MX2010008286A - Procedimiento y dispositivo para perforar un compuesto termoplastico. - Google Patents

Abstract

Para producir un orificio en una pieza (1) hecha de un compuesto termoplástico, la parte es calentada localmente a una temperati.ira Tf de formación de plásticos y las fibras (10) de los compuestos progresivamente se alejan al mismo tiempo que la matriz (11) en el estado plástico es empujada radialmente con respecto al eje del orificio, en primer lugar para formar un orificio inicial y entonces agrandar el orificio inicial hasta el tamaño del orificio deseado. Cuando el orificio se ha producido, una operación para determinar el tamaño del grosor de la parte en la región del orificio se realiza sin la eliminación del exceso de material debido al material que es empujado desde el orificio. Una herramienta que tiene una aguja (31), cuya sección evoluciona progresivamente entre una extremidad cónica (311) apta para la producción del orificio preliminar y un talán (312), se utiliza para producir el orificio según el procedimiento.

Description

PROCEDIMIENTO Y DISPOSITIVO PARA PERFORAR UN COMPUESTO TERMOPLÁSTICO CAMPO DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere a la fabricación de piezas de materiales compuestos. Más concretamente la invención se refiere a un procedimiento y dispositivo para la realización de orificios precisos en materiales compuestos que comprende fibras mantenidas en una resina que tenga propiedades termoplásticas .

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN La mayoría de las veces con fines de unión, pero no exclusivamente, piezas de estructuras contienen orificios que sirven para la etapa de los elementos de fijación. Estos orificios deben hacerse con tolerancias relativamente ajustada para garantizar la calidad del ensamble, sobre todo cuando las articulaciones están sometidas a grandes esfuerzos . En las estructuras modernas, es común que las piezas sean fabricadas con materiales compuestos que contengan minerales o fibras orgánicas, vidrio, carbono, kevlar ® ... retenidos en una resina orgánica.

La realización de estos orificios en piezas de materiales compuestos se realiza ya sea durante la fabricación de la pieza en general por medio de un inserto retenido en un molde utilizado durante la realización de la pieza, o más frecuentemente por la perforación de la pieza realizada, es decir, cuando endurece la resina orgánica que retiene a las fibras. La técnica consistente en disposición de un inserto en un molde durante la realización de la pieza es relativamente compleja de realizar cuando la pieza en si tiene una . forma compleja y también es difícil garantizar la posición exacta del orificio, por ejemplo con una precisión inferior a un décimo de milímetro, por el riesgo de deformación de la pieza cuando está fuera del molde. La técnica es eficaz para hacer orificios en la pieza en lugares precisos utilizando técnicas similares a las técnicas convencionales que se utilizan para hacer orificios en piezas en materiales metálicos, con la reserva de aplicación de herramientas de perforación y parámetros de corte adaptados a los materiales compuestos en general muy abrasivos y que, sin precauciones, degradan rápidamente las características de las herramientas de corte para las operaciones de perforación que son largos y difícil de realizar .

Además de la necesidad de herramientas y procedimientos adecuados de la técnica de perforación, presenta la desventaja de cortar las fibras que dan su resistencia a la pieza de material compuesto con la situación del orificio y esto exige tomar precauciones para limitar el riesgo de deslaminación de la pieza en particular del corte de la boca del orificio. Estos fenómenos tienen por consecuencia para la reducción de la resistencia de la pieza y en la práctica, el diseñador aumenta el espesor de la pieza, al menos en las zonas con orificios para compensar la disminución de la fuerza . Esto da como resultado un aumento de pieza del cuerpo en detrimento en muchas aplicaciones donde se utilizan materiales compuestos.

SUMARIO DE LA INVENCIÓN La presente invención tiene por objeto específicamente un procedimiento y un dispositivo para la realización de los orificios de precisión en piezas de material compuesto, sin dañar las fibras en el orificio. El proceso permite realizar un orificio en una pieza que consiste principalmente de fibras, en particular fibras largas retenidas en una matriz entre una primera superficie, la superficie superior, donde se hace el orificio y una segunda superficie, la superficie inferior, por la que el orificio se abre cuando la matriz está compuesta esencialmente de un material termoplástico, que presenta un estado plástico cuando se calienta a una temperatura Tf, la temperatura de formación y en un estado no-plástico cuando está a una temperatura Tu, la temperatura de uso, inferior a Tf. Para evitar la ruptura las fibras y la degradación del rendimiento de la pieza, el procedimiento comprende las etapas de: - a) calentar localmente la zona del orificio que se va a realizar, la matriz de la pieza a la temperatura Tf; - b) eliminar las fibras de la matriz retenidas en la ubicación deseada para el orificio, empujando radialmente en relación a un eje longitudinal del orificio en el estado plástico de la matriz para formar un orificio preliminar de una sección inferior a una sección deseada del orificio; - c) calentar si es necesario, el material de la matriz alrededor del orificio preliminar a la temperatura Tf y progresivamente descartar las fibras y eliminar la sustancia en una matriz de plástico para alcanzar la sección deseada del orificio; d) enfriar el material de la matriz a una temperatura Tu, o al menos a una temperatura inferior a Tf a la cual la matriz ya no tiene propiedades termoplásticas, eliminado el material de la matriz y las fibras alrededor del orificio realizados durante los pasos anteriores. Para evitar la deformación de la pieza en la dirección del eje del orificio durante la operación de perforación de la pieza 1 venta osamente se mantiene en la zona del orificio que se va a realizar con una placa de contrapresión durante la realización del orificio. Para controlar el espesor adicional de la pieza alrededor del orificio provocado por la materia eliminada durante la realización del orificio, después de la formación del orificio en la etapa c) y antes del enfriamiento de la pieza en la etapa d) , preferentemente se realiza una etapa de calibración del espesor de la pieza en una zona periférica al orificio en la que se aplica una presión entre la superficie superior y la superficie inferior de la superficie para distribuir la material de la pieza expulsada en la ubicación del orificio hacia la zona periférica. Cuando se debe dar una forma particular a un orificio tal como un abocardamiento en el borde del orificio o un filo de una rosca, la forma particular ventajosamente está conformada por una huella de una forma utilizada en la etapa calibración.

