MX2012014322A - Metodo y dispositivo para producir productos compuestos que comprenden una porcion plana. - Google Patents

Metodo y dispositivo para producir productos compuestos que comprenden una porcion plana.

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Abstract

Un método para fabricación de un perfil compuesto que tiene una sección no circular, que comprende los pasos de: - mover una cadena de secciones (1) de mandril que tienen una sección no circular para que se mueva axialmente en un movimiento unidireccional a través de una o más estaciones (3) de embobinado orbital que se colocan giratoriamente alrededor del eje longitudinal del mandril en una o más pasadas, - embobinar de manera helicoidal y continua en una o más estaciones de embobinado cinta que comprende un conjunto de fibras paralelas que se extienden longitudinalmente en un material termoplástico sobre las secciones de mandril o sobre una capa embobinada previamente para formar capas (4) de una pared de un perfil de pared delgada con una sección transversal cerrada que incluye al menos una superficie plana, y - cortar el perfil de pared delgada en secciones de perfil que se portan sobre una o más secciones de sección de mandril, en donde la capa se une con la capa anterior antes de cortar.

Description

MÉTODO Y DISPOSITIVO PAPA PRODUCIR PRODUCTOS COMPUESTOS QUE COMPRENDEN UNA PORCIÓN PLANA Campo de la Invención La invención se refiere a un método y a un dispositivo para producir productos compuestos, en particular perfiles, que comprenden una porción plana en un proceso continuo.
Antecedentes de la Invención Debido a su alta relación de resistencia a peso, han llegado a ser populares los productos compuestos que comprenden fibras de refuerzo incrustadas en un material de matriz. Para productos que comprenden una porción plana, en particular paneles compuestos planos, tradicionalmente se han usado varias capas sobrepuestas de material de fibra, tejido, tal como esteras de fibra de vidrio o de carbón, incrustadas en una resina termoendurecible o material de matriz termoplástica . Sin embargo, la estructura entretejida de las fibras limita la compactibilidad y lisura de las porciones planas de estos productos. Al respecto, se ha propuesto construir productos que comprendan una porción plana de capa sobrepuestas que por si mismas se construyan de tramos adyacentes, paralelos de cintas que incluyen un fajo de fibras unidireccionales incrustadas en un material de matriz termoplástica (cinta UD) , las cintas en capas adyacentes que se extienden en diferentes direcciones. Puesto que cada capa se construye de fibras que se extienden paralelas de forma unidireccional que no están entrete idas, en comparación a un producto construido de capas con fibras entretejidas, las capas se pueden apilar más densamente, y la pila puede ser más plana más compacta y plana. Adicionalmente, puede incrementarse la resistencia y/o rigidez de los productos. Además, se elimina el paso de entretejer la estructura de fibras, reduciendo de este modo los costos de producción.
Estas cintas termoplásticas con fibras unidireccionales se pueden colocar y consolidar al aplicar calor y presión conforme se colocan en un molde como en el llamado proceso de colocación avanzada de fibras, usando por ejemplo, un cabezal de colocación de fibras montado en un brazo robótico. De manera alternativa, las cintas se pueden colocar y soldar por puntos para formar un producto no consolidado, natural, por ejemplo al aplicar un proceso de forja de fibras o usando una unidad de colocación y recolección del tipo normal, producto que se puede consolidar bajo presión y temperatura elevadas en un molde, por ejemplo en una prensa calentada, molde calendado, horno o autoclave. Una desventaja de estos procesos conocidos es que son bastante costosos. En particular, son relativamente bajas las velocidades de producción debido al procesó de inicio y paro al final del producto, lo que es un proceso discontinuo. Adicionalmente, las cintas pueden provocar que se deshilachen los bordes del producto, lo que puede dar por resultado retazos de material.
Descripción de la Invención La invención tiene como finalidad aliviar estas desventajas. Al respecto, la invención propone un método y un aparato para producir un perfil compuesto que tiene una sección transversal no circular en un proceso continuo en el cual se acciona una serie de secciones de mandril que tienen una sección transversal no circular para moverse axialmente en un movimiento unidireccional a través de una o más estaciones de enrollamiento orbital que están colocadas rotacionalmente alrededor del eje longitudinal del mandril en una o más pasadas, y una o más estaciones de enrollamiento en las cuales en las secciones de mandril se enrolla helicoidalmente cinta que comprende un fajo de fibras paralelas que se extienden longitudinalmente en un material de matriz termoplástica, o una capa previamente enrollada en las mismas para formar capas de una pared de un perfil de pared delgada que tiene una sección transversal no circular, cerrada.
