BR112012007485A2

BR112012007485A2 - processo de depósito contínuo na extensão de uma forma alongada de uma faixa fibrosa, dispositivo para a estratificação de uma pré-forma alongada, peça compósita e aeronave

Info

Publication number: BR112012007485A2
Application number: BR112012007485-7A
Authority: BR
Inventors: Philippe Blot; Christophe Marchand; Claude Le Bail; Simon Deseur; Jerome Soto
Original assignee: Airbus Operations Sas
Priority date: 2009-10-01
Filing date: 2010-09-30
Publication date: 2020-08-11
Also published as: ES2537808T3; EP2483062B1; RU2012117200A; CA2776258C; CA2776258A1; FR2950833A1; WO2011039484A1; RU2537012C2; CN102596547A; JP2013506577A; US20120328846A1; EP2483062A1; US9010395B2; CN102596547B

Abstract

PROCESSO DE DEPÓSITO CONTÍNUO NA EXTENSÃO DE UMA FORMA ALONGADA DE UMA FAIXA FIBROSA, DISPOSITIVO PARA A ESTRATIFICAÇÃO DE UMA PRÉ-FORMA ALONGADA, PEÇA COMPÓSITA E AERONAVE A invenção refere-se a um dispositivo e um a um processo para a realização de pré-formas têxteis alongadas, destinadas à fabricação de peças compósitas estruturais por um processo que utiliza a infusão de resina. Mais particularmente, o dispositivo e o processo objetos da invenção são adaptados para a fabricação de pré-formas sensivelmente circulares destinadas, por exemplo, à realização de caixilhos ou trechos de caixilhos de fuselagem de aeronave. A invenção propõe um processo de depósito progressivo e contínuo na extensão de uma forma alongada de uma faixa fibrosa (21), compreendendo uma pequena quantidade de ligante, para a constituição de uma pré-forma (12), cuja seção compreende pelo menos duas abas não copIanares.

Description

W m "PROCESSO DE DEPÓSITO CONTÍNUO NA EXTENSÃO DE UMA FORMA ALONGADA DE UMA FAIXA FIBROSA, DISPOSITIVO PARA A ESTRATIFICAÇÃO DE UMA PRÉ-FORMA ALONGADA, PEÇA COMPÓSITA E ARRONAVE" m 5 A invenção refere-se a um dispositivo e um a um processo para a realização de pré-formas têxteis alongadas, " 4 destinadas à fabricação de peças compósitas estruturais por um processo que utiliza a infusão de resina. Tais pré-formas são ditas secas e compreendem somente uma 10 pequena proporção de material ligante, geralmente inferior a 5°5, necessário para rnanter a coesão da díta pré-forma, a qual, contudo, deve ficar suficientemente porosa para permitir que a resina a impregne totalmente durante a operação de infusão. 15 Mais particuj-armente, o dispositivo e o processo objetos da presente invenção são adaptados para a fabricação de pré-formas sensivelmente circulares clestinadas, por exemplo, à realização de caixilhos ("cadre") ou trechos de caíxilhos de fuselagem de aeronave. 20 Tal peça estrutural apresenta-se na forma de um perfil cuja seção sensivelmente constante pode ter a forma geral de um L, um U, um Z ou formas mais complexas, sendo que a dita seção se estende segundo um eixo longitudinal que descreve uma curva plana qualquer, com um comprimento , 25 superior a 10 vezes a largura da seção.

m . A seção de tal perfil compreende pelo menos duas abas nào _ .çoplanares-.- No caso de uma peça sensivelmentè CirCulaíj " Coino um caixilho de fuselagem, pelo menos uma das duas ô' abas apresenta uma variàçãQ de raio de curvatura segundo 30 sua largura. A seção da peça pode apresentar um alargamento local, mais particu1armente no sentido

V radial, com o fim de permitir a montagem de placas de nnião. Tais peças estruturais são obtidas a partir de fibras 35 empilhadas de acordo com orientações e uma sequencia de empilhamento definidas. Um exemplo de tal perfil é descrito no pedido de patente francês FR29200743 em nome

