ITRM20110488A1 - Sistema di stampaggio di un componente in materiale curato, in particolare in fibra composita - Google Patents

Description

TITOLO: “Sistema di stampaggio di un componente in materiale curato, in particolare in fibra compositaâ€

Campo dell’invenzione

La presente invenzione si riferisce ad un sistema di stampaggio di un componente in materiale curato, in particolare in fibra composita. In particolare per la realizzazione di un componente avente almeno un sottosquadro.

Stato della tecnica

I materiali curati sono quei materiali che generalmente necessitano di essere cotti per assumere una forma definitiva, tipicamente all’interno di stampi. I componenti in materiali compositi sono materiali che assumono una forma definitiva mediante cura termica. Essi vengono impiegati oltre che per le loro caratteristiche meccaniche, anche per le caratteristiche estetiche. Uno dei materiali più noti à ̈ la fibra di carbonio che comprende, generalmente, una matrice in fibra di carbonio intrisa di resine. Altri materiali sono il cosiddetto Alutex che à ̈ un tessuto di fibra di vetro alluminizzato e che può anche essere reperito pre-impregnato di resina. Dunque, tali materiali per mantenere stabilmente una determinata forma necessitano di una cosiddetta cura, cioà ̈ un riscaldamento tale da indurire le resine ad indurirsi definitivamente.

Spesso, componenti realizzati in tali materiali vengono impiegati in ambito automobilistico e non solo, principalmente per le particolari caratteristiche meccaniche ottenibili.

Nello stampaggio di materiali compositi risulta complicato produrre componenti aventi un sottosquadro, cioà ̈ una parte che impedisce al componente di essere dissociato da almeno una parte dello stampo senza dover distruggere lo stampo. Per superare questo problema, la tecnica nota insegna ad evitare i sottosquadri o, in alternativa, a sottoporre il componente ottenuto dallo stampaggio a successive e laboriose lavorazioni in modo da ottenere la forma desiderata. Tali lavorazioni successive allungano notevolmente i tempi ed incrementano i costi di produzione. I materiali compositi sono normalmente, ma non necessariamente, distribuiti in fogli o rotoli. La produzione di un componente prevede che il foglio o rotolo venga fustellato, cioà ̈ ritagliato, introdotto in uno stampo, per esempio, a due gusci e curato ad una temperatura specifica per un predefinito tempo.

Dunque, quando à ̈ necessario che un lembo del componente si ripieghi, cioà ̈ si pieghi su se stesso, formando un sottosquadro, le cose si complicano notevolmente.

Sommario dell’invenzione

Scopo della presente invenzione à ̈ quello di fornire un dispositivo di stampaggio di un componente in fibra composita, atto a consentire la realizzazione di sottosquadri in modo semplice e rapido, senza dover ricorrere a lavorazioni successive allo stampaggio.

E’ oggetto della presente invenzione un dispositivo di stampaggio di un componente in fibra composita, che, conformemente alla rivendicazione 1, comprende uno stampo avente almeno un primo semistampo ed un secondo semistampo, i semistampi essendo atti ad accoppiarsi reciprocamente definendo una cavità interna di stampaggio, un utensile di supporto atto ad essere almeno parzialmente avvolto da un ritaglio di materiale da curare; detta cavità interna essendo complementare con un insieme formato dall’utensile di supporto avvolto dal ritaglio di materiale da curare; l’utensile di supporto essendo almeno parzialmente di materiale resiliente.

Un altro scopo della presente invenzione à ̈ quello di fornire un metodo di stampaggio di un componente in fibra composita atto a risolvere i suddetti problemi.

Forma pure oggetto della presente invenzione un metodo di stampaggio di un componente in fibra composita.

Un ulteriore oggetto della presente invenzione à ̈ una placca di copertura di pedali veicolari, in particolare automobilistici ottenuti mediante il suddetto metodo.

I dettagli realizzativi dati nella seguente descrizione di dettaglio si prestano ad un impiego del sistema di stampaggio anche in linee altamente automatizzate oltre che per la realizzazione artigianale o semiartigianale di componentistica.

Vantaggiosamente, al termine dei passi di lavorazione summenzionati, non occorre realizzare ulteriori lavorazioni sul componente, né risulta necessario distruggere lo stampo od una sua parte per estrarre il componente. Ciò comportando di raggiungere i suddetti scopi e di consentire un notevole risparmio di tempo e di denaro per la fabbricazione di componenti di fibra composita.

Le rivendicazioni descrivono realizzazioni preferite dell’invenzione, formando parte integrante della presente descrizione.