En una realización particular, después de la formación de orificios en la etapa c) y antes de que la pieza se enfrie en la etapa d) , y si es necesario antes de la etapa de calibración de la pieza se realiza una etapa de la inserción en el orificio hecho con un inserto con un orificio que permite solidarizar eficazmente en una sola etapa con la operación de perforación del inserto y la pieza. Si es necesario el orificio del inserto cuando la pieza en si está hecha de un material termoformable está conformada por una huella de una forma utilizada durante la etapa de calibración. Cuando la operación de perforación se realiza en una fase de fabricación de la pieza en el curso de la cual la que la pieza se lleva a una temperatura igual o superior a Tf, la operación de perforación ventajosamente se realiza sin etapa de calentamiento suplementario. Cuando es necesario elevar la temperatura, el calentamiento del espacio para la formación del orificio se hace localmente, en las operaciones de perforación por medio de calentamiento por radiación o por conducción por contacto o ultrasonido. Para el proceso de aplicación, la presente invención se refiere a un dispositivo de perforación para perforar un orificio en la pieza de compuesto termoplástico que presenta una aguja que comprende: - i) lateralmente un extremo libre de la aguja, un extremidad cónica de una sección transversal sustancialmente constante inferior a la sección del orificio que se va a realizar dentro la pieza y la longitud de la extremidad Le; - ii) en el lado de la otra extremidad, un talón de una sección sustancialmente constante e igual al tamaño del orificio que se va a realizar y con una longitud de talón Lt; - iii) entre el extremo cónico y el talón, una zona de la sección evolutiva en la que la sección de la aguja avanza progresivamente desde la sección del extremo estrecho hacia la sección del talón. Para obtener un orificio cilindrico en la pieza, la longitud del talón Lt es igual o mayor que el espesor de la pieza en la ubicación del orificio que se va a realizar. Por su manipulación durante las diferentes operaciones de perforación se adjunta la aguja en el talón de un cuerpo, el cuerpo forma un hombro en el talón, el hombro forma una superficie de apoyo en una zona periférica del orificio cuando la aguja se inserta en la pieza para formar el orificio. Para facilitar la penetración de la aguja y la eliminación de las fibras en un modo de realización la aguja está vibrando, sometida a vibraciones de baja amplitud.

Para realizar formas particulares tales como un avellanado o un filo de cuerda, el cuerpo tiene una forma destinada a dejar una marca correspondiente a la geometría de la forma de la pieza sobre el o los bordes del orificio o en el orificio. Para volver a colocar simplemente la aguja que puede ser usado o para cambiar sus características, el cuerpo y la aguja son separables y están ensamblados a través de una extensión cilindrica del cuerpo o la aguja. En este caso cuando se desea colocar un inserto en el orificio realizado, la extensión cilindrica incluye una zona intermedia de una sección inferior de la sección de talón, la zona intermedia está destinada para recibir el inserto antes de ser fijado en el orificio hecho en la pieza, la sección de la zona intermedia que corresponde a la forma y las dimensiones de un orificio en el inserto, la forma y dimensiones de la sección de talón correspondiente a las formas y tamaños de la sección exterior del inserto antes de la instalación. En una forma de realización ventajosa para la imposición de formas y grosores al inserto y a la pieza en la zona del inserto y promover la adhesión entre el inserto y la pieza, el cuerpo y la aguja en la posición ensamblada al menos una primera posición separada en la que el inserto no se deforma y una segunda posición cerrada en la que el inserto se deforma con lo cual el inserto puede ser formado plásticamente a la temperatura Tf. Ventajosamente la aguja se conecta a medios de calentamiento por conducción o radiación o ultrasonido para calentar a la temperatura de formación de la zona de temperatura de la pieza en la cual la perforación debe hacer un orificio. Para evitar que la pieza sea deformada por las fuerzas ejercidas por la aguja durante su penetración en el zona de la pieza en un estado plástico, de preferencia el dispositivo incluye una placa de contrapresión. La placa de contrapresión está destinada ser colocada en la superficie inferior de la pieza en el zona del orificio que se va a realizar. La placa de contrapresión presenta un orificio con una sección por lo menos igual a la sección del talón, el eje del orificio y el eje de la aguja están lo suficientemente juntos para permitir que la aguja realice la perforación en la pieza sin ser obstaculizada por la placa de contrapresión.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS La descripción detallada de un ejemplo de implementación y de realización de la invención hechas con referencia a las figuras que muestran: Las figuras la y Ib: un ejemplo de herramienta de perforación de acuerdo con la invención según una primera forma de realización, solamente el vista del perfil de la figura la y en perspectiva durante la operación de perforación de una pieza de la figura Ib; La figura 2: un ejemplo de un segundo modo de realización de una herramienta de perforación de acuerdo, con la invención que comprende dos componentes desmontados; Las figuras 3a a 3f: un esquema de una operación de perforación con la formación de un inserto con una herramienta de perforación según el ejemplo de la figura 2; La figura 4 es una vista en perspectiva de una sección de una pieza obtenida después de la perforación mediante el procedimiento de la invención con la formación de un inserte- La figura 5 es una sección que ilustra la aplicación del procedimiento en el caso de una pieza hecha con una estructura tipo sándwich, una sección parcial presenta la herramienta con el fin de realizar la perforación y la otra mitad se presenta una vez que la herramienta está libre .