,W m .da requerente. De acordo com um exemplo de realização, tal perfil é Qbtido colocando-se uma pré-forma consistindo em uma multiplicidade de camadas de fibras secas de orientação j 5 defini-da, ou "plis" [camadas], reproduzindo sensivelmente a forrna da peça final no interior de urn molde " itnpermeável. Em seguida, as fibras são mergulhadas na resina por transferência ou por infusão de resina na pré- forma e finalmente a pré-forma é cozida com c) fim de lO polimerizar a dita resina. De acordo corn a arte anterior, a obtenção da pré-forma necessita de operações ma'nuais que consistem em depositar as diferentes camadas em uma ferramenta gabarito, "matriz" ou matriz, reproduz.i_ndo sensivelmente a forma da 15 peça. As fibras são depositadas em faixas na forma de mantas não tecidas, de tecidos ou de empilhamentos multiaxiais. O operador força as dita" faixas a se conformarem à forma da ferramenta, tanto na seção quanto no perfil longitudinal, sem que ocorram enrugamentos ou 20 ondulações das fibras, o que poderia diminuir as características mecânicas da peça final. Entretanto, as fibras, tais como as fibras de carbono ou de vidro, não apresentam nenhuma capacidade de deformação plástica. Durante o depósito, o operador deve estar atento para 25 manter uma tensão sensivelmente constante e uníforme nas diferentes camadas depositadas, de maneira que acompan.hem m a forma_ da_ ferranien.ta pela variação contro"ladã da " " distãncia e do escorregamento entre as fibras sem

R enrugamento. 30 Essa operação, que consiste em pressionar e estícar de maneira controlada uma pré-forma fibrosa constituída de fibras contínuas em urna ferramenta é cIassicamente desígnada pelo termo francês "épanouissement" [acomodação]. 35 A manutenção da coesão da pré-forma é realizada ativando- se termicamente a pequena quantidade de ligante contída nas faixas depositadas aquecendo-se localmente essas u últímas. Esse aquecimento tem como efeito fluidificar a dita pequena quantidade de ligante que impregna as fibras em contato. Essa fluidificação acompanha-se geralmente de uma expansão do ligante que aumenta de volume. Essa " 5' expansão é controlada por uma pressão. A polimerização pelo menos parcial do ligante fixa as camadas entre si e " à ferramenta. Erri regra geral, durante operações de estratificação manual, o operador contenta-se em soldar Iocalmente as camadas entre si, em pontos ou segundo 10 linhas. Em seguida, depois de depositadas todas as X .camadas (geralmente 4 ou 5) , a pré-forma é compactada a quente por um disposítivo do tipo bolsa de vácuo. Essa operação mariual necessita de uma certa prática da parte do operador, implica tempos de manipulação 15 consideráveis e meios específicos para instalar os dispositivos de compactação e , consequentemente, leva a custos de fabricação elevados . Esse processo de obteríção, portanto, fica limitado à fabricação de peças em pequenas quantidades. 20 Conhecem-se da arte anterior processos de estratificação automatizados ou parcialmente automatizados para a realização de pré-formas alongadas. Esses são principalmente adaptados à realização de pré-forrnas a partir de faixas pré-impregnadas de resina termo- 25 endurecedora no estado bruto. Tais faixas possuem urna aderência instantânea e se mantêm facilmente na forma de

V _ ._ um empilhamen-to—compacto Fía ferramenta s"erü necésSitar""de" " um cíclo específico de pressão-temperatura de b compactação. 30 A patente EP0436415 descreve um dispositivo para a conformação de pré-formas alongadas circulares essencialmente a partir de faixas pré-impregnadas, sendo que essas são acomodadas em uma ferramenta pela ação progressiva de uma membrana. O disposítívo descrito nessa 35 patente é dificilmente adaptado a peças de grandes dimensões, tais como caixilhos de fuselagem de aviões de grande porte.

e

+ Por outro lado, esse dispositivo não permite rnanter em forma uma pré-forma seca, constituída de faixas não aderentes, após terrninada a ação da membrana.

O pedido internacional WO2005/011961 descreve um processo " 5 e um disposi"tivo para a estratificação de pré-formas alongadas.

Esse dispositivo utiliza rolos para esticar, > pressionar e compactar as faixas depositadas em uma ferramenta.

Esse dispositivo não é adaptado para o depósíto de faixas secas compreendendo uma pequena 10 quantidade de ligante.

Ele não dispõe de meios de solda nem de meios que permitam aplicar o cicicj término de compactação.

A pressão de compactação é aplicada na faíxa fri.a à medida em que essa é depositada, por intermédio de um rolo. 15 No caso de uma faixa de fibras secas, a apli-cação da pressão segundo uma geratriz desse rolo não permite manter um comprimento de faixa suficiente sobre a ferramenta para evitar qualquer enrugamento dessa durante a ação da acomodação.

Multiplicando-se os rolos na forma 20 de um trem para remediar esse inconveniente, esses criam, devido a sua açâo de rolamento, ondulações das fibras, particularmente quando a espessura da pré-forrna seca, por outro lado porosa, torna-se elevada.

Ora, taís ondulações são altamente prejudicíais para as características 25 mecânicas das peças assim obtidas.

Finalmente, a ação de rolaínento não permite aplícar um ^ _ ciclo de pr-essão—tempe-ratura loca-l adaptado no""mómento" do" " " depósito.