Breve descrizione delle figure

Ulteriori caratteristiche e vantaggi dell’invenzione risulteranno maggiormente evidenti alla luce della descrizione dettagliata di forme di realizzazione preferite, ma non esclusive, di un dispositivo di stampaggio di un componente in materiale curato, in particolare in fibra composita, illustrato a titolo esemplificativo e non limitativo, con l’ausilio delle unite tavole di disegno in cui:

la Fig.1 rappresenta una vista prospettica schematica di un dispositivo secondo la presente invenzione,

la Fig.2 rappresenta una vista dall’alto del dispositivo di figura 1,

le Figure 3 e 4 rappresentano sezioni della vista di figura 2,

la Fig. 5 rappresenta un ingrandimento di una porzione della vista prospettica di figura 1.

Gli stessi numeri e le stesse lettere di riferimento nelle figure identificano gli stessi elementi o componenti.

Descrizione in dettaglio di una forma di realizzazione preferita dell’invenzione Il sistema di stampaggio secondo la presente invenzione prevede la predisposizione di uno stampo 10 comprendente almeno un primo semistampo 1 ed un secondo semistampo 2 ed un utensile di supporto 3.

L’utensile di supporto 3 à ̈ conformato per essere almeno parzialmente avvolto da un ritaglio di un foglio di fibra composita 4, in cui almeno un bordo del ritaglio à ̈ ripiegato sull’utensile di supporto 3 a definire un sottosquadro.

Nel seguito della descrizione si impiega il segno numerico 4 per indicare sia il ritaglio di materiale da curare, per esempio la porzione di foglio di fibra composita, sia il componente ottenuto al termine delle lavorazioni da tale ritaglio di materiale. L’insieme così definito dell’utensile di supporto 3 e della fibra composita 4 trova alloggiamento all’interno dello stampo 10. Dunque, la cavità di stampaggio 11 definita dai due semistampi 1 e 2 à ̈ atta ad accogliere l’utensile di supporto 3 con il materiale composito avvolto almeno parzialmente su di esso.

Dunque, l’utensile di supporto 3 à ̈ destinato a fungere da riempitivo della forma finale del componente ottenuto 4.

I due semistampi 1 e 2, possono essere entrambi femmina, cioà ̈ comprendono sostanzialmente ciascuno una porzione della cavità di stampaggio 11 oppure possono comprendere una parte protrudente in corrispondenza della cavità di stampaggio 11.

Con particolare riferimento alla forma di realizzazione illustrata dalle figure, la cavità di stampaggio 11 à ̈ interamente all’interno del primo semistampo 1. Il secondo semistampo 2 comprende una parte aggettante 21 atta a penetrare parzialmente all’interno della cavità 11 comprimendo opportunamente l’utensile di supporto 3.

Una volta curata, la fibra composita diviene estremamente rigida, per cui l’estrazione dell’utensile di supporto 3 dal componente 4 ottenuto provvisto di bordi in sottosquadro 41, 42, 43, anche essi irrigiditi avviene mediante una deformazione dell’utensile 3 che viene forzato a defilarsi dallo spazio occupato all’interno del componente 4. A tale scopo, l’utensile di supporto à ̈ realizzato almeno parzialmente in materiale resiliente, quale per esempio un silicone oppure una gomma, o materiali similari che non alterino le proprie caratteristiche fisiche e meccaniche alle temperature di cura del materiale composito oggetto di lavorazione.

Grazie al fatto che l’utensile di supporto 3 à ̈ almeno parzialmente in materiale resiliente, risulta semplice estrarre l’utensile di supporto 3 dall’interno del componente 4 ottenuto, consentendo agevolmente di realizzare componenti in materiale composito che abbiamo almeno un zona in sottosquadro.

L’utensile di supporto 3 può avere una struttura di altro materiale, per esempio, rigido ed essere ricoperto di materiale resiliente in modo tale che nelle zone che dopo l’operazione di stampaggio si trovano sottosquadro la flessione sia possibile in modo da far superare il sottosquadro. Un’altra alternativa à ̈ quella di realizzare l’utensile di supporto 3 interamente in materiale resiliente. In questo caso la scelta del materiale à ̈ importante per consentire di generare una pressione sufficiente sul componente 4 durante la compressione e cura, e di mantenere una deformabilità tale da potere essere estratto con facilità malgrado sia serrato dai sottosquadri 41, 42, 43 del componente 4.

Con particolare riferimento alle figure 3 e 5, si nota che il secondo semistampo 2 comprende un canale 22 complementare ad una porzione di aggetto 32 dell’utensile di supporto 3. Il canale 22 risulta passante, mettendo in comunicazione la parte del primo stampo 1 destinata a chiuderti sul secondo semistampo 2 lungo la superficie di interfaccia 12 con una restante parte del semistampo.