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN La invención se refiere a un procedimiento y un aparato para hacer orificios de precisión en una pieza de material compuesto de fibras 10, en particular pero no exclusivamente de fibras largas retenidas en un matriz orgánica fura 11 que presenta propiedades termoplásticas . Por propiedades de una matriz termoplástica orgánica se define en esta descripción que el material que forme la matriz del material compuesto es capaz de presentar un estado relativamente fluido, llamado estado plástico, elevando la temperatura a un valor Tf de la temperatura de moldeo, estado en el cual la matriz es deformable sin perder las propiedades físico-químicas y mecánicas obtenidas en la pieza 1 cuando la pieza se somete a una temperatura Tu inferior a Tf, sobre todo a una temperatura a la que se planea usar la pieza. Las familias particulares de los materiales compuestos que presentan tales características se agrupan bajo la denominación general de "materiales compuestos termoplásticos " e incluyen las matrices que son deformables cuando la temperatura se eleva a un valor suficiente, dependiendo del tipo de material orgánico, y mantienen sus propiedades de endurecimiento mecánico cuando la temperatura es menor a una temperatura correspondiente a una temperatura de aplicación de la pieza. Estos compuestos termoplásticos se presentan con más frecuencia en un estado semi-terminado de las placas que se utilizan para la producción de piezas con técnicas de formación en caliente, incluyendo la formación en los moldes. Una pieza 1 con un compuesto de fibra 10, celebrada en una matriz con características termoplástico 11 tiene dos superficies entre las cuales se encuentra la desembocadura de un orificio: - una primera superficie, la superficie superior 12, por la cual debe realizarse el orificio; - una segunda superficie, la superficie inferior de la cara 13, en la cual desemboca el orificio. Según el procedimiento de la invención, para realizar el orificio en la pieza en un material compuesto termoplástico : - en una primera etapa la pieza 1 se calienta, al menos localmente, en el lugar del orificio que se va a realizar para mantener la matriz 11 a la temperatura Tf a la que dijo que la matriz presenta las características plásticas deseadas ; - en una segunda etapa las fibras 10 mantenidas en la matriz 11 son desechadas en la ubicación deseada para el orificio, empujadas radialmente de un eje longitudinal del orificio, el material que se ha vuelto plástico de la matriz y deformando las fibras para formar un orificio preliminar, es decir, un orificio con una sección esencialmente inferior al orificio que se va a realizar; - En un tercer paso del material de la matriz 11 alrededor del orificio preliminar se mantiene sustancialmente a la temperatura Tf y el orificio preliminar se agranda gradualmente mediante la expulsión continua esencialmente radial del material de matriz 11 y 0 para deformar las fibras 10 hasta que alcanza la sección deseada del orificio. - En la cuarta etapa la temperatura de la pieza alrededor del orificio se reduce a una temperatura Tu en la cual la matriz 11 no presenta características plásticas al mismo tiempo que el material de la matriz y las fibras se mantienen alejadas para que no se cierre, ni siquiera parcialmente, el orificio. En el proceso las fibras 10 se deforman alrededor del orificio para que las fibras no se corten o rompan, o por lo menos la cantidad de fibras rotas sea la menor posible. Este resultado se obtiene cuando la deformación se realiza expulsando progresivamente las fibras de forma radial y en combinación con la elevación local de la temperatura que tiene el efecto de hacer maleable la matriz 11. En una primera aplicación del procedimiento, el material de la matriz se calienta en la proximidad inmediata de la zona en la que la matriz que se deforma como la medición de deformación realizada para formar el orificio para limitar las deformaciones axiales de superficie de la pieza que rodea un orificio durante la operación de perforación . En un segundo modo de aplicación del procedimiento, la pieza 1 se calienta en un zona por lo menos igual a la superficie a calentar para hacer el orificio antes de iniciar las etapas de recortar la matriz y expulsar las fibras. En este modo, ventajosamente la pieza se coloca localmente contra un soporte 33 colocado en la superficie inferior 13 que tiene la pieza 1 y evita que la pieza localmente en un estado plástico, sea deformada a lo largo de la dirección axial durante la realización del orificio. En una aplicación particular del procedimiento un inserto 2, es decir, un inserto en la forma de un toro, se coloca en el orificio hecho antes de la cuarta fase del proceso, el material de la pieza y el material del inserto se solidifica cuando la matriz 11 está a la temperatura que Tf en la cual la matriz es plástica mediante la aplicación de presión sobre el material de la pieza y/o el insertar el antes que la temperatura se reduzca. En esta aplicación, el orificio es