De fato, a fluidificação e a expansão do u Iigante combinadas à ação dos rolos ocasionam um 30 escoamento local do ligante nas camadas sobre as quaís rolam os rolos, e a criação de acúmulos de ligante na pré-forma, os quais são igualmente prejudicais a qualidade da peça final.

Portanto, existe uma necessidade de um processo e de um 35 dispositivo permítindo a realização de pré-formas fibrosas alongadas a partir de fibras contínuas contendo uma pequena quantidade de ligante, adaptado a uma

«' p.rodução em série e cuja qualidade de produção é índependente da habilidade do operador. A fím de resolver as insuficiências da arte anteríor, a invenção propõe um processo de depósito progressivo e

J 5 contínuo na extensão de uma forma alongada, de uma faixa fibrosa, compreendendo uma pequena quantidade de ligante, para a constituição de uma pré-forma dita seca, cuja seção com'preende pelo menos duas abas não coplanares, compreendendo as etapas que consistem, sequencialmente e 10 nessa ordem, eín: - aquecer um trecho da dita faixa de maneira a ativar a pequena quantidade de ligante; - apjÁcar o citado trecho sobre uma das faces da pré- forma; 15 - pré-formar a quente o trecho à seção da pré-forma; - conformar a quente o trecho sobre as faces da pré- forma; - calibrar, durante seu esfriamento, o empilhamento compreendendo o trecho assim depositado aplícando uma 20 pressão sobre todas as faces correspondendo à pré-forma. Essas etapas são aplicadas sequencialmente para um trecho determinado, mas são realizadas simultaneamente na escala da faixa em trechos sucessivos de maneira a realizar um depósito contínuo. A continuidade desse depósito é 25 indispensável para acoínodar a faixa segundo a curvatura da pré-forma ou segundo as variações de comprimento de s-eção de-ss-a-. As faixas de fibras assim deposítadas podem ser tecidos ou rnantas não tecidas ou ainda multiaxiais compreendendo 30 fibra3 orientadas em um ângulo e em relação ao eixo longitudinal da pré-forma e/ou fibras orientadas a 90" em relação a esse eíxo. Típicarnente e está compreendido entre 30° e 60°. Essas fibras contínuas estendem-se en pelo menos duas abas não coplanares da seção da pré- 35 forma. Dessa forma, o processo da invenção utiliza um depósito progressivo segundo uma clireção sensivelmente paralela ao eixo longitudinal da pré-forma, e urria compactação- calibração progressiva e contínua da faixa fibrosa sobre a pré-forma. Esse depósito contínuo e a compactação local permitem eliminar o tempo de manipulação dos meios de " 5 compactação do tipo bolsa de vácuo da arte anterior. Tal processo não pode ser implementado por estratificação r rnanual, consequentemente, a invenção também se refere a um dispositivo para a implementação do processo de acordo c"om a invenção, dispositívo esse que compreende: 10 - uma matriz reproduzindo a forma da pré-forma; - meios de depósito capazes de depositar, conformar e calibrar sobre a pré-forma uma faixa de material fibroso compreendendo uma pequena quantidade de ligante, sendo que os referidos meios compreendem uma guia de pré- 15 formação da citada faixa à seção da pré-forma; - meios de deslocamento relativo dos meios de depósito ao longo da matriz. O deslocamento relativo dos meios de depósito ao longo da matriz permite realizar o depósito, a compactação e a

2.0 .calibração progressiva das faixas sobre a pré-forma. Indiferentemente, a matriz pode ser móvél e se deslocar em relação aos meios de depósitos fixos, ou inversamente. A pré-formagem da faixa permite, ao aproximar progressivamente as faixas da superfícíe da pré-forma, 25 evitar qualquer enrugamento da faixa durante sua conformação, especialmente nos ângulos internos, e _ _ permitê a r-eal-ização da- re-fe-rida-corrformaçãò por meio de " sapatas, cuja superfície é elástica e serisivelmente e deformável sob a pressão do contato, que aplicam a 30 pressão de conformação sobre uma superficie sensivelmente paralela à face da pré-forma, evitando assim as ondulações e os fenômenos de escoamento. Vantajosamente, a guia de pré-formagem compreende duas partes separadas e móveis uma em relação à outra, assim 35 como meios capazes de deslocar as ditas partes, de maneira a adaptar a seção de pré-forrnagem às variações de seção da matriz e/ou da pré-forma. Essa disposição permite utilizar a mesma gui-a de pré-formagem para uma série de pré-formas homotéticas, de forma de seção sensivelmente equivalente, mas de dimensão diferente, realizar pré-formas apresentando variações de seção em 5 seu comprimento, especialmente alargamentos radiais, e se adaptar à espessura da camada depositada, especiaLmente quando a estratificação é realizada em várias passagens da rriatriz sob os meios de depósito.

