ES2560860T3 - Procedimiento de fabricación de estructuras de material compuesto con un utillaje colapsable - Google Patents

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Abstract

Procedimiento para Ia fabricación de estructuras rigidizadas (11 ) en materiales compuestos formadas por un revestimiento exterior (13) y una pluralidad de rigidizadores (15) cuya sección transversal tiene una forma cerrada delimitando un vano interior (23), que comprende los siguientes pasos: a) Proporcionar un útil (31 ) de conformado; b) Proporcionar unos útiles macho auxiliares (37) de un material susceptible de variar su volumen por efecto de Ia temperatura y/o ia presión, recubiertos por membranas aptas para eí curado c) Proporcionar los rigidizadores (15); d) Disponer ios rigidizadores (15) en ei útil (31 ) y en sus vanos interiores (23) los útiles macho auxiliares (37); e) Laminar el revestimiento exterior (13); f) Curar ¡a estructura rigidizada (11 ) con alta temperatura y presión; g) Extraer los útiles macho auxiliares (37) tras disminuir su volumen; h) Separar ¡a estructura rigidizada (11 ) curada del útil (31 ). La invención también se refiere a los útiles macho auxiliares.

Description

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DESCRIPCION
Procedimiento de fabricacion de estructuras de material compuesto con un utillaje colapsable
Campo de la invencion
La presente invencion se refiere a un procedimiento para la fabricacion de estructuras formadas por un revestimiento con rigidizadores de seccion cerrada, fabricadas con material compuesto, aplicable en particular a fuselajes aeronauticos.
Antecedentes de la invencion
En la industria aeronautica el peso es un aspecto primordial, motivo por el cual las estructuras optimizadas fabricadas con materiales compuestos prevalecen sobre las metalicas.
Las maquinas de encintado automatico de fibra de carbono representan un gran avance respecto a la operacion manual. Estas maquinas disponen de un cabezal que presiona sobre la superficie a encintar, por lo que esta superficie debe reaccionar dicha fuerza.
La aplicacion de los aspectos anteriores a los fuselajes aeronauticos lleva a integrar los paneles con sus rigidizadores en el menor numero de operaciones y a optimizar dichos rigidizadores.
Los rigidizadores de seccion cerrada permiten lograr estructuras mas rlgidas anadiendo un menor peso por rigidizador. La incorporacion de este tipo de rigidizadores complica el proceso de fabricacion porque requiere utillajes interiores a los rigidizadores que permitan el encintado de la pieza y la operacion de curado del material compuesto y que se puedan extraer del interior del rigidizador si se pretende que este sea hueco.
Se conocen procesos para la fabricacion de dichas estructuras en los que se introduce un elemento rlgido en el interior de la seccion del rigidizador para reaccionar la presion de encintado y la presion de curado del material compuesto.
Esos procesos son costosos por lo que serla deseable contar con procesos mas eficientes, objetivo que se consigue con la presente invencion.
El documento US-A-5707576 muestra las caracterlsticas del preambulo de la reivindicacion 1.
Sumario de la invencion
En un primer aspecto, la presente invencion propone un procedimiento para la fabricacion de estructuras rigidizadas en materiales compuestos formadas por un revestimiento exterior y una pluralidad de rigidizadores cuya seccion transversal tiene un contorno quebrado con al menos un ala unida al revestimiento, delimitando dicho contorno un vano interior, comprendiendo el proceso los siguientes pasos:
- Proporcionar un util de conformado con una superficie exterior de forma similar a la de la estructura por el lado de los rigidizadores, incluyendo cajeados para albergar los rigidizadores.
- Proporcionar unos utiles macho auxiliares consistentes en unos unos elementos de un material susceptible de variar su volumen por efecto de la temperatura y/o la presion, conformados con una geometrla similar al vano interior de los rigidizadores y recubiertos por membranas aptas para el curado de materiales compuestos.
- Proporcionar los rigidizadores en estado fresco o curado.
- Disponer los rigidizadores en los cajeados del util, acoplandolos a la geometrla de estos y disponer en sus vanos interiores los utiles macho auxiliares acoplados a su geometrla. En este paso los utiles macho auxiliares ayudan a la membrana de curado a acoplarse a la geometrla interior de cada rigidizador.
- Laminar el revestimiento exterior sobre la superficie formada por el util, los rigidizadores y los utiles macho auxiliares. El util de conformado y los utiles macho auxiliares reacciones la fuerza del laminado.
- Curar la estructura rigidizada en condiciones de alta temperatura y presion.
- Extraer los utiles macho auxiliares. Tras el curado, su volumen disminuye lo que facilita la extraccion.
- Separar la estructura rigidizada curada del util.
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Los utiles macho auxiliares utilizados en los procedimientos anteriores pueden ser realizados en un pollmero como el poliuretano o el poliestireno, que por efecto de la temperatura y/o la presion del proceso sufra un cambio que permita extraerlo posteriormente del interior de los rigidizadores.
Una ventaja de la presente invencion es que facilita la fabricacion de estructuras en las que la seccion y el area de los rigidizadores varlen longitudinalmente e incluso presenten en uno o los dos extremos dimensiones menores que en una seccion intermedia, ya que los utiles macho auxiliares pueden conformarse de manera que se adapten a ello.