realizado siguiendo el proceso en el material termoplástico de la pieza con un diámetro sustancialmente igual al diámetro del inserto . El inserto 2 se utiliza para reforzar una pieza 1 si es necesario en la zona del orificio y una opción de insertar material para realizar el aislamiento galvánico de una fijación a través del orificio en el material de la pieza. Por ejemplo, un inserto de un material compuesto de fibra de vidrio o aramida gue puede aislar una fijación realizada en una aleación de metales susceptibles a la corrosión inducida por el carbono de una pieza hecha de un material compuesto a partir de fibras de carbono. En una implementación preferida del procedimiento, una zona periférica 14 de la pieza 1 alrededor de un orificio en el curso de la realización, cuando el orificio tiene el diámetro es deseado, es decir al final de la tercera fase de proceso, y si es necesario después de la instalación de un inserto 2, se somete a una presión entre la superficie superior 12 y la superficie inferior 13 de manera gue el material inicialmente colocado en la ubicación del orificio y expulsada de la zona periférica 14 alrededor de la cual forma un grosor adicional y se distribuye y se obtiene un grosor predeterminado de una pieza 1 en la zona periférica 14. Esta etapa, llamada etapa de calibración del espesor, se realiza antes de la cuarta etapa, es decir, cuando el material de la matriz 11 en la zona periférica 14 todavía tiene propiedades plásticas debido a su temperatura y permite obtener un espesor perfectamente definido al controlar la distribución del material localmente en exceso debido a la realización del orificio que se hace sin eliminar material . En una aplicación particular de esta etapa de calibración del espesor, se ejerce presión sobre la pieza 1 en la zona periférica 14 para conformar la zona periférica en función del uso que se hará del orificio. Por ejemplo, cuando el orificio debe recibir una fijación de cabeza avellanada para realizar un ensamble, la zona periférica es adecuada para reproducir en el nivel del orificio una cuerda adaptada para la conexión. El orificio hecho por el proceso muy frecuentemente es un orificio circular definido por un diámetro, sin embargo el proceso es aplicado ventajosamente a los orificios de cualquier forma. En una modalidad preferida, para aplicar el procedimiento de la invención, una herramienta de perforación 3 comprende una aguja 31 diseñada para atravesar la pieza 1 para hacer un orificio. Se entenderá mejor la descripción de la herramienta de perforación y sus tres componentes, al considerar que tal herramienta de perforación que se introduce en una pieza 1, se lleva localmente a una temperatura Tf, en la ubicación del orificio para llevar a cabo el procedimiento descrito previamente para producir un orificio preliminar y ampliar el orificio preliminar para el orificio con la sección deseada. En una modalidad general, la aguja tiene un extremo cónico 311, es decir, un extremo de una sección relativamente pequeña en comparación con la sección del orificio que se va a realizar en la pieza, y opuesto al extremo cónico 311 a lo largo de un eje 314 de la aguja, presenta un talón 312, es decir, una zona cilindrica de longitud Lt, cuya sección corresponde a la sección deseada del orificio que se va a realizar . Entre el extremo cónico 311 y el talón 312, la aguja tiene una zona de secciones no constantes a lo largo del eje 314, tal superficie progresiva 313, de longitud de Lv, la sección en la que la aguja se mueve en forma sustancial continua entre la sección extrema cónica 311 y la sección del talón 312. El extremo cónico 311 de la aguja tiene un extremo libre 315 del lado cónico del talón 312 opuesto de la aguja del talón 312, cuya forma de preferencia es una punta, es decir, el llamado extremo corresponde aproximadamente al cono extremo, o bien una forma roma, es decir, que el extremo corresponde esencialmente a una forma terminal esférica o redondeada . La elección de una forma particular de la extremidad libre 315 está dictada por las consideraciones relativas a los materiales utilizados y el modo de aplicación de energía para el calentamiento de la pieza, o el número de perforaciones que se hacen con una aguja determinada. La longitud Lt del talón corresponde al menos al espesor de la pieza en la ubicación del orificio en la práctica, al menos la longitud del orificio corresponde a una sección constante. En la mayoría de los casos, los orificios son circulares y en estos casos, la sección transversal del talón es circular. Sin embargo, el procedimiento y la herramienta de perforación aplicables a la realización de las secciones de los orificios no circulares, por ejemplo, los orificios de forma alargada, para responder por ejemplo a las necesidades de ajuste o de tolerancia de ensamble, o de orificios de secciones poligonales. Para orificios de sección no circular, la sección 312 del talón se implementa con la forma adecuada es decir, con una sección correspondiente a la sección del orificio que se va a realizar.