Vantajosamente, a matriz é constituida por um material poroso ou vazado.

Essa característica permite reduzir a ínêrcia térmica da matriz e, dessa forma, reduzir os tempos de aquecimento-esfriamento da pré-forma, tempos que influenciam diretamente a produtivídade do processo.

A título de exemplo nada limitativo, a matriz p'ode ser constituido de uma chapa vazada ou de uma grade.

Essa configuração permite vantajosamente esfriar a pré-forma, ela mesma porosa, por insuflação de um gás termo-condutor através das paredes da matriz.

De acordo com um modo de realização preferido, os meios de conformação compreendem sapatas cuja superfície de contato é elástica e deformável sob a ação da pressão de contato.

Essas operam com a guia de pré-formagem para colar a faixa sobre o perfil da pré-forma.

O atrito das sapatas permite esticar a faixa e realizar sua acomodação.

Ainda de acordo com um modo preferído de realização, a calibração é realizada por sapatas constituídas por .pla-cas- cuja superfíície- de co"n'tato""co1Ti ã" pré forma é rígida, e as ditas placas são articuladas entre si.

Essas sapatas de calibração entram em ação durante o esfriamentc da pré-forma.

As placas de calibração permitem exercer no empilhamento uma ação de compactação e de calibração, de maneira a calibrar a espessura da pré-fQrma em um valor determinado.

A montagem articulada das placas permite aplicar essa pressão de calibração sobre uma superfície sensivelmente paralela à superfície da matriz, e também permite que o conjunto de placas se adapte à forma dessa superfície.

V As placas podem ser espessas e rígidas, mais particularmente quando a pré-forma for retilínea ou apresentar urna pequena curvatura. Coma alternativa, quando a pré-forma apresentar pequenos raios de " 5 curvatura, as referidas placas podem apresentar uma certa flexibilidade para se adaptar à curvatura, porém a

P superfície de contato com a pré-forrna permanece dura e rígida. Vantajosamente, o dispositivo de depósíto compreende um 10 dísposit-ivo de localização do perfil da matriz em relaçào aos meios de depósito durante seu deslocamento relativo. Tal dispositivo permite trabalhar por cópia e comandar a orientação da faixa depositada assim como os meios de conformação e de calibração seguindo o perfil efetivo da 15 mencionada matriz. A fim de posicionar os reforços locais, os m.eios de depósito compreendem vantajosamente um dispositivo de corte da faixa segundo sua largura. A informação enviada pela localização do perfil da matriz permite localizar de 20 maneira precísa a posição desses reforços. Preferencíalmente, a matriz é disposta sobre uma mesa móvel e os meios de depósito são posicionados sobre uma mesa fixa, sendo que são utilizados meios de avanço automático sincronizados para deslocar a matriz sob os 25 meios de depósito. Vantajosamente, taí dispositivo também compreende meios

N para _ depo-sitar faix-as --de- - fibras " "estendendo-se paralelamente ao eixo longitudinal da pré-forma sobre as - faces da seção que não apresentam variação de raio de 30 curvatura segundo sua largura. Tais faixas são aquecidas antes do seu depósito de maneira a ativar a ligante e, preferencialmente, são aplicadas s'obre a pré-forma pelas sapatas de calibração. Tal dispositivo permite fabricar economicamente e de 35 maneíra reprodutível pré-formas fibrosas destinadas à realização de peças compósitas, tais com caixilhos de fuselagem de aeronave.

e A invenção será agora descrita mais precisamente, no quadro de inodos de realização preferidos, nada limitativos, representados nos desenhos anexos, cujas figuras estão relacionadas abaixo. \

" 5 A figura 1 é uma vista esquemática Iateral de um modo de realização do dispositivo de depósito; m

