MX2012000072A - Procedimiento para la fabricacion de bielas compuestas y bielas obtenidas segun el procedimiento. - Google Patents

Procedimiento para la fabricacion de bielas compuestas y bielas obtenidas segun el procedimiento.

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MX2012000072A
MX2012000072A MX2012000072A MX2012000072A MX2012000072A MX 2012000072 A MX2012000072 A MX 2012000072A MX 2012000072 A MX2012000072 A MX 2012000072A MX 2012000072 A MX2012000072 A MX 2012000072A MX 2012000072 A MX2012000072 A MX 2012000072A
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MX
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ferrule
mandrel
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hollow cylindrical
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MX2012000072A
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Benoit Boveroux
Daniel Dardenne
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Bd Invent
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Publication date
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Abstract

La presente invención se refiere a un procedimiento para la fabricación de una biela que comprende sucesivamente al menos las siguientes etapas: a) se construye un cuerpo interior (18); b) se fija una extremidad del cuerpo interior (18) a la extremidad de diámetro exterior reducido de cada contera (5), la cual extremidad del cuerpo interior (18) se apoya sobre el codo (6) de la contera; c) se inserta una primera parte (19a)de un segundo mandril (19) en la parte cilíndrica hueca (1) de cada contera y se coloca una mordaza impulsora (20) en la extremidad libre de una segunda parte (19b) del segundo mandril (19); d) se arrollan las referidas fibras preimpregnadas (16) sobre la superficie externa de un ensamblaje formado por el cuerpo interior (18), la(s) contera(s) (1,3,4) y la(s) segunda(s) parte(s) (19b) del(de los) segundo(s) mandril(es) (19) desprovisto(s) de mordazas (20), las cuales fibras (16) forman así un cuerpo exterior (21); e) después de que se retira(n) la(s) mordaza(s) (20), el cuerpo interior (18) y el cuerpo exterior (21) se polimerizan para formar un cuerpo monobloque polimerizado (22); f) se retira(n) el(los) segundo(s) mandril(es) (19) y se corta a medida el cuerpo monobloque polimerizado (22).

Description

PROCEDIMIENTO PARA LA FABRICACIÓN DE BIELAS COMPUESTAS Y BIELAS OBTENIDAS SEGÚN EL PROCEDIMIENTO CAMPO DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere a un procedimiento para la fabricación de bielas compuestas. Se refiere más particularmente, pero no exclusivamente, a un procedimiento para la fabricación de bielas utilizables en el dominio aeronáutico y aeroespacial.
La invención también se refiere a las bielas obtenidas según el procedimiento y a las conteras utilizadas para la fabricación de la biela.
ANTECEDENTES DE LA TÉCNICA Se sabe que una biela es un componente para rigidizar o para transmitir movimiento. Las fuerzas transmitidas por la biela principalmente son fuerzas de tracción, de compresión y de flexión basadas en el par de resistencia en el extremo de la biela.
En el área de la aeronáutica, se utiliza una cantidad elevada de bielas. Se puede citar la utilización de bielas en los instrumentos para el control de vuelo, el tren de aterrizaje, la apertura de puertas, etc. A título ilustrativo, la figura 1 representa un esquema general de la biela con varios medios no exhaustivos de fijación a las extremidades; estos medios aseguran la fijación de la biela a los miembros a los cuales esta debe transmitir un movimiento o de los cuales debe recibir un movimiento o asegurar su fijación.
La biela es un componente que debe cumplir con varios criterios. Debe poder resistir variaciones térmicas importantes, pudiendo someterse la biela a temperaturas que oscilan entre -55 y 120°C. También debe guardar una relación de tensión mecánica/peso lo más elevada posible. A tales efectos, la biela tiene un diseño hueco y el espesor de las paredes de la parte central del cuerpo de la biela es más fino que las partes situadas en las extremidades donde se fijan las conteras, como se describirá más adelante (véase la fig.2).
En su diseño más común, las bielas se fabrican en aluminio o en acero inoxidable según su aplicación.
También existen en el mercado bielas en material compuesto.
Estas pueden ser de tipo monobloque según se muestra en la figura 3. El procedimiento de fabricación de una biela con estas características se describe en el documento FR 2 705 610 A1. El procedimiento consiste en depositar fibras preimpregnadas sobre un mandril extraíble con una forma que se complementa con la de la biela. El conjunto obtenido entonces se polimeriza con la aplicación de una presión homogénea en toda la superficie externa del conjunto y, finalmente, después de la extracción del mandril, la biela se fabrica en las dimensiones requeridas. Este procedimiento es relativamente oneroso y exige la presencia de un mandril de forma compleja y su retiro.
