ES2961085T3 - Procedimiento para la fabricación de piezas de moldeo de material compuesto de fibras - Google Patents
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Abstract
La invención se refiere a un método para producir piezas moldeadas a partir de material compuesto de fibra, que comprende los siguientes pasos: a) proporcionar una prensa (1, 1') que tiene una primera herramienta de prensa (2), una segunda herramienta de prensa (3) y una membrana. (4), en donde la primera herramienta de presión (2) y la segunda herramienta de presión (3) son móviles entre sí, en donde la membrana (4) está conectada a una de las herramientas de presión (2), una cavidad (5) para que se forme un medio de trabajo entre la membrana (4) y la herramienta de prensa (2) conectada a la misma, se forme una cámara de trabajo (8, 8') para una pieza de trabajo en la otra herramienta de prensa (3), y el volumen de la siendo modificable la cámara de trabajo (8, 8') mediante un movimiento de la membrana (4) cuando la prensa (1, 1') está cerrada, b) proporcionando al menos una pieza de trabajo (17, 17') que tiene un volumen de pieza de trabajo (Vw1 , Vw1'), en donde la pieza de trabajo (17, 17') tiene una matriz y fibras insertadas en la misma, c) insertar la pieza de trabajo (17, 17') en la cámara de trabajo (8, 8') de la prensa (1, 1 '), d) cerrar la prensa (1, 1'), donde la cámara de trabajo (8, 8') ocupa un primer volumen (V1, V1'), e) aplicar presión y/o temperatura a la pieza de trabajo (17). , 17') mediante la membrana (4), ocupando la cámara de trabajo (8, 8') un segundo volumen (V2, V2'), generándose a partir de la pieza de trabajo (17, 17') una pieza moldeada endurecida. , y f) abrir la prensa (1, 1') y retirar la pieza moldeada. Para garantizar una distribución de presión continua y uniforme, según la invención el primer volumen (V1, V1') de la cámara de trabajo (8, 8') es menor que el volumen de la pieza (Vw1, Vw1'), y por tanto la pieza (17, 17') ya está comprimido en el paso d) y antes del paso e). (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)
Description
DESCRIPCIÓN
Procedimiento para la fabricación de piezas de moldeo de material compuesto de fibras
La invención se refiere a un procedimiento para la fabricación de piezas de moldeo de material compuesto de fibras, que comprende los siguientes pasos: a) La puesta a disposición de una prensa con una primera herramienta de prensado, una segunda herramienta de prensado y una membrana, en la que la primera herramienta de prensado y la segunda herramienta de prensado son móviles una respecto a otra, y en la que la membrana está unida a una de las herramientas de prensado, y en la que entre la membrana y la herramienta de prensado unida a esta está formada una cavidad para un medio de trabajo, y en la que en la otra herramienta de prensado está formado un espacio de trabajo para una pieza de trabajo, y en la que el volumen del espacio de trabajo se puede modificar mediante un movimiento de la membrana estando cerrada la prensa, b) la puesta a disposición de al menos una pieza de trabajo con un volumen de pieza de trabajo, presentando la pieza de trabajo una matriz y fibras insertadas en la misma, c) la inserción de la pieza de trabajo en el espacio de trabajo de la prensa, d) el cierre de la prensa, ocupando el espacio de trabajo un primer volumen, e) la aplicación de presión y/o temperatura a la pieza de trabajo por medio de la membrana, adoptando el espacio de trabajo un segundo volumen, y generándose a partir de la pieza de trabajo una pieza de moldeo endurecida, y f) la apertura de la prensa y la extracción de la pieza de moldeo.
Los materiales compuestos de fibras son materiales compuestos que se componen sustancialmente de dos componentes principales: de fibras de refuerzo y de una materia sintética en la que están embebidas las fibras ("matriz" o "resina"). Mediante la combinación de los dos componentes principales se puede conseguir que el material compuesto presente en general mejores propiedades que los dos componentes solos. Por ejemplo, las fibras contribuyen a aumentar la resistencia a la tracción del material compuesto debido a su alta resistencia a la tracción en la dirección de la fibra. La matriz, por el contrario, garantiza, por ejemplo, que las fibras se mantengan en su posición y estén protegidas de influencias mecánicas y químicas.
Una de varias posibilidades de la fabricación de componentes a partir de materiales compuestos de fibras se basa en el uso de productos semiacabados prefabricados de fibras y resina (los llamados "preimpregnados", abreviatura de "fibras preimpregnadas"). En tales productos semiacabados, las fibras están provistas de un sistema de resina que aún no ha reaccionado completamente, de modo que los productos semiacabados todavía están presentes en forma flexible (por ejemplo, en forma de banda, en rollos). Solo durante la fabricación de los componentes se conforman los preimpregnados y se endurecen bajo alta presión y altas temperaturas hasta completar la reacción química. Este paso se puede realizar, por ejemplo, en una prensa.