De esta manera, las cintas se pueden colocar de forma continua, y se puede ahorrar tiempo para iniciar y detener la estratificación de la cinta. También, puesto que el perfil se enrolla como un perfil continuo, se pueden reducir las pérdidas de los bordes.
Cuando se termina la pasada, el perfil se puede cortar de forma transversal y/o longitudinalmente para formar un producto compuesto. La sección transversal no circular de los mandriles permite que las secciones longitudinales del perfil cortado se combinen en formas relacionadas no circulares. La sección transversal de las secciones de mandril se cierra de manera preferente para soportar las capas. La sección transversal del mandril puede ser por ejemplo ovalada, triangular, cuadrada, rectangular o poligonal. La sección transversal de las secciones de mandril incluye de manera preferente una porción recta, de modo que la sección de perfil formada en la sección de mandril incluye una porción plana, después de lo cual el corte longitudinal de la sección de perfil puede formar una pieza plana sin terminar. Por ejemplo se puede usar una serie de secciones de mandril que tienen una sección transversal cuadradas para producir una viga reforzada con fibras de pared delgada que tiene un espesor de pared de por ejemplo 0.5 cm, y una sección transversal de 30 c 30 cm, que se puede cortar en productos planos de 0.5 x 30 x 200 cm. Un perfil que tiene un cuadrado de sección transversal rectangular se puede cortar de manera alternativa en un producto que tiene una sección transversal en forma de L o C. Los productos se pueden forjar conjuntamente para formar por ejemplo una placa rigidizada o una viga en I, o se pueden usar como piezas adaptadas sin terminar. Se señala que, en el proceso de formar un producto, se pueden usar perfiles no cortados, por ejemplo, perfiles cerrados, como una alternativa para usar perfiles que se han cortado a lo largo de una dirección longitudinal.
A menos que se especifique de otro modo, una sección transversal como se usa en esta solicitud se propone que sea una sección transversal perpendicular al eje longitudinal, y se propone que sea de forma y tamaño constante a lo largo del eje longitudinal.
Las cintas se pueden calentar y prensar sobre las secciones de mandril o la capa previa conforme se colocan. Un aparato adecuado de enrollamiento se describe por ejemplo en la WO2006/107196.
A fin de resistir el calor y presión que se aplica para consolidar las capas de cinta, las secciones de mandril se hacen de manera preferente de acero o un material similar resistente a calor y presión. La sección se puede separar de la sección de perfil enrollada después de su pasada final, por ejemplo después de que se ha cortado a la longitud.
La serie de secciones de mandril puede comprender una serie de secciones de mandril, axialmente alineadas, de unión a tope. Las capas enrolladas en una pasada se cortan, en la ubicación de una ruptura entre las secciones de unión a tope, usando un cortador, y las secciones de mandril se pueden enrollar de regreso para que se pasen a través nuevamente de las estaciones de enrollamiento. La serie de secciones de mandril se empuja de manera preferente a través de las estaciones de enrollamiento. Las secciones de mandril en la serie pueden entrelazarse, y pueden estar provistas en la ubicación de una ruptura con una depresión para acomodar un cortador. El cortador se puede arreglar corriente abajo de las estaciones de enrollamiento. De manera preferente, el cortador se arregla para viajar con la sección en movimiento en tanto que se corta.
Las cintas se pueden consolidar de esta manera a la capa previa antes de que se seccione el perfil. Se puede lograr la consolidación al aplicar calor y presión, usando por ejemplo rodillos calentados. De esta manera, las cintas y las capas previas se fijan conjuntamente, de modo que se forma una sección sólida. Al consolidar la capa antes del seccionamiento, los perfiles seccionados se pueden manejar sin pérdida de integridad. Adicionalmente, se puede evitar un paso secundario de curación o consolidación. Además, se puede reducir el riesgo de atrapamiento de aire (hueco) .
Por ejemplo, el perfil con la capa recién colocada se puede cortar en una sección y manejar sin perder la tensión de la capa recién adicionada. Además, la sección se puede manejar cuando sólo se colocan unas pocas capas, sin el riesgo de deslizar las cintas o de pandear las fibras debido a las cargas compresivas. Esto facilita la separación de las secciones de perfil del perfil continuo después de que han pasado a través de la linea de estaciones de enrollamiento . Se pueden transportar fácilmente al comienzo de la linea, de las estaciones de enrollamiento donde la sección de mandril se puede conectar a una serie de secciones de mandril y alimentar el producto medio terminado para la siguiente pasada en la linea de producción.
