BE1030752B1 - Outillage de déformation d'une ébauche fibreuse - Google Patents
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Abstract
L’invention concerne un outillage de déformation (5) d’une ébauche fibreuse comprenant au moins un premier et un deuxième arceaux (510, 520) s’étendant suivant une direction circonférentielle (DC) entre une première extrémité (511, 521) et une deuxième extrémité (512, 522), les premières extrémités (511, 521) des arceaux (510, 520) étant présentes dans une première zone (501) et les deuxièmes extrémités (512, 522) des arceaux (510, 520) étant présentes dans une deuxième zone (502), la première extrémité (521) d’au moins un des arceaux (520) ayant une position fixe suivant la direction transversale (DT) et les deuxièmes extrémités (512, 522) des arceaux (510, 520) étant aptes à se déplacer suivant la direction transversale (DT), le premier et le deuxième arceaux (510, 520) étant destinés à être en contact de la surface de l’ébauche fibreuse.
Description
Description BE2022/5613
Titre de l'invention : Outillage de déformation d'une ébauche fibreuse
Domaine Technique
La présente invention se rapporte à la fabrication de pièces en matériau composite par déformation d’une ébauche fibreuse. En particulier, mais non exclusivement, l'invention se rapporte à la fabrication de carters de moteurs aéronautiques.
Technique antérieure
L'utilisation de matériaux composites pour la fabrication de pièces aéronautiques, par exemple pour les carters de moteurs aéronautiques, permet d'obtenir des pièces résistantes et présentant des performances mécaniques équivalentes voire supérieures à celles réalisées en métal, tout en ayant une masse bien inférieure.
Il est connu de réaliser des pièces en matériau composite par drapage sur une surface de structures fibreuses pré-imprégnées pour réaliser une ébauche fibreuse.
Pour des raisons de coûts de production et de répétabilité, le drapage peut être réalisé automatiquement, selon la technique de placement automatique de fibres (« AFP » en anglais, pour « automated fiber placement »). Un exemple de procédé de fabrication d'une pièce en matériau composite utilisant la méthode « AFP » est par exemple décrit dans le document FR3062336B1.
Pour la réalisation de pièces en matériau composite comprenant un corps de révolution partielle et une bride, les angles entre ledit corps et ladite bride peuvent être trop restreints pour permettre le passage de la tête de dépose de placement automatique de fibres. Ainsi, il est connu de réaliser une ébauche fibreuse par placement automatique de fibres avec un corps plus refermé, qui permet d'augmenter l'angle entre le corps et la bride, puis de déployer ladite ébauche pour redresser la bride et obtenir la forme voulue. Une telle solution est notamment expliquée dans le document WO 2018/007756.
Toutefois, le déploiement actuel de telles ébauches génère des plis et des rides dans la matière, et crée des tensions non souhaitées dans les fibres et entre les différentes couches de fibres. En outre, les orientations des fibres telles que déposées peuvent être altérées, diminuant les caractéristiques mécaniques de la BE 2022/5613 pièce finale obtenue à partir de l'ébauche fibreuse.
Exposé de l'invention
La présente invention a pour but de remédier aux inconvénients précités. A cet effet, l’invention propose un outillage de déformation d’une ébauche fibreuse comportant un socle comprenant une première zone et une deuxième zone suivant une direction transversale, outillage comprenant en outre au moins un premier et un deuxième arceaux s'étendant suivant une direction circonférentielle entre une première extrémité et une deuxième extrémité autour d'une direction axiale perpendiculaire à la direction transversale et à la direction circonférentielle, les premières extrémités des arceaux étant présentes dans la première zone du socle et les deuxièmes extrémités des arceaux étant présentes dans la deuxième zone du socle, la première extrémité d'au moins un des arceaux ayant une position fixe suivant la direction transversale et les deuxièmes extrémités des arceaux étant aptes à se déplacer
Suivant la direction transversale dans la deuxième zone, le premier et le deuxième arceaux étant destinés à être en contact de la surface de l’ébauche fibreuse.
L'outillage de déformation selon l'invention permet de supporter facilement le poids de l’ébauche fibreuse grâce à aux arceaux. En outre, un tel outillage permet une déformation contrôlée de l’ébauche fibreuse en utilisant des arceaux dont l’une des extrémités est fixe par rapport à la direction transversale alors que l'autre extrémité est mobile par rapport à la direction transversale. Ainsi, on limite l'apparition de plis ou de rides dans la matière et on limite apparition de tensions dans les fibres du fait d'une déformation non maîtrisée de I'ébauche fibreuse. Finalement, l’utilisation d'arceaux permet de conserver la forme axisymétrique de l’ébauche durant la déformation et d'éviter la formation de plis ou de rides suivant la direction transversale.
Selon un mode particulier de réalisation de l'invention, la première extrémité et la deuxième extrémité d'un des arceaux sont aptes à se déplacer suivant la direction axiale de sorte à ajuster la distance entre les arceaux.
La mobilité d’un arceau suivant une axiale perpendiculaire à la direction transversalé E2022/5813 permet une meilleure maîtrise de la déformation de l’ébauche fibreuse, et permet de s'assurer que l’ébauche fibreuse reste tendue entre les arceaux sans former de plis ou de rides suivant ladite direction axiale.
Selon un autre mode particulier de réalisation de l'invention, les extrémités des arceaux appartiennent à un même plan s'étendant suivant la direction transversale et la direction axiale.
Selon un autre mode particulier de réalisation de l'invention, outillage comprend en outre une ou plusieurs bandes reliant les arceaux suivant la direction axiale, lesdites bandes étant destinées à épouser le profil de l'ébauche fibreuse.
Ainsi, on s'assure que l’ébauche fibreuse est convenablement maintenue entre les arceaux, et on limite le risque d'affaissement de l’ébauche fibreuse entre les arceaux. En outre, comme les bandes épousent le profil de l’ébauche fibreuse, elles permettent de conserver les longueurs curvilignes de l’ébauche suivant la direction axiale lors de la déformation de ladite ébauche.