Por ejemplo, los preimpregnados se procesan en grandes cantidades en la industria de la aviación. Un desafío en el procesamiento es que la industria de la aviación a menudo requiere geometrías de componentes muy complejas, por ejemplo debido a elementos de refuerzo tales como largueros. Además, se debe reducir el esfuerzo de montaje, lo que se debe lograr utilizando menos componentes pero de mayor tamaño. La combinación de geometrías complejas y grandes dimensiones de los componentes impone mayores exigencias a los dispositivos y procedimientos para la fabricación de estos componentes. Un requisito es, por ejemplo, garantizar una aplicación uniforme de la presión durante la fabricación de los componentes.
Un dispositivo y un procedimiento para la fabricación de componentes de material compuesto de fibras se conocen, por ejemplo, por el documento DE 102017 113595 A1. Una aplicación uniforme de presión sobre el componente que ha de ser fabricado debe lograrse mediante una membrana flexible que actúe sobre el componente, actuando la presión del aceite sobre la membrana desde el lado de la membrana opuesto al componente. De este modo, por lo tanto, la membrana queda presionada sobre la superficie del componente mediante presión de aceite. De este modo, también en el caso de superficies de componentes curvadas se debe garantizar que la presión del aceite actúe por todos los lados, es decir, hidrostáticamente, y por lo tanto la fuerza que actúa desde la membrana sobre la superficie del componente sea la misma en todos los puntos, en particular también la componente de fuerza que actúa ortogonalmente sobre la superficie del componente.
El uso de una "prensa de membrana" de este tipo para la fabricación de componentes de material compuesto de fibras se conoce también por el documento US 2016/0297153 A1.
Un reto al utilizar una membrana es que el componente que ha de ser fabricado en la prensa a menudo solo puede ser sometido a presión por un lado mediante una membrana, por lo que, debido a la limitada deformabilidad de la membrana, este suele ser el lado geométricamente menos complejo del componente (p. ej. el lado exterior liso del fuselaje de un avión). Sin embargo, en muchos casos el otro lado del componente, que a menudo es el lado geométricamente más complejo del componente (por ejemplo, el interior del fuselaje de un avión), no puede ser sometido a presión directamente por la membrana, ya que allí a menudo están previstos elementos de refuerzo, cuya forma no permiten el ataque directo de la membrana debido a su compleja geometría. Por lo tanto, este lado a menudo se inserta en una herramienta con la forma correspondiente, insertándose en caso necesario núcleos adicionales en la herramienta (por ejemplo, en el caso de destalonamientos). Esta disposición hace que difícilmente se puede garantizar una distribución uniforme de la presión en el lado, opuesto a la membrana, del componente que ha de ser fabricado. Esto se debe, por ejemplo, a que las herramientas y los núcleos presentan una dilatación térmica diferente a la de la pieza de trabajo y, por tanto, presentan un comportamiento de dilatación diferente al aumentar y/o descender la temperatura.
Del estado de la técnica se conoce además el documento WO 02/ 102565 A1 que divulga un molde para la fabricación de un componente con una membrana y un procedimiento de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1.
En este contexto, la invención se basa en el objetivo de garantizar una distribución uniforme de la presión durante la fabricación de piezas de moldeo de material compuesto de fibras con una prensa de membrana, también en el lado de la pieza de moldeo que está opuesto a la membrana.
Este objetivo se consigue en un procedimiento de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1 por que el primer volumen del espacio de trabajo es menor que el volumen de la pieza de trabajo, de modo que la pieza de trabajo ya está comprimida en el paso d) y antes del paso e).
El procedimiento de acuerdo con la invención es un procedimiento para la fabricación de piezas de moldeo de material compuesto de fibras. El procedimiento incluye inicialmente el paso de la puesta a disposición de una denominada "prensa de membrana". La prensa comprende una primera herramienta de prensado, por ejemplo superior, una segunda herramienta de prensado, por ejemplo inferior, y una membrana. La membrana puede estar formada, por ejemplo, por una fina chapa metálica. La primera herramienta de prensado y la segunda herramienta de prensado son móviles una respecto a otra de manera que la prensa se puede abrir y cerrar. La membrana está unida a una de las dos herramientas de prensado, estando formada entre la membrana y la herramienta de prensado unida a esta una cavidad para un medio de trabajo. La cavidad está destinada a recibir un medio de trabajo, por ejemplo un gas o un líquido. Por lo tanto, la membrana y la herramienta de prensado unida a ella están unidas entre sí de forma estanca a los gases y/o a los líquidos. Cuando la prensa está cerrada, el volumen del espacio de trabajo se puede modificar, es decir, ampliar o reducir, mediante un movimiento de la membrana.
