PT91977B

PT91977B - Processo para a fabricacao de uma peca composita constituida por um veu e um reforco

Info

Publication number: PT91977B
Application number: PT91977A
Authority: PT
Original assignee: Europ Propulsion
Priority date: 1988-10-14
Filing date: 1989-10-13
Publication date: 1995-08-09
Also published as: US5034172A; JPH02164781A; FR2637838B1; DE68905564D1; EP0364360A1; EP0364360B1; NO894096L; ATE87260T1; PT91977A; FR2637838A1; NO894096D0

Description

Descrição do objecto do invento que

SOCIÊTÊ EUROPSENNE DE PR0PULSI0N francesa, industrial, com sede em 24 Rue Salomon de Rothschild, 92150 SURESNES, França, pretende obter em Portugal, para: PROCES S0 PARA A FABRICAÇÃO DE UMA PEÇA COMPÓSITA constituída por um vêu E UM REFORÇO

Mod. 71 -10000 ex. - 89/07 presente invento diz respeito à fabricação de peças compósitas constituídas por um véu e um reforço. Mais precisamente, o invento diz respeito a um processo que permite realizar num material compósito peças constituídas por um véu rígido, por exemplo uma folha ou placa delgada de forma determinada, que tem pelo menos numa das suas faces, um reforço solidário do véu e formado de maneira a conferir às peças a rigidez e as propriedades mecânicas necessárias para a sua utilização .

Uma aplicação particular do invento é a fabricação de palhetas interiores - ou palhetas quentes em material compósito de agulhetas de turborreactor. Essas palhetas são formadas, de facto, por um véu que tem numa das suas faces um reforço em forma de H, por exemplo.

Uma peça de material compósito é constituída por uma textura fibrosa densificada por uma matriz

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Ref: Η 11685- Cas 328 f; ...

ÒJU9S9 /

Os materiais que constituem a textura fibrosa densificada por uma matriz são escolhidos em função das condições de utilização da peça. Quando se trata de peças compósitas que, como as palhetas interiores de agulheta de turborreactor, estão expostas a grandes restrições termomecânicas, são realizadas em geral com uma textura fibrosa de carbono ou carboneto de silício e uma matriz de carbono ou de cerâmica, especialmente de carboneto de silício.

Para a fabricação de uma peça de forma complexa, uma técnica conhecida consiste em realizar préformas fibrosas de partes constitutivas da peça em formas simples, e em seguida reunir as préformas, por meio de moldação com uma resina termoformável, por exemplo, a fim de obter uma préforma da peça a realizar, e, por fim, densificar a peça assim obtida a partir do material constitutivo da matriz, com eliminação da resina termoformável.

Esta conhecida técnica foi aplicada pela requerente para obter palhetas quentes de agulheta de turborreactor tal como ê representado na figura 1. A pré forma do véu 1 é realizada por meio de empilhamento de estratos de uma textura fibrosa bidimensional, como um tecido. A préforma do reforço 2 é realizada por meio de empilhamento de estratos de uma textura fibrosa bidimensional de modo a formar uma placa, que se mantêm em forma por meio de impregnação de uma resina termoformável e acabamento à máquina do reforço em forma de H na placa assim mantida. As préformas do véu e do reforço são reunidas num molde de modo a obter uma outra préforma de uma palheta por meio de moldação com uma resina termoformável. Durante esta operação, o véu é conformado como na figura 1, de maneira a obter-se o relevo desejado, a criar orelhas ou presilhas 3, e colocar o véu e o refor2

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Ref: Η 11685- Gas 328

ço em contacto mútuo perfeito. A densificação da préforma da palheta, mantida numa ferramenta, ê feita por meio de infiltração em fase de vapor do material que constitui a matriz, com carboneto de silício, por exemplo no interior da textura fibrosa, sendo a resina termoformável eliminada termicamente, quando aumenta a temperatura antes da infiltração da matriz. Quando a palheta é montada, esta é fixada na extremidade de um accionador que comunica os movimentos desejados à palheta e às duas palhetas contíguas que estão apoiadas nas presilhas 3.