A figura 2 mostra o dispositivo de estratificação segundo uma perspectiva superior; A figura 3 ilustra em perspectiva um modo de realização 10 da guia de pré-formagem adaptada a seções ern U; A figura 4 é uma vista em perspectiva do dispositivo de regulagem da guia de pré-tormagem segundo o perfíl da pré-forma; As figuras 5A a 5C são vistas superiores mostrando a 15 progressão da ação da guia de pré-formagem durante o depósito da faixa sobre a pré-forma; As figuras 6A a 6C são vistas em corte da aplicação sequencial de uma faixa fibrosa sobre a pré-forma de acordo com um modo de realização correspondendo a um 20 perfil de seção em U; A figura 7 é uma vista em corte da aplicação das sapatas de conformação sobre a pré-forma de acordo com um modo de realização adaptado para a tealização de uma pré-forma de seção em U; 25 As figuras 8A e 8B mostram vistas em corte da aplicação das sapatas de calibração de acordo com um modo de -- real-izaç-ão cor-responderrdo a_uma pré-fõrma de seção em U; A figura 9A ilustra em uma perspectiva superior um . exemplo de aplicaçào das placas de calibração sobre uma 30 das faces da pré-forma; A figura 9B é um exemplo de uma alternativa de realização do dispositivo de aplicação das placas de pré-formagem sobre a pré-forrna; As figuras IOA a IOF ilustram em corte as etapas para o 35 depósito de um trecho de faixa segundo uma seção de perfil em Z; e A figura 11 é um exemplo em corte da estratificação de um e perfil de acordo com um modo de realização da invenção. Como representado na fígura 1, o díspositivo de depósito é constituído de meios de armazenamento 20 de faixas de material compreendendo uma pequena quantidade de ligante, " 5 de meios de conformação 41, 42, de uma guia de pré- forrnagem 60, de meios de calibração 51, 2, de meios de " aquecimerito 31, 32, preferencialmente por insuflação de ar quente, e de meios de esfríamento 33, preferencialmente por insuflação de ar frio. 10 A faixa de material fibroso 21 é armazenada preferencialmente em uma bobina 20. A referida bobina é desenrolada a uma velocidade sensivelmente constante, de modo que sua velocidade de rotação pode ser vantajosamente sincronízada com a velocidade de 15 deslocamento relativa 100, 110 do dispositivo de depósito em relação à matriz 10 de maneira a controlar sua tensão longitudinal. Um dispositivo de aquecimento por insuflação de ar quente 31 insufla ar aquecido a uma temperatura capaz de ativar 20 a pequena quantidade de ligante contida na faixa 21, e assiín favorecer a adesão da mencionada faixa sobre a pré- Eorma. A temperatura de ativação está geralmente compreendida entre 1OO°C e 180"C para uma resina termo- endurecedora, e pode alcançar 300 °C para certas resinas 25 terrnoplásticas. O ligante é incorporado ao material a ser depositado + - anÈe-riormente à op"eraçào de depósito. 'E"ssa incorporação é realizada por polvilhamento de uma resina termoplástica

W ou termo-endurecedora, por intermédio de um filme 30' termoplástico c.o-larninado com a faixa fibrosa, na forma de fibras termoplásticas integradas na faixa de fibras de reforço ou de fibras de reforço que receberam um revestimento termoplástico. A faixa é oressionada contra uma das faces da matriz 10 35 por urria primeira sapata de conformação 41. Urna guia 60 vem então rebater as bordas da citada faixa 21 sobre as laterais da rnatriz.

Um segundo dispositivo de aquecimento 22 orientado em direção às laterais da matriz aquece a faixa de material logo antes da conformação das laterais por sapatas adaptadas 42. 5 As sapatas de conformação têm as funções, por um lado, de colar a faixa conformada sobre a pré-forma e, por outro Iado, acomodar essa faixa quando o perfil a acompanhar apresentar em pelo menos uma das abas da seção uma variação de raio de curvatura segundo a largura da dita 10 aba.

Para tal, ej-as aplicam sobre a faixa uma pressão sensivelmente normal à superfície da pré-forma, para o efeito de colagem, uma pressão que, combinada com o atrito da sapata em uma direção sensivej-mente paralej-a ao ei-xo longitudinal da pré-forma, produz o efeíto de 15 expansão.

A sapata é preferencialmente de largura reduzida e o contato entre a sapata e a pré-forma é preferencialmente realizado por intemnédío de um material deformável.

Após a conformação da faixa, a pré-forma é estriada por 20 i-nsuflação de ar frio 33 e calibrada durante esse esfriamento pela aplicação de uma pressão normal em todas as suas faces.

Os elementos de calíbração 51, 52 apresentam-se na forma de placas duras aplicadas sobre as faces da pré-forma. 25 Como representado na figura 2, de acordo com um modo de realização, o dispositivo de depósito é fixo e a matriz e

11 é móvel _ segundo .uma tra-jetômía- 410 -sensivelmenté " paralela a seu eixo longitudinal.

Como alternativa, o u deslocamento relativo da matriz e do dispositivo de 30 depósito pode ser obtido com uma matriz fixa e um dispositivo de depósito montado sobre um carrinho móvel em elação a eqsa matriz, ou até pela combínação desses dQis movimentos.

Dê acordo com um mocio de realização particular, o 35 dispositivo de depósito compreende meios 25, 15 para o depósito de mantas de reforço unidirecionais 25 cujas fibras são orientadas sensivelmente paralelamente ao eixo

D longitudinal da pré-forma.

Essas fibras são depositadas sobre as abas da pré-forma que não apresentam variação de raio de curvatura segundo sua largura.

