) en la dirección perpendicular al plano de las placas (6, 8), dicho hueco (9) configurado para tener el grosor del laminado (10).
El aporte de calor al módulo de alimentación (7) puede tener dos ejemplos de realización diferentes:
- por contacto entre el módulo de alimentación y el entorno, ya sea con la placa de prensado caliente o con el entorno envolvente calentado, y
- mediante placas internas autocalentadas.
Para las rebordes curvos (3, 4), los módulos de agarre y alimentación (5, 7) comprenden uno de los planos de sus placas (6, 8) en contacto con el laminado compuesto (10) de cada módulo (5, 7) cóncavo y el otro convexo para realizar dichos rebordes curvos (3, 4).
Por ejemplo, el módulo de agarre (5) puede comprender una placa inferior principal cóncava (5) donde se coloca la correspondiente porción de laminado compuesto (10) y una cubierta o placa superior convexa (5) para sujetar dicha porción de laminado compuesto (10). El módulo de alimentación (7) que comprende una placa principal superior (8) convexa y una cubierta o placa superior (8) cóncava para encerrar su correspondiente porción de laminado (10).
Específicamente, en el ejemplo de realización mostrado, los rebordes curvados (3, 4) están curvados alrededor de un eje perpendicular al plano del alma (2).
Para reducir el coeficiente de fricción entre el laminado de material compuesto (10) y las placas (6, 8), se puede situar una película antiadherente resistente a altas temperaturas sobre las superficies de las placas (6, 8) configuradas para estar en contacto con el laminado de material compuesto (10) para reducir el coeficiente de fricción entre las placas (6, 8) y el laminado de material compuesto (10). La película antiadherente estará situada principalmente dentro de la zona de alimentación. Un ejemplo de película antiadherente puede ser una película de poliimida.

Claims (6)

REIVINDICACIONES
1. - Dispositivo de formación de un laminado compuesto (10) para la obtención de un perfil en forma de Z (1), comprendiendo el perfil en forma de Z (1) un alma (2) y un primer (3) y un segundo (4) reborde situados en ambos extremos del alma (2), caracterizándose el dispositivo por que comprende:
- un módulo de agarre (5) que comprende dos placas (6), estando el módulo de agarre (5) configurado para contener y agarrar entre las dos placas (6) una primera porción del laminado compuesto (10) a formar correspondiente a la zona del laminado (10) que formará el primer reborde (3),
- un módulo de alimentación (7) que comprende dos placas (8), el módulo de alimentación (7) configurado para contener entre las dos placas (8) una segunda porción del laminado compuesto (10) diferente de la primera porción situada en el módulo de agarre (5),
el módulo de alimentación (7) configurado para calentar la porción del laminado compuesto (10) situada entre sus dos placas (8) y configurado para ser desplazable con respecto al módulo de agarre (5) en una dirección paralela al plano del alma (2) del perfil compuesto (1) una vez formado, entre:
- una primera posición en la que las dos placas (8) encierran la porción del laminado compuesto (10) correspondiente a la zona del laminado compuesto (10) que formará el alma (2) y el segundo reborde (4), y
- una segunda posición en la que las dos placas (8) encierran la porción del laminado compuesto (10) correspondiente a la zona del laminado compuesto (10) que formará el segundo reborde (4),
de tal manera que durante el movimiento entre la primera y la segunda posición, la porción del laminado compuesto (10) correspondiente al alma (2) se desliza fuera de las dos placas (8) del módulo de alimentación (7) debido al movimiento relativo entre el módulo de agarre (5) y el módulo de alimentación (7),
el dispositivo estando caracterizado por que comprende una película antiadherente resistente a la temperatura situada sobre las superficies de las placas (8) del módulo de alimentación (7) configuradas para estar en contacto con el laminado compuesto (10) para reducir el coeficiente de fricción entre la placa (8) y el laminado compuesto (10).
2. - Dispositivo de formación de un laminado compuesto (10) para la obtención de un perfil en forma de Z (1), según reivindicación 1, en el que en la primera posición, el módulo de agarre (5) y el módulo de alimentación (7) están situados uno frente al otro (5, 7) de forma que el laminado compuesto (10) representa un plano recto.
3. - Dispositivo de formación de un laminado compuesto (10) para la obtención de un perfil en forma de Z (1), según reivindicación 2, en el que en la primera posición, el dispositivo comprende un hueco (9) entre el módulo de agarre (5) y el módulo de alimentación (7), estando el hueco (9) configurado para tener el espesor del laminado compuesto (10).
4. - Dispositivo de formación de un laminado compuesto (10) para la obtención de un perfil en forma de Z (1), según cualquier reivindicación anterior, en el que las placas (8) del módulo de alimentación (7) son autocalentables.
5. - Dispositivo de formación de un laminado compuesto (10) para la obtención de un perfil en forma de Z (1), según cualquier reivindicación anterior, en el que cada uno de los módulos de agarre (5) y alimentación (7) comprende una de sus placas (6, 8) cóncava y la otra placa (6, 8) convexa para formar rebordes curvos (3, 4).
6. - Método de formación de un laminado compuesto (10) para la obtención de un perfil en forma de Z (1), comprendiendo el perfil en forma de Z (1) un alma (2) y un primero (3) y un segundo (4) reborde situados en ambos extremos del alma (2), caracterizándose el método por que comprende los siguientes pasos:
- proporcionar un módulo de agarre (5) que comprenda dos placas (6),
- proporcionar un módulo de alimentación (7) que comprenda dos placas (8) una película antiadherente resistente a la temperatura situada sobre las superficies de las placas (8),
- contener una primera porción del laminado (10) entre las dos placas (6) del módulo de agarre (5) en la zona del laminado (10) que formará el primer reborde (3),
- contener una segunda porción del laminado (10) diferente de la primera porción situada en el módulo de agarre (5) entre las dos placas (8) del módulo de alimentación (7), la película antiadherente resistente en contacto con el laminado compuesto (10) para reducir el coeficiente de fricción entre la placa (8) y el laminado compuesto (10),
- calentar la parte del laminado (10) situada en el módulo de alimentación (7),
- desplazar el módulo de alimentación (7) con respecto al módulo de agarre (5) en una dirección paralela a la dirección que tendrá el plano del alma (2) del perfil (1) una vez formado entre:
<o>una primera posición en la que las dos placas (8) contienen el laminado (10) en la zona del laminado compuesto (10) que formará el alma (2) y el segundo reborde (4), y
<o>una segunda posición en la que las dos placas (8) contienen la zona del laminado compuesto (10) correspondiente al segundo reborde (4),
de tal manera que durante el movimiento entre la primera y la segunda posición, la zona del laminado compuesto (10) que forma el alma (2) se desliza fuera de las dos placas (8) del módulo de alimentación (7) debido al movimiento relativo entre el módulo de agarre (5) y el módulo de alimentación (7).
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