MX2014001316A - Mandril con proyeccion exterior deslizante. - Google Patents
Mandril con proyeccion exterior deslizante.Info
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Abstract
Un mandril 10 adecuado para la formación de una pieza hueca a partir de un material termocurable incluye (a) un elemento central 12 alargado que tiene un coeficiente de expansión que es diferente que el coeficiente de expansión del material termocurable curado, (b) al menos un elemento lateral 14, dispuesto en una primera localización 28 y que se proyecta separándose de la superficie exterior 24 del elemento central 12, siendo el elemento lateral 14 fijado de modo deslizante al elemento central 12, y (c) un elemento de traviesa 16 alargado rígido que tiene un coeficiente de expansión sustancialmente similar al coeficiente de expansión del material termocurable curado. El primer extremo 34 del elemento de traviesa 16 se fija al elemento lateral 14, y el segundo extremo 36 del elemento de traviesa 16 se fija separado del elemento lateral 14.
Description
MANDRIL CON PROYECCIÓN EXTERIOR DESLIZANTE
Referencia cruzada a solicitud relacionada
Esta solicitud internacional se relaciona y reivindica la prioridad sobre la Solicitud de Patente de Estados Unidos N° 13/204,468, titulada "Mandrel With Sliding Exterior Projection", presentada el 5 de agosto de 2011, cuyo contenido se incorpora por referencia en su totalidad en la presente descripción.
Campo de la invención
Esta invención se refiere en general a mandriles para la formación de piezas huecas a partir de un material que puede termocurarse .
Antecedentes de la invención
Las piezas de máquinas huecas alargadas se construyen crecientemente de materiales no metálicos, tales como materiales compuestos. Típicamente, dichos materiales compuestos se construyen mediante un proceso de termocurado.
En un proceso de termocurado de ese tipo, es típico formar las piezas de la máquina mediante la aplicación del material termocurable al exterior de un mandril, la curación del material no metálico, la refrigeración del material no metálico curado —mientras la pieza permanece soportada por el mandril— y, finalmente, la retirada de la pieza acabada del mandril .
Surge un problema cuando la pieza ha de tener una
proyección lateral, tal como un reborde. Dado que los mandriles están hechos típicamente de acero, y por lo tanto tienen un coeficiente de expansión térmica mucho más grande que el material no metálico. El mandril, incluyendo el elemento lateral sobre el mandril usado para soportar la proyección lateral, se expande en un grado mayor que la pieza de compuesto. Esto produce la formación de una holgura entre la zona lateral (sobre la pieza de compuesto) y el elemento lateral (sobre el mandril) , dando como resultado de este modo una reducción de la presión de soporte entre la proyección lateral y el elemento lateral. Esto, a su vez, puede hacer que la proyección lateral de la pieza no metálica se desacople prematuramente del soporte proporcionado por el elemento lateral. Dicho desacople prematuro conduce frecuentemente a porosidades, delaminaciones y/u otros problemas de calidad de laminación en la pieza no metálica.
Otro problema que surge cuando una pieza de material compuesto ha de tener una proyección lateral, es que el elemento lateral sobre el mandril puede aplastar las proyecciones laterales durante el enfriado.
En un intento de ocuparse de estos problemas, algunos mandriles de la técnica anterior se han diseñado con elementos laterales "flotantes" —elementos laterales libres de deslizarse a lo largo del exterior de la zona central del mandril. Aunque dichos elementos laterales flotantes tienen
éxito en general en la resolución de la tendencia de los elementos laterales a aplastar las proyecciones laterales durante el enfriado, la disposición final de los elementos laterales no se puede controlar con precisión. Esto significa que la localización de las proyecciones laterales sobre la pieza compuesta no puede controlarse con precisión.
En consecuencia, hay una necesidad de un mandril capaz del modelado y una pieza de máquina que tenga una proyección lateral, que evite los problemas anteriormente mencionados de la técnica anterior.
Sumario de la invención
La invención satisface esta necesidad. La invención es un mandril adecuado para la formación de una pieza hueca, en la que la pieza está hecha a partir de un material termocurable que tiene un primer coeficiente ·¦ de expansión, tiene un cuerpo alargado con un eje longitudinal y tiene una proyección lateral fijada al cuerpo que se extiende separándose del cuerpo, comprendiendo el mandril (a) un elemento central alargado que tiene un primer extremo, un segundo extremo opuesto, un eje longitudinal, una superficie exterior y un segundo coeficiente de expansión que es diferente que el primer coeficiente de expansión, (b) un elemento lateral dispuesto en una primera localización y proyectándose en separación desde la superficie exterior del elemento central, estando el elemento lateral fijado de modo
deslizante al elemento central de modo que el elemento lateral se pueda deslizar a lo largo de un recorrido paralelo al eje longitudinal del elemento central, y (c) un elemento de traviesa alargado rígido que tiene un primer extremo, un segundo extremo y un coeficiente de expansión sustancialmente similar al primer coeficiente de expansión, estando fijado el primer extremo del elemento de traviesa al elemento lateral y estando fijado el segundo extremo del elemento de traviesa en una segunda localización separada de la primera localización, estando dispuesto el elemento de traviesa sustancialmente paralelo al eje longitudinal del elemento central.