Otra ventaja es que se facilita el empleo de maquinas con cabezal de encintado presionante ya que los utiles macho auxiliares proporcionan un sustrato en el interior de los rigidizadores para reaccionar la fuerza del cabezal.
Otras caracterlsticas y ventajas de la presente invencion se desprenderan de la descripcion detallada que sigue de una realizacion ilustrativa de su objeto en relacion con las figuras que se acompanan.
Descripcion de las figuras
Las Figuras 1a, 1b y 1c muestran vistas esquematicas de estructuras formadas por un revestimiento y una pluralidad de rigidizadores en forma de, respectivamente, omega, trapecio y Z irregular.
La Figura 2 muestra esquematicamente los pasos del procedimiento segun la invencion para la fabricacion de una estructura formada por un revestimiento y una pluralidad de rigidizadores en forma de omega mediante los cuales se disponen en el util de conformado de la estructura los rigidizadores y los utiles macho auxiliares recubiertos por una membrana apta para el curado.
La Figura 3 muestra esquematicamente el paso del procedimiento segun la invencion para la fabricacion de una estructura formada por un revestimiento y una pluralidad de rigidizadores en forma de omega mediante el cual se lleva a cabo el proceso de encintado del revestimiento.
La Figura 4 muestra esquematicamente el paso del procedimiento segun la invencion para la fabricacion de una estructura formada por un revestimiento y una pluralidad de rigidizadores en forma de omega mediante el cual se lleva a cabo el proceso de curado.
La Figura 5 muestra esquematicamente los pasos del procedimiento segun la invencion para la fabricacion de una estructura formada por un revestimiento y una pluralidad de rigidizadores en forma de omega mediante los cuales se reduce el volumen de los utiles macho auxiliares y se separa la estructura de los utiles empleados para su fabricacion.
Descripcion detallada de la invencion
Describiremos mas adelante una realizacion del procedimiento segun la invencion para fabricar estructuras rigidizadas 11 en materiales compuestos formadas por un revestimiento 13 y una pluralidad de rigidizadores 15 en forma de omega (W) con alas 17 unidas al revestimiento 13, y almas 19 y cabeza 21 separadas de el.
El procedimiento objeto de la presente invencion tambien resulta aplicable para la fabricacion de una estructura rigidizada 51 formada por un revestimiento 53 y una pluralidad de rigidizadores 55 en forma de trapecio con alas 57 unidas al revestimiento 53, y almas 59 y cabeza 61 separadas de el, as! como a la estructura rigidizada 71 formada por un revestimiento 73 y una pluralidad de rigidizadores 75 en forma de Z irregular con un ala 77 unida al revestimiento 73, y almas 79 y cabeza 81 separadas de el.
Los rigidizadores 15, 55, 75 tienen en comun que su seccion transversal tiene un contorno quebrado con al menos un ala 17, 57, 77 unida al revestimiento 13, 53, 73 delimitando dicho contorno un vano interior 23, 63, 83.
Las estructuras 11, 51, 71 pueden tener forma abierta o forma de piezas de revolucion como sucede en el caso de piezas del fuselaje de un avion.
Pasando ya a la descripcion del procedimiento, puede observarse siguiendo la Figura 2, que sobre el util de conformado 31 que tiene unos cajeados 33 se situan los rigidizadores en forma de omega 15 y sobre ellos los utiles macho auxiliares 37 recubiertos por una membrana 39 apta para el curado de materiales compuestos.
Pueden utilizarse rigidizadores 15 curados o sin curar.
Los utiles macho auxiliares 37 se obtienen de un material que por efecto de la temperatura y/o la presion sufra un cambio de volumen que permita extraerlos de los rigidizadores 15 como por ejemplo un pollmero como el poliuretano o el poliestireno y se les dota de una una geometrla similar al vano interior 23 del rigidizador utilizando una tecnica de conformacion apropiada.
Al introducirse cada macho auxiliar 37 en el vano 23 del rigidizador 15 se ayuda a la membrana de curado 39 a acoplarse a la geometria interior de cada rigidizador 15.
Los rigidizadores 15 y los utiles macho 37 pueden disponerse en el util de conformado 31, habiendolos acoplado previamente.
5 En la Figura 3 se observa que en un paso subsiguiente se lamina el revestimiento 13 mediante el cabezal 35 de una maquina de encintado sobre la superficie formada por el util de conformado 31, los rigidizadores 15 y la membrana 39 que cubre los utiles macho auxiliares 37. En este paso, el util de conformado 31 y los utiles macho auxiliares 37 reaccionan la fuerza del cabezal 35 de encintado.
Una variante del procedimiento es la realizacion manual del encintado del revestimiento 13.
10 En la Figura 4, se observa que en un paso subsiguiente se situa una membrana 41 de curado sobre el conjunto de la estructura y, opcionalmente un pisador 43. Tras ello se cura la estructura en condiciones de alta temperatura y presion en autoclave. Durante el proceso de curacion, la membrana 39 que recubre los utiles macho auxiliares 37 comunica el interior de los rigidizadores 15 con la atmosfera del interior del autoclave y consigue mantener presionado el material compuesto que la rodea, es decir el del rigidizador 15 y el del laminado 13 ocasionando el curado.
15 Una vez curada la estructura 11 y enfriada se retiran los utiles macho auxiliares 37, como se ilustra en la Figura 5 al representarlos con un tamano menor al inicial, para facilitar la separacion de la estructura 11 del util de conformado 31 y la extraccion de los utiles macho auxiliares 37 del interior de los rigidizadores 15.
En la realizacion preferente que acabamos de describir pueden introducirse aquellas modificaciones comprendidas dentro del alcance definido por las siguientes reivindicaciones
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Claims (8)