El procedimiento de acuerdo con la invención comprende además el paso de la puesta a disposición de al menos una pieza de trabajo con un volumen de pieza de trabajo, presentando la pieza de trabajo una matriz y fibras insertadas en esta. Las fibras insertadas en la matriz pueden ser, por ejemplo, fibras de carbono ("fibras de carbono"), fibras de vidrio, fibras de aramida o similares. Las fibras se pueden usar, por ejemplo, como productos semiacabados en forma de esteras, telas no tejidas, velos, tejidos, trenzados o telas de punto. La matriz o la resina puede estar formada, por ejemplo, a partir de termoplástico. La pieza de trabajo puede ser un "producto semiacabado de matriz de fibras" ya acabado, que también se denomina "preimpregnado".
Los pasos adicionales del procedimiento de acuerdo con la invención son la inserción de la pieza de trabajo en el espacio de trabajo de la prensa, el cierre de la prensa, ocupando el espacio de trabajo un primer volumen, la aplicación de presión y/o temperatura a la pieza de trabajo por medio de la membrana, ocupando el espacio de trabajo un segundo volumen y generándose a partir de la pieza de trabajo una pieza de moldeo endurecida, y la apertura de la prensa y la extracción de la pieza de moldeo. El "primer volumen" del espacio de trabajo se refiere por tanto al volumen del espacio de trabajo antes de que la membrana actúe sobre la pieza de trabajo, mientras que el "segundo volumen" del espacio de trabajo se refiere al volumen del espacio de trabajo durante la acción de la membrana sobre la pieza de trabajo. Dado que la membrana ejerce presión sobre la pieza de trabajo y durante ello reduce el espacio de trabajo y, por tanto, comprime la pieza de trabajo situado en este, el "primer volumen" del espacio de trabajo generalmente es mayor que el "segundo volumen" del espacio de trabajo.
De acuerdo con la invención está previsto que el primer volumen del espacio de trabajo es menor que el volumen de la pieza de trabajo, de modo que la pieza de trabajo ya está comprimida en el paso d) y antes del paso e). El volumen de pieza de trabajo se refiere al volumen de la pieza de trabajo antes de su inserción en el espacio de trabajo, es decir, el volumen de la pieza de trabajo en el estado no comprimido. Por lo tanto, el estado de la pieza de trabajo ya está comprimido cuando, por ejemplo, por la presión queda expulsado el aire situado entre las distintas capas de material.
En otras palabras, el tamaño de la pieza de trabajo y el tamaño del espacio de trabajo están coordinados entre sí de tal manera que la pieza de trabajo sea ligeramente demasiado grande para el espacio de trabajo o que el espacio de trabajo sea ligeramente demasiado pequeño para la pieza de trabajo. Por lo tanto, la pieza de trabajo debe “aplastarse” en el espacio de trabajo. Esto tiene como consecuencia que ya durante su inserción en el espacio de trabajo, la pieza de trabajo debe comprimirse ligeramente y, por lo tanto, ya durante la inserción en el espacio de trabajo se somete a un pretensado (generado por contacto). Este procedimiento se basa en la idea de que durante todo el procesamiento en la prensa siempre debe actuar una presión mínima sobre la pieza de trabajo, independientemente del perfil de presión y temperatura. Garantizar una presión mínima tiene un impacto significativo en la calidad del componente, ya que, por ejemplo, manteniendo una presión mínima se pueden evitar bolsas de aire en el componente. En el caso de un procedimiento convencional (sin "pretensado"), por ejemplo, existe el riesgo de que, debido a diferentes coeficientes de dilatación térmica, al bajar la temperatura, las herramientas de prensado se "encojan" más rápido que la pieza intermedia, con lo que la presión que actúa sobre la pieza de trabajo puede caer a cero. Esto se evita de manera fiable mediante el procedimiento de acuerdo con la invención.
De acuerdo con una configuración del procedimiento está previsto que el segundo volumen del espacio de trabajo es menor que el volumen de la pieza, de modo que la pieza también se comprime durante el paso e).
Como ya se definió anteriormente, el "segundo volumen" del espacio de trabajo se refiere al volumen del espacio de trabajo durante la acción de la membrana sobre la pieza de trabajo. Gracias a que el segundo volumen del espacio de trabajo también es más pequeño que el volumen de la pieza de trabajo, se garantiza que se mantenga o, preferentemente, incluso se aumente el pretensado de la pieza de trabajo. Esto debe tener lugar durante el paso e), es decir, mientras la pieza de trabajo está siendo sometida a presión y/o temperatura a través de la membrana.