Selon un autre mode particulier de réalisation de l'invention, outillage comprend en outre une peau reliant les arceaux suivant la direction axiale, la peau étant destinée à épouser le profil de l’ébauche fibreuse. De préférence, la peau est réalisée en silicone ou en caoutchouc.
Cette variante permet également de s'assurer que l’ébauche fibreuse est convenablement maintenue entre les arceaux, et on limite le risque d'affaissement de l’ébauche fibreuse entre les arceaux. En outre, comme la peau épouse le profil de l’'ébauche fibreuse, elle permet de conserver les longueurs curvilignes de l’ébauche suivant la direction axiale lors de la déformation de ladite ébauche.
L'invention propose également un ensemble de déformation comprenant l'outillage de déformation tel que décrit précédemment et une ébauche fibreuse destinée à former le renfort fibreux d’une pièce en matériau composite, ladite ébauche comprenant un corps de révolution partielle s'étendant suivant la direction circonférentielle autour de la direction axiale, ledit corps s'étendant selon la direction axiale entre un premier et un deuxième bord circonférentiel, l’ébauche fibreuse étant montée sur outillage de déformation de sorte que le premier et le deuxième arceau E2022/5813 épousent respectivement le premier et le deuxième bord circonférentiel du corps de l’'ébauche fibreuse.
Comme les bords circonférentiels du corps de l’ébauche fibreuse épousent les arceaux, on s'assure que la longueur desdits bords circonférentiels est conservée durant la déformation de l’ébauche fibreuse sur l'outillage de déformation. Ainsi, on ne génère pas de tensions dans les fibres de l’ébauche fibreuse.
L'invention propose en outre un procédé de déformation d’une ébauche fibreuse pour obtenir une préforme fibreuse destinée à former le renfort fibreux d'une pièce en matériau composite, comprenant : - la disposition d’une ébauche fibreuse sur un outillage de déformation de sorte à obtenir l’ensemble de déformation tel que décrit précédemment, - le déplacement suivant la direction transversale des deuxièmes extrémités des arceaux de sorte à déformer l’ébauche fibreuse pour obtenir une préforme fibreuse, le corps de la préforme fibreuse présentant une forme de révolution partielle s'étendant suivant la direction circonférentielle autour de la direction axiale, ledit corps de la préforme fibreuse s'étendant selon la direction axiale entre un premier et un deuxième bord circonférentiel ayant respectivement la même longueur suivant la direction circonférentielle que le premier et le deuxième bord circonférentiel du corps de l'ébauche fibreuse.
Un tel procédé permet de déformer l’ébauche fibreuse en préforme fibreuse tout en conservant les longueurs circonférentielles, les longueurs curvilignes axiales et la forme axisymétrique, de sorte à ne pas former de plis et à ne pas créer de tensions dans les fibres.
Selon un mode particulier de réalisation de l'invention, l’ébauche fibreuse comprend une bride s'étendant depuis le deuxième bord circonférentiel du corps de ladite ébauche suivant une direction de prolongement, la préforme fibreuse comprenant une bride s'étendant depuis le deuxième bord circonférentiel du corps de ladite préforme suivant une direction d'extension différente de la direction de prolongement.
L'outillage de déformation décrit précédemment est particulièrement adapté pour BE 2022/5613 l'obtention de préforme fibreuse avec une bride, en particulier lorsque l'angle entre la bride et le corps est restreint. En effet, la fabrication d'une ébauche fibreuse comprenant une bride présentant un angle restreint avec le corps est difficile, en 5 particulier avec la méthode par placement automatique de fibres car l'angle restreint ne permet pas le passage d'une tête de dépose. Il est ainsi nécessaire de réaliser une ébauche fibreuse avec un angle plus important mais présentant une forme de corps plus recourbée, puis de déployer ladite ébauche fibreuse pour obtenir la forme de corps souhaité et ainsi rabattre la bride à l'angle désiré.
Ainsi, l'invention concerne un procédé de fabrication d’une préforme fibreuse destinée à former le renfort fibreux d'une pièce en matériau composite, le procédé comprenant : - la fabrication d’une ébauche fibreuse par placement automatique de fibres sur une surface, ladite ébauche comprenant un corps de révolution partielle s'étendant
Suivant la direction circonférentielle autour de la direction axiale, ledit corps s'étendant selon la direction axiale entre un premier et un deuxième bord circonférentiel, ladite ébauche comprenant en outre une bride s'étendant depuis le deuxième bord circonférentiel du corps suivant une direction de prolongement, - l'imprégnation de l’ébauche fibreuse par une résine, - la déformation de l'ébauche fibreuse pour obtenir une préforme fibreuse par mise en œuvre du procédé précédemment décrit.
Brève description des dessins [Fig. 1] La figure 1 est une vue schématique en perspective d'une ébauche fibreuse destinée à être déformée. [Fig. 2] La figure 2 est une vue schématique en perspective d’une préforme fibreuse obtenue par déploiement de I'ébauche fibreuse de la figure 1. [Fig. 3] La figure 3 est un diagramme représentant schématiquement les rayons de l’'ébauche de la figure 1 et de la préforme de la figure 2 le long de leur axe de révolution.
eee BE2022/561 [Fig. 4] La figure 4 est une vue schématique en perspective de l'outillage de 022/5613 déformation selon l'invention. [Fig. 5] La figure 5 est une vue schématique en perspective de l'outillage de déformation de la figure 4 sur lequel est monté l’ébauche fibreuse de la figure 1. [Fig. 6] La figure 6 est une vue schématique en perspective de l'outillage de déformation de la figure 4 après le déploiement de l’ébauche fibreuse de la figure 1 pour obtenir la préforme fibreuse de la figure 2.
Description des modes de réalisation
La figure 1 illustre une ébauche fibreuse 100 destinée à être déformée ou déployée pour obtenir une préforme fibreuse 200.