Dibu os
Estas y otras características, aspectos y ventajas de la presente invención llegarán a ser mejor comprendidas con referencia a la descripción a continuación, reivindicaciones adjuntas y dibujos adjuntos en los que:
la Figura 1 es una vista en perspectiva de un primer mandril que tiene características de la invención;
la Figura 2 es una vista lateral del mandril ilustrado en la Figura 1;
la Figura 3 es una vista desde el extremo del mandril ilustrado en la Figura 1;
la Figura 4 es una vista lateral en sección del mandril ilustrado en la Figura 3, tomada a lo largo de la línea 4-4; la Figura 5 es una vista en perspectiva de un segundo
mandril que tiene características de la invención; y
la Figura 6 es una vista lateral en sección transversal del mandril ilustrado en la Figura 5.
Descripción detallada de la invención
La siguiente explicación describe en detalle una realización de la invención y diversas variaciones de esa realización. Esta explicación no se debería interpretar, sin embargo, como limitadora de la invención a esas realizaciones particulares. Los profesionales expertos en la materia reconocerán asimismo numerosas otras realizaciones.
La invención es un mandril 10 adecuado para la formación de una pieza hueca, en el que la pieza está hecha de un material termocurable que tiene un primer coeficiente de expansión, un cuerpo alargado con un eje longitudinal y tiene una proyección lateral fijada al cuerpo que se extiende separándose del cuerpo.
El material termocurable puede ser una composición de una fibra y una matriz. Los materiales de fibra incluyen el carbón, grafito, fibra de vidrio, cuarzo, cerámica, aramida, nano fibras, UHMWPE, basalto y otras fibras reforzadas estructurales. Las matrices pueden incluir epoxi, poliimida, bismaleimida, fenólico, termoplástico, poliéster, éster de vinilo, éster de cianato, cerámicas u otras matrices de materiales compuestos poliméricos. La fibra y la matriz pueden estar en cualquier combinación.
El mandril 10 comprende un elemento central alargado 12, uno o más elementos laterales 14 móviles y al menos un elemento de traviesa 16 alargado rígido.
El elemento central 12 es alargado y tiene un primer extremo 18, un segundo extremo 20 opuesto, un eje longitudinal 22 y una superficie exterior 24. Típicamente, el elemento central 12 tiene entre aproximadamente 121.92 cm (cuatro pies) y aproximadamente 609.6 cm (20 pies) de longitud, más típicamente entre aproximadamente 91.44 cm (tres pies) y aproximadamente 243.84 cm (ocho pies) de longitud —tal como aproximadamente 152.4 cm (cinco pies) de longitud.
También típicamente, el elemento central 12 está hecho de acero. Sin embargo, se pueden usar otras aleaciones, tales como aluminio o aleaciones de níquel-acero tal como Invar®. El elemento central 12 en muchas aplicaciones puede estar hecho también de material compuesto reforzado con carbón o compuestos de carbono.
El elemento central 12 tiene un coeficiente de expansión que es marcadamente diferente que el primer coeficiente de expansión. La diferencia en el coeficiente de expansión dará como resultado un perjuicio durante la curación del material compuesto. Típicamente, el coeficiente de expansión es "marcadamente diferente", indicando que el coeficiente de expansión del elemento central difiere del primer coeficiente
de expansión en al menos el 5%.
En las realizaciones ilustradas en los dibujos, la superficie exterior 24 del elemento central 12 tiene secciones transversales circulares a todo lo largo de la longitud del elemento central 12. En las realizaciones ilustradas en las Figuras 1-4, la superficie exterior 24 del elemento central 12 es un cilindro circular recto que tiene secciones transversales circulares iguales a todo lo largo de la longitud del elemento central 12. En la realización ilustrada en las Figuras 5 y 6, sin embargo, las secciones transversales circulares de la superficie exterior 24 del elemento central 12 son más grandes en el primer extremo 18 que en el segundo extremo 20. La superficie exterior 24 del elemento central 12 puede tener muchas otras formas, incluyendo formas que tengan secciones transversales elípticas secciones transversales poligonales (tales como secciones transversales cuadradas, secciones transversales rectangulares, secciones transversales octogonales, etc.). Se pueden usar también en la invención elementos centrales 12 que tengan secciones transversales irregulares.