De acuerdo con otra configuración del procedimiento está previsto que en el paso b) se pone a disposición también al menos un núcleo con un volumen del núcleo, que en el paso c) también el núcleo se inserta en el espacio de trabajo de la prensa, y que el primer volumen del espacio de trabajo es menor que la suma del volumen de pieza de trabajo y el volumen de núcleo, de modo que la pieza de trabajo ya comprimida ya en el paso d) y antes del paso e).
En el caso de componentes con geometrías complicadas, por ejemplo, en componentes con destalonamientos, a menudo es necesario utilizar núcleos separados, ya que de lo contrario el componente no puede ser extraído del molde. Mediante el uso de núcleos que se pueden insertar y extraer por separado, también se pueden fabricar geometrías de componentes complejas. Si se utilizan uno o varios núcleos, el principio de pretensado descrito anteriormente se puede lograr mediante el hecho de que el primer volumen del espacio de trabajo sea menor que la suma del volumen de la pieza de trabajo y el volumen del núcleo. De esta manera, se puede garantizar que la pieza de trabajo esté sometida a un pretensado, aunque la pieza de trabajo vista por sí sola (es decir, sin los núcleos) pueda tener un volumen menor que el espacio de trabajo. Es que el volumen adicional de los núcleos proporciona la compresión de la pieza de trabajo si se garantiza que la suma del volumen de la pieza de trabajo y el volumen del núcleo sea mayor que el primer volumen del espacio de trabajo. De esta forma, la solución descrita anteriormente también se puede aprovechar cuando se utilizan uno o varios núcleos.
Para esta realización se propone además que el segundo volumen del espacio de trabajo sea menor que la suma del volumen de la pieza de trabajo y el volumen del núcleo, de modo que la pieza de trabajo esté comprimida también durante el paso e). Como ya se definió anteriormente, el "segundo volumen" del espacio de trabajo se refiere al volumen del espacio de trabajo durante la acción de la membrana sobre la pieza de trabajo. Por el hecho de que también el segundo volumen del espacio de trabajo es menor que la suma del volumen de la pieza de trabajo y el volumen del núcleo, se garantiza que se mantenga o, preferentemente, incluso se aumente el pretensado de la pieza de trabajo. Esto debe tener lugar durante el paso e), es decir, mientras la pieza de trabajo y los núcleos están siendo sometidos a presión y/o temperatura a través de la membrana.
De acuerdo con otra configuración del procedimiento está previsto que la membrana está hecha de metal y tiene preferentemente un grosor comprendido entre 0,05 mm y 0,5 mm, en particular entre 0,15 mm y 0,3 mm.
Una membrana de metal, en particular de chapa de acero, tiene la ventaja de que, por un lado, la membrana puede transmitir altas presiones debido a las propiedades mecánicas del metal y, por otro lado, es muy adecuada para calentar o enfriar la pieza de trabajo debido a la alta conductividad térmica del metal. La transmisión de presiones se consigue por que una además de la membrana está prevista una cavidad que se puede llenar con un medio de trabajo lo más incompresible posible (por ejemplo, aceite), por lo que la membrana se deforma y es presionada en dirección hacia la pieza de trabajo. Un calentamiento o enfriamiento de la pieza de trabajo se puede lograr si se calienta o enfría el medio de trabajo situado en la cavidad. Preferentemente, la membrana tiene una superficie muy lisa, en particular una superficie con un valor Rz de 4,0 pm o menos, preferentemente de 2,7 pm o menos, de forma particularmente preferente incluso por debajo de 1,0 pm, por ejemplo 0,1 pm.
De acuerdo con otra configuración del procedimiento está previsto que durante el paso e) se modifique la presión y/o la temperatura del medio de trabajo en la cavidad.
Por el hecho de que se puede modificar la presión y/o la temperatura del medio de trabajo en la cavidad, también se pueden modificar la presión que actúa sobre la pieza de trabajo y la temperatura que actúa sobre la pieza de trabajo, ya que tanto la presión como la temperatura del medio de trabajo son transmitidas a través de la membrana a la pieza de trabajo. Dado que pueden modificarse tanto la presión como la temperatura, es posible proporcionar curvas de presión y temperatura cambiantes en lugar de una presión y una temperatura constantes, por ejemplo inicialmente un aumento de la presión y la temperatura, después el mantenimiento de la presión y la temperatura constantes y finalmente, una reducción de la presión y la temperatura. Un cambio en la presión del medio de trabajo se hace posible, por ejemplo, mediante la modificación de la cantidad de medio de trabajo en la cavidad a través del caudal de entrada o salida de medio de trabajo. Sin embargo, una modificación de la temperatura del medio de trabajo se puede lograr, por ejemplo, por el hecho de que el medio de trabajo circula y el medio de trabajo entrante tiene una temperatura mayor o menor que el medio de trabajo situado en la cavidad y, por tanto, lo calienta o enfría.