L'ébauche fibreuse 100 comprend au moins un corps 110. Le corps 110 de l'ébauche fibreuse 100 est un volume de révolution partielle dont l'axe de révolution A est dirigé selon une direction axiale Da. Le corps 110 de l’ébauche fibreuse 100 s'étend partiellement autour de son axe de révolution A selon une direction circonférentielle
De. La direction circonférentielle Dc s'étend circulairement dans un plan perpendiculaire à la direction axiale Da. Le corps 110 de l'ébauche fibreuse 100 peut présenter une forme tronconique ou tubulaire, ou encore un profil quelconque axisymétrique.
Le corps 110 de l’ébauche fibreuse 100 s'étend suivant la direction axiale Da entre un premier bord circonférentiel 111 et un deuxième bord circonférentiel 112. Le corps 110 de l’ébauche fibreuse 100 s'étend suivant la direction circonférentielle Dc entre un premier bord axial 113 et un deuxième bord axial 114.
Le premier bord circonférentiel 111 du corps 110 s'étend autour de la direction axiale Da suivant un premier rayon initial Ryi. Le deuxième bord circonférentiel 112 du corps 110 s'étend autour de la direction axiale Da suivant un deuxième rayon initial R;;. Le premier rayon initial R;; et le deuxième rayon initial Ra; peuvent être de valeur différente, comme illustré sur la figure 1. On ne sort bien entendu pas du cadre de l'invention si le premier rayon initial Rı; et le deuxième rayon initial Rs; sont de même valeur.
Le rayon initial Rni du corps 110 peut varier entre le premier bord circonférentiel 119520229813 et le deuxième bord circonférentiel 112. Par exemple, si le corps 110 présente une forme tronconique comme illustré sur la figure 1, le rayon initial Rni du corps 110 diminue régulière du premier rayon initial Rı; vers le deuxième rayon initial Rai.
Dans chaque plan perpendiculaire à la direction axiale Da, le rayon initial Ri, Rni, Roi est défini comme la distance entre la direction axiale Da et l'arc de cercle formé par le corps 110, et correspond respectivement à une position r:, rn, r2 de la direction axiale Da, comme illustré sur la figure 1.
L'arc de cercle formé par le corps 110 de l’ébauche fibreuse 100 dans chaque plan perpendiculaire à la direction axiale Da est intercepté par un angle initial 6;. Dans l'exemple illustré sur la figure 1, la valeur de l'angle initial 6; est de 225°, c'est-à-dire que le corps 110 de l’ébauche fibreuse 100 s'étend sur 225° autour de la direction axiale Da. Si le corps 110 de l’ébauche fibreuse 100 avait une forme de demi- coquille, la valeur de l'angle initial serait de 180°.
L'ébauche fibreuse 100 peut en outre comprendre une bride 120. La bride 120 s'étend depuis le premier ou le deuxième bord circonférentiel 111 ou 112 de l’'ébauche fibreuse 100. La bride 120 de l’ébauche 100 présente une forme annulaire ou tronconique d’axe de révolution partielle A dirigé selon la direction axiale Da. La bride 120 de l’ébauche 100 s'étend depuis le corps 110 selon une direction de prolongement Dp.
De préférence, toute l’ébauche fibreuse 100 est un volume de révolution partielle d'axe A dirigé selon la direction axiale Da. La direction de prolongement De est définie pour chaque point de la jonction entre le corps 110 et la bride 120. Les directions de prolongement Dp en deux points différents de ladite jonction peuvent être orientées différemment. Les directions de prolongement Dp définies pour chaque point de la jonction entre le corps 110 et la bride 120 peuvent être sécantes en un unique point appartenant à l'axe de révolution A de l’ébauche fibreuse 100.
L'ébauche fibreuse 100 est de préférence réalisée par drapage de structures fibreuses sur une surface, selon la méthode bien connue de placement automatique defibres (« AFP » en anglais, pour « automated fiber placement >»). Les structures fibreuses drapées peuvent être sèches ou imprégnées. Les structures fibreuses BE 2022/5613 drapées peuvent par exemple être imprégnées par une suspension aqueuse comprenant des particules de précurseur de matrice, être imprégnées par un polymère thermodurcissable ou être imprégnées par un polymère thermoplastique, comme décrit dans le document FR 3 062 336 A1. Plus généralement et de préférence, les structures fibreuses peuvent être imprégnées par une résine. Des traitements chimiques ou thermiques peuvent ensuite être réalisés sur l’ébauche selon la nature des structures fibreuses drapées.
L'ébauche fibreuse 100 peut être réalisée à partir de fibres céramiques ou de fibres de carbone, ou à partir d'un mélange des deux. En particulier, l'ébauche fibreuse 100 peut être réalisée à partir de fibres constituées des matériaux suivants : l’alumine, la mullite, la silice, un aluminosilicate, un borosilicate, du carbure de silicium, du carbone, ou un mélange de plusieurs de ces matériaux. L'ébauche fibreuse 100 peut comprendre tout type de fibres de verre.
L'ébauche fibreuse 100 est destinée à être déployée pour obtenir une préforme fibreuse 200 telle qu'illustrée sur la figure 2. Afin de ne pas générer de contraintes ou de tensions non souhaitées dans les fibres de la préforme fibreuse 200, la déformation de l’ébauche fibreuse 100 en préforme fibreuse 200 est réalisée de sorte à conserver les longueurs suivant la direction circonférentielle Dc et suivant la direction axiale Da, et de sorte à conserver l’axisymétrie.
La préforme fibreuse 200 comprend ainsi un corps 210 obtenu par déploiement du corps 110 de l’ébauche fibreuse 100. Le corps 210 de la préforme fibreuse 200 est donc un volume de révolution partielle dont l'axe de révolution A est dirigé selon la direction axiale Da. Le corps 210 de la préforme fibreuse 200 s'étend partiellement autour de son axe de révolution A selon la direction circonférentielle Dc.