Asimismo, se conoce un procedimiento para la fabricación de bielas a partir del documento GB 2 008 484 A, en el cual una materia plástica reforzada de fibras engloba un mandril perdido y la parte de anclaje de cada accesorio terminal (medio de fijación) de forma tal que cuando la materia plástica está polimerizada, la biela se presenta en una sola pieza. El mandril perdido es un tubo metálico de pared fina, un tubo de materia expandida o un tubo de materia plástica reforzada de fibras y de pared delgada. En esta forma de ejecución, la utilización de materiales diferentes para el mandril y la capa polimerizada origina la aparición de diferencias de dilatación térmica con el uso. Estas se reflejarán en la aparición de fisuras y desprendimientos en la interfaz. Cuando el tubo también se fabrica en un material compuesto de matriz orgánica, la utilización de resinas diferentes para el mandril y la capa polimerizada provoca problemas de contaminación y envejecimiento. En general, se observan discontinuidades y porosidades a través de la sección del cuerpo de la biela cuando se utilizan materiales diferentes para su fabricación.
También existen bielas con una contera metálica unida y pegada al cuerpo de la biela compuesta (véase la fig. 4: el cuerpo de biela y la contera están respectivamente representados con sombreado y sin este). Un ensamblaje de este tipo tiene la desventaja de fragilizar el cuerpo de la biela. Cuando se ejerce tracción sobre la contera metálica de la biela, el pegamento actúa de manera elástica y crea una separación entre la contera metálica y la parte compuesta (véase la fig. 5A). Cuando se comprime la contera sobre la biela, el pegamento siempre actúa de manera elástica y crea un apoyo entre la contera metálica y la parte compuesta (véase la fig.5B). Con los ciclos de fatiga, este fenómeno generará fisuras en el cuerpo de la biela compuesta y reducirá de manera importante la vida útil de la biela (véase la fig. 5C).
Objetivos de la invención La presente invención pretende proporcionar una solución que permita superar los inconvenientes del estado de la técnica.
La presente invención pretende, más en particular, fabricar bielas que presenten una estructura perfectamente homogénea, desprovista de toda porosidad y que responda a los criterios de tensión mecánica y térmica.
La presente invención también tiene como objetivo la fabricación de bielas a partir de un procedimiento cercano a los procedimientos tradicionales, pero que genere costos de fabricación bajos evitando los inconvenientes de un ensamblaje adherido.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere a un procedimiento de fabricación de una biela compuesta por un cuerpo de biela en material compuesto y al menos una contera, la cual contera comprende sucesivamente una primera parte cilindrica hueca, une parte cónica hueca y una segunda parte cilindrica hueca, la cual segunda parte cilindrica hueca termina en una extremidad de diámetro exterior reducido delimitada por un codo, el cual procedimiento sucesivamente comprende al menos las siguientes etapas: a) se construye un cuerpo interior a través de las siguientes subetapas: se construye un tubo por arrollamiento de fibras preimpregnadas sobre un primer mandril en rotación, el cual tubo tiene una pared con un espesor equivalente a la altura del codo y un diámetro exterior equivalente al diámetro exterior máximo de la segunda parte cilindrica hueca, se polimeriza el tubo, se retira el primer mandril del tubo, se corta a medida y se desbasta la cara exterior del tubo que forma así el cuerpo interior; b) se fija una extremidad del cuerpo interior a la extremidad del diámetro exterior reducido de cada contera, la cual extremidad del cuerpo interior se apoya sobre el codo de la contera; c) se inserta una primera parte de un segundo mandril en la primera parte cilindrica hueca de cada contera y se coloca una mordaza impulsora a la extremidad libre de una segunda parte del segundo mandril; d) se arrollan las referidas fibras preimpregnadas en la superficie externa de un ensamblaje formado por el cuerpo interior, la(s) contera(s) y la(s) segunda(s) parte(s) del(de los) segundo(s) mandril(es) desprovisto(s) de mordaza, las cuales fibras forman así un cuerpo exterior; e) después de que se retira(n) la(s) mordaza(s), el cuerpo interior y el cuerpo exterior se polimerizan para formar un cuerpo monobloque polimerizado; f) se retira(n) el(los) segundo(s) mandril(es) y el cuerpo monobloque polimerizado se corta a medida.
