CA1231545A - Armatures creuses de revolution realisees par tissage tridimensionnel - Google Patents
Armatures creuses de revolution realisees par tissage tridimensionnelInfo
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Abstract
Armature en forme de corps cylindrique creux de révolution réalisée par tissage tridimensionnel de trois systèmes de fils se croisant sensiblement suivant les directions d'un trièdre trirectangle, a savoir un premier système de fils parallèles à l'axe de l'armature et disposés de manière équidistante, ce premier système de fils délimitant entre les nappes deux séries respectives de couloirs croisés, et un deuxième et un troisième systèmes de fils contenus sensiblement dans des plans perpendiculaires audit axe, formant des couches superposées et s'insérant dans les séries respectives de couloirs croisés. Les fils du premier système sont décalés en quinconce d'une nappe à la suivante, tandis que les deux séries de couloirs croisés qu'ils définissent entre eux s'étendent à travers l'épaisseur de l'armature obliquement, c'est-à-dire non radialement.
Description
~l~3~ 5 La présente invention est relative à la fabrica-tion de pièces creuses de révolution par tissaye tridimen-sionnel.
En particulier, la présente invention concerne une armature en forme de corps cylindrique creux de révolution réalisée par tissage tridimensionnel de trois systèmes de fils se croisant sensiblement suivant les directions d'un trièdre trirectangle.
Des pièces tissées de ce genre servent d'armatu-res dans la fabrication de corps creux cylindriques, coni-ques ou cylindro-coniques obtenus par imprégnation au moyen d'un liant approprié suivie d'un usinage aux cotes précises désirées pour les corps creux. De tels corps creux sont utilisés notamment dans le domaine aéronautique pour les Eusées et engins balistiques comme tuyères, écrans thermi-ques ou embases de propulseurs. Plus généralement, on peut utiliser ce type de pieces dans l'industrie chaque fois que l'on a besoin de caractéristi~ues élevées tant vis-à-vis des contraintes mécaniques que de l'isolation thermique ou de la bonne tenue aux chocs et à l'ablation.
On connait différents procédés de réalisation de cylindres creux ou de pièces de révolution creuses.
Le brevet américain n 3 904 464 décrit un procédé
de réalisation d'un corps creux de révolution. Il consiste, sur un outillage spécialisé présentant la forme interne de la pièce, à réaliser un hérisson de picots radiaux en fi-bres et résine polymérisée. A l'intérieur des picots qui délimitent des corridors, on bobine des fils préimprégnés de résine. On procède ensuite à une polymérisation, puis à un usinage. Pour améliorer les caractéristiques mecaniques et thermiques du matériau, on peut renouveler l'opération. Ce procédé présente des inconvénients : la confection de l'armature est longue et complexe, les opérations de fabri-cation sont nombreuses et ne sont pas applicables à tous les B
~,3~
types de fibres.
Le brevet fran~ais n 73/1~ 956 (au nom de la de-manderesse) décrit un appareillage pour la réalisation par tissage tridimensionnel de pièces de revolution creuses. A
l'aide d'une tete de piquage, on dépose simultanément des fils circonférentiels et radiaux à -travers un réseau de baguettes longitudinales en fibres et résine polymérisée.
Ce procédé permet de réaliser des pièces cylindriques, ou, avec quelques diEficultés, coniques, mais ne permet pas de réaliser des pièces de formes complexes.
Las deux modes de réalisa-tion que l'on vient de mentionner présentent un autre inconvénient -touchant à la qualité des pièces obtenues, qui dépend de la teneur en fi-bres de ces dernières. Cette qualité est conditionnée par un tassement régulier en cours de fabrication; or, ce tas-sement est le plus souvent manuel et ne s'eEfectue pas après le dépôt de chaque couche. La pièce obtenue, si elle est épaisse, est hétérogène, ce qui affecte ses caractéristiques mécaniques et thermiques.
Des progrès apparaissen-t dans le brevet fran~ais n 77/18 831 appartenant également à la demanderesse. La réalisation de pièces creuses de forme cylindrique, conique ou cylindro-conique s'effectue en introduisant entre des baguettes métalliques, maintenues verticales, une couche hélico~dale de fils circonférentiels e-t radiaux sur toute la hauteur de la pièce. Ce procéde est caractérisé par le dépôt de fils circonférentiels sous faible tension et par la réalisation d'un tissage radial au point de chaînette. Pen-dant toute l'opération de tissage, les couches sont constam-ment tassées. On procède ensuite à l'élimination des baguettes et à leur remplacement par des fils selon un pro-cédé de la~age automatique décrit par la demanderesse dans la demande de brevet fran~ais n 80/17 666.