De acuerdo con otra configuración del procedimiento está previsto que en el paso e) la presión del medio de trabajo situado en la cavidad se aumente hasta una presión máxima comprendida en el intervalo entre 5 bar y 50 bar, en particular entre 10 bar y 30 bar.
Alternativa o adicionalmente, de acuerdo con otra configuración del procedimiento, puede estar previsto que en el paso e) la temperatura del medio de trabajo situado en la cavidad se eleve hasta una temperatura máxima en el rango entre 300°C y 500°C, en particular, entre 330°C y 410°C. Las presiones máximas mencionadas y las temperaturas máximas mencionadas han conducido a resultados óptimos en la fabricación de piezas de moldeo de material compuesto de fibras. Los valores dados son valores máximos; durante la fabricación en la prensa también se alcanzan valores de presión y temperatura más bajos, por ejemplo durante la fase de calentamiento y durante la fase de enfriamiento.
De acuerdo con otra configuración del procedimiento está previsto finalmente que en el paso b) se proporcionan varias piezas de trabajo separadas, que en el paso c) se introducen en el espacio de trabajo de la prensa y se unen entre sí en el paso e), generándose a partir de las piezas de trabajo una pieza de moldeo continua endurecida.
Este procedimiento se basa en la idea de aprovechar la acción de la presión y la temperatura en la prensa no solo para endurecer un componente individual, sino también para unir varios componentes entre sí. Los componentes pueden ser, por ejemplo, preimpregnados que se endurecen por primera vez. Pero los componentes también pueden ser componentes previamente endurecidos (por ejemplo, elementos de refuerzo) de material compuesto de fibras, que como consecuencia de la temperatura se vuelven viscosos para unirse a otros componentes y formar una pieza de moldeo común continua.
A continuación, la invención se explicará más detalladamente con la ayuda de un dibujo que representa tan solo un ejemplo de realización preferente. En el dibujo muestran:
La figura 1A: una primera configuración de una prensa para la realización de un procedimiento de acuerdo con la invención, en sección transversal, en posición abierta sin pieza de trabajo insertada,
la figura 1B: la prensa de la figura 1A en posición abierta con pieza de trabajo insertada,
la figura 1C: la prensa de la figura 1A en posición cerrada,
LA figura 2A: una segunda configuración de una prensa para la realización de un procedimiento de acuerdo con la invención, en sección transversal, en posición abierta sin piezas de trabajo insertadas y sin núcleos insertados,
la figura 2B: la prensa de la figura 2A en posición abierta con piezas de trabajo insertadas y núcleos insertados,
la figura 2C: la prensa de la figura 2A en posición cerrada, y
la figura 3: la secuencia de un procedimiento de acuerdo con la invención en una representación esquemática.
La figura 1A muestra una primera realización de una prensa 1 para la realización de un procedimiento de acuerdo con la invención, en sección transversal, en la posición abierta sin pieza de trabajo insertada. La prensa 1 comprende una primera herramienta de prensado 2, superior, y una segunda herramienta de prensado 3, inferior. Las dos herramientas de prensado 2, 3 son móviles una respecto a otra, por ejemplo en dirección vertical (indicada con flechas en la figura 1). Además, la prensa comprende una membrana 4 que está unida a la herramienta de prensado superior 2. Como alternativa a la forma de realización representada en la figura 1, la membrana 4 también podría estar unida con la herramienta de prensado inferior 3. Entre la membrana 4 y la herramienta de prensado superior 2 conectada a ella está formada una cavidad 5 para un medio de trabajo, por ejemplo aceite. La membrana 4 está hecha de metal y tiene preferentemente un grosor comprendido en el intervalo entre 0,05 mm y 0,5 mm. La cavidad 5 se puede llenar con el medio de trabajo a través de un canal 6. Tanto en la herramienta de prensado superior 2 como en la herramienta de prensado inferior 3 están previstos orificios 7, a través de los cuales puede hacerse pasar un medio de calentamiento y/o enfriamiento.
En la configuración de la prensa 1 mostrada en la figura 1A, en la herramienta de prensado inferior 3 está previsto un espacio de trabajo 8, en el que se puede insertar una pieza de trabajo (no representada en la figura 1A). El espacio de trabajo 8 tiene un primer volumen V cuando la prensa está abierta1 en. Las dos herramientas de prensado 2, 3 presentan una guía 9 que puede estar formada, por ejemplo, por un saliente 9A y una escotadura 9B, estando previsto el saliente 9A en la herramienta de prensado inferior 3 y la escotadura 9B en la herramienta de prensado superior 2.