De acordo com esse modo de realização, o dispositivo de " 5 depósito compreende um dispositivo adicional de aquecimento 34 capaz de ativar a pequena quantidade de 4 Iígante compreendida nas faixas de reforço unidirecionais 25, as quais são em seguida pressionadas e calibradas por elementos de calibração com placas 55. 10 A baixa aderência das faixas de fibras, ditas secas, não permite que acompanhem simultaneamente a duas superfícies não coplanares sem rísco de escorregamento e, portanto, de mau posicionamento da citada faixa.

A guia de pré- formagem 60, ilustrada na figura 3, permite aproximar 15 progressivamente as bordas da faíxa das laterais da pré- forma, após que a citada faíxa tenha sido conformada e, portanto, imobilizada sobre uma das faces da pré-forma.

Vantajosamente, a dita guia apresenta-se em duas partes 610, 620 não unidas em relação a um plano de simetria de 20 normal perpendicular ao eixo longitudinal da pré-forma.

Como mostrado na figura 4, essas duas partes 610, 620 da guia podem ser aproximadas ou afastadas uma da outra por iritermédio de um pistão 6'30 ou de uma mola.

Como representado na figura 5, essa disposição permite 25 adaptar a ação da referida guia no caso em que a pré- forma apresentar variações de seção. ©

Como representado na figura 6, no exernplo de""r_ealizaçáò de uma seção em U, a faixa de material fibroso 21 é e aplícada e conformada sobre a face superior da pré-forma 30 12 após a atívação da interface por ínsuflação de ar quente (figuras 5A e 6B), em seguida as bordas da faixa 21 são rebatidas sobre as laterais da pré-forma 12 (figura 6C). Como se pode ver na figura 7, as laterais são então conformadas símultaneamente por sapatas de 35 conformação 410, 420. Essas compreendem uma sapata de interface 440 preferencialmente constituída por um rrtaterial elastômero capaz de resistir à temperatura de b í'

« conformação e um elemento de aplícação da pressão 430 recebendo comandos de esforço, tipicamente constituído por um pistão a gás.

As sapatas de conformação são rela'tivamente estreitas e a deformabilidade da sapata de " 5 interface é suficiente para adaptar sua forma à curvatura Iocal da pré-forma.

Para aplicações particulares &

(ângulos, rebaixos) o perfil da sapata pode ser adaptado à forrna.

O efeito técnico das sapatas de conformação é de aplicar 10 uma pressão normal e tangencial, essa última por atrito, de maneira a colar a faixa sobre a pré-forma e a realizar sua expansão, de modo que os elementos de aplicação da pressão 430 recebern. comandos de força.

A força apj-icada pelas sapatas sobre a pré-forma é controlada pelos meios 15 de aplicação da pressão, tipicamente pelo controle da pressão de alimentação dos pistões a gás.

A íntensidade relativa do atrito é controlada pela rigidez e a natureza da sapata de interface.

Adicionalmente, a sapata de interface pode receber um revestimento para modificar 20 suas características de atrito e melhorar sua r'esistência ao desgaste, por exemplo, um revestimento a base de fluoretileno.

Tipicamente, para naturezas de interface iguais, quanto rnais a força de aplicação da sapata for elevada e mais a sapata de interface for deformável, mais 25 a pressão tangencial sobre a faixa e a pré-forma será elevada.

As coníbinações adaptadas são determinadas por m ensaios._ Corrio representado na figura 8, a calibração é realizada d durante o esfriamento da pré-forma aplicando-se uma 30 pressão sobre todas as faces, por intermédio de placas rígidas 501, 502, 503 deslocadas por rneios 530 tais como pistões ou fusos de esferas recebendo comandos de posição.

O comando de posição é realizado a partir da inforrriação recebida por sensores copiadores 560 que 35 localizam a matriz 10 no espaço da máquina.

A calibração durante o esfriamento permite determinar a espessura teórica da pré-forma levando em conta a natureza das e camadas e da quantidade de ligante depositados sem levar ern conta os efeitos de expa-nsão do Iigante.

Como a posição da matriz é conhecida atravês da informação do sensor copiador 560, a posição das placas de calibração é " 5 determinada subtraindo-se a espessura teórica da pré- forma 12 dessa posição. t A informação enviada pelos sensores copiadores também é utilizada para centralizar os meios de depósito da faixa 20 ern relação à pré-forma e para comandar o deslocamento lO relativo das duas partes 610, 620 da guia de pré- formagem.

Como representado na figura 8B, os ângulos são calibrados em seu raio teórico por réguas 510 ligadas à placa de calibração superior 503 e cuja ação é sensível 15 'essencialmente durante o depósito das últimas camadas.

A placa de calibração superior é mais Iarga do que a pré- forma.