Le corps 210 de la préforme fibreuse 200 s'étend suivant la direction axiale Da entre un premier bord circonférentiel 211, correspondant au premier bord circonférentiel 111 de l’ébauche fibreuse 100, et un deuxième bord circonférentiel 212, correspondant au deuxième bord circonférentiel 112 de l’ébauche fibreuse 100. Le corps 210 de la préforme fibreuse 200 s'étend suivant la direction circonférentielle
Dc entre un premier bord axial 213, correspondant au premier bord axial 113 de l’'ébauche fibreuse 100, et un deuxième bord axial 214, correspondant au deuxième” =2922/9813 bord axial 114 de l’ébauche fibreuse 100.
La préforme fibreuse 200 peut en outre comprendre une bride 220 correspondant à la bride 120 de l’ébauche fibreuse 100. La bride 220 de la préforme fibreuse 200 s'étend depuis le premier ou le deuxième bord circonférentiel 211 ou 212 de la préforme fibreuse 200 selon une direction d'extension De. Du fait du déploiement du corps 110 de l’ébauche 100 en corps 210 de la préforme 200, l’inclinaison de la bride 120 de l’ébauche 100 change. Ainsi, angle formé entre le corps 210 et la bride 220 de la préforme fibreuse 200 est plus petit que l'angle formé entre le corps 110 et la bride 120 de l’ébauche fibreuse 100.
Le premier bord circonférentiel 211 du corps 210 de la préforme 200 s'étend autour de la direction axiale Da suivant un premier rayon final Rır. Le deuxième bord circonférentiel 212 du corps 210 s'étend autour de la direction axiale Da suivant un deuxième rayon final Rat. Chaque rayon final Rnr du corps 210 peut varier entre le premier bord circonférentiel 211 et le deuxième bord circonférentiel 212. Dans chaque plan perpendiculaire à la direction axiale Da, le rayon final Ras, Rnf, Rar est défini comme la distance entre la direction axiale D, et l'arc de cercle formé par le corps 210. Les rayons finaux Ris, Rn, Rat peuvent correspondre respectivement à une des positions r;, ra, r2 de la direction axiale Da, comme illustré sur la figure 2. Dans l'exemple illustré sur les figures, dans lequel 'ébauche fibreuse 100 est déployée pour obtenir la préforme fibreuse 200, chaque rayon final Rit, Rnr, Rar est supérieur au rayon initial R1i, Rni, Rai pour une même position r:, fn, r2 donnée.
L'arc de cercle formé par le corps 210 de la préforme fibreuse 200 dans chaque plan perpendiculaire à la direction axiale Da est intercepté par un angle final ©; inférieur à l'angle initial 6;. Dans l'exemple illustré sur la figure 2, la valeur de l’angle final 6; est de 180°. La transformation de l’ébauche fibreuse en préforme fibreuse peut être caractérisée par un rapport de transformation qui correspond au rapport de langle final ©; par l'angle initial 6;. De préférence, le rapport de transformation est compris entre 0,6 et 0,8. Dans l'exemple illustré sur les figures 1 et 2, le rapport de transformation correspond au rapport de 180° par 225°, soit 0,8.
. . ee BE2022/561
Comme les longueurs suivant la direction circonférentielle Dc du corps 110 de 02/5813 l’'ébauche fibreuse 100 sont conservées lors de sa déformation en préforme fibreuse 200, le rapport de transformation correspond également au rapport du deuxième rayon initial R>; par le deuxième rayon final Ras.
La figure 3 est un diagramme schématique illustrant les rayons initiaux Rıj, Rai, Rai de l’'ébauche fibreuse 100 et les rayons finaux Rr, Rat, Rar de la préforme fibreuse 200 pour différentes positions r1, ri, r2 le long de la direction axiale Da.
On constate sur la figure 3 que la pente du corps 110 de l'ébauche fibreuse 100 par rapport à la direction axiale Da peut être plus douce que la pente du corps 210 de la préforme fibreuse 200 par rapport à la direction axiale Da. Ainsi, la projection sur la direction axiale Da du corps 210 de la préforme fibreuse 200 peut être plus petite que la projection sur la direction axiale Da du corps 110 de l’ébauche fibreuse 100.
De ce fait, le premier rayon final R1: du premier bord circonférentiel 211 du corps 210 de la préforme fibreuse 200 peut ne pas être tout à fait à la position r; suivant la direction axiale Da, comme illustré sur la figure 3.
Afin de réaliser la déformation de I'ébauche fibreuse 100 en préforme fibreuse 200, si l'ébauche fibreuse 100 est imprégnée d'une résine, ladite ébauche fibreuse 100 est chauffée pour la rendre plus malléable, et ainsi permettre sa déformation.
Le déploiement de l’ébauche 100 doit être guidé et s'effectuer progressivement, afin de limiter le risque d'endommagement. En outre, son déploiement doit respecter les longueurs suivant la direction circonférentielle Dc et suivant la direction axiale DA, sans étirer ou tasser la matière constituant l’ébauche fibreuse 100, afin de ne pas générer de contraintes non souhaitées dans les fibres de ladite ébauche 100.
Afin de réaliser cette étape de déformation de l’ébauche fibreuse 100, on utilise un outillage de déformation dont un exemple est illustré sur la figure 4.
L'exemple d'outillage de déformation 5 illustré sur la figure 4 comprend un socle 500 s'étendant suivant la direction axiale Da et suivant une direction transversale DT perpendiculaire à la direction axiale Da.
L'outillage de déformation 5 comprend au moins un premier arceau 510 et un deuxième arceau 520, s'étendant suivant la direction circonférentielle Dc. Le premier arceau 510 s'étend suivant la direction circonférentielle Dc entre une première BE 2022/5613 extrémité 511 et une deuxième extrémité 512. Le deuxième arceau 520 s'étend suivant la direction circonférentielle Dc entre une première extrémité 521 et une deuxième extrémité 522. La première extrémité 511 du premier arceau 510 et la première extrémité 521 du deuxième arceau 520 sont disposées dans une première zone 501 du socle 500, et la deuxième extrémité 512 du premier arceau 510 et la deuxième extrémité 522 du deuxième arceau 520 sont disposées dans une deuxième zone 502 du socle 500 opposée à la première zone 501 du socle 500 suivant la direction transversale Dr. Les extrémités 511, 512, 521, 522 des arceaux 510 et 520 appartiennent à un même plan s'étendant suivant la direction axiale Da et suivant la direction transversale Dr.