De acuerdo con realizaciones particulares de la invención, el método comprende al menos una de las siguientes características o una combinación adecuada de estas: las fibras preimpregnadas arrolladas en las etapas a) y d) son idénticas, es decir, comprenden la misma resina y la misma fibra, y son continuas; el diámetro interior de la primera parte cilindrica hueca es sustancialmente constante; el diámetro exterior de la primera parte cilindrica hueca es sustancialmente constante y la parte cónica hueca tiene un espesor de pared que se afina hacia la segunda parte cilindrica hueca; el diámetro exterior de la primera parte cilindrica hueca, que parte de su extremidad libre, es primero constante, después disminuye gradualmente y finalmente se ensancha nuevamente de modo de insertarse en la continuidad de la cara exterior de la parte cónica hueca, la cual parte cónica hueca tiene un espesor de pared que se afina hacia la segunda parte cilindrica hueca; el diámetro exterior de la primera parte cilindrica hueca, que parte de su extremidad libre, es primero constante, después disminuye gradualmente y finalmente se ensancha nuevamente de modo de insertarse en la continuidad de la cara exterior de la parte cónica hueca, la cual parte cónica hueca se ensancha hacia la segunda parte cilindrica hueca y tiene una discontinuidad en la cual el diámetro interior de la parte cónica hueca aumenta súbitamente; la contera comprende un inserto que integra la primera parte cilindrica hueca y parcialmente la parte cónica hueca hasta la discontinuidad, y comprende una parte complementaria, también llamada capa, que integra el resto de la parte cónica hueca y la segunda parte cilindrica hueca; el procedimiento comprende al menos cuatro etapas adicionales para fabricar dicha contera, las cuales etapas se implementan antes de la realización de la etapa b) del procedimiento para fabricar una biela y son como se describe a continuación: 1 ) se realiza el inserto; 2) se monta el inserto en un tercer mandril que comprende sucesivamente una primera parte cilindrica cuya forma se complementa con la primera parte cilindrica hueca de la contera, una primera parte cónica cuya forma se complementa con la parte cónica hueca de dicho inserto, un tope cuya altura es sustancialmente igual al espesor de la pared del inserto en la extremidad libre de su parte cónica hueca, y una segunda parte cónica que se ensancha hacia una segunda parte cilindrica, insertándose dicha primera parte cilindrica del tercer mandril en la primera parte cilindrica hueca de la contera y recostándose dicha extremidad del inserto contra el tope; 3) se arrollan una o más capas de dichas fibras preimpregnadas alrededor de la segunda parte cilindrica y la segunda parte cónica del tercer mandril y parcialmente alrededor del inserto hasta la discontinuidad; 4) la o las capas de fibras preimpregnadas se polimerizan en un horno para formar la capa y se retira entonces el tercer mandril; el codo se forma colocando un casquillo entre la etapa 3) y la etapa 4) o, preferentemente, por mecanización después de la polimerización de la etapa 4); el inserto es metálico; las fibras preimpregnadas son idénticas a las que se utilizan para llevar a cabo la etapas a) y d) y la capa se polimeriza con el cuerpo interior y el cuerpo exterior en la etapa e) para formar un cuerpo monobloque polimerizado; la contera es metálica, hecha de material plástico de alta resistencia o de carbono; las fibras son fibras de carbono; - la cara interior de la parte cilindrica hueca de la contera se proporciona con medios sujetadores para la biela; los medios sujetadores comprenden aterrajado; la extremidad libre de la parte cónica hueca del inserto tiene un diámetro exterior que es menor que el diámetro interior del cuerpo de la biela; la primera parte del segundo mandril es cilindrica y tiene un diámetro sustancialmente igual que el diámetro interior de la primera parte cilindrica hueca de la contera, y la segunda parte del segundo mandril es cilindrica y tiene un diámetro sustancialmente igual que el diámetro exterior de la primera parte cilindrica hueca de la contera; el cuerpo monobloque polimerizado se corta a medida en la etapa f) cortando a nivel de la extremidad libre de cada contera; - la contera comprende surcos de torneado en su cara exterior.
La presente invención también se refiere a una biela que comprende un cuerpo de biela en material compuesto y al menos una contera, la cual contera comprende sucesivamente una primera parte cilindrica hueca, una parte cónica hueca y una segunda parte cilindrica hueca, la cual segunda parte cilindrica hueca termina en una extremidad que tiene un diámetro exterior reducido delimitado por un hombro, y el cual cuerpo de biela comprende un cuerpo monobloque polimerizado que ciñe la contera o un inserto de la contera a toda su cara exterior.
La presente invención también se refiere a una contera que comprende sucesivamente una primera parte cilindrica hueca, una parte cónica hueca y una segunda parte cilindrica hueca, siendo el diámetro interior de dicha primera parte cilindrica hueca sustancialmente constante y terminando dicha segunda parte cilindrica hueca en una extremidad que tiene un diámetro exterior reducido delimitado por un hombro.
De acuerdo con realizaciones particulares de la invención, la contera comprende al menos una de las siguientes características o una combinación adecuada de estas: el diámetro exterior de la primera parte cilindrica hueca es sustancialmente constante y la parte cónica hueca tiene un espesor de pared que se afina hacia la segunda parte cilindrica hueca; el diámetro exterior de la primera parte cilindrica hueca, que parte de su extremidad libre, es primero constante, después disminuye gradualmente y finalmente se ensancha nuevamente de modo de insertarse en la continuidad de la cara exterior de la parte cónica hueca, la cual parte cónica hueca tiene un espesor de pared que se afina hacia la segunda parte cilindrica hueca; - el diámetro exterior de la primera parte cilindrica hueca, que parte de su extremidad libre, es primero constante, después disminuye gradualmente y finalmente se ensancha nuevamente de modo de inscribirse en la continuidad de la cara exterior de la parte cónica hueca, la cual parte cónica hueca se ensancha hacia la segunda parte cilindrica hueca y tiene una discontinuidad en la cual el diámetro interior de la parte cónica hueca aumenta súbitamente; comprende un inserto y una parte complementaria, también llamada capa, el cual inserto integra la primera parte cilindrica hueca y parcialmente la parte cónica hueca hasta la discontinuidad, y la cual parte complementaria integra el resto de la parte cónica hueca y la segunda parte cilindrica hueca.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS La figura 1 , ya mencionada, muestra el diagrama general de las bielas metálicas según el estado de la técnica, con diferentes medios sujetadores para la biela.