La membrana 4 está conectada a la herramienta de prensado superior 2 de la siguiente manera: La herramienta de prensado superior 2 presenta un elemento de borde 10 circunferencial que está atornillado a la herramienta de prensado superior 2 (en la figura 1A no se muestra la unión atornillada). Entre la herramienta de prensado superior 2 y su elemento de borde 10 se forma un intersticio 11, a través de la cual se hace pasar la membrana 4. La ranura 11 desemboca en una cavidad 12, en la que está previsto un dispositivo de apriete 13, en el que se sujeta por apriete la membrana 4. El dispositivo de apriete 13 está unido a un tirante 14 que sale por una abertura de la herramienta de prensado superior 2 y del elemento de borde 10 y es presionado allí hacia afuera por un resorte 15 apoyado en la superficie exterior, por lo que la membrana 4 se somete a un pretensado. Para estanqueizar la cavidad 5, en el intersticio 11 está prevista una junta sello 16 que permite un movimiento de la membrana 4.
La figura 1B muestra la prensa 1 de la figura 1A en la posición abierta con una pieza de trabajo 17 insertada. Las zonas de la prensa 1 que ya se han descrito anteriormente están provistas de signos de referencia correspondientes en la figura 1<b>. La diferencia con respecto a la posición mostrada en la figura 1A es que la pieza de trabajo 17 se ha insertado en el espacio de trabajo 8 de la herramienta de prensado inferior 3. La pieza de trabajo 17 tiene un volumen de pieza de trabajo Vw1 que es un ligeramente mayor que el primer volumen V1 de la zona de trabajo 8. Esto significa que la pieza de trabajo 17 debe comprimirse ligeramente para poder ser insertada en el espacio de trabajo 8, por lo que la pieza de trabajo 17 queda expuesta a un pretensado.
La figura 1C muestra la prensa 1 de la figura 1A en la posición cerrada. Aquellas zonas de la prensa 1 que ya se han descrito anteriormente también están provistas de signos de referencia correspondientes en la figura 1C. La prensa 1 se cerró acercando las dos herramientas de prensa 2, 3 una hacia otra. En la posición mostrada en la figura 1C, la pieza de trabajo 17 se somete a presión y temperatura. La aplicación de presión se realiza haciendo pasar un medio de trabajo, por ejemplo aceite, a través del canal 6 a la cavidad 5, por lo que la membrana 4 queda presionada en dirección a la pieza de trabajo 17. La aplicación de temperatura se puede realizar de diferentes maneras: Una posibilidad es calentar el medio de trabajo que pasa por el canal 6 a la cavidad 5, de tal manera que el calor del medio de trabajo situado en la cavidad 5 sea transferido a través de la membrana 4 a la pieza de trabajo 17. A la inversa, el medio de trabajo podría enfriarse para enfriar la pieza de trabajo 17. Alternativa o adicionalmente puede estar previsto que a través de los orificios 7 fluya un medio de calentamiento y/o enfriamiento, con lo que en primer lugar se pueden calentar o enfriar las dos herramientas de prensado 2, 3 y a continuación también la pieza de trabajo 17. Como consecuencia de la presión, el espacio de trabajo 8 se reduce aún más en la posición mostrada en la figura 1C y presenta un segundo volumen V2 en. Esto da como resultado una compresión adicional de la pieza de trabajo 17, que en la posición mostrada en la figura 1C tiene un segundo volumen de pieza de trabajo Vw2 que corresponde aproximadamente al segundo volumen V2 del espacio de trabajo 8.
La figura 2A muestra una segunda configuración de una prensa 1' para la realización de un procedimiento de acuerdo con la invención en sección transversal en posición abierta sin piezas de trabajo 17 insertadas y sin núcleos insertados. Aquellas zonas de la prensa 1' que ya se han descrito anteriormente también están provistas de signos de referencia correspondientes en la figura 2A. La segunda configuración de la prensa 1' representada en la figura 2A se diferencia de la primera forma de realización de la prensa 1' mostrada anteriormente, en particular por un espacio de trabajo 8' ampliado que permite el uso de núcleos (no representados en la figura 2A). El espacio de trabajo 8' ampliado presenta un primer volumen V T estando abierta la prensa.