As réguas 510 de acerto dos raios podem se apresentar na forma de réguas contínuas que reproduzem a curvatura da dita pré-forma.

As mencionadas réguas também 20 podem se apresentar na forma de múltiplos segmentos de pequeno comprimento que são então retos e posicionados tangencialmente em relação à curvatura.

Os referidos segmentos são então fixados em ranhuras efetuadas nas bordas da placa de calibração superior e sua posição 25 radial é ajustada servindo-se da matriz como gabarito.

A forma das placas de calibração laterais reproduz a m curvatura da pré-forma—- Como representado na figura 9, de acordo com um modo de q realízação preferido, quando o raio de curvatura das 30 citadas peças for suficientemente grande, as placas de calíbração lateraís são realizadas a partir de placas planas 511-517 em material duro, tal como aço, conectadas por ligacões pivotantes de eixo paralelo ao eíxo da curvatura longitudinal da pré-forma.

As placas são 35 aplícadas contra a pré-forma por intermédio de um ou mais pistões 530 conectados às ditas placas por braços articulados 540. Dessa forma, as pIacas adaptam-se à

W

O curvatura efetiva da pré-forma. Quando o raio de curvatura for demasiadamente pequeno, utilizam-se placas de aço menos espessas e flexíveis, capazes de se adaptar à curvatura da peça sob o efeito da pressão de contato. " 5 As placas de calibração podem eventualmente receber um revestimento para melhorar sua resistência ao desgaste ou t para modificar suas propriedades de atrito com a pré- forma. Como representado na figura 10, de acordo com um modo de 10 r.ealização de uma pré-forrna curva cuja seção é s'ensivelmente um Z, a faixa de materíal 21 é primeiramente aplicada sobre a face 111 da matriz 11 ou da pré-forma que apresenta o menor raio de curvatura. Na figura IOB, a faixa de material é em seguida dobrada em 15 direção às outras faces por intermédio da guia de pré- formagem 61. Na figura lOC, o trecho de faixa que se aplica sobre a face 112 que apresenta una varíação de raio de curvatura segundo seu comprimento é conformada por intermédio de uma sapata de conformação 412. Além do 20 fato de aplicar a referida faixa 21 sobre a pré-forma, essa sapata de conformação realiza a acomodação da pré- forma. Na figura IOD, uma sapata de conforrnação especifica 413 permite terminar a acomodação da faixa 21 no ângulo interno da seção. A conformação se termina pela 25 passagem de uma sapata 414 sobre a face 113 de maior raio de curvatura R2. Na figura 1OF, a calibração é realizada em toda-s as-Xaees duran-te o--esfriamen"to d"a pré-fórma:"" "" O conjunto dessas operações é realizado simultaneamente « em trechos diferentes da pré-forma durante o deslocamento 30 relatívo entre a matriz e o dispositivo de depósito. O esfriamento é obtido por insuflação de ar em temperatura ambiente ou de ar resfriado, seja díretamente sobre a pré-forma, seja através da matriz, ou ainda por c,ombinação dos dois métodos. O ciclo térmico de 35 aquecimento/esfriamento determina a velocidade de deslocamento relativo e, portanto, a produtívídade do dispositivo. Para tal, é útil minimizar a inércia térmica

% da matriz 10, 11, para acelerar tanto o aquecim.ento quanto o esfriamento.

A matriz é, consequentemente vantajosamente constituída por um material vazado, tal como uma chapa perfurada dobrada ou uma grade dobrada no ' 5. formato da matriz, sendo que essa grade é coberta por um tecido para delaminar favorecendo a desmoldagem, tal como 1 um tecido de vidro, antes da estratificação.

Esse tecido de vidro evita a aderência da pré-forma à ferramenta e pode ser facilmente arrancado da díta pré-forma antes do 10 processo de injeção/infusão de resina.

Como a matriz é vazada e a pré-forma é porosa, o esfriamento é acelerado ao se insuflar ar frio através da matriz e da pré-forma.

Tal disposição também permite realizar o esfriamento ao mesmo tempo em que são 15 aplicadas as placas de calíbração sobre a pré-forma, melhorando assim a calibração da mencionada pré-forma.

Como representado na figura 11, o dispositivo permite o depósito de empilhamentos complexos compreendendo, por exemplo: 20 - camadas triaxiais -30°, 90°, +30° ou +30°, 90°, -30°, 121, 123, 125; - entre as quais são intercalados reforços uniaxiais a 0°, 122, 124, 126, 127. Os reforços uniaxiais localizados sobre a face superior 25 da pré-forma 127, 126, face que apresenta uma variação do raio de curvatura sobre sua largura, são depositados por

. ," . _.fai-xas estreitas, po-r ex-em-plo, de Iargura dê 4" a 6 mià, " " " por meio de um processo de disposição de fibras secas. 0

Vantajosamente, no término da operação de depósito ou 30 simultaneamente a essa, logo após a operação de calibração, meios de recorte 600 permitem dar um acabamento às abas nas duas extremidades da seção.