De manera preferente, las estaciones subsiguientes de enrollamiento proporcionan capas helicoidalmente enrolladas de orientación positiva y negativa.
La consolidación en tanto que se estratifica la cinta también permite que se coloquen cintas adicionales y se fijen sólo localmente, y no sobre la circunferencia entera del perfil. Por ejemplo, las cintas se pueden colocar en la dirección longitudinal en sólo una parte de la circunferencia, además de las capas continuamente enrolladas. 0 si la estación de enrollamiento está equipada con un sistema automatizado de corte y reinicio, las capas helicoidales adicionales se pueden colocar sólo en una parte de la longitud longitudinal. Se pueden proporcionas estaciones adicionales en las cuales se proporcionan capas de cinta que se extienden paralelas o perpendiculares al eje del perfil.
El número de capas en la pared del perfil y/o la orientación de las fibras se puede elegir para variar a lo largo de la longitud del perfil, por ejemplo, para proporcionar refuerzos locales.
Las secciones de mandril pueden tener una sección transversal variable, y pueden estar por ejemplo ahusadas.
La invención se ha de explicar adicionalmente usando un ejemplo no limitante que se muestra en la Figura esquemática de la Figura 1.
La Figura 1 muestra un método para producir un perfil compuesto que comprende una porción plana. Una serie de secciones 1 de mandril de acero que tienen una sección transversal rectangular cerrada con cuatro bordes rectos se empuja axialmente en la flecha 2 para moverse en un movimiento unidireccional a través de varias estaciones de enrollamiento 3 en una o más pasada. Las estaciones de enrollamiento 3 son estaciones de enrollamiento orbital, es decir estaciones de enrollamiento que se colocan rotacionalmente alrededor del eje longitudinal del mandril. Las estaciones de enrollamiento se arreglan para enrollar de manera continuamente helicoidal cinta que comprende un fajo de fibras paralelas que se extienden longitudinalmente en un material de matriz termoplástica sobre la circunferencia de la sección de mandril o una capa previamente enrollada para formar capas 4 de una pared de un perfil de pared delgada que tiene una sección transversal rectangular que presenta 4 superficies planas. El enrollamiento helicoidal es continuo ya que no necesita ser inverso, y de esta manera no necesita detenerse para invertirse. Las capas 4 se consolidan en tanto que se colocan en la estación, por ejemplo, al usar rodillos calentados a presión. Las capas enrolladas 4 se seccionan en la ubicación de la unión a tope de las secciones de mandril usando un cortador 5 de traslación que viaja con la serie de secciones de mandril. De esta manera, se forman secciones de perfil que se transportan en las secciones de mandril. Las secciones de mandril con las capas enrolladas se retroalimentan para que se hagan pasar a través de las estaciones hasta que el perfil ha alcanzado el espesor deseado de pared. Entonces, las secciones 1 de mandril se remueven de las secciones de perfil, y los perfiles se cortan longitudinalmente en cuatro piezas planas, longitudinales sin terminar (no mostradas) . La sección de mandril se puede alimentar de regreso para pasar nuevamente a través de las estaciones de enrollamiento.
La invención no se limita a la modalidad de ejemplo descrita en la presente. Por ejemplo, las cintas UD termoplásticas se pueden llamar preformas secas que incluyen un material de unión termoplástica . Además de las capas helicoidalmente enrolladas, se pueden proporcionar localmente capas adicionales de cinta. Por ejemplo, se pueden proporcionar capas locales que se extienden longitudinalmente al eje del perfil, por ejemplo una capa adicional en la superficie superior y de fondo de un perfil que tiene una sección transversal cuadrada. Estas capas pueden extenderse o no de forma continua. Adicionalmente, las capas circunferenciales adicionales se pueden enrollar sin separación, y se pueden proporcionar enrollamientos helicoidales adicionales que se extienden a lo largo de parte de la longitud del perfil únicamente. También, el perfil en secciones puede incluir una o más secciones de mandril, y la ubicación del corte transversal pueden no necesitar estar necesariamente en la unión a tope de las secciones de mandril. Adicionalmente, las secciones de mandril subsiguientes no necesitan ser idénticas, y pueden tener por ejemplo diferentes secciones transversales, si se desea. Muchas variaciones y alternativas deben ser claras a la persona expertas y se van a considerar dentro del alcance de la invención, como se define en las reivindicaciones anexas .