La figura 2B muestra la prensa 1' de la figura 2A en posición abierta con piezas de trabajo 17 insertadas y núcleos 18 insertados. Aquellas zonas de la prensa 1' que ya se han descrito anteriormente también están provistas de signos de referencia correspondientes en la figura 2B. Además de la pieza de trabajo 17 ya descrita en las figuras 1A a 1C, ahora están insertadas dos piezas de trabajo 17' adicionales en el espacio de trabajo 8' de la prensa 1', pudiendo ser las piezas de trabajo 17', por ejemplo, elementos de refuerzo prefabricados ya con una sección transversal en forma de Z (por ejemplo, un "larguero" del fuselaje de un avión). Las piezas de trabajo 17' deben unirse a la pieza de trabajo 17 en el paso de fabricación siguiente. Para hacer posible una distribución uniforme de la presión a pesar de la compleja geometría de las piezas de trabajo 17', en el espacio de trabajo se insertan varios núcleos 18, cuya forma se adapta a la forma del espacio de trabajo 8' y a la forma de las piezas de trabajo 17, 17'. Las piezas de trabajo 17, 17' presentan juntas un primer volumen de pieza de trabajo Vwi' y los núcleos 18 presentan juntos un primer volumen del núcleo V<ki>'. La suma del primer volumen de pieza Vwi' y el primer volumen del núcleo V<k>T (V<w>T V<ki>') es ligeramente más grande que el primer volumen VT del espacio de trabajo 8'. Esto significa que las piezas de trabajo 17, 17' y los núcleos 18 deben comprimirse ligeramente para poder ser insertadas en el espacio de trabajo 8', por lo que las piezas de trabajo 17, 17' y los núcleos 18 quedan expuestos a un pretensado.
La figura 2C muestra la prensa 1' de la figura 2A en la posición cerrada. Aquellas zonas de la prensa 1' que ya se han descrito anteriormente también están provistas de signos de referencia correspondientes en la figura 2C. La prensa 1' se cerró acercando las dos herramientas de prensado 2, 3 una hacia otra. En la posición mostrada en la figura 2C, las piezas de trabajo 17, 17' están sometidas a presión y temperatura. La aplicación de presión se realiza haciendo pasar un medio de trabajo, por ejemplo aceite, a través del canal 6 a la cavidad 5, por lo que la membrana 4 queda presionada en dirección a las piezas de trabajo 17, 17'. La aplicación de temperatura se puede realizar de diferentes maneras: Una posibilidad es calentar el medio de trabajo que pasa a través del canal 6 a la cavidad 5, de tal manera que el calor del medio de trabajo situado en la cavidad 5 sea transferido a través de la membrana 4 a las piezas de trabajo 17, 17'. A la inversa, el medio de trabajo podría enfriarse para enfriar las piezas de trabajo 17, 17'. Alternativa o adicionalmente puede estar previsto que a través de los orificios 7 fluya un medio de calentamiento y/o enfriamiento, por lo que en primer lugar se pueden calentar o enfriar las dos herramientas de prensado 2, 3 y después también las piezas de trabajo 17, 17'. Como consecuencia de la acción de la presión, el espacio de trabajo 8' se reduce aún más en tamaño en la posición representada en la figura 2C y presenta un segundo volumen V2'. Esto tiene como consecuencia una compresión adicional de las piezas de trabajo 17, 17' y también de los núcleos 18. En la posición mostrada en la figura 2C, las piezas de trabajo 17, 17' juntas tienen un segundo volumen de pieza de trabajo Vwz' y los núcleos 18 juntos tienen un segundo volumen del núcleo Vk2' en. La suma del segundo volumen de pieza de trabajo Vwz' y el segundo volumen del núcleo Vk2' (Vw2' Vk2') corresponde aproximadamente al segundo volumen V2' del espacio de trabajo 8'.
Finalmente, la figura 3 muestra la secuencia de un procedimiento 100 de acuerdo con la invención, en representación esquemática. El procedimiento 100 comprende los siguientes pasos: 101: La puesta a disposición de una prensa, 102: La puesta a posición de una pieza de trabajo, 103: La inserción de la pieza de trabajo, 104: El cierre de la prensa, 105: La aplicación de presión y/o temperatura a la pieza de trabajo, 106: La apertura de la prensa.