Les arceaux 510, 520 peuvent être réalisés en métal. Les arceaux peuvent également être réalisés en plastique ou en fibre de carbone.
Le premier arceau 510 est destiné à épouser le premier bord circonférentiel 111 du corps 110 de l’ébauche fibreuse 100. Le deuxième arceau 520 est destiné à épouser le deuxième bord circonférentiel 112 du corps 110 de l’ébauche fibreuse 100. Ainsi, l'espacement entre le premier arceau 510 et le deuxième arceau 520 suivant la direction axiale Da doit correspondre à l'espacement entre le premier bord circonférentiel 111 et le deuxième bord circonférentiel 112 de l’ébauche fibreuse 100.
Lorsque les bords circonférentiels 111 et 112 du corps 110 sont positionnés sur les arceaux 510 et 520 de l'outillage 5, il n'y a pas de déplacement relatif entre le bord circonférentiel 111 ou 112 du corps 110 et l’arceau 510 ou 520 sur lequel il s'appuie.
Ainsi, on s'assure que la longueur des bords circonférentiels 111 et 112 est conservée durant la déformation de l’ébauche fibreuse 100 en préforme fibreuse 200, que la longueur du premier bord circonférentiel 211 de la préforme fibreuse 200 sera identique à la longueur du premier bord circonférentiel 111 de l’ébauche fibreuse 100 et que la longueur du deuxième bord circonférentiel 212 de la préforme fibreuse 200 sera identique à la longueur du deuxième bord circonférentiel 112 de l’ébauche fibreuse 100. En maintenant le contact entre les bords circonférentiels 111 et 112 du corps 110 de l'ébauche 100 et les arceaux 510 et 520 de l'outillage 5 durant la transformation, on s'assure également de ne pas créer de rides ou de plis 5E2922/9813 dans la matière de l’ébauche fibreuse 100 durant sa déformation en préforme fibreuse 200.
La première extrémité 521 du deuxième arceau 520 a une position fixe suivant la direction transversale Dr. La première extrémité 511 du premier arceau 510 peut être mobile suivant la direction transversale D-. La deuxième extrémité 512 du premier arceau 510 et la deuxième extrémité 522 du deuxième arceau 520 sont mobiles suivant la direction transversale D.
Le mouvement suivant la direction transversale Dr des deuxièmes extrémités 512 et 522 des arceaux 510 et 520 et éventuellement de la première extrémité 511 du premier arceau 510 peut être réalisé grâce à des rainures 512t et 522t présentes dans le socle 500. Les deuxièmes extrémités 512 et 522 des arceaux 510 et 520 peuvent coulisser dans les rainures 512t et 522t présentes dans le socle 500. La première extrémité 511 du premier arceau 510 peut coulisser suivant la direction transversale Dr dans une rainure présente dans le socle 500. La première extrémité 511 du premier arceau 510 peut coulisser dans la même rainure 512t que la deuxième extrémité 512 du premier arceau 510. Les rainures 512t et 522t s'étendent suivant la direction transversale Dr. Plus particulièrement, la deuxième extrémité 512 du premier arceau 510 peut glisser suivant la direction transversale DT dans la première rainure 512t présente dans le socle 500, et la deuxième extrémité 522 du deuxième arceau 520 peut glisser suivant la direction transversale Dr dans la deuxième rainure 522t présente dans le socle 500. Les deuxièmes extrémités 512 et 522 des arceaux 510 et 520 coulissent dans la deuxième zone 502 du socle 500. La première extrémité 511 du premier arceau 510 coulisse dans la première zone 501 du socle 500.
L'outillage de déformation 5 peut comprendre un système d'actionnement transversal (non représenté) permettant le déplacement des deuxièmes extrémités 512 et 522 des arceaux 510 et 520 dans les rainures 512t et 522t suivant la direction transversale Dr. Ce système d'actionnement transversal peut permettre de contrôler la vitesse de déplacement des deuxièmes extrémités 512 et 522 des arceaux 510 et 520 dans les rainures 512t et 522t suivant la direction transversale Dr. Ce système d'actionnement transversal peut permettre de synchroniser le mouvement de la BE 2022/5613 première extrémité 511 et de la deuxième extrémité 512 du premier arceau 510 avec le mouvement de la deuxième extrémité 522 du deuxième arceau 520. Ainsi, le déploiement de l’ébauche fibreuse 100 en préforme fibreuse 200 peut être réalisé de manière contrôlée et maîtrisée, en évitant de déformer les fibres ou de générer des plis dans la matière.
Le système d'actionnement transversal peut être réalisé avec un système de poulie, un système de moteur pas à pas ou un système d'engrenage qui permet la synchronisation du mouvement des extrémités 511, 512 et 522 des arceaux 510 et 520. Le système d'actionnement transversal peut être actionné par un moteur électrique. Le système d'actionnement transversal peut être actionné mécaniquement à la main.
La première extrémité 521 et la deuxième extrémité 522 du deuxième arceau 520 ont une position fixe suivant la direction axiale Da. La première extrémité 511 et la deuxième extrémité 512 du premier arceau 510 peuvent être mobiles suivant la direction axiale Da. On ne sort bien entendu pas du cadre de l'invention si ce sont la première extrémité 511 et la deuxième extrémité 512 du premier arceau 510 qui ont une position fixe suivant la direction axiale Da, et la première extrémité 521 et la deuxième extrémité 522 du deuxième arceau 520 qui sont mobiles suivant la direction axiale Da. En effet, comme illustré sur la figure 3, le corps 110 de l’ébauche fibreuse 100 peut présenter une longueur projetée suivant la direction axiale Da différente de la longueur projetée suivant la direction axiale Da du corps 210 de la préforme fibreuse 200. Ainsi, afin d'accompagner cette variation de longueur projetée suivant la direction axiale Da, il est préférable que les extrémités du premier ou du deuxième arceau soient mobiles suivant la direction axiale Da, afin de réduire le risque de rides ou de plis dans la matière, et de limiter la génération de contraintes ou de tensions dans les fibres.
