ES2343824B1 - Pieza de material compuesto con zonas de diferente espesor. - Google Patents
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Abstract
Pieza de material compuesto con zonas de
diferente espesor fabricada a partir de un apilado de telas de
material compuesto que comprende al menos dos zonas adyacentes de
diferente espesor (11, 15) y una zona de transición (13) entre ambas
configurada con una sola pendiente (17), en la que el apilado está
estructurado por: una primera y una cuarta sección formadas por al
menos dos telas continuas (21, 21''; 29, 29'') que se extienden a lo
largo de las tres zonas mencionadas (11, 13, 15); una segunda
sección formada por uno o más paquetes de telas (23) simétricos y
balanceados terminando en la zona de transición (13) intercalados
entre una o más telas continuas (25); una tercera sección formada
por un paquete de telas simétrico y balanceado (27) que se extiende
a lo largo de las tres zonas mencionadas (11, 13, 15) intercalado
entre una o más telas continuas (25).
Description
Pieza de material compuesto con zonas de
diferente espesor.
La presente invención se refiere a la estructura
del apilado de una pieza de material compuesto con zonas de
diferente espesor fabricada utilizando un proceso de conformado en
caliente y, más en particular, a la estructura del apilado de una
pieza con un perfil en forma de C con zonas de gran espesor.
En la industria aeronáutica son bien conocidos
procesos de fabricación de piezas que comprenden básicamente una
primera etapa de encintado y una segunda etapa de conformado en
caliente.
En la etapa de encintado se colocan en un
molde/útil de forma apropiada capas de un material compuesto tal
como el preimpregnado que es una mezcla de refuerzo fibroso y matriz
polimérica susceptible de almacenamiento.
Ese material se puede presentar en diversas
formas y en particular en forma de tela. Para las matrices
termoendurecibles la resina generalmente se cura parcialmente o se
lleva mediante otro proceso a una viscosidad controlada, llamada
B-etapa.
Las telas de material compuesto no se colocan
aleatoriamente sino que se disponen en cada zona en un número y con
una orientación de su refuerzo fibroso, típicamente de fibra de
carbono, determinados en función de la naturaleza y la magnitud de
los esfuerzos que vaya a soportar la pieza en cada zona.
Cada zona tiene pues una estructura propia de la
disposición o apilado de las telas. La diferencia en espesor entre
las diferentes zonas genera caídas de telas, lo que requiere
disponer de un modelo de telas para cada pieza que establezca
claramente como debe llevarse a cabo su disposición sobre el
molde/útil durante el proceso de apilamiento. El resultado final es
un laminado plano con zonas de distinto espesor.
En la segunda etapa se lleva a cabo un proceso
de conformado en caliente que consiste básicamente en situar el
laminado plano resultante de la primera etapa sobre un útil o
mandril con una geometría apropiada y, aplicar calor y vacío según
un ciclo determinado, para que dicho laminado se adapte a la forma
del útil.
Siguiendo procesos de ese tipo, en la industria
aeronáutica se han fabricado diversas piezas de material compuesto
en forma de C tales como largueros y costillas de cajón de torsión
de estabilizadores horizontales de aviones siempre que las
diferencias de espesor entre zonas adyacentes no fueran muy grandes
ya que en otro caso se forman arrugas indeseables en los radios de
las pendientes que unen estas zonas.
En la técnica conocida, las piezas con grandes
diferencias de espesor entre dos zonas adyacentes, como por ejemplo
un larguero del ala de un avión con una zona de anclaje del tren de
aterrizaje que debe soportar una gran carga, ó bien se fabricaban en
metal ó bien, si se fabricaban con materiales compuestos, se
utilizaban angulares metálicos para unir almas y revestimientos
planos de materiales compuestos.
La presente invención está orientada a resolver
el problema planteado por la limitación mencionada para fabricar
piezas de material compuesto conformadas con diferencias de espesor
grandes entre zonas adyacentes.
Un objeto de la presente invención es
proporcionar una estructura de apilado que permita la fabricación de
piezas de material compuesto con perfil en C conformadas en caliente
con diferencias de espesor grandes entre zonas adyacentes.
Otro objeto de la presente invención es
proporcionar una estructura de apilado que permita evitar las
arrugas en las partes curvas de zonas adyacentes con diferencias de
espesor grande de piezas de material compuesto conformadas en
caliente.