Lista de signos de referencia:
1, 1': Prensa
2: Primera herramienta de prensado (superior)
3: Segunda herramienta de prensado (inferior)
4: Membrana
5: Cavidad
6: Canal
7: Orificio
8,8': Espacio de trabajo
9: Guía
9A: Saliente
9B: Escotadura
10: Elemento de borde
11: Intersticio
12: Espacio hueco
13: Dispositivo de apriete
14: Tirante
15: Resorte
16: Junta
17,17': Pieza de trabajo
18: Núcleo
V1 , V-T: Primer volumen (del espacio de trabajo 8, 8')
V2, V2': Segundo volumen (del espacio de trabajo 8, 8')
Vwi, V wT: Primer volumen de pieza de trabajo (de las piezas de trabajo 17, 17')
Vw2, Vw2': Segundo volumen de pieza de trabajo (de las piezas de trabajo 17, 17')
Vki: Primer volumen de núcleo (de los núcleos 18)
V<k>2: Segundo volumen de núcleo (de los núcleos 18)
Claims (9)
1. Procedimiento para la fabricación de piezas de moldeo de material compuesto de fibras, que comprende los siguientes pasos:
a) La puesta a disposición de una prensa (1, 1') con
- una primera herramienta de prensado (2),
- una segunda herramienta de prensado (3), y
- una membrana (4),
- en la que la primera herramienta de prensado (2) y la segunda herramienta de prensado (3) son móviles una respecto a otra,
- en la que la membrana (4) está unida a una de las herramientas de prensado (2),
- en la que entre la membrana (4) y la herramienta de prensado (2) unida a esta se forma una cavidad (5) para un medio de trabajo,
- en la que en otra herramienta de prensado (3) se forma un espacio de trabajo (8, 8') para una pieza de trabajo, y
- en la que el volumen del espacio de trabajo (8, 8') se puede modificar mediante un movimiento de la membrana (4) estando cerrada la prensa (1, 1'),
b) la puesta a disposición de al menos una pieza de trabajo (17, 17') con un volumen de pieza de trabajo (Vwi, Vwi'), presentando la pieza de trabajo (17, 17') una matriz y fibras insertadas en la misma,
c) la inserción de la pieza de trabajo (17, 17') en el espacio de trabajo (8, 8') de la prensa (1, 1'),
d) el cierre de la prensa (1, 1'), ocupando el espacio de trabajo (8, 8') un primer volumen (Vi, V.i'),
e) la aplicación de presión y/o temperatura a la pieza de trabajo (17, 17') por medio de la membrana (4), ocupando el espacio de trabajo (8, 8') un segundo volumen (V2, V2'), y generándose a partir de la pieza de trabajo (17, 17') una pieza de moldeo endurecida, y
f) la apertura de la prensa (1, 1') y la extracción de la pieza de moldeo,
caracterizado por que
el primer volumen (vi, Vi') del espacio de trabajo (8, 8') es menor que el volumen de pieza de trabajo (Vwi, V.wi'), de modo que la pieza de trabajo (17, 17') está comprimida ya en el paso d) y antes del paso e).
2. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1,
caracterizado por que
el segundo volumen (V2, V2') del espacio de trabajo (8, 8') es menor que el volumen de pieza de trabajo (Vwi, Vwi'), de modo que la pieza de trabajo (17, 17') está comprimida también durante el paso e).
3. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1,
caracterizado por que
en el paso b) también se pone a disposición al menos un núcleo (18) con un volumen del núcleo (Vki), por que en el paso c) también el núcleo (18) se inserta en el espacio de trabajo (8') de la prensa, y por que el primer volumen (Vi') del espacio de trabajo (8') es menor que la suma del volumen de pieza de trabajo (Vwi') y el volumen de núcleo (V<ki>), de modo que la pieza de trabajo (17, 17') está comprimida ya en el paso d) y antes del paso e).
4. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 3,
caracterizado por que
el segundo volumen (V2') del espacio de trabajo (8') es menor que la suma del volumen de pieza de trabajo (Vwi') y el volumen de núcleo (V<ki>), de modo que la pieza de trabajo (17, 17') está comprimida también durante el paso e).
5. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 4,
caracterizado por que
la membrana (4) está hecha de metal y tiene preferentemente un grosor comprendido en el intervalo entre 0,05 mm y 0,5 mm, en particular entre 0,25 mm y 0,4 mm.
6. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 5,
caracterizado por que
Durante el paso e) se modifican la presión y/o la temperatura del medio de trabajo en la cavidad (5).
7. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 6,
caracterizado por que
en el paso e) se eleva la presión del medio de trabajo situado en la cavidad (5) hasta una presión máxima comprendida en el intervalo entre 10 bar y 50 bar, en particular entre 15 bar y 30 bar.
8. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 7,
caracterizado por que
en el paso e) se eleva la temperatura del medio de trabajo situado en la cavidad (5) hasta una temperatura máxima comprendida en el intervalo entre 300°C y 500°C, en particular entre 330°C y 410°C.
9. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 8,
caracterizado por que
en el paso b) están previstas varias piezas de trabajo (17, 17') separadas, que en el paso c) se insertan en el espacio de trabajo (8') de la prensa (1') y se unen entre sí en el paso e), generándose a partir de las piezas de trabajo (17, 17') una pieza de moldeo continua endurecida.
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