Afin de réaliser le déplacement des extrémités 521 et 522 de l'arceau 520 suivant la direction axiale Da, lesdites extrémités 521 et 522 peuvent être reliées à un bloc present au contact du socle 500, comme illustré sur la figure 4. Le bloc complet peut être mobile suivant la direction transversale Dr si l'extrémité d'arceau à laquelle il appartient est mobile suivant la direction transversale Dr. Dans cette configuration, BE 2022/5613 une partie du bloc complet peut glisser dans une des rainures 512t du socle 500. Le bloc comprend en outre un dispositif de translation 511a, 512a permettant de déplacer l’arceau suivant la direction axiale Da. Ce dispositif de translation 511a, 512a peut comprendre une ou plusieurs rainures dans lesquelles l’arceau peut glisser. Ce dispositif de translation 511a, 512a peut comprendre une ou plusieurs roulettes fixées à l’arceau 510 lui permettant de se déplacer sur le bloc suivant la direction axiale Da.
L'outillage de déformation 5 peut comprendre un système d’actionnement axial (non représenté) permettant l’'actionnement du dispositif de translation 511a, 512a de l’arceau 510. Le système d’actionnement axial permet ainsi de déplacer l’arceau 510 suivant la direction axiale Da. Ce système d'actionnement axial peut permettre de contrôler la vitesse de déplacement des première et deuxième extrémités 511, 521 d'un arceau 510 suivant la direction transversale Da. Ce système d'actionnement axial peut permettre de synchroniser le mouvement des première et deuxième extrémités 511, 521 d’un arceau 510 suivant la direction transversale Da. De préférence, le système d'actionnement transversal et le système d'actionnement axial sont coordonnés, afin d'assurer un déploiement de l’ébauche fibreuse 100 en préforme fibreuse 200 contrôlé à la fois dans la direction transversale D- et dans la direction axiale Da.
Le système d'actionnement axial peut être réalisé avec un système de poulie, un système de moteur pas à pas ou un système d'engrenage. Le système d'actionnement axial peut être actionné par un moteur électrique. Le système d'actionnement axial peut être actionné mécaniquement à la main.
Le système d'actionnement axial et le système d'actionnement transversal sont synchronisés pour permettre une déformation contrôlée de l’ébauche fibreuse 100 en préforme fibreuse 200.
Afin d'améliorer la rigidité des arceaux 510 et 520 et la tenue de l'ébauche fibreuse 100 durant sa déformation en préforme fibreuse 200, l'outillage de déformation 5 peut comprendre une ou plusieurs bandes 550 reliant les arceaux 510 et 520. La ou les bandes 550 sont réalisées dans un matériau semi-rigide. Les bandes 550 peuvent être réalisées en métal ou en matériau composite. De préférence, pour un meilleur BE 2022/5613 maintien de l’ébauche fibreuse 100 durant sa déformation, les bandes 550 sont espacées régulièrement le long des arceaux 510 et 520.
Lorsque l’ébauche fibreuse 100 est montée sur l'outillage de déformation 5, la ou les bandes 550 épousent la forme de l’ébauche fibreuse 100. Lorsque le corps 110 de l’'ébauche fibreuse 100 est positionné sur la ou les bandes 550 de l'outillage 5, il n'y a pas de déplacement relatif entre les bandes 550 et les portions du corps 110 en contact avec lesdites bandes 550. Ainsi, on s'assure que les longueurs curvilignes du corps 110 s'étendant suivant la direction axiale Da en contact avec les bandes 550 sont conservées durant la déformation de l’ébauche fibreuse 100 en préforme fibreuse 200. Ainsi, on accompagne très précisément la déformation de l’ébauche fibreuse 100, en limitant davantage l'apparition de rides ou de plis dans la matière de l’ébauche fibreuse 100 durant sa déformation en préforme fibreuse 200 à la fois dans les directions axiale Da et circonférentielle Dc.
Selon une variante non représentée sur les figures, l'outillage de déformation peut comprendre une peau reliant les arceaux 510 et 520. La peau peut être réalisée en silicone ou en caoutchouc. Lorsque l’ébauche fibreuse 100 est montée sur l'outillage de déformation, la peau épouse la forme de l’ébauche fibreuse 100. Lorsque le corps 110 de l’ébauche fibreuse 100 est positionné sur la peau de l'outillage, il n'y a pas de déplacement relatif entre la peau et les portions du corps 110 en contact avec ladite peau. Ainsi, on s'assure que les longueurs curvilignes du corps 110 s'étendant suivant la direction axiale Da en contact avec la peau sont conservées durant la déformation de l’ébauche fibreuse 100 en préforme fibreuse 200. Ainsi, on accompagne très précisément la déformation de l’ébauche fibreuse 100, en limitant davantage l'apparition de rides ou de plis dans la matière de l’ébauche fibreuse 100 durant sa déformation en préforme fibreuse 200 à la fois dans les directions axiale
D, et circonférentielle Dc.
L'outillage de déformation 5 peut également comprendre un ou plusieurs arceaux intermédiaires (non présents sur la figure 4), de même nature que les premier et deuxième arceaux 510 et 520, disposés entre le premier arceau 510 et le deuxième arceau 520. Ces arceaux intermédiaires s'étendent entre une première extrémité et une deuxième extrémité. La première extrémité du ou des arceaux intermédiaires BE 2022/5613 est située dans la première zone 501 du socle 500, et la deuxième extrémité du ou des arceaux intermédiaires est située dans la deuxième zone 502 du socle 500. La première extrémité du ou des arceaux intermédiaires est présente entre les premières extrémités 511 et 521 des premier et deuxième arceaux 510 et 520. La première extrémité du ou des arceaux intermédiaires est de préférence mobile suivant la direction transversale Dr, et de préférence mobile suivant la direction axiale Da. La deuxième extrémité du ou des arceaux intermédiaires est présente entre les deuxièmes extrémités 512 et 522 des premier et deuxième arceaux 510 et 520. La deuxième extrémité du ou des arceaux intermédiaires est mobile suivant la direction transversale Dr, et peut être mobile suivant la direction axiale Da.