La figura 2, ya mencionada, es una vista en corte longitudinal de una biela según el estado de la técnica, que muestra la variación en el espesor de las paredes.
La figura 3, ya mencionada, es una vista en corte longitudinal de una biela de tipo monobloque según el estado de la técnica.
La figura 4, ya mencionada, es una vista parcial, transversal y longitudinal de un cuerpo de biela con conteras añadidas y unidas según el estado de la técnica.
Las figuras 5A-5C, ya mencionadas, muestra esquemáticamente las demandas de tracción (fig.5A) y las demandas de compresión (fig. 5B) ejercidas en un cuerpo de biela con conteras añadidas y unidas, según el estado de la técnica, y el daño resultante (Fig.5C).
La figura 6 es una vista en corte longitudinal de una contera según una primera realización, utilizada cuando se fabrica la biela como en la invención.
La figura 7 es una vista en corte longitudinal de una contera, según una segunda realización, utilizada cuando se fabrica la biela de la invención.
La Figura 8 es una vista en corte longitudinal de una contera, según una tercera realización, utilizada cuando se fabrica la biela de la invención.
La figura 9 es una vista parcial, transversal y longitudinal de una contera, según la invención, que tiene surcos de torneado.
La figura 10 es una vista en corte longitudinal del inserto preparado en la etapa 1 ) cuando se fabrica la contera según la tercera realización.
La figura 1 es una vista en corte longitudinal del montaje del inserto en el mandril en la etapa 2) cuando se fabrica la contera según la tercera realización.
La figura 2 es una vista en corte longitudinal de la etapa 3) para el arrollamiento de filamentos cuando se fabrica la contera según la tercera realización.
La Figura 13 es una vista lateral de la formación del cuerpo interior de la biela mediante arrollamiento de filamentos según la invención (etapa a)).
La figura 14 es una vista en corte longitudinal del cuerpo interior de la biela obtenida en la etapa a).
La figura 15 es una vista en corte longitudinal del ensamblaje de las conteras con el cuerpo interior de la biela (etapa b)).
La figura 16 es una vista en corte longitudinal del montaje de los mandriles en la etapa c) de la fabricación de la biela.
La figura 17 es una vista en corte longitudinal del montaje de las mordazas impulsoras en la etapa c) de la fabricación de la biela.
La figura 18 es una vista en corte longitudinal de la formación del cuerpo exterior mediante el arrollamiento de filamentos en la etapa d) de la fabricación de la biela.
Las figuras 19A-19B muestran vistas en corte longitudinal del ensamblaje antes (figura 19A) y después (figura 19B) de la polimerización en la etapa e) de la fabricación de la biela.
La figura 20 es una vista en corte longitudinal de la parte terminada (biela) después de que se retiran los mandriles y de que se realiza una operación de corte (etapa f)), obteniéndose las conteras según la primera realización.
La figura 21 es una vista en corte longitudinal de la parte terminada (biela) después de que se retiran los mandriles y de que se realiza una operación de corte (etapa f)), obteniéndose las conteras según la tercera realización.
Las figuras 22A-22B muestran esquemáticamente las demandas de compresión (figura 22A) y las demandas de tracción (figura 22B) en la biela obtenida según la invención con conteras según la primera realización.
Las Figuras 23A-23B muestran esquemáticamente las demandas de compresión (figura 23A) y las demandas de tracción (figura 23B) en la biela obtenida según la invención con conteras según la segunda realización.
Leyendas (1 ) Primera parte cilindrica hueca de la contera (2) Aterrajado (3) Parte cónica hueca de la contera (4) Segunda parte cilindrica hueca de la contera (5) Extremidad de la segunda parte cilindrica hueca de la contera con diámetro exterior reducido (6) Codo (7) Discontinuidad en la parte cónica hueca de la contera (8) Inserto de una contera (9) Parte complementaria, también llamada capa, de una contera (10) Tercer mandril utilizado para fabricar una contera (11) Primera parte cilindrica del mandril (12) Primera parte cónica del mandril (13) Tope del mandril (14) Segunda parte cónica del mandril (15) Segunda parte cilindrica del mandril (16) Fibra preimpregnada (17) Primer mandril utilizado para fabricar el cuerpo interior (18) Cuerpo interior (19) Segundo mandril utilizado para fabricar el cuerpo exterior (19a) Primera parte del segundo mandril (19) (19b) Segunda parte del segundo mandril (19) (20) Mordazas impulsoras (21 ) Cuerpo exterior (22) Cuerpo monobloque polimerizado DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN El diseño de la biela como en la invención se sitúa a medio camino entre la biela monobloque y la biela con contera metálica añadida y unida.
En la presente invención, la biela comprende un cuerpo compuesto de biela y al menos una contera. La biela puede comprender una contera en cada extremidad, o puede comprender una contera en una sola extremidad y un rodamiento en la otra extremidad, directamente engastado en la biela. Las figuras abajo proporcionan ilustraciones no limitantes del procedimiento para fabricar la biela en los casos en los cuales ambas extremidades comprenden una contera.