Gonstatou-se que esta técnica apresenta alguns inconvenientes. Assim, verificou-se um risco de separação entre o véu e o reforço durante a utilização da palheta. Por outro lado, a complexidade dos moldes de fabricação torna o processo caro e pouco apropriado para uma fabricação em série.

Deste modo, o presente invento tem como objectivo proporcionar um processo que permite obter peças compósitas constituídas por um véu e um reforço, nos quais não existe o risco atrás mencionado e com menores custos para uma fabricação em série.

Atinge-se este objectivo com um processo que compreende, de acordo com o invento, as seguintes fases:

- obtenção de um perfilado numa estrutura fibrosa tomada rígida por meio de impregnação de um ligante termoformável, tendo o perfilado uma secção recta correspondente às dimensões de um esboço não comprimido da peça a realizar com o véu e o reforço reunidos,

- acabamento à máquina de um esboço da peça a realizar num pedaço do perfilado,

- enformação do referido esboço em prensa,

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Ref: Η 11685- Cas 328

para se obter uma préforma de forma e dimensões próximas das da peça a realizar, e

- densificação da préforma por meio de infiltração em fase vapor de um material que constitui uma matriz no interior da textura fibrosa, depois de eliminação do ligante termoformável.

A utilização do perfilado inicial permite realizar directamente um esboço da peça por meio de acabamento à máquina de um pedaço de perfilado, mais do que realizar separadamente esboços do véu e do reforço e reuni-los por meio de moldação com uma resina termoformável. Desta maneira, a entreface entre o véu e o reforço já não constitui uma zona de menor coesão, diminuindo assim o risco de separação entre véu e reforço. Além disso, deixa de ser necessário utilizar um molde bastante complexo.

perfilado é vantajosamente de uma estrutura fibrosa tridimensional, por exemplo uma estrutura tecida ou uma estrutura formada por meio de empilhamento de estratos de uma textura bidimensional em que aqueles se encontram ligados entre si por meio de agulhagem ou implantação de fios perpendicularmente aos estratos. Desta maneira, fica eliminado o risco de deslaminação (separação no plano de um estrato) que se podia observar com estruturas fibrosas formadas por meio de simples empilhamento de textura bidimensional, quando era aplicada a técnica anterior e atrás mencionada, em particular no momento da desmontagem da ferramenta de densificação.

É igualmente vantajoso que a peça compósita tenha uma protecção antioxidação, sobretudo quando a peça ê exposta, no decurso da sua utilização, em meio oxidante, a temperaturas relativamente altas.

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Ref: H 11685- Cas 328

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Mod. 71-10000 ex. 89/07

Outras particularidades e vantagens do processo de acordo com o presente invento vão tornár-se evidentes com a leitura da descrição feita a seguir, de maneira indicativa mas não limitativa, com referência aos desenhos anexos nos quais:

- a figura 1, já citada, representa uma palheta quente de agulheta de turborreactor de material compósito, conforme ê fabricada com aplicação de uma técnica cujo princípio ê conhecido, e

- as figuras 2 a 4 representam três fases sucessivas da fabricação de uma palheta quente de agulhe ta de turborreactor de material compósito de acordo com um processo conforme com o presente invento.

Um modo particular de aplicação do invento será descrito adiante no âmbito da fabricação de palhetas quentes de agulheta de turborreactor à saída de canal post-combustão. Todavia, deve notar-se que o processo de acordo com o presente invento é, em geral, apli cável à fabricação de qualquer peça que tenha uma parte em forma de véu e uma segunda parte na forma de reforço solidário com a primeira parte.