El extremo cónico 311 de preferencia tiene una sección transversal sustancialmente constante, además el extremo libre 315 en una longitud Le sustancialmente igual al espesor de la pieza 1 en el orificio con el fin de realizar un orificio preliminar antes de ampliar ese orificio preliminar hasta obtener la sección deseada del orificio. Aun cuando la sección del orificio y, por lo tanto la sección del talón 312 no es circular, puede ser preferible realizar un orificio circular preliminar a fin de controlar mejor la eliminación del material de la matriz 11 y la expulsión de las fibras 10 durante el proceso de ampliación del orificio de prueba y en este caso la sección del extremo cónico 311 es a priori, circular. Las leyes de la variación de las secciones de la aguja 31 en la zona de evolución 313 entre la sección 313 del extremo estrecho 311 y la del talón 312 en la práctica determina cómo el material de la matriz 11 es expulsado cuando se inserta la aguja y por lo tanto permiten un cierto grado de control del volumen de material expulsado en direcciones diferentes alrededor de un eje del orificio. La herramienta de perforación 3 también incluye un cuerpo 32, cuya forma no es impuesta por el proceso, salvo en una conexión con la aguja 31. El cuerpo 32 es fijado a la aguja 31 al nivel del talón 312 de la aguja y el lado opuesto de la aguja en el extremo cónico 311. El cuerpo 32 permite retener la aguja 31 durante las operaciones de perforación de una pieza 1 lo que significa que puede formar, orientar y aplicar los esfuerzos necesarios para que el agua realice el orificio por la introducción de la aguja con una herramienta de soporte manual o por una máquina automatizada como un robot que porte una herramienta o una máquina de múltiples ejes con control numérico . Cuando la aguja 31, para los efectos de la aplicación del proceso, se utiliza para suministrar energía a la pieza 1 a un calentamiento local del material de la matriz 11, el cuerpo 32 incluye ventajosamente medios proporcionar cantidades de calor necesarias a la aguja. El cuerpo de preferencia 32 tiene una porción sustancialmente cilindrica 321 en relación con el talón 312 de la aguja 31. Preferiblemente, el cuerpo correspondientemente al talón 312 presenta un hombro 322. El hombro 322 se apoya en la pieza 1, cuando la aguja 31 está totalmente insertada en la pieza 1, es decir, cuando el orificio en esa pieza tiene la sección deseada, y el ancho de los hombros se selecciona para cubrir la zona periférica 14 en la que el material de la pieza expulsado durante la formación del orificio de la aguja 31 se distribuya después de la calibración del espesor de una pieza en esa región periférica. En una modalidad preferida, la herramienta de perforación también incluye una placa de contrapresión 6 de reposo en la superficie inferior 13 de la pieza 1. La placa de contrapresión puede tomar muchas formas, en particular debido a la forma de la pieza en una zona en la que se realiza la operación de perforación, pero si tiene un orificio 61 cuya sección corresponde sustancialmente a la sección del orificio que se va a realizar, por lo que la aguja 31 en el zona del talón 312 a fin de dejar pasar la aguja 31 durante las operaciones de perforación . La placa de contrapresión 6 y la aguja 31, están dispuestas de forma que el eje 314 de la aguja y un eje 62 del orificio 61 de la placa de contrapresión están cerca o esencialmente se confunden y la aguja 31 se desplaza a lo largo del eje 314, 62 en relación a la placa de contrapresión . En una forma de realización particular, el cuerpo o la placa de contrapresión presentan formas 323, 63 representativas de las marcas, por ejemplo de las formas de conos truncados del avellanado, que se realizarán en el o los bordes del orificio que se van a realizar. En una realización preferida de la herramienta perforadora 3, la aguja 31 es separable del cuerpo 32 para ser fácilmente sustituida, ya sea debido al desgaste de la aguja o para utilizar una aguja con diferentes características, tales como un diámetro del talón 312. En una forma de realización particular de la herramienta perforadora 3, la herramienta cuenta con medios de vibración para permitir la vibración por lo menos de la aguja 31 con un baja amplitud que tiene el efecto de facilitar el avance de la aguja durante la realización de la perforación al tiempo que facilita el re-arreglo de las fibras 10, en particular en el caso de las fibras largas alrededor del orificio dentro de la matriz 11. En una modalidad adecuada para realizar un orificio con la formación de un inserto 2 en el orificio realizado, la aguja 31 y el cuerpo 32 están ensamblados como se muestra en las figuras 2, 3a y 3b, de manera que una zona intermedia 331 entre el talón 312 y el hombro 322 tiene una sección reducida en relación a la sección del talón sobre una longitud por lo menos igual al espesor de la pieza 1 en el orificio que se va a realizar. La sección de la zona intermedia 331 se determina por una sección deseada del orificio interior de la pieza 2 y en este caso la