Ces arceaux intermédiaires sont particulièrement utiles dans le cas où l’ébauche fibreuse 100 présente une longueur importante suivant la direction axiale Da, afin d'assurer un meilleur maintien de l’ébauche fibreuse 100 et d'éviter un affaissement en son centre. Dans cette configuration, ces arceaux intermédiaires permettent également d'assurer un guidage plus précis de la déformation de l’ébauche fibreuse 100 en préforme fibreuse 200.
Si l'ébauche fibreuse 100 est imprégnée de résine, afin de procéder à sa déformation, celle-ci est de préférence préalablement chauffée afin de la rendre malléable. Puis, 'ébauche fibreuse 100 malléable est disposée sur l'outillage de déformation 5, comme illustré sur la figure 5. Afin de positionner convenablement l’'ébauche fibreuse 100 sur l'outillage de déformation 5, on peut utiliser la gravité.
Afin de positionner convenablement l’ébauche fibreuse 100 sur l'outillage de déformation 5, on peut également utiliser des pions de positionnement, ou un dispositif visuel de positionnement, par exemple un dispositif laser.
La figure 5 illustre le positionnement de l’ébauche fibreuse 100 sur l'outillage de déformation 5 de la figure 4. Les deuxièmes extrémités 512 et 522 des premier et deuxième arceaux 510 et 520 sont positionnées proches des premières extrémités 511 et 521 desdits premier et deuxième arceaux 510 et 520 afin d'être adaptées à la forme du corps 110 de l’ébauche fibreuse 100. Ainsi, le premier arceau 510 s'étend suivant la direction circonférentielle De selon le premier rayon initial Ri, et le deuxième arceau 520 s'étend suivant la direction circonférentielle Dc selon le BE2022/5813 deuxième rayon initial Rx. Les arceaux 510 et 520 de l'outillage de déformation 5 sont alors en position initiale.
Le premier bord circonférentiel 111 du corps 110 de l’ébauche fibreuse 100 est disposé au contact du premier arceau 510 de l'outillage 5, et le deuxième bord circonférentiel 112 du corps 110 de l’ébauche fibreuse 100 est disposé au contact du deuxième arceau 520 de l'outillage 5. Si outillage 5 comprend une ou plusieurs bandes 550, le profil du corps 110 de l’ébauche fibreuse 100 est positionné au contact de la ou les bandes 550.
Lorsque l’ébauche fibreuse 100 est convenablement positionnée sur outillage de déformation 5, les deuxièmes extrémités 512 et 522 des premier et deuxième arceaux 510 et 520 se déplacent suivant la direction transversale Dr à l'opposé des premières extrémités 511 et 521 des premier et deuxième arceaux 510 et 520, afin de déployer l’ébauche fibreuse 100. De préférence, la première extrémité 511 du premier arceau 510 se déplace également suivant la direction transversale DT à l'opposé de la deuxième extrémité 512 du premier arceau 510. Les deuxièmes extrémités 512 et 522 des premier et deuxième arceaux 510 et 520 et la première extrémité 511 du premier arceau 510 se déplacent suivant la direction transversale
Dr jusqu'à ce que le premier arceau 510 s'étende suivant la direction circonférentielle De selon le premier rayon final Rır, et que le deuxième arceau 520 s'étendent suivant la direction circonférentielle Dc selon le deuxième rayon final Ra, comme illustré sur la figure 6. Si nécessaire, les extrémités du premier ou du deuxième arceau 510 ou 520 se déplacent suivant la direction axiale Da lors du déplacement des deuxièmes extrémités 512 et 522 des premier et deuxième arceaux 510 et 520 suivant la direction transversale D- afin de s'adapter au déploiement de l’'ébauche sans former de plis ou de tensions dans la matière. Les arceaux 510 et 520 de l'outillage de déformation 5 sont alors en position finale. L'outillage de déformation 5 comprend donc des arceaux 510 et 520 mobiles entre au moins une position initiale et une position finale. La position initiale et la position finale des arceaux 510 et 520 de l'outillage 5 respectent le rapport de transformation décrit précédemment.
Ainsi, en utilisant l'outillage de déformation tel que décrit précédemment, on BE 2022/5613 s'assure que les longueurs curvilignes suivant la direction circonférentielle Dc et suivant la direction axiale Da sont conservées, et que l'axisymétrie est conservée. Par conséquent, on minimise les tensions inter-couches dans les fibres durant le déploiement, en limitant l'apparition de plis ou de rides, qui pourraient affecter la qualité de la matière de la pièce finale obtenue à partir de la préforme fibreuse 200.
En outre, on conserve les angles des bandes fibreuses déposées par drapage automatique de fibres.
Comme illustré sur la figure 6, le déploiement du corps 110 de l’ébauche fibreuse 100 entraîne un redressement de la bride 120 de ladite ébauche fibreuse, de sorte que la bride 220 de la préforme fibreuse 200 s'étende suivant une direction d'extension De différente de la direction de prolongement Dep initiale. On obtient par conséquent la préforme fibreuse 200 souhaitée.
La préforme fibreuse 200 est ensuite infiltrée ou traitée pour former une matrice à l’intérieur des porosités de ladite préforme fibreuse 200, et ainsi obtenir une pièce en matériau composite dont le renfort fibreux est formé par la préforme fibreuse 200. La préforme fibreuse obtenue par déformation comme décrit plus haut peut réaliser le renfort fibreux d'une pièce en matériau composite à matrice céramique (CMC) ou à matrice organique (CMO). En particulier, la pièce en matériau composite obtenue à partir de la préforme fibreuse peut être destinée à être une partie de carter de moteur aéronautique.
Dans l'exemple décrit précédemment, l’outillage de déformation 5 est utilisé pour le déploiement d'une ébauche fibreuse. On ne sort bien entendu pas du cadre de l'invention si l'outillage de déformation tel que décrit précédemment est utilisé pour refermer une ébauche fibreuse, c'est-à-dire que les rayons initiaux de l’ébauche fibreuse sont réduits pour obtenir une préforme fibreuse avec des rayons finaux plus petits que les rayons initiaux.