Esses meios de recorte são constituídos por um disco 600 girando em uma ranhura 601 realizada nas faces 111, 113 35 da matriz diante as ditas abas da pré-forma.

A descrição acima ilustra clararnente que, pelas suas diferentes características e suas vantagens, a presente invenção atinge os objetivos que se fixou. Em particular, ela permit-e a fabricação de uma pré-forma seca circular de maneira automatizada e reprodutível. A reprodutibilidade do processo e a utilização de fibras 5 s:ecas permitem obter peças compreendendo taxas de fibras superiores a 6o% em rnassa. Tais taxas de fibras, impossiveis de serem atíngidas pelas técnicas da arte anterior, permite, para massas iguais, aumentar as características mecânicas dessas peças ou, para 10 caracteristicas mecânicas iguais, reduzir sua massa, o que é particularmente vantajoso no campo aeronáutico.

I

Claims

· REIVINDICAÇÕES

1. Processo de depósito contínuo na extensão de uma forma alongada de uma faixa fibrosa, compreendendo uma pequena quantidade de lígante, para a constituição de uma pré- " 5 forma dita seca (12), cuja seção compreende pelo menos duas abas não coplanares, caracterizado pelo fato de

Õ compreender as etapas que consistem, sequencialrnente e nessa ordem, em: a) aquecer um trecho da faixa de maneira a ativar a 10 pequena quantidade de ligante; b) aplicar o citado trecho sobre uma das faces da pré- forma; C) pré-formar a quente o trecho à seção da pré-forrna; d) conformar a quente o trecho sobre as faces da pré- 15 forma; e) calibrar, durante seu esfríamento, o empílhamento compreendendo o trecho assim depositado aplicando uma pressão sobre todas as faces correspondendo à pré-forma; sendo que as etapas a) a e) são realizadas 20 símultaneamente em trechos diferentes e sucessivos da faixa fibrosa de maneira a obter urn depÓsito progressivo e contínuo da faixa.

2. Dispositivo para a estratificação de uma pré-forma alongada, de acordo com o processo conforme definido na 25 reivindicação 1, caracterizado pelo fato de compreender: - uma matriz (10) reproduzindo a forma da pré-forma; ~ -_ meios__ de- depósito— (4-1,— 42, 51, -52_)_ capazès""de "" " " depositar, conformar e calibrar sobre a pré-forma uma d faixa de material fibroso compreendendo uma pequena 30 quantidade de ligante, sendo que os referídos meios compreendem uma guia (60) de pré-formação da citada faixa (21) à seção da pré-forma (12); - meios de deslocamento relativa dos m.eios de depósito ao longo da matriz. 35

3. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de a guia de pré-formagem (60, 61) compreender duas partes separadas (610, 620) e móveis q

B uma em relação à outra, assim como meíos (630) capazes de deslocar as ditas partes, de maneira a adaptar a seção de pré-tormagem às variações de seção da matriz (10) ou da pré-forma (12). " 5

4. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de a matriz (10) ser constituída r de um material poroso ou vazado.

5. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 4, .caracterizado pelo fato de compreender meios (33, 34) 10 capazes de esfríar a pré-forma por insuflação de um fluido termocondutor através da matríz.

6. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de os meios de depósíto compreenderew meios de conformação (41, 42, 411, 412, 15 413, 414) compreendendo sapatas cuja superfícíe de contato com a pré-forma é elástica e deformável sob a ação da pressão de contato.

17. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de os meios de depósito 20 compreenderem meíos de calíbração (501, 502, 503, 51, 52) compreendendo sapatas constituídos por placas (511, 512, 513, 514, 515, 516, 517) articuladas.

8. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de compreender meios (560) 25 capazes de localizar o perfil da matriz (lO) durante seu deslocamento relativo em relação aos meios de depósito. " _ 9. Di-spositive, de- acordo com qualquer "uma "das reivindicações de 2 a 8, caracterizado pelo fato de a

O matriz (10) ser de forma sensivelmente circular e 30 disposta sobre uma mesa móvel, pelo fato de os meios de depósito serem fixos e pelo fato de compreender meios capazes de deslocar a matriz (10) sob os rneios de depósito.

10. Peça compósita, especialmente um caixilho de 35 fuselagem, caracterizada pelo fato de ser realizada de acordo com o processo conforme definído na reivindicação 1 e pelo fato de compreender pelo menos 60% de fibras em massa.

11. Aeronave, caracterizada pelo fato de compreender um caixilho de fuselagem conforme definida na reivindicação

10.

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