Sujetadores moldeados innovadores para componentes CFRP

FUENTE: CW En el stand del proyecto en la exhibición Automotive World en la feria JEC en París este año, se mostraba un sujetador moldeado desarrollado por Böllhoff Otalu (La Ravoire, Francia), la filial francesa del proveedor alemán de sujetadores Böllhoff (Bielefeld). Yann Bernard es el gerente de producto para el Böllhoff IMTEC HR, que significa sujetador de In-Moldeo TECnología Halta Resistencia mecánica. Explica que IMTEC HR fue desarrollado con los departamentos de innovación en OEMs automotrices. "Nos pidieron trabajar en estructuras pesadas para alcanzar un alto nivel de rendimiento. Podemos hacer piezas compuestas muy fuertes, pero el punto débil es el ensamblaje. La necesidad era para ensamblajes totales como asientos, que deben fijarse a un suelo". Bernard señala que en estructuras metálicas típicas, esto se lograba usando un remache ciego o tuerca soldada en el suelo. "Pero ahora los suelos pueden ser compuestos. Así que, ¿cómo fijas a este tipo de estructura compuesta?"

El objetivo era un sujetador lo suficientemente fuerte para fijar una pieza compuesta, pero también competitivo en coste y apto para producción de alto volumen. "La fijación a suelos metálicos puede industrializarse fácilmente usando procesos totalmente robóticos", dice Bernard. "Así que la idea para IMTEC HR era una solución industrializada para compuestos sin operaciones manuales". Los sujetadores IMTEC HR pueden colocarse en el molde para una estructura de suelo compuesto e integrarse durante el proceso de moldeo. Bernard cita IMTEC HR como compatible con procesos de moldeo termoestables y termoplásticos, incluyendo moldeo por transferencia de resina (RTM), moldeo por compresión y moldeo por inyección/sobremoldeo.

Para moldeo por inyección, el sujetador se coloca robóticamente primero sobre un pasador fijo en el molde. El pasador localiza el sujetador y protege los hilos interiores de ser recubiertos con resina. Luego, el material compuesto se coloca robóticamente en el molde. El molde se cierra, se inyecta el plástico y la pieza se desmoldea con el sujetador integrado.

Para moldeo por compresión, el proceso es esencialmente el mismo excepto que el pasador es un "tapón" de plástico que se desenrosca y también sirve para empujar el material a un lado para insertar el sujetador en el compuesto, eliminando así la necesidad de taladrar agujeros. Esto no solo ahorra tiempo, evita cortar las fibras. El tapón del pasador protege de nuevo los hilos interiores durante el moldeo y se retira después de desmoldear la pieza.

"No hay operaciones extra una vez que el suelo se produce", señala Bernard. "Creemos que esta tecnología ayuda a hacer suelos compuestos u otras piezas estructurales con un coste de producción asequible. Replica el uso de remaches ciegos con suelos metálicos porque el sujetador ya está ahí en la pieza compuesta moldeada. Ahora fijas el asiento con métodos estándar. Esto iguala el campo de juego porque las piezas pueden fijarse a un suelo compuesto igual que a uno metálico".

FUENTE: Böllhoff

Para resistir corrosión galvánica, IMTEC HR está disponible en acero cincado y en acero inoxidable, este último usado principalmente para plástico reforzado con fibra de carbono (CFRP). Diferentes versiones de sujetador también están disponibles, incluyendo pernos (studs), tuercas y separadores. "También podemos cambiar el tamaño de los agujeros y dimensiones del sujetador para cumplir requisitos específicos", dice Bernard.

Forma especial para absorción de energía

Le pregunté a Bernard sobre la forma de estos sujetadores, explicando que se parecían a otros que había visto, incluyendo Big Head y Spida Fixings. Dijo que la forma es reminiscente pero diferente, desarrollada para permitir la liberación gradual de energía durante condiciones de choque. "Es lo suficientemente fuerte para proporcionar alto rendimiento mecánico pero puede absorber energía en condiciones de prueba de choque para evitar fallo frágil catastrófico", explica. "Permite deformación elástica luego plástica sin romper. Sin este comportamiento, el suelo compuesto en la fijación se deformaría y rompería o el sujetador metálico se rompería. Este fue un problema al adaptar sujetadores para estructuras compuestas".

Sujetadores Big Head (izquierda) y Spida Fixings (derecha) para compuestos.
FUENTE: Big Head y Spida Fixings.

Otro aspecto de la forma son los pétalos. "Estos están diseñados para incrustarse en el material compuesto durante el moldeo", dice Bernard. "Debes diseñar este sujetador para incrustarse en la pieza y no quedar en el molde". También señala que la brida del sujetador está detrás de la pieza compuesta y no reduce el espesor de la sección de la pieza. "Esto es importante para lograr un sujetador incrustado manteniendo la sección de la pieza, que da propiedades estructurales".

Sujetador IMTEC HR de Böllhoff desarrollado para proceso de moldeo se incrusta en la pieza compuesta sin reducir espesor de sección. FUENTE: Böllhoff.

Una versión especial de IMTEC HR ha sido desarrollada con Cetim que es compatible con la línea de producción QSP. Cetim es la organización de investigación francesa que ha desarrollado el Proceso de Estrato Acolchado (QSP) para producción altamente automatizada de piezas compuestas.

Según un artículo publicado por Cetim, el sujetador IMTEC HR pendiente de patente desarrollado para QSP muestra un aumento del 30-75% en rendimiento de arranque y mejora del 60-75% en rendimiento de cizalla por arranque comparado con sujetadores convencionales.