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    REIVINDICACIONES
    1. Procedimiento para la fabricacion de estructuras rigidizadas (11) en materiales compuestos formadas por un revestimiento exterior (13) y una pluralidad de rigidizadores (15) cuya seccion transversal tiene un contorno quebrado con al menos un ala (17) unida al revestimiento (13), delimitando dicho contorno un vano interior (23), comprendiendo el proceso los siguientes pasos:
    a) Proporcionar un util (31) con una superficie exterior de forma similar a la de la estructura (11) por el lado de los rigidizadores (15), incluyendo cajeados (33) para albergar los rigidizadores (15);
    b) Proporcionar los rigidizadores (15) en estado fresco o curado;
    c) Disponer los rigidizadores (15) en los cajeados (33) del util (31), acoplandolos a la geometrla de estos y disponer en sus vanos interiores (23) los utiles macho auxiliares (37) acoplados a su geometrla;
    d) Laminar el revestimiento exterior (13) por medio del cabezal (35) de una maquina de encintado sobre la superficie formada por el util (31), los rigidizadores (15) y los utiles macho auxiliares (37);
    e) Curar la estructura rigidizada (11) en condiciones de alta temperatura y presion en un autoclave;
    f) Extraer los utiles macho auxiliares (37); y
    g) Separar la estructura rigidizada (11) curada del util (31)
    caracterizado porque el procedimiento tambien comprende, entre los pasos a) y b), un paso adicional de proporcionar utiles macho auxiliares (37) que consisten en elementos hechos de un material capaz de variar su volumen debido al efecto de la temperatura y/o presion, conformado con una geometrla similar al vano interior (23) de los rigidizadores, los utiles macho auxiliares (37) reaccionando ante la fuerza del cabezal (35) de la maquina de encintado en el paso d), los utiles macho auxiliares (37) estando cubiertos por membranas (39), de tal manera que, durante el paso e), dichas membranas (39) comunican el interior de los rigidizadores (15) con la atmosfera interior en el autoclave de curado, logrando mantener la presion del material del rigidizador (15) y del revestimiento exterior (13), produciendo as! el curado de tales materiales.
  2. 2. Procedimiento para la fabricacion de estructuras rigidizadas (11) en materiales compuestos segun la reivindicacion 1, caracterizada porque la estructura rigidizada (11) es una pieza de revolucion.
  3. 3. Procedimiento para la fabricacion de estructuras rigidizadas (11) en materiales compuestos segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque los rigidizadores (15) tienen forma de omega.
  4. 4. Procedimiento para la fabricacion de estructuras rigidizadas (11) en materiales compuestos segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque en la etapa c) los rigidizadores (15) se disponen en los cajeados (33) del util (31) habiendo acoplado previamente en sus vanos interiores (23) los utiles macho auxiliares (37).
  5. 5. Procedimiento para la fabricacion de estructuras rigidizadas (11) en materiales compuestos segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque la etapa d) se lleva a cabo mediante un cabezal (35) de una maquina de encintado.
  6. 6. Procedimiento para la fabricacion de estructuras rigidizadas (11) en materiales compuestos segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque previamente a la etapa e) se situa un pisador (43) sobre el revestimiento (13).
  7. 7. Procedimiento para la fabricacion de estructuras rigidizadas (11) en materiales compuestos segun cualquiera de las reivindicaciones 1-6, caracterizado porque el util macho auxiliar (37) esta realizado con poliuretano.
  8. 8. Procedimiento para la fabricacion de estructuras rigidizadas (11) en materiales compuestos segun cualquiera de las reivindicaciones 1-6, caracterizado porque el util macho auxiliar (37) esta realizado con poliestireno.
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