sección del talón 312 corresponde aproximadamente a la sección exterior del inserto para su formación en el orificio de la pieza como se ilustra en las figuras 3. Un inserto se puede producir con diferentes tecnologías, en particular en función del tipo de piezas en las cuales se incorpora y del tipo de uso de la pieza. El inserto, por ejemplo, de manera conocida es un inserto rígido hecho de un material metálico o de otro material con una forma y dimensiones establecidas que no cambian cuando la pieza se coloca a través de la herramienta de perforación. En otra forma de ejecución, el inserto está hecho de un material que comprende un termoplástico o termoestable, por ejemplo en forma de tejido, preferentemente siguiendo tres direcciones, en la forma de un toro, como se ilustra en la Figura 2 e impregnada con una resina termoplástica o termoestable . En este caso las características de la matriz termoplástica del inserto con respecto a la temperatura para la formación de la pieza se seleccionarán de forma que el inserto se pueda formar a temperaturas efectivamente utilizadas durante la operación de perforación. Igualmente las características de la matriz termoestable del inserto, en caso dado, se eligen de manera gue el material de la matriz es compatible con la formación a temperaturas efectivamente utilizadas durante la operación de perforación y la operación de calentamiento simultáneo o posterior para deshacerse definitivamente del inserto. En esa forma de realización para la formación de un relleno termoplástico o termoestable 2, preferiblemente la aguja 31 y el talón 32 debe presentar al menos dos posiciones ensambladas, una primera posición llamada posición separada en la gue un inserto 2 está colocada en la zona intermedia 331 se ha mantenido sin deformarse, y una segunda posición, llamada posición cerrada en la gue el inserto colocado en la zona intermedia 331 es sometido a la presión entre el hombro 322 y el talón 312, que tiene el efecto de obtener un espesor calibrado, correspondiente a una longitud del orificio, del inserto y en caso dado de para formar el inserto por ejemplo, para la reproducción en un hueco de una forma 323 del cuerpo o de la aguja, por ejemplo para formar un bisel en el borde de orificio. La presión ejercida sobre la pieza 1 en la zona periférica 14 y sobre el injerto 2 cuando el talón y la aguja se han acercado, no sólo para calibrar el espesor de la pieza y el inserto en el zona del orificio sino igualmente para solidificar los materiales de la pieza y del inserto debido a la presión local generada en la interfaz entre la pieza e introducir durante la operación de calibración. Preferiblemente una extensión cilindrica 33 del cuerpo 32 coopera con un orificio 34 con sección equivalente a la de la aguja 31, o inversamente una extensión cilindrica de la aguja coopera con un orificio con sección equivalente del cuerpo (solución no representada) para permitir la separación del cuerpo de la aguja para colocar inicialmente un inserto 2 en la zona intermedia 331, como se ilustra en las figuras 3a y 3b, y una 'segunda vez después de la operación de perforación para extraer la herramienta 3, que como se muestra en la figura 3f, rodea el inserto 2 después de colocar el inserto. La extensión cilindrica 33 permite igualmente que siempre que sea necesario el movimiento relativo del cuerpo y la aguja entre las posiciones abiertas y cerradas durante una secuencia de perforación con la formación de un inserto termoplástico o termoestable. El movimiento controlado de la aguja 31 en relación con el cuerpo 32 se consigue por cualquier medio mecánico o de otro tipo que permita controlar este movimiento. Preferiblemente la aguja 31 se une a un eje que penetra en el cuerpo 32 y unos medios de accionamiento, no representados, que actúa sobre la barra para cambiar la posición relativa de la aguja y el cuerpo. En otra realización, la extensión cilindrica 33 forma un pistón de un cilindro que incluye una cámara formada por la extensión y la aguja 31 o el cuerpo 32, se utiliza para controlar la posición relativa del cuerpo y la aguja. En otra realización, la extensión cilindrica 33 es circular y tiene un filo, solución no representada, en una parte de su longitud, controla la posición relativa del cuerpo 32 y de la aguja 31 por una rotación entre estos dos elementos . En otra realización se utilizan medios externos a la aguja y el cuerpo. Por ejemplo, como se ilustra en las figuras 3c y 3d un respaldos 5 limita el avance de la aguja 31 al final de la operación de perforación con el fin de que una fuerza ejercida sobre el cuerpo 32 provoque el movimiento relativo entre el cuerpo y la aguja. En una realización particular de una herramienta de perforación con la formación de un inserto formado durante la operación de perforación, la extensión cilindrica 331 tiene un filo, solución no representada en la zona de inserción 2 de manera que dicho filo se marca en el inserto 2 de un material termoplástico o termoestable durante la formación de tal inserto para formar un orificio roscado.