La porzione di aggetto 32 risulta collegata all’utensile di supporto 3 in una sua parte non destinata ad essere ricoperta dalla fibra composita durante la relativa lavorazione.

L’accoppiamento di tale porzione di aggetto 32 con il canale 22 ha una duplice funzione: da un lato funge da guida nel corretto accoppiamento delle parti, dall’altro consente al materiale resiliente di trovare uno spazio di espansione durante il riscaldamento dello stampo, cioà ̈ durante la cura della fibra composita. Un metodo preferito di produzione di un componente in fibra composita avente almeno un bordo in sottosquadro comprende almeno i seguenti passi:

- sovrapposizione/inserimento del ritaglio di materiale da curare 4 in uno, cioà ̈ nella cavità di uno, dei semistampi 1 o 2, oppure sovrapposizione del ritaglio di materiale da curare 4 su detto utensile di supporto 3,

- inserimento dell’utensile di supporto 3 nella cavità di stampaggio 11 in modo da portare il ritaglio di materiale da curare 4 ad aderire sull’utensile di supporto 3,

- ripiegatura dell’almeno un bordo 41, 42, 43 sull’utensile di supporto 3 così da formare un sottosquadro,

- chiusura dello stampo 10,

- riscaldamento dello stampo,

- apertura dello stampo,

- estrazione dell’utensile di supporto 3 con il componente ottenuto 4 dalla cavità di stampaggio 11,

- estrazione dell’utensile di supporto 3 dal componente curato 4 mediante deformazione dell’utensile di supporto 3.

Secondo una variante preferita del metodo la ripiegatura dell’almeno un bordo 41, 42, 43 può essere realizzata a mano, all’interno del semistampo, per esempio 1, oppure automaticamente mediante la chiusura dello stampo 10. A tale scopo possono essere predisposti inviti raggiati che inducono automaticamente i lembi del ritaglio di fibra composita a ripiegarsi sull’utensile di supporto 3.

Una variante preferita del metodo tiene in considerazione che le fibre composite sono reperibili sul mercato con una pellicola protettiva sul cosiddetto lato estetico, cioà ̈ la faccia del componente ottenuto 4 destinata a rimanere a vista ed una pellicola protettiva sul lato grezzo.

Tale variante del metodo comprende i seguenti passi:

- rimozione della pellicola protettiva del lato estetico del ritaglio di fibra composita,

- sovrapposizione/inserimento del ritaglio di materiale da curare 4 in uno, cioà ̈ nella cavità di uno, dei semistampi 1 o 2, oppure sovrapposizione del ritaglio di materiale da curare 4 su detto utensile di supporto 3,

- rimozione dell’utensile di supporto 3,

- rimozione della pellicola protettiva del lato grezzo del semilavorato,

- riposizionamento dell’utensile di supporto 3 nella cavità di stampaggio, - ripiegatura dell’almeno un bordo 41, 42, 43 sull’utensile di supporto,

- chiusura dello stampo 10,

- riscaldamento dello stampo 1, 2 ,3,

- raffreddamento dello stampo 10,

- apertura dello stampo,

- estrazione dell’utensile di supporto 3 con il componente ottenuto 4 dalla cavità di stampaggio 11,

- estrazione dell’utensile di supporto dal componente ottenuto 4 mediante deformazione dell’utensile di supporto 3.

Si preferisce aprire lo stampo dopo che il componente curato 4 si sia raffreddato opportunamente.

Le tolleranze di accoppiamento della cavità di stampaggio e dell’insieme formato da utensile di supporto e ritaglio di materiale da curare possono essere tali da esercitare una predefinita pressione sul ritaglio di materiale, durante la sua cura, in modo da accelerarsi il tempo di cura e migliorare la definizione degli spigoli del componente curato 4.

Il tempo di cura e la temperatura dipendono dalle caratteristiche del materiale impiegato. Ad esempio, una matrice di fibra a base di resina epossidica prevede un tempo di cura compreso tra 5 e 6 minuti ad una temperatura di 150°C per stampaggio in pressa. Un’altra matrice prevede un tempo di cura compreso tra 2 e 5 minuti ad una temperatura di 135°C.

Secondo una variante preferita dell’invenzione lo stampo 10 può comprende mezzi di raffreddamento oltre che di riscaldamento, allo scopo di accelerare il raffreddamento del componente 4. Per esempio possono essere previste opportune aperture per la circolazione di acqua di raffreddamento.

Con riferimento alle figure à ̈ rappresentato uno stampo 10 ed un relativo utensile di supporto 3 per realizzare placche di copertura dei pedali di un’automobile.