Estos y otros objetos se consiguen mediante
piezas fabricadas a partir de un apilado de telas de material
compuesto que comprenden al menos dos zonas adyacentes de diferente
espesor y una zona de transición entre ambas configurada con una
sola pendiente, comprendiendo la estructura del apilado, desde la
cara interior a la exterior de la pieza:
- Una primera sección formada por al menos dos
telas continuas que se extienden a lo largo de las tres zonas
mencionadas.
- Una segunda sección formada por uno o más
paquetes de telas simétricos y balanceados intercalados entre una o
más telas continuas que se extienden a lo largo de las tres zonas
mencionadas, extendiéndose dichos paquetes de telas a lo largo de la
zona de mayor espesor y terminando en la zona de transición de
manera que ésta tenga una pendiente continua.
- Una tercera sección formada por un paquete de
telas simétrico y balanceado que se extiende a lo largo de las tres
zonas mencionadas intercalado entre una o más telas continuas que se
extienden a lo largo de las tres zonas mencionadas.
- Una cuarta sección formada por al menos dos
telas continuas que se extienden a lo largo de las tres zonas
mencionadas.
Otras características y ventajas de la presente
invención se desprenderán de la descripción detallada que sigue de
una realización ilustrativa de su objeto en relación con las figuras
que le acompañan.
La Figura 1 es una vista esquemática en
perspectiva de un larguero con un perfil en forma C con zonas de
distinto espesor.
La Figura 2 es una vista esquemática en sección
transversal del larguero de la Figura 1.
La Figura 3 es una vista en sección transversal
de una estructura de apilado según una primera realización de la
presente invención.
La Figura 4 es una vista en sección transversal
de una estructura de apilado según una segunda realización de la
presente invención.
La presente invención resulta aplicable a una
pieza con perfil en forma de C, como el larguero 1, que tiene zonas
3, 3', 3'' con gran diferencia de espesor entre ellas que determinan
la existencia de las pendientes 5, 5' en las zonas de transición
entre ellas.
En la fabricación de piezas de material
compuesto de ese tipo mediante procesos de conformado en caliente a
partir de laminados planos realizados con una estructura de apilado
convencional, siguiendo los modelos típicos de telas con caídas en
las zonas donde se producen saltos de espesor, cuando las
diferencias de espesor entre las zonas 3, 3', 3'' superan ciertos
límites, se producen arrugas 7 en las partes curvas 9 de las
pendientes 5, 5' que la hacen inviable.
Para hacer viable la fabricación de ese tipo de
piezas y satisfacer consiguientemente una demanda de la industria
aeronáutica orientada cada vez más a la utilización masiva de
materiales compuestos, los inventores han encontrado una estructura
del apilado que evita la formación de dichas arrugas y que pasamos a
describir en dos realizaciones de la invención.
Siguiendo la realización mostrada en la Figura 3
puede verse la estructura del apilado en la parte de una pieza entre
dos zonas adyacentes 11, 15 de diferente espesor con una zona de
transición 13 entre ambas de pendiente continua 17.
La existencia de una única pendiente 17 en la
zona de transición 13 facilita la definición y ejecución del
utillaje necesario para el conformado en caliente de la pieza y del
utillaje necesario para el curado definitivo.
Desde su cara interior (a través de la cual se
apoyará en el útil empleado durante el proceso de conformado en
caliente) a su cara exterior, la estructura del apilado comprende
las siguientes secciones:
- Una primera sección formada por al menos dos
telas continuas 21, 21' a lo largo de las tres zonas mencionadas 11,
13, 15.
- Una segunda sección formada por uno o más
paquetes de telas 23 simétricos (es decir que presentan total
simetría de orientaciones respecto a la línea media del laminado) y
balanceados (es decir que tienen el mismo número de capas de +45° y
de -45°) intercalados entre una o más telas continuas 25 que se
extienden a lo largo de las tres zonas mencionadas 11, 13, 15.
Dichos paquetes 23 se extienden a lo largo de la zona de mayor
espesor 11 y terminan en la zona de transición 13 de manera que ésta
tenga una pendiente continua 17. El número de telas de los paquetes
23 depende de la dimensión del salto de espesor entre la zona 11 y
la zona 15 y del espacio disponible para
resolverlo.
resolverlo.