En este caso, la pieza de la herramienta 3 con la extensión 331 se retira después de la operación de perforación, desatornillando. Este ejemplo muestra que, con o sin insertos, los orificios de diferentes formas, diferentes a las secciones circulares y cilindricas que son posibles a través del proceso de aplicación mediante el uso de una herramienta adecuada, con la única reserva de que la forma del orificio permite retirar la herramienta en una parte o dos o más partes . Las figuras 3a a 3f ilustran una secuencia para producir un orificio en una pieza con la formación de un inserto 2. Inicialmente el cuerpo 32 y la aguja 31 se separan y el inserto 2 se coloca en la zona intermedia 331 de la extensión 33 (figura 3a) . El cuerpo 32 y el agua 31 son ensamblados para formar el soporte de la herramienta de perforación 3 portador del inserto 2 (figura 3b) . La herramienta se implementa según el procedimiento para producir un orificio en la pieza 1, sostenido por ejemplo por una placa de contrapresión 6, correspondiente a la sección del talón 312 de la aguja conduciendo la aguja 31 en la pieza 1, localmente a la temperatura de formación Tf (figuras 3c, 3d y 3e) . La sección del talón 312 también en gran medida corresponde a la sección 2 del inserto de modo que cuando el talón de la aguja atraviesa la pieza 1, el inserto ocupa el orificio hecho por la aguja (figura 3e) . El cuerpo 32 entonces se acerca a la aguja 31, por ejemplo, para detener el avance de la aguja a través de un tapón 5 para calibrar el espesor de la zona periférica del orificio entre el hombro 322 del cuerpo y placa de contrapresión 6 y para conformar el orificio en el inserto a la forma 323 del hombro 322 (figura 3f) . En una última etapa, no muestra cuando la temperatura cayó por debajo de un valor por encima del cual la estabilidad dimensional del material de la matriz de la pieza y del inserto no estaría garantizada, la aguja 31 y el cuerpo 32 se separan para liberar la pieza 1 que tiene un orificio con un inserto como se muestra en corte en la figura 4. El procedimiento también es aplicable en el caso de piezas 1 que conforman el llamado sándwich, como se muestra en la figura 5, un núcleo 110 consta de un material de baja densidad, como una espuma o material celular como un material entre dos paneles 111, 112 de material compuesto de fibras en una resina termoplástica . En este caso la instalación de un inserto 2 es particularmente útil para incrementar la resistencia a la compresión en la zona del orificio y el orificio ventajosamente es realizando el proceso y con una herramienta de perforación como los que se describen. En el caso de un proceso de perforación de un material insertado, el procedimiento como se muestra en la sección media izquierda de la figura 5, se aplica para completar la perforación . de dos paneles de 111, 112, sucesivamente, a lo largo de un eje común 113 con una herramienta 3 de la longitud de la zona intermedia 311 se adapta para colocar un inserto 2, que corresponde a la longitud del espesor del panel insertado. En este caso particular, es ventajoso que el exceso de material 121, 122 desplazado hacia los bordes del orificio en cada panel 111, 112, o hacia la zona periférica 14 de cada panel, sea expulsado en la etapa de calibración entre el hombro 322 del cuerpo 32 y la placa de contrapresión 6 en el lado de un panel frontal en el lado de la red 110 o por deformación de la espuma o por deslizamiento en las células, por lo que la pieza no presenta deformación en sus superficies exteriores en la zona del orificio como se muestra en corte en la figura 5, en particular la sección media derecha de la figura que presenta la pieza cuando la herramienta de perforación ha sido retirada. Para elevar la temperatura de la matriz a la temperatura de termoformado Tf, diferentes procedimientos son implementados utilizando ventajosamente el proceso de fabricación de una pieza y el momento en el cual se realizan los orificios. Un método consiste en hacer el orificio utilizando el procedimiento descrito cuando una pieza 1 se encuentra todavía a una temperatura suficiente mayor o igual a la temperatura Tf, al final de un proceso de formación de un molde en el que se incrementó la temperatura. En este caso ventajosamente el molde, o una de sus partes, se utiliza como placa de contrapresión 33 y presenta orificios 331 que pueden ser retirados para el paso de la aguja 31 en los sitios necesarios. Otro método consiste en calentar localmente el material por medios externos de formación en un orificio que se va a realizar, por ejemplo a través de un horno de calor radiante local, antes de realizar la perforación continúa para calentar el ambiente localmente 1 si es necesario. Otra opción es tomar el calor para elevar la temperatura de la pieza 1 de la matriz por medio de una aguja caliente 31. En este caso, la aguja 31 es realizada de un material buen conductor del calor. Preferiblemente la aguja 31 se calienta por conducción desde el cuerpo 32 que se encuentra por si mismo a una temperatura adecuada para mantener el material de la matriz a una temperatura por lo menos igual a la temperatura Tf. Otro método consiste en aportar la energía a una pieza 1 mediante ultrasonido a través de la aguja 31 cuando el material compuesto de la pieza se presta a tal modo de calentamiento . Cuando la energía para calentar la matriz es aportada por la aguja, de preferencia el extremo libre 315 de la aguja está diseñado para responder mejor a esta necesidad y tiene por lo tanto una forma esférica o redondeada con el fin de mejorar la superficie de contacto, en particular al inicio del proceso de perforación. La invención por lo tanto permite producir orificios en las piezas de material compuesto cuya matriz tiene características termoformables sin herramientas de corte y sin corte de las fibras del material. La invención también permite igualmente colocar un inserto durante las propias operaciones de perforación.