En las realizaciones ilustradas en los dibujos, el elemento central 12 define una vía de paso interna 26 que tiene secciones transversales circulares. En las realizaciones ilustradas en las Figuras 1-4, el elemento central 12 define una vía de paso interna 26 que es un
cilindro circular recto, que tiene las mismas secciones transversales circulares a todo lo largo de la longitud del elemento central 12. En la realización ilustrada en las Figuras 5 y 6, el elemento central 12 define una via de paso interna 26 que tiene secciones transversales circulares, pero la via de paso interna 26 en el primer extremo 18 del elemento central 12 es mayor que el diámetro de la via de paso en el segundo extremo 20.
El elemento lateral 14 se dispone en una primera localización 28 y se proyecta separándose de la superficie exterior 24 del elemento central 12. El elemento lateral 14 se fija de modo deslizante al elemento central 12, de modo que el elemento lateral 14 se pueda deslizar a lo largo de un recorrido paralelo al eje longitudinal 22 del elemento central 12 y en la dirección de una segunda localización 30 separada de la primera localización 28.
También en las realizaciones ilustradas en los dibujos, el mandril 10 comprende adicionalmente un segundo elemento lateral 32 dispuesto en la segunda localización 30 y proyectándose en separación de la superficie exterior 24 del elemento central 12. En estas realizaciones, el segundo elemento lateral 32 se fija de modo deslizante al elemento central 12 de modo que el segundo elemento lateral 32 se pueda deslizar a lo largo de un recorrido sustancialmente paralelo al eje longitudinal 22 del elemento central 12. En
otras realizaciones, el segundo elemento lateral 32 se puede fijar de modo rígido al elemento central 12. Realizaciones con un segundo elemento lateral 32 permiten a los mandriles 10 formar piezas que tengan proyecciones laterales opuestas, tal como un par de rebordes extremos opuestos.
El elemento de traviesa 16 alargado rígido, tiene un primer extremo 34, un segundo extremo 36 y un coeficiente de expansión sustancialmente similar al primer coeficiente de expansión. Por "sustancialmente similar", se quiere indicar que el coeficiente de expansión del elemento de traviesa 16 está suficientemente próximo para producir un contacto suficientemente positivo entre la pieza y el elemento lateral 14 del mandril 10 durante el curado y el enfriado de la pieza, para impedir un perjuicio en la pieza acabada. Típicamente, el elemento de traviesa 16 alargado tiene un coeficiente de expansión dentro de aproximadamente el 5% del primer coeficiente de expansión.
Preferiblemente, el elemento de traviesa 16 está hecho del mismo material que la pieza. En dichas realizaciones, el coeficiente de expansión es idéntico al primer coeficiente de expansión. Sin embargo, se pueden usar muchos otros materiales para formar el elemento de traviesa 16, siempre que el elemento de traviesa 16 tenga un coeficiente de expansión sustancialmente similar al primer coeficiente de expansión. Ejemplos de dichos otros materiales incluyen
materiales compuestos que tengan fibras de carbón, grafito, fibra de vidrio, cuarzo, cerámica, aramida, nano fibras, UHMWPE, basalto y otras fibras reforzadas, y que tengan matrices de epoxi, poliimida, bismaleimida, fenólico, termoplástico, poliéster, éster de vinilo, éster de cianato, cerámicas u otras matrices de materiales compuestos poliméricos .
El primer extremo 34 del elemento de traviesa 16 se fija al elemento lateral 14 y el segundo extremo 36 del elemento de traviesa 16 se fija a la segunda localización 30. El elemento de traviesa 16 se dispone sustancialmente paralelo al eje longitudinal 22 del elemento central 12.
En las realizaciones ilustradas en los dibujos, el elemento de traviesa 16 alargado comprende una pluralidad de elementos de traviesa 16 alargados rígidos. En las realizaciones ilustradas en las Figuras 1-4, el mandril 10 comprende tres elementos de traviesa 16 alargados. En la realización ilustrada en las Figuras 5 y 6, el mandril 10 comprende seis elementos de traviesa 16 alargados.