Paz-se referência em primeiro lugar à figura 4, que mostra a palheta como é obtida pelo processo de acordo com o invento. Esta palheta tem uma forma geral semelhante à da palheta da figura 1 e compreende um véu 10 sobre uma face do qual se forma um reforço 20 solidário com o veú.

véu 10 é constituído por uma folha rígida relativamente delgada e de forma aproximadamente triangular. Na sua parte média, na direcção longitudinal (direcção aqui definida como paralela ao plano de simetria P da palheta) , o véu 10 forrr.a uma depressão 12 que se prolonga, alargando-se, a partir de uma borda 14a

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Ref: Η 11685- Cas 328 *177 Q3

A . J i

do véu até à borda oposta 14b paralela à borda 14a. Na sua extremidade situada ao longo da borda 14b, a depressão 12 é limitada pela borda do véu que fecha a extremidade da depressão, enquanto que a depressão 12 está aberta na sua outra extremidade ao longo da borda 14a.

Os outros lados opostos 16a, 16b do véu 10 são paralelos um ao outro em todo o seu comprimento a partir da borda 14a, com excepção da parte terminal próxima da borda 14b, onde os lados 16a, 16b se afastam um do outro, aumentando assim a largura do véu 10 nesta parte terminal até à borda 14b.

reforço 20 tem uma forma geral de H com duas nervuras transversais 24a., 24b situadas aproximadamente a distâncias iguais das bordas 14a e 14b, que se prolongam por toda a largura do véu 10, e uma nervura longitudinal mediana 26 que liga entre si as partes centrais das duas nervuras 24a, 24b. Nas suas duas extremidades, a nervura 24a ê prolongada por dedos 28a, 28b, dirigidos para a nervura oposta 24b e encurvados para cima, ou seja, afastando-se do véu 10. Os dedos 28a, 28b destinam-se a permitir a ligação entre a palheta e as palhetas contíguas durante a montagem das palhetas.

Com excepção das partes terminais das nervuras 24a, 24b, a superfície superior do reforço 20 ê aproximadamente plana e paralela ao véu 10. Nas duas partes terminais da nervura 24a, forma-se uma aba cortada 25a, 25b no ângulo oposto àquele de onde sobressai o dedo 28a, 28b. Formam-se também abas cortadas 27a,

27b nas partes terminais da nervura 24b, que se adelgaça, nas sua3 extremidades.

Deve observar-se que a face inferior do reforço 20 acompanha exaotamente o perfil do véu 10,estando o reforço e o véu intimamente ligados um ao outro.

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Ref: Η 11685- Cas 328

GJ.733'

De acordo com o presente invento, a palheta é fabricada a partir de um perfilado 30 conforme representado na figura 2. 0 perfilado 30 é constituído por uma estrutura fibrosa tornada rígida por meio de impregna ção com uma resina termoformável.

Em secção recta, o perfilado 30 tem uma forma que corresponde às dimensões de um esboço não comprimido da palheta a realizar. Conforme se observa na figura 2, o perfilado 30 tem uma parte central 32 de espessura constante e prolongada de cada lado por duas asas 34a, 34b de espessura constante e menor que a da parte central. Conforme se tomará evidente com a leitura da continuação da descrição, a espessura £ ê escolhida de maneira que depois de compressão e formação, as asas 34a, 34b possam formar as partes do véu 30 situadas em ambos os lados do reforço, isto ê, do lado exterior das nervuras 24a, 24b, enquanto que a espessura E é escolhida de maneira que depois de acabamento à máquina, compressão e formação, a parte central 32 possa formar o resto da palheta, quer dizer o reforço 20 e a parte do véu que se prolonga entre as bordas exteriores das nervuras 24a e 2/'b. A estrutura fibrosa que forma o perfilado 30 é obtida a partir de fibras escolhidas conforme a aplicação considerada e para o presente caso preferentemente de fibras de carboneto de silício. Poderiam ser utilizadas outras fibras refractárias, como por exemplo fibras de alumina. Podem ser utilizadas diversas técnicas para realizar o perfilado 30. Este pode ser formado, como um tecido, por meio de empilhamento de estratos de uma textura bidimensional, cortados nas dimensões pretendidas. De preferência, para evitar risco de deslaminagem, os extractos estão ligados entre si por meio de agulhagem ou por implantação de fios de carbono perpendicularmente aos estratos, de ma- 7 61.450