Claims (1)
- Revendications BE2022/5813[Revendication 1] Outillage de déformation (5) d’une ébauche fibreuse (100)comportant un socle (500) comprenant une première zone (501) et une deuxième zone (502) suivant une direction transversale (DT), l’outillage (5) comprenant en outre au moins un premier et un deuxième arceaux (510, 520) s'étendant suivant une direction circonférentielle (Dc) entre une première extrémité (511, 521) et une deuxième extrémité (512, 522) autour d’une direction axiale (Da) perpendiculaire à la direction transversale (DT) et à la direction circonférentielle (Dc), les premières extrémités (511, 521) des arceaux (510, 520) étant présentes dans la première zone (501) du socle (500) et les deuxièmes extrémités des arceaux (510, 520) étant présentes dans la deuxième zone (502) du socle (500), la première extrémité (521) d'au moins un des arceaux (520) ayant une position fixe suivant la direction transversale (DT) et les deuxièmes extrémités (512, 522) des arceaux (510, 520)étant aptes à se déplacer suivant la direction transversale (DT) dans la deuxième zone (502), le premier et le deuxième arceaux (510, 520) étant destinés à être en contact de la surface de l’ébauche fibreuse (100).[Revendication 2] Outillage de déformation (5) selon la revendication 1, dans lequel la première extrémité (511) et la deuxième extrémité (512) d’un des arceaux(510) sont aptes à se déplacer suivant la direction axiale (Da) de sorte à ajuster la distance entre les arceaux (510, 520).[Revendication 3] Outillage de déformation (5) selon la revendication 1 ou 2, dans lequel les extrémités (511, 512, 521, 522) des arceaux (510, 520) appartiennent à un même plan s'étendant suivant la direction transversale (D-) et la direction axiale(Da).[Revendication 4] Outillage de déformation (5) selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, outillage (5) comprenant en outre une ou plusieurs bandes (550) reliant les arceaux (510, 520) suivant la direction axiale (Da), lesdites bandes (550) étant destinées à épouser le profil de l’ébauche fibreuse (100).[Revendicaton 5] Outillage de déformation selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, l'outillage comprenant en outre une peau reliant les arceaux(510, 520) suivant la direction axiale (Da), la peau étant destinée à épouser le profil = 2022/5613 de l’ébauche fibreuse (100). [Revendication 6] Ensemble de déformation comprenant l'outillage de déformation (5) selon l’une quelconque des revendications 1 à 5 et une ébauche fibreuse (100) destinée à former le renfort fibreux d’une pièce en matériau composite, ladite ébauche (100) comprenant un corps (110) de révolution partielle s'étendant suivant la direction circonférentielle (Dc) autour de la direction axiale (Da), ledit corps (110) s'étendant selon la direction axiale (Da) entre un premier et un deuxième bord circonférentiel (111, 112), l’ébauche fibreuse (100) étant montée sur outillage de déformation (5) de sorte que le premier et le deuxième arceau (510, 520) épousent respectivement le premier et le deuxième bord circonférentiel (111, 112) du corps (110) de l’ébauche fibreuse (100).[Revendication 7] Procédé de déformation d'une ébauche fibreuse (100) pour obtenir une préforme fibreuse (200) destinée à former le renfort fibreux d'une pièce en matériau composite, comprenant :- la disposition d'une ébauche fibreuse (100) sur un outillage de déformation (5) de sorte à obtenir l’ensemble de déformation selon la revendication 6,- le déplacement suivant la direction transversale (DT) des deuxièmes extrémités (512, 522) des arceaux (510, 520) de sorte à déformer l’ébauche fibreuse (100)pour obtenir une préforme fibreuse (200), le corps (210) de la préforme fibreuse (200) présentant une forme de révolution partielle s'étendant suivant la direction circonférentielle (Dc) autour de la direction axiale (Da), ledit corps (210) de la préforme fibreuse (200) s'étendant selon la direction axiale (Da) entre un premier et un deuxième bord circonférentiel (211, 212) ayant respectivement la même longueur suivant la direction circonférentielle (Dc) que le premier et le deuxième bord circonférentiel (111, 112) du corps (110) de l’ébauche fibreuse (100). [Revendication 8] Procédé de déformation selon la revendication 7, dans lequel l’'ébauche fibreuse (100) comprend une bride (120) s'étendant depuis le deuxième bord circonférentiel (112) du corps (110) de ladite ébauche (100) suivant une direction de prolongement (Dp), la préforme fibreuse (200) comprenant une bride (220) s'étendant depuis le deuxième bord circonférentiel (212) du corps (210) de ladite préforme (200) suivant une direction d'extension (De) différente de la direction 2922/9813 de prolongement (Dp). [Revendication 9] Procédé de fabrication d’une préforme fibreuse (200) destinée à former le renfort fibreux d’une pièce en matériau composite, le procédé comprenant :- la fabrication d’une ébauche fibreuse (100) par placement automatique de fibres sur une surface, ladite ébauche (100) comprenant un corps (110) de révolution partielle s'étendant suivant la direction circonférentielle (Dc) autour de la direction axiale (Da), ledit corps (110) s'étendant selon la direction axiale (Da) entre un premier et un deuxième bord circonférentiel (111, 112), ladite ébauche (100) comprenant en outre une bride (120) s'étendant depuis le deuxième bord circonférentiel (112) du corps (100) suivant une direction de prolongement (Dp), - Vimprégnation de l’ébauche fibreuse (100) par une résine, - la déformation de l’ébauche fibreuse (100) imprégnée pour obtenir une préforme fibreuse (200) par mise en œuvre du procédé de la revendication 7 ou 8.
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-
2023
- 2023-08-01 US US18/363,449 patent/US20240042672A1/en active Pending
Patent Citations (2)
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FG | Patent granted |
Effective date: 20240304 |