También en las realizaciones ilustradas en los dibujos, los elementos de traviesa 16 se fijan en la segunda localización 30 al segundo elemento lateral 14 deslizante. En otras realizaciones, los elementos de traviesa 16 se pueden fijar a un segundo elemento lateral no deslizante dispuesto en la segunda localización 30. En otras realizaciones más, el
elemento de traviesa 16 se puede fijar en la segunda localización 30 a la placa o pared que no es parte del mandril 10 pero se dispone de modo rígido con respecto al elemento central 12.
El elemento de traviesa 16 alargado es típicamente un elemento cilindrico sólido. En las realizaciones ilustradas en los dibujos, los elementos de traviesa 16 alargados son un cilindro circular recto que tienen diámetros de sección transversal, típicamente, entre aproximadamente 0.254 cm (0.1 pulgadas) y aproximadamente 10.16 cm (4 pulgadas).
La invención es también un método de uso del mandril 10 descrito anteriormente. En el método, el mandril 10 se usa para formar una pieza hueca hecha de un material termocurable que tiene un primer coeficiente de expansión, en el que la pieza comprende (i) un cuerpo alargado con un primer extremo, un segundo extremo y un eje longitudinal, y (ii) una proyección lateral fijada al cuerpo que se extiende separándose del cuerpo, comprendiendo el método las etapas de (a) proporcionar el mandril 10 de la invención, (b) formación del cuerpo de la pieza aplicando el material termocurable a la superficie exterior 24 del elemento central 12 del mandril 10, (c) formación de una proyección lateral mediante la aplicación del material termocurable a una superficie interior 38 del elemento lateral 14, (d) retener apretadamente el cuerpo de la pieza y la proyección lateral
de la pieza al mandril 10 mientras se calienta el material curable a una elevada temperatura en tanto se mantiene el contacto entre la proyección lateral y la superficie interior del elemento lateral 14, y (e) después de que la pieza haya curado, refrigeración de la pieza.
La invención resuelve los problemas explicados en la Sección de Antecedentes, anterior. Debido a que se permite que el elemento lateral 14 deslice a lo largo del elemento central 12, y debido a que el elemento de traviesa 16 alargado tiene un coeficiente de expansión sustancialmente similar al coeficiente de expansión de la pieza que está siendo formada con el mandril 10, en el calentamiento y refrigeración del mandril 10 y la pieza no se produce un desacoplamiento prematuro de la pieza del elemento lateral 14 de mandril 10. También, debido a que se le permite al elemento lateral 14 deslizar a lo largo del elemento central 12, no hay peligro de que el elemento lateral aplaste la proyección lateral durante el enfriado.
Habiendo descrito asi la invención, debería ser evidente que se puede recurrir a numerosas modificaciones y adaptaciones estructurales sin apartarse del alcance y justo significado de la invención presente tal como se ha establecido en el presente documento anteriormente y como se describe en el presente documento a continuación mediante las reivindicaciones .
Se hace constar que con relación a esta fecha, el mejor todo conocido por la solicitante para llevar a la práctica citada invención, es el que resulta claro de la presente scripción de la invención.
Claims (12)
1. Un mandril (10) adecuado para la formación de una pieza hueca, en el que la pieza está hecha de un material termocurable que tiene un primer coeficiente de expansión, tiene un cuerpo alargado con un eje longitudinal y tiene una proyección lateral fijada al cuerpo que se extiende separándose del cuerpo, comprendiendo el mandril (10): (a) un elemento central alargado (12) que tiene un primer extremo, un segundo extremo opuesto, un eje longitudinal, una superficie exterior y un segundo coeficiente de expansión que es diferente del primer coeficiente de expansión; (b) un elemento lateral (14) dispuesto en una primera localización y proyectándose en separación desde la superficie exterior del elemento central (12), estando el elemento lateral (14) fijado de modo deslizante al elemento central (12) de modo que el elemento lateral (14) se pueda deslizar a lo largo de un recorrido paralelo al eje longitudinal del elemento central (12); y (c) un elemento de traviesa (16) alargado rígido que tiene un primer extremo, un segundo extremo y un coeficiente de expansión sustancialmente similar al primer coeficiente de expansión, estando fijado el primer extremo del elemento de traviesa (16) al elemento lateral (14) y estando fijado el segundo extremo del elemento de traviesa (16) en una segunda localización separada de la primera localización, estando dispuesto el elemento de traviesa (16) sustancialmente paralelo al eje longitudinal del elemento central (12).
2. El mandril (10) según la reivindicación 1 en el que el segundo extremo del elemento de traviesa (16) se fija a un segundo elemento lateral (14) dispuesto en la segunda localización .