En primer lugar, se describirán las conteras y su procedimiento de fabricación. A continuación, se detallará el procedimiento para fabricar la biela formada por la(s) contera(s) y por el cuerpo de la biela.
Descripción detallada de las conteras y su procedimiento de fabricación La contera, según la invención, preferentemente tiene tres realizaciones distintas. La contera, sin embargo, puede tener cualquier otra forma útil para implementar el procedimiento para la fabricación de una biela, según se describe a continuación.
Las conteras según las tres realizaciones, mostradas en las figuras 6 a 8, respectivamente, tienen la característica común de que están formadas por tres partes principales. Cada contera comprende una primera parte cilindrica hueca 1 seguida de una parte cónica hueca 3 que se ensancha hacia una segunda parte cilindrica hueca 4. Por "parte cilindrica hueca de la contera" se entiende que la contera comprende una abertura de forma cilindrica. El término "interior" se utiliza para designar la cara orientada hacia la abertura cilindrica en contraposición al el término "exterior" que designa la otra cara.
La primera parte cilindrica hueca 1 forma la extremidad libre de la contera después de que se ensambla con el cuerpo de biela, y la segunda parte cilindrica hueca 4 está destinada a ensamblarse con el cuerpo de la biela. La primera parte cilindrica hueca 1 se proporciona en su cara interior con medios sujetadores para la biela. En los ejemplos mostrados en las Figuras 6 a 8, está aterrajada (aterrajado 2) para recibir subsiguientemente un elemento sujetador de la biela. El elemento sujetador también puede ser una parte integral de la contera; la contera puede, por ejemplo, tener forma de horquilla (no se muestra).
De acuerdo con las tres realizaciones de la contera, la segunda parte cilindrica hueca 4 termina en una extremidad de diámetro exterior reducido 5 delimitado por un hombro 6.
La fig. 6 muestra las distintas partes que componen la contera como en una primera realización de la invención. De acuerdo con esta realización, la primera parte cilindrica hueca 1 tiene un espesor de pared que es sustancialmente igual a lo largo del eje longitudinal de la contera, y la parte cónica hueca 3 tiene un espesor de pared que se afina hacia la segunda parte cilindrica hueca 4.
La contera como en una segunda realización de la invención, mostrada en la fig. 7, tiene la característica de que la primera parte cilindrica hueca 1 varia en espesor de pared a lo largo del eje longitudinal de la contera, aunque siempre mantiene una abertura de forma cilindrica con un diámetro sustancialmente constante. Partiendo de la extremidad libre, el diámetro exterior de la primera parte cilindrica hueca 1 es primero constante, antes de reducirse gradualmente y finalmente ensancharse de nuevo de modo de insertarse en la continuidad de la cara exterior de la parte cónica hueca 3.
La contera como en una tercera realización de la invención, mostrada en la fig. 8, comprende una primera parte cilindrica hueca 1 sustancialmente comparable con la de la segunda realización de la contera, y comprende una segunda parte cilindrica hueca 4 sustancialmente comparable con la de la primera y la segunda realizaciones. La contera según la tercera realización tiene la característica de que la pared de la parte cónica hueca 3 tiene una discontinuidad 7. A nivel de la discontinuidad y en la dirección de un corte creciente de la parte cónica, el diámetro interior de la parte cónica aumenta súbitamente. Esta discontinuidad se origina en el procedimiento de fabricación de la contera que se detalla abajo.
De acuerdo con esta tercera realización, la contera comprende un inserto 8 que integra la primera parte cilindrica hueca 1 y parcialmente la parte cónica hueca 3 hasta la discontinuidad 7, y comprende una parte complementaria 9, también llamada capa, que integra el resto de la parte cónica hueca 3 y la segunda parte cilindrica hueca 4. De acuerdo con la invención, el inserto 8 y la capa 9 se unen durante la fabricación de la contera.
De acuerdo con la primera y la segunda realizaciones, las conteras son preferentemente metálicas (p. ej. aluminio, acero inoxidable 17-4 o titanio) y se fabrican de manera convencional; tienen surcos de torneado en su cara exterior producidos durante el torneado de rápido avance (véase la fig. 9). Estos surcos permitirán el enganche entre la contera y la fibra de refuerzo de la biela. Las conteras también pueden fabricarse de un plástico de alta resistencia, de carbono o de cualquier otro material adecuado para la aplicación pretendida.
De acuerdo con la tercera realización de la contera, el inserto 8 es preferentemente metálico y la capa 9 es preferentemente de material compuesto. Esta contera recurre a un procedimiento de fabricación innovador que comprende al menos cuatro etapas.
En una primera etapa 1 ), se prepara el inserto 8 que puede ser metálico, según se menciona anteriormente, o puede fabricarse a partir de cualquier material adaptado para su uso (véase la fig. 10). El diámetro exterior máximo de la parte cónica 3 del inserto es de tamaño reducido en comparación con el diámetro interior del cuerpo de la biela futura.