Claims (17)

1. NOVEDAD DE LA INVENCIÓN Habiéndose descrito la invención como antecede, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes: REIVINDICACIONES 1. Un proceso para realizar un orificio en una pieza formada principalmente de fibras, retenidas en una matriz entre una primera superficie, la superficie superior, donde se hace el orificio y una segunda superficie, la superficie inferior, por la que el orificio se abre cuando la matriz está compuesta esencialmente de un material termoplástico, que presenta un estado plástico cuando se calienta a una temperatura Tf, la temperatura de formación y en un estado no-plástico cuando está a una temperatura Tu, la temperatura de uso, inferior a Tf, caracterizado porque presenta las etapas de: - a) calentar localmente la zona del orificio que se va a realizar, la matriz de la pieza a la temperatura Tf ; - b) eliminar las fibras de la matriz retenidas en la ubicación deseada para el orificio, empujando radialmente en relación a un eje longitudinal del orificio en el estado plástico de la matriz para formar un orificio preliminar de una sección inferior a una sección deseada del orificio - c) calentar si es necesario, el material de la matriz alrededor del orificio preliminar a la temperatura Tf y progresivamente descartar las fibras y eliminar la sustancia en una matriz de plástico para alcanzar la sección deseada del orificio entre la cara superior y la cara inferior ; d) enfriar el material de la matriz a una temperatura Tu, o al menos a una temperatura inferior a Tf a la cual la matriz ya no tiene propiedades termoplásticas , eliminado el material de la matriz y las fibras alrededor del orificio realizados durante los pasos anteriores.
2. 2. Procedimiento de conformidad con la reivindicación 1 caracterizado porque la pieza se mantiene en la zona del orificio que se va a realizar con una placa de contrapresión durante la realización del orificio.
3. 3. Procedimiento de conformidad con la reivindicación 1 o la reivindicación 2 caracterizado porque después de la formación del orificio en la etapa c) y antes del enfriamiento de la pieza en la etapa d) , se realiza una etapa de calibración del espesor de la pieza en una zona periférica al orificio en la que se aplica una presión entre la superficie superior y la superficie inferior para distribuir la material de la pieza expulsada en la ubicación del orificio hacia la zona periférica.
4. 4. Procedimiento de conformidad con la reivindicación 3, caracterizado porque el orificio se forma por una huella de una forma utilizada durante la etapa de calibración.
5. 5. Procedimiento de conformidad con las reivindicaciones precedentes caracterizado porque después de la formación de orificios en la etapa c) y antes de que la pieza se enfríe en la etapa d) , y si es necesario antes de la etapa de calibración de la pieza se realiza una etapa de inserción en el orificio hecho con un inserto que presenta un orificio.
6. 6. Procedimiento de conformidad con la reivindicación 5, caracterizado porque el orificio de la pieza móvil está formado por una huella de una forma utilizada durante la etapa de calibración.
7. 7. Procedimiento de conformidad con una de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque el calentamiento de la pieza de formación del orificio que se va a realizar se realiza en una etapa de formación de la pieza independiente de la operación de perforación.
8. 8. Procedimiento de conformidad con las reivindicaciones 1-6 caracterizado porque el calentamiento el calentamiento de la pieza en el sitio del orificio que se va a realizar se hace localmente durante la operación de perforación por medio del calentamiento por radiación, o por conducción de contacto o por ultrasonido.
9. 9. Dispositivo de perforación para realizar un orificio en una pieza se compone principalmente de fibras retenidas en una matriz entre una primera superficie, la superficie superior, donde se hace el orificio y una segunda superficie, la superficie inferior, por la que el orificio se abre cuando la matriz está compuesta esencialmente de un material termoplástico , que presenta un estado plástico cuando se calienta a una temperatura Tf, la temperatura de formación y en un estado no-plástico cuando está a una temperatura Tu, la temperatura de uso, inferior a Tf, caracterizado porque presenta una aguja que presenta: - i) lateralmente un extremo libre de la aguja, un extremidad cónica de una sección sustancialmente constante inferior a la sección del orificio que se va a realizar dentro la pieza y la longitud de la extremidad Le,- - ii) en el lado de la otra extremidad, un talón de una sección sustancialmente constante e igual al tamaño del orificio que se va a realizar y con una longitud de talón Lt ; - iii) entre el extremo cónico y el talón, una zona de la sección evolutiva en la que la sección de la aguja avanza progresivamente desde la sección del extremo estrecho hacia la sección del talón.
10. 10. Dispositivo de perforación de conformidad con la reivindicación 9 caracterizado porque la longitud del talón Lt es igual o mayor que el espesor de la pieza en la ubicación del orificio que se va a realizar.
11. 11. Dispositivo de perforación de conformidad con la reivindicación 9 ó 10 la reivindicación caracterizado porque la aguja se fija en el talón del cuerpo, tal cuerpo forma un hombro en relación con el talón, tal hombro forma una superficie de apoyo en una zona periférica del orificio cuando la aguja se inserta en la pieza para formar el orificio.
12. 12. Dispositivo de perforación de conformidad con la reivindicación 11 caracterizado porque el cuerpo tiene una forma para dejar una marca correspondiente a la geometría de la forma en la pieza sobre el o los bordes del orificio o el orificio hecho con ese dispositivo.
13. 13. Dispositivo de perforación de conformidad con la reivindicación 11 ó 12 la reivindicación caracterizado porque el cuerpo y la aguja son separables y están ensamblados a través de una extensión cilindrica del cuerpo o la aguja.
14. 14. Dispositivo de perforación de conformidad con la reivindicación 13 caracterizado porque la extensión cilindrica tiene una zona intermedia en una sección inferior de la sección de talón, la zona intermedia está adaptada para recibir un inserto que se fijará en el orificio hecho en la pieza mediante el dispositivo de perforación, la sección de la zona intermedia corresponde a las formas y dimensiones de un orificio en el inserto, la forma y dimensiones de la sección del talón corresponde a la forma y las dimensiones de una sección exterior del inserto antes de colocar el inserto.
15. 15. Dispositivo de perforación de conformidad con la reivindicación 13 o 14 caracterizado porque el cuerpo y la aguja en la posición ensamblada presentan al menos una posición separada en la cual inserto no será deformada y una segunda posición cerrada en la que el inserto se deforma cuando el inserto puede ser formado plásticamente a la temperatura Tf .
16. 16. Dispositivo de conformidad con una de las reivindicaciones 9-15 caracterizado porque la aguja se conecta a medios de calentamiento por conducción o radiación o ultrasonido para calentar una zona de temperatura de la pieza en lá cual el dispositivo debe hacer un orificio.
17. 17. Dispositivo de perforación, de conformidad con una de las reivindicaciones 9-16 caracterizado porque presenta una placa de contrapresión destinada a ser colocada en la superficie inferior de la pieza en el zona del orificio que se va a realizar, la placa de contrapresión presenta un orificio con una sección por lo menos igual a la sección del talón y que presenta un eje del orificio cuando menos igual a la sección del y que presenta un eje del orificio casi igual al eje de la aguja.