Nella variante della figura 5 si nota che i bordi ripiegati sono tre, di cui due contrapposti su bordi opposti, 41, 42 ed un terzo 43 risultante adiacente ai primi due. Benché non rappresentato in figura, la presente invenzione si adatta anche a realizzare componenti aventi due coppie contrapposte di bordi ripiegati, in quanto l’elasticità del materiale con cui à ̈ realizzato l’utensile di supporto 3 consente comunque di estrarre l’utensile di supporto 3 dal componente ottenuto 4, purché, chiaramente, l’estensione delle ripiegature non risulta eccessiva al punto di ridurre l’apertura e lo spazio per estrarre l’utensile di supporto.

La presente invenzione può essere applicata a qualunque componente che presenti almeno un sottosquadro, ed à ̈ particolarmente vantaggiosa quando la lunghezza delle zone in sottosquadro impedirebbe a qualunque utensile di supporto o semistampo fatto di un materiale rigido di essere estratto dopo la cura del componente curato. Inoltre, benché negli esempi realizzativi si à ̈ espressamente fatto riferimento a materiali in fibra composita, ciò non esclude che il metodo possa essere applicato a generici materiali che necessitano di una cura termica per essere formati all’interno di uno stampo.

Gli elementi e le caratteristiche illustrate nelle diverse forme di realizzazione preferite possono essere combinati tra loro senza peraltro uscire dall’ambito di protezione della presente domanda.

Claims (11)

1. RIVENDICAZIONI 1. Dispositivo di stampaggio di un componente in materiale curato, in particolare in fibra composita comprendente uno stampo (10) avente almeno un primo semistampo (1) ed un secondo semistampo (2), i semistampi (1, 2) essendo atti ad accoppiarsi reciprocamente definendo una cavità interna (11) di stampaggio, un utensile di supporto (3) atto ad essere almeno parzialmente avvolto da un ritaglio di materiale da curare (4); detta cavità interna (11) essendo complementare con un insieme formato dall’utensile di supporto (3) avvolto dal ritaglio di materiale da curare (4); l’utensile di supporto (3) essendo almeno parzialmente di materiale resiliente.
2. 2. Dispositivo secondo la rivendicazione 1, in cui detto utensile di supporto (3) Ã ̈ interamente di materiale resiliente oppure comprende una struttura rigida rivestita di materiale resiliente.
3. 3. Dispositivo secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui detto materiale resiliente à ̈ atto a resistere ad una temperatura di cura della fibra composita (4) senza modificare una propria caratteristica di flessibilità.
4. 4. Dispositivo secondo la rivendicazione 3, in cui detto materiale resiliente à ̈ di tipo siliconico oppure à ̈ una gomma.
5. 5. Dispositivo secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui almeno uno di detti semistampi (1, 2) comprende mezzi di invito affinché almeno un tratto di bordo (41, 42, 43) di detto materiale da curare (4) si ripieghi su detto utensile di supporto (3), durante l’accoppiamento dei semistampi (1, 2) così da produrre un sottosquadro.
6. 6. Dispositivo secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti, ulteriormente comprendente mezzi di riscaldamento dello stampo (10).
7. 7. Dispositivo secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti, ulteriormente comprendente mezzi di raffreddamento dello stampo (10).
8. 8. Metodo di stampaggio di un componente in materiale curato, in particolare in fibra composita mediante un dispositivo di stampaggio secondo una delle rivendicazioni precedenti comprendente i seguenti passi: - sovrapposizione/inserimento del ritaglio di materiale da curare (4) in uno, cioà ̈ nella cavità di uno, dei semistampi (1 o 2), oppure sovrapposizione del ritaglio di materiale da curare (4) su detto utensile di supporto (3), - inserimento dell’utensile di supporto (3) nella cavità di stampaggio (11) in modo da portare il ritaglio di materiale da curare (4) ad aderire sull’utensile di supporto (3), - ripiegatura dell’almeno un bordo (41, 42, 43) sull’utensile di supporto (3) così da produrre un sottosquadro, - chiusura dello stampo (10), - riscaldamento dello stampo, - apertura dello stampo, - estrazione dell’utensile di supporto (3) con il componente curato (4) dalla cavità di stampaggio (11), - estrazione dell’utensile di supporto (3) dal componente curato (4).
9. 9. Metodo di stampaggio secondo la rivendicazione 8, in cui detto componente in materiale curato à ̈ ottenuto mediante fibra composita.
10. 10. Metodo secondo la rivendicazione 9, in cui detta fibra composita à ̈ fibra di carbonio o fibra di vetro.
11. 11. Componente stampato in materiale curato (4) ottenuto mediante il metodo secondo le rivendicazioni da 8 a 10.