En una segunda etapa 2), mostrada en la fig. 1 1 , el inserto 8 se monta en un mandril metálico 10. El mandril 10 comprende una primera parte cilindrica 1 1 que se inserta en la primera parte cilindrica hueca 1 del inserto y comprende una primera parte cónica 12 cuya forma se complementa con la parte cónica 3 del inserto, seguida de un tope 13 contra el cual se apoya el inserto 8. La altura del tope 13 es sustancialmente igual al espesor de la pared del inserto 8 en su extremidad. Después del tope 13, el mandril 10 comprende una segunda parte cónica 14 que se ensancha hacia una segunda parte cilindrica 15 cuya forma se complementa con la capa 9 de la contera que se formará.
En una tercera etapa 3), mostrada en la fig. 12, una o varias capas de fibras preimpregnadas 16 se depositan mediante arrollamiento de filamentos alrededor de la segunda parte cilindrica 15 y la segunda parte cónica 14 del mandril, y parcialmente alrededor del inserto 8 hasta la discontinuidad 7. De acuerdo con la presente invención, las fibras preimpregnadas 16 son idénticas a las que se utilizan durante la formación del cuerpo de la biela y son preferentemente de fibra de carbono.
En una cuarta etapa 4), la(s) capa(s) de fibras preimpregnadas 16 se polimerizan en un horno para formar la capa 9; el mandril 10 entonces se retira (no se muestra).
El codo 6, según se muestra en la fig. 8 en la pieza final, se fabrica colocando un casquillo antes de la polimerización (entre la etapa 3) y la 4)), o preferentemente mediante fabricación convencional después de la polimerización de la etapa 4).
El procedimiento, según se describe anteriormente, se aplica indiferentemente a la fabricación de las conteras izquierda y derecha de una biela.
De manera similar a las conteras en la primera y la segunda realizaciones, la contera comprende un surco de torneado en su cara exterior.
Descripción detallada del procedimiento de fabricación de la biela De acuerdo con la presente invención, la biela se fabrica en seis etapas. A modo ilustrativo, el procedimiento para fabricar la biela se ilustra en las figuras 13 a 20 con conteras como en la primera realización. El procedimiento con conteras como en la segunda y la tercera realizaciones es similar.
Una primera etapa a) consiste en formar un cuerpo interior a través de un procedimiento convencional de arrollamiento de filamentos, en el cual se arrolla una fibra preimpregnada 16 en un mandril liso 17 a un ángulo dado, utilizando un movimiento de vaivén según se muestra en la fig. 13. Preferentemente, las fibras arrolladas son fibras de carbono. Sin embargo, cualquier otra fibra de alta resistencia también puede ser adecuada.
Se forma un tubo con un espesor que es igual a la altura del codo 6 antemencionado. El diámetro interior del tubo se determina mediante el diámetro interior del cuerpo de la biela que se formará y sobre la base de los cálculos de dimensionamiento para determinar la carga de compresión máxima que el tubo puede soportar sin deformarse a nivel de la zona de apoyo entre la contera y el tubo, es decir, a nivel del codo.
El ensamblaje del tubo y el mandril entonces se coloca en un horno para polimerizar la resina que preimpregna las fibras y de ese modo rigidiza el tubo. Después de la polimerización, el mandril 17 se retira y el tubo se corta a medida y se desbasta para producir una superficie adherente. El cuerpo interior 18 así obtenido se muestra en la fig. 14.
Una segunda etapa b) consiste en añadir una contera a cada extremidad del cuerpo interior. La contera añadida es una contera como en la primera, la segunda o la tercera realización, como se muestra en las figuras 6 a 8, respectivamente, o cualquier contera de forma adaptada. La extremidad del cuerpo interior 18 se une a la extremidad que tiene un diámetro exterior reducido 5 y se recuesta contra el codo 6. De esta forma, la superficie externa del cuerpo interior 18 prolonga la de la segunda parte cilindrica 4 de las conteras (véase la fig. 15).
En una tercera etapa c), se montan dos mandriles 19 en las extremidades libres respectivas de la conteras (véase la fig. 16). Cada mandril de forma cilindrica comprende dos partes de diferentes diámetros. Una primera parte 19a del mandril comprende un cilindro de un diámetro que es sustancialmente igual que el diámetro interior de la primera parte cilindrica hueca de las conteras 1 , y una segunda parte 19b comprende un cilindro de un diámetro que es sustancialmente igual que el diámetro exterior de la primera parte cilindrica hueca de las conteras 1. Durante el ensamblaje, la primera parte 19a del mandril 19 se inserta en la parte cilindrica hueca 1 de la contera. Una mordaza impulsora 20 entonces se dispone en la extremidad libre de la segunda parte 19b del mandril 19 (véase la fig.17).