3. El mandril (10) según la reivindicación 1 en el que el elemento de traviesa (16) alargado rígido comprende una pluralidad de elementos de traviesa (16) alargados rígidos.
4. El mandril (10) según la reivindicación 1 en el que el segundo coeficiente de expansión es mayor que el primer coeficiente de expansión y en el que el elemento lateral (14) se fija de modo deslizante al elemento central (12) de modo que el elemento lateral (14) se pueda deslizar en la dirección de la segunda localización.
5. El mandril (10) según la reivindicación 1 en el que el elemento lateral (14) comprende un primer elemento lateral (14) dispuesto próximo a un primer extremo del elemento central (12) y proyectándose en separación desde la superficie exterior del elemento central (12) y un segundo elemento lateral (14) dispuesto próximo al segundo extremo del elemento central (12) y proyectándose en separación desde la superficie exterior del elemento central (12) estando ambos elementos laterales (14) fijados de modo deslizante al elemento central (12) de modo que ambos elementos laterales (14) se puedan deslizar a lo largo de un recorrido paralelo al eje longitudinal del elemento central (12); y en el que el primer extremo del elemento de traviesa (16) se fija al primer elemento lateral (14) y el segundo extremo del elemento de traviesa (16) se fija al segundo elemento lateral (14) .
6. El mandril (10) según la reivindicación 5 en el que el elemento de traviesa (16) alargado rígido comprende una pluralidad de elementos de traviesa (16) alargados rígidos.
7. El mandril (10) según la reivindicación 5 en el que el segundo coeficiente de expansión es mayor que el primer coeficiente de expansión y en el que el elemento lateral (14) se fija de modo deslizante al elemento central (12) de modo que el elemento lateral (14) se pueda deslizar en la dirección de la segunda localización.
8. Un método para la formación de una pieza hueca hecha de un material termocurable que tiene un primer coeficiente de expansión, en el que la pieza comprende (i) un cuerpo alargado con un primer extremo, un segundo extremo y un eje longitudinal, y (ii) una proyección lateral fijada al cuerpo que se extiende separándose del cuerpo, comprendiendo el método las etapas de: (a) proporcionar el mandril (10) de la reivindicación 1; (b) formación del cuerpo de la pieza mediante la aplicación del material termocurable a la superficie exterior del elemento central (12) del mandril (10); (c) formación de una proyección lateral mediante la aplicación del material termocurable al elemento lateral (14) ; (d) retener apretadamente el cuerpo de la pieza y la proyección lateral de la pieza al mandril (10) mientras se calienta el material curable a una elevada temperatura en tanto se mantiene el contacto entre la proyección lateral y el elemento lateral (14); y (e) después de que la pieza haya curado, refrigeración de la pieza.
9. El método según la reivindicación 8 en el que el elemento de traviesa (16) alargado rígido comprende una pluralidad de elementos de traviesa (16) alargados rígidos.
10. Un método para la formación de una pieza hueca hecha de un material termocurable que tiene un primer coeficiente de expansión, en el que la pieza comprende (i) un cuerpo alargado con un primer extremo, un segundo extremo y un eje longitudinal, y (ii) una primera proyección lateral fijada al cuerpo que se extiende separándose del cuerpo, y (iii) una segunda proyección lateral fijada al cuerpo que se extiende separándose del cuerpo, comprendiendo el método las etapas de: (a) proporcionar el mandril (10) de la reivindicación 5; (b) formación del cuerpo de la pieza mediante la aplicación del material termocurable a la superficie exterior del elemento central (12) del mandril (10); (c) formación de una primera proyección lateral mediante la aplicación del material termocurable al primer elemento lateral (14); (d) formación de una segunda proyección lateral mediante la aplicación del material termocurable al segundo elemento lateral (14) ; (e) retener apretadamente el cuerpo de la pieza y ambas proyecciones laterales de la pieza al mandril (10) mientras se calienta el material curable a una elevada temperatura en tanto se mantiene el contacto entre la primera proyección lateral y el primer elemento lateral (14) y en tanto se mantiene el contacto entre la segunda proyección lateral y el segundo elemento lateral (14); y (f) después de que la pieza haya curado, refrigeración de la pieza.
11. El método según la reivindicación 10 en el que el elemento de traviesa (16) alargado rígido comprende una pluralidad de elementos de traviesa (16) alargados rígidos.
12. El método según la reivindicación 10 en el que el segundo coeficiente de expansión es mayor que el primer coeficiente de expansión y en el que el elemento lateral (14) se fija de modo deslizante al elemento central (12) de modo que el elemento lateral (14) se pueda deslizar en la dirección de una segunda localización separada de la primera localización .
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