- Una tercera sección formada por un paquete de
telas simétrico y balanceado 27 que se extiende a lo largo de las
tres zonas mencionadas 11, 13, 15 intercalado entre una o más telas
continuas 25 que también se extienden a lo largo de las tres zonas
mencionadas 11, 13, 15. En la realización ilustrada en la Figura 3,
el paquete de telas 27 incluye dos zonas de diferente espesor que
determinan una pendiente 31 entre ellas. Se considera que el límite
máximo de la diferencia de espesor de esas dos zonas del paquete de
telas 27 es de 2 mm.
- Una cuarta sección formada por al menos dos
telas continuas 29, 29' que se extienden a lo largo de las tres
zonas mencionadas 11, 13, 15.
Esta estructura del apilado combina zonas 33 de
apilado convencional, que podemos denominar como zonas con telas
completamente alternadas, donde el apilado es completamente
simétrico y balanceado, con zonas 35 de un apilado novedoso, que
podemos denominar zonas con telas parcialmente alternadas, en las
que los paquetes 23 son internamente simétricos y balanceados, pero
que originan que en el laminado completo, es decir en el conjunto de
las zonas 33 y 35, sólo se cumple con la condición de
balanceado.
Esta estructura del apilado evita las arrugas ya
que permite situar las capas más sensibles a la producción de
arrugas dentro de la zona 33 de apilado convencional y las menos
sensibles en la zona 35 de apilado novedoso bien en los paquetes de
telas 23 o en las telas 25 que los envuelven.
En la realización de la invención mostrada en la
Figura 4 la única diferencia de la estructura del apilado con la de
la Figura 3 es que la conformación de la pendiente continua 17 de la
zona de transición 13 se obtiene combinando dos caídas 31, 31' del
paquete de telas 27 simétrico y balanceado con las caídas
correspondientes a los paquetes 23 de la zona 35 parcialmente
intercalada. El limite máximo de las diferencia de espesor en las
zonas del paquete 27 donde se producen las caídas 31, 31' es de 2 mm
al igual que en el caso anterior.
En la realización preferente que acabamos de
describir pueden introducirse aquellas modificaciones comprendidas
dentro del alcance definido por las siguientes reivindicaciones.
Claims (6)
1. Una pieza (1) fabricada a partir de un
apilado de telas de material compuesto que comprende al menos dos
zonas adyacentes de diferente espesor (11, 15) y una zona de
transición (13) entre ambas, caracterizada porque la zona de
transición (13) está configurada con una sola pendiente (17) y
porque la estructura del apilado, desde la cara interior a la
exterior de la pieza (1), comprende:
- una primera sección formada por al menos dos
telas continuas (21, 21') que se extienden a lo largo de las tres
zonas mencionadas (11, 13, 15);
- una segunda sección formada por uno o más
paquetes de telas (23) simétricos y balanceados intercalados entre
una o más telas continuas (25) que se extienden a lo largo de las
tres zonas mencionadas (11, 13, 15), extendiéndose dichos paquetes
de telas (23) a lo largo de la zona de mayor espesor (11) y
terminando en la zona de transición (13) de manera que esta tenga
una pendiente continua (17);
- una tercera sección formada por un paquete de
telas simétrico y balanceado (27) que se extiende a lo largo de las
tres zonas mencionadas (11, 13, 15) intercalado entre una o más
telas continuas (25) que se extienden a lo largo de las tres zonas
mencionadas (11, 13, 15);
- una cuarta sección formada por al menos dos
telas continuas (29, 29') que se extienden a lo largo de las tres
zonas mencionadas (11, 13, 15).
2. Una pieza (1) según la reivindicación 1,
caracterizada porque el paquete de telas (27) de la tercera
sección está configurado con una pendiente final (31) en la zona de
transición formando un tramo de la pendiente (17) de la zona de
transición (13).
3. Una pieza (1) según la reivindicación 2,
caracterizada porque la configuración del paquete de telas
(27) de la tercera sección también incluye una pendiente interior
(31') en la zona de transición (13).
4. Una pieza (1) según cualquiera de las
reivindicaciones 2-3, caracterizada porque el
salto de espesor correspondiente a cada una de dichas pendientes
(31, 31') es menor o igual a 2 mm.
5. Una pieza (1) según cualquiera de las
reivindicaciones 1-4 caracterizada por tener
un perfil final en forma de C y estar fabricada a partir de un
laminado plano mediante un proceso de conformado en caliente.
6. Una pieza (1) según la reivindicación 5,
caracterizada por ser un larguero de un ala de una aeronave
con una zona de gran espesor.
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