La cuarta etapa d) mostrada en la fig. 18 consiste en arrollar las fibras preimpregnadas 16 sobre la superficie externa del ensamblaje formado por el cuerpo interior 18, las conteras y la segunda parte desprovista de mordaza 19b de los mandriles, mediante un procedimiento de arrollamiento de filamentos. Las fibras formarán una capa alrededor de este ensamblaje, el cual se denominará el cuerpo exterior 21 (véase la fig. 19A). Para formar subsiguientemente un cuerpo monobloque, según se describe abajo, las fibras preimpregnadas utilizadas en esta etapa son las mismas (la misma fibra, la misma resina) que las utilizadas en la etapa a). De forma similar, para asegurar la continuidad del arrollamiento de filamentos, la fibra no se interrumpe entre la etapas a) y d).
La quinta etapa e) consiste en polimerizar el ensamblaje después de que se retiran las mordazas impulsoras 20. Las figuras 19A y 19B muestran el ensamblaje antes y después de la polimerización, respectivamente. Después de la polimerización, el cuerpo interior 18 y el cuerpo exterior 21 forman un cuerpo monobloque polimerizado 22 que formará el cuerpo de la biela. En el caso particular de la contera, según la tercera realización, como se muestra en la fig. 8, la capa 9 formada de fibras preimpregnadas 16 idénticas a las que se utilizan para producir el cuerpo de la biela, también es parte del cuerpo monobloque polimerizado 22. Cuando se desmontan las mordazas en esta etapa, la fibra se corta de la bobina y se retira la parte del cuerpo monobloque polimerizado que comprende la fibra cortada cuando la biela se corta a medida en la última etapa f).
En la última etapa f). los mandriles 19 se eliminan y el cuerpo monobloque polimerizado 22 se corta a nivel de la extremidad libre de las conteras (véase la fig. 20). La parte así obtenida forma la biela como en la invención. La fig. 21 muestra la biela formada con las conteras según la tercera realización, en la cual la capa 9 de la contera se integra en el cuerpo monobloque 22.
Ventajas del procedimiento de la invención - De acuerdo con la presente invención, las fibras preimpregnadas utilizadas en las etapas a) y d) son idénticas (misma resina, misma fibra) y hay continuidad entre los arrollamientos de filamentos (mismo filamento) para el cuerpo interior y el cuerpo exterior. La utilización de una misma resina permite la formación de un cuerpo monobloque durante el poscurado en la etapa e), que estará exento de cualquier problema de dilatación térmica diferencial. La continuidad del arrollamiento de filamentos es importante para garantizar el correcto posicionamiento de las fibras y para garantizar un proceso automatizado al 100%. La fabricación de un cuerpo monobloque y la continuidad del arrollamiento de filamentos también permiten producir un producto desprovisto de toda discontinuidad o porosidad.
- La fabricación de bielas con conteras formadas como en la tercera realización permite reducir el peso de la biela. Por un lado, porque parte de la contera es de material compuesto y por otro, porque hay una cantidad menor de material en la contera. De hecho, a nivel de la discontinuidad, el diámetro interior de la contera aumenta lo que corresponde, en otras palabras, a un vaciado de la materia.
- Contrariamente al ensamblaje unido de la técnica previa, en el cual las conteras se adhieren al cuerpo de biela, las conteras de la presente invención se insertan dentro del cuerpo de biela. Este diseño de la biela permitirá retomar las fuerzas de compresión. Para una biela con conteras obtenidas como en la primera realización, las zonas destacadas en la fig. 22A son regiones solicitadas, por un lado, por el efecto de enganche entre la contera y el cuerpo de biela, y por otro lado, por el apoyo directo entre el cuerpo de biela en fibra de carbono y la contera a nivel del codo. En caso de cargamentos demasiado pesados, sólo es necesario fracturar la zona de apoyo a nivel del codo para permitir el desplazamiento de la contera (véase la flecha pequeña). La geometría de la contera como en la segunda realización tiene la ventaja de que es necesario fracturar dos zonas, en lugar de una, en caso de sobrecarga. Según se muestra en la fig. 23A mediante flechas pequeñas, hay una zona de apoyo a nivel del codo y una zona en la cual la primera parte cilindrica hueca de la contera se estrecha. En términos concretos, esto significa que la geometría de la contera, como en la segunda realización, permite retomar más fuerzas. El diseño de la biela como en la invención también permitirá retomar las fuerzas de tracción, independientemente de la geometría de la contera. Para una biela con conteras formada según la primera realización, como se muestra en la fig. 22B, la contera transmite la fuerza de tracción al cuerpo de la biela a través de la primera parte cilindrica hueca, a través de la parte cónica y parcialmente a través de la segunda parte cilindrica hueca. La fuerza de tracción, por lo tanto, se transmite directamente al cuerpo de la biela. Para una biela con conteras formada como en la segunda realización, según se muestra en la fig. 23B, la contera transmite la fuerza de tracción al cuerpo de la biela a través de la parte cónica y parcialmente a través de la segunda parte cilindrica hueca. En el marco de los esfuerzos de tracción-compresión alternados, la contera, cualquiera sea su geometría, no podrá desplazarse dentro del cuerpo de la biela y, por lo tanto, no podrá generar un fenómeno de fatiga en el cuerpo de fibra de carbono y un fenómeno de deformación plástica en el cuerpo de fibra de carbono.