Ref; Η 11685- Cas 328

neira a formar uma estrutura tridimensional. A implantação de fios é realizável conforme é descrito no documento PR-A-2 565 262. Como variante, o perfilado 30 pode também ser realizado por meio de tecelagem tridimensional.

perfilado 30 é cortado em pedaços nos quais ê acabado à máquina um esboço de palheta 40 conforma representado na figura 3. 0 comprimento L de um pedaço ê escolhido de modo a corresponder, depois de compressão e enformação, à largura máxima do véu 10.

Conforme se pode observar na figura 3, o acabamento à máquina consiste em formar as nervuras 24a, 24b e 26 do reforço 20 na parte central 32 do perfilado. As nervuras 24a, 24b são formadas com as abas cortadas 25a, 25b e 27a, 27b e com as partes 28’a, 28’b destinadas a formar os dedos 28a, 28b, não encurvados para cima. 0 acabamento à máquina compreende também a formação dos lados 16a, 16b do véu 10.

esboço assim obtido é seguidamente enformado em prensa e a quente para se obter uma prêforma cuja forma e dimensões são próximas das da palheta representada na figura 4.

A enformação compreende designadamente a formação da depressão 12 no véu 10, a formação dos dedos 28a, 28b por meio de curvatura das partes 28’a,

28’b, assim como uma compressão da estrutura fibrosa.

A prêforma tornada rígida devido à resina termoformável é seguidamente colocada numa ferramenta para a fase de formação da matriz. A matriz é constituída de preferência por carboneto de silício colocado no interior da estrutura fibrosa por meio de infiltração em fase vapor. A eliminação da resina termoformável produz-se durante a subida de temperatura que precede a in8

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Ref: Η 11685- Cas 328 filtração do carboneto de silício, sendo a manutenção da préforma assegurada pela ferramenta em que se encontra colocada. Um processo de infiltração química em fase vapor do carboneto de silício é descrito no documento FR-A-2 401 888.

Quando a densificação está terminada, a palbeta é sujeita a um tratamento de protecção contra a oxidação para permitir à palheta resistir a temperatura elevada numa atmosfera oxidante. Este tratamento consiste, por exemplo, e conforme ê conhecido, depositando uma camada de vidro e em formar uma camada de protecção exterior de carboneto de silício depositado em fase vapor. A protecção de vidro assegura, no decurso da utilização da palheta, uma função de barreira em relação ao oxigénio e à cicatrização de micro-fissuras.

depósito do primeiro pedido para o invento acima descrito foi efectuado em França, em 14 de Outubro de 1988 sob o P. 88 13590.

Claims

-REIVINDICAÇOESlã _ Processo para a fabricação de uma peça compósita constituída por um véu (10) e um reforço (20), caracterizado pelo facto de compreender as fases seguintes:

- realização de um perfilado (30) numa estrutura fibrosa tornada rígida por meio de impregnação de um ligante termoformável, tendo o perfilado uma secção recta correspondente às dimensões de um esboço não comprimido da peça a realizar com o véu e o reforço reunidos,

- acabamento à máquina de um esboço (40) da peça a realizar num pedaço do perfilado,

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Ref; Η 11685- Cas 328

- enformação do referido esboço em prensa de modo a obter uma prêforma de dimensão e forma próximas das da peça a realizar, e

- densificação da prêforma por meio de infiltração em fase vapor de um material constitutivo de uma matriz no interior da textura fibrosa, depois de eliminação do ligante termoformável.

23 - Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo facto do perfilado (30) se inserir numa estrutura fibrosa tridimensional.