Claims (5)

REIVINDICACIONES
1. Un método para producir un perfil compuesto que tiene una sección transversal no circular, caracterizado porque comprende los pasos de - accionar una serie de secciones de mandril que tienen una sección transversal no circular para moverse axialmente en un movimiento unidireccional a través de una o más estaciones de enrollamiento orbital que están colocadas rotacionalmente alrededor del eje longitudinal del mandril en una o más pasadas, - enrollar helicoidalmente de forma continua en una o más estaciones de enrollamiento cinta que comprende un fajo de fibras paralelas que se extienden longitudinalmente en un material de matriz termoplástica sobre las secciones de mandril o una capa previamente enrollada para formar capas de una pared de un perfil de pared delgada que tiene una sección transversal cerrada que incluye al menos una superficie plana, y cortar el perfil de pared delgada en las secciones de perfil que se transporta en una o más secciones de mandril, en donde la capa se consolida con la capa previa antes del corte.
2. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la sección de perfil se corta longitudinalmente.
3. El método de conformidad con la reivindicación 1 o 2, caracterizado porque la sección transversal de las secciones de mandril incluye una porción recta, de modo que las secciones de perfil incluyen una sección plana.
4. Un dispositivo para producir un perfil compuesto que tiene una sección transversal no circular, caracterizado porque comprende: - una serie de secciones de mandril que tienen una sección transversal no circular que se arregla para moverse axialmente en un movimiento unidireccional a través de una o más estaciones de enrollamiento orbital que están colocadas rotacionalmente alrededor del eje longitudinal de la serie de secciones de mandril en una o más pasadas, las estaciones de enrolamiento que se arreglan para enrollar de manera helicoidalmente continua cinta que comprende un fajo de fibras paralelas que se extienden longitudinalmente en u material de matriz termoplástica sobre las secciones de mandril o una capa previamente enrollada para formar capas de una pared de un perfil de pared delgada que tiene una sección transversal, no circular, cerrada, y para consolidar la capa sobre la capa previamente enrollada, y - un cortador, corriente abajo de las estaciones de enrollamiento, para cortar el perfil en secciones de perfil que se transportan en una o más secciones de mandril.
5. El dispositivo de conformidad con la reivindicación 4, caracterizado porque la sección transversal no circular de las secciones de mandril incluye una porción recta de modo que la sección de perfil incluye al menos una superficie plana.
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