- El procedimiento según la invención también presenta la ventaja de permitir la fabricación de una pieza compleja a través de procedimientos de arrollamiento de filamentos convencionales, lo que genera costos de producción bajos. La ganancia radica en la implementación de los procedimientos y en el diseño de la propia biela.

Claims (15)

NOVEDAD DE LA INVENCIÓN REIVINDICACIONES
1. Un procedimiento para fabricar una biela, dicho método comprende las etapas de: - proveer un primer mandril (17); -fabricar un cuerpo interior (18) al enrollar fibras preimpregnadas (16) sobre el primer mandril (17), polimerizar dichas fibras preimpregnadas (16) y, retirar dicho mandril (17); fabricar un cuerpo exterior (21 ) al enrollar fibras preimpregnadas (16) sobre la superficie exterior del cuerpo interior (18), dichas fibras preimpregnadas (16)son idénticas a aquellas usadas para la fabricación del cuerpo interior (18); formar un cuerpo monobloque (22) al polimerizar el cuerpo interior (18) y el cuerpo exterior (21 ).
2. El procedimiento de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque comprende adicionalmente una etapa de colocar una contera en una o ambas extremidades del cuerpo interior (18) antes de fabricar el cuerpo exterior (21 ), las fibras preimpregnadas (16) son enrolladas entonces sobre la superficie exterior del cuerpo interior (18) y de la contera para fabricar el cuerpo exterior (21).
3. El procedimiento de conformidad con la reivindicación 1 o 2, caracterizado además porque el enrollamiento es continuo para la fabricación del cuerpo interior (18) y el cuerpo exterior (21 ).
4. El procedimiento de conformidad con la reivindicación 2 o 3, caracterizado además porque comprende adicionalmente las siguientes etapas para fabricar la contera, dicha contera comprende una capa compuesta (9) que cubre parcialmente un inserto (8): proveer el inserto (8) y un segundo mandril (10); colocar el inserto (8) en el segundo mandril (10); enrollar fibras preimpregnadas (16) parcialmente alrededor del segundo mandril (10) y parcialmente alrededor del inserto (8), dichas fibras preimpregnadas (16) siendo idénticas a aquellas usadas para fabricar el cuerpo interior (18) y el cuerpo exterior (21); polimerizar la fibras preimpregnadas (16) y retirar el segundo mandril (10), dichas fibras preimpregnadas polimerizadas forman la capa compuesta (9).
5. El procedimiento de conformidad con la reivindicación 4, caracterizado además porque la capa compuesta (9) se polimeriza con el cuerpo interior (18) y el cuerpo exterior (21) para formar el cuerpo monobloque(22).
6. El procedimiento de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 2 a 5, caracterizado además porque en la etapa de colocar la contera, una parte de la contera se inserta dentro del cuerpo interior (18).
7. Una biela que comprende un cuerpo de biela y una contera colocada en una extremidad del cuerpo de biela, dicho cuerpo de biela comprende un cuerpo monobloque (22) que sujeta de manera apretada la contera sobre toda su cara exterior, dicho cuerpo monobloque (22) está formado de un solo tipo de resina y fibras.
8. La biela de conformidad con la reivindicación 7, caracterizada además porque la contera comprende sucesivamente, desde una extremidad libre de la biela, unaprimera parte cilindrica hueca (1), una parte cónica hueca (3) y una segunda parte cilindrica hueca (4), dicha segunda parte cilindrica hueca (4) termina en una porción de extremidad con diámetro exterior reducido (5) delimitado por un codo (6).
9. La biela de conformidad con la reivindicación 8, caracterizada además porqueel diámetro exterior de la primera parte cilindrica hueca (1) es sustancialmente constante y en el cual la parte cónica hueca (3) tiene un espesor de pared que se afina hacia la segunda parte cilindrica hueca (4).
10. La biela de conformidad con la reivindicación 8, caracterizada además porque el diámetro exterior de la primera parte cilindrica hueca (1), es primero constante, después disminuye gradualmente y finalmente se ensancha nuevamente para extenderse en la continuidad de la cara exterior de la parte cónica hueca (3), dicha parte cónica hueca (3) tiene un espesor de pared que se afina hacia la segunda parte cilindrica hueca (4).
11. La biela de conformidad con la reivindicación 7, caracterizada además porque la contera comprende una capa compuesta (9) integrada en el cuerpo monobloque (22) y un inserto (8).
12. La biela de conformidad con la reivindicación 11 , caracterizada además porque el inserto (8) comprende, desde una extremidad libre de la biela, una primera parte cilindrica hueca (1) y una parte cónica hueca (3), dicha primera parte cilindrica hueca (1) tiene un diámetro exterior primero constante, después disminuye gradualmente y finalmente se ensancha nuevamente para extenderse en la continuidad de la cara exterior de la parte cónica hueca (3).
13. La biela de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 7 a 10, caracterizada además porque la contera es metálica, de material plástico de alta resistencia o de carbono.
14. Una contera que comprende un inserto (8) y una capa compuesta (9) que cubre parcialmente el inserto (8).
15. La contera de conformidad con la reivindicación 14, caracterizada además porque el inserto (8) es metálico.
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