Ce procédé a permis de réaliser des pièces de forme.s cylindrique ou complexe ayant de bonnes caractéristi-ques mécan.iques et thermiques. Néanmoins, l'out.illage mi.s en oeuvre reste relativement compliqué et la Eorme défini-t:ive des pièces est figée par l'opération de tissage. Une adaptation du matériel de fabrication es-t nécessaire pour chaque type de forme à obtenir.
L'invention a donc pour but la realisation par tissage tridimensionnel de cylindres creux qui soient dé-formables grâce à une structure particulière et permettent, par simple déformation, d'obtenir des pièces offrant telle ou telle forme complexe désirée.
Selon la présente invention, il est prévu une armature en forme de corps cylindrique creux de révolution réalisée par tissage tridimensionnel de trois systèmes de fils se croisant sensiblement suivant les directions d'un i trièdre trirectangle, savoir un premier système de fils parallèles à l'axe de l'armature et disposés de manière équidistante, ledit premier système de fils delimitant entre les nappes deux séries respectives de couloirs croisés, et un deuxième et un troisième systèmes de fils contenus sen-; siblement dans des plans perpendiculaires audit axe, formant des couches superposées et s'insérant dans lesdites séries respectives de couloirs croisés,les fils du premier sys-tème sont décalés en quinconce d'une nappe à la suivante, tandis que les deux séries de couloirs croisés qu'ils définissent entre eux s'étendent à travers l'épaisseur de l'armature obliquement, c'est-à-dire non radialement.
Une telle disposition conduit ~ une structure dé-formable principalement en raison de l'absence de fils cir-conférentiels et de fils radiaux, remplacés par des filsobliques qui ne s'opposent pas à des déformations tendant à
Eaire varier le diamètre local de la piece creuse tissée (avec variation concomitante de son épaisseur de paroi).
De préférence, les couloirs des deux séries B
1'~,3~.5~
precitees presentent une obliquité de même valeurs, mais de sens opposé, pa.r rapport aux directions radiales de :Leurs intersections. Autrement di-t, deux couloirs quelconques qui se croisent sont symetriques par rapport au plan radial pas-sant par leur in-tersection. Les fi.ls correspondants Eorment donc des carrés dont l'une des diagonales est radiale et qui se déforment aisément en losanges.
Dans une forme de réalisation préférée, les fils des deuxième et troisièrne système sont formés par les boucles de deux chaînettes respectives confectionnees en spires hélicoidales dans le réseau de fils du premier sys-tème.
L'invention a également pour objet un procédé de fabrication d'une armature tissée en forme de corps cylindrique creux de révolution autou~ d'un axe formé par tissage tridimensionnel de trois systèmes de fils, savoir un premier système de fils parallèles à l'axe de l'armature et disposés de manière éguidistante en nappes coaxiales elles-mêmes équidistantes, les fils du premier système délimitant entre eux deux séries de couloirs croisés et un deuxième et un troisième systèmes de fils contenus sensiblement dans des plans perpendiculaires audit axe, formant des couches superposées et s'insérant dans lesdites deux séries respec-tives de couloirs croisés, procedé dans lequel on forme25 autour dudit axe un réseau ordonné d'éléments filiformes parall~les à cet axe pour former les fils du premier système, les fils du premier système étan-t disposes en nappes coaxiales successives et délimitant entre elles deux séries respectives de couloirs croisés, et on introduit dans 3~ lesdites deux séri.es de couloirs croisés les fils desdits second et troisième systèmes en nappes superposees, lesdits éléments filiEormes étant disposés avec un décalage en quinconce d'une nappe à l'autre et les fils du deuxième système ainsi que les fils du troisième système étant in-tro-duits respectivement suivant deux direc-tions obliques croisées et dans les couloirs délimités à travers le reseau d'élémen-ts filiformes, grace ~ la disposition en quinconce de ceux-ci.
De préférence, les fils des deuxième et troisième systèmes sont introduits en couches hélicoidales par tricotage au point de chainette de deux fils distincts, les boucles de chacune des deux chainettes ainsi confectionnées formant respectivement lesdits fils des deuxième et troisième systèmes insérés dans les couloirs croisés précités. Il convient de prévoir que lesdits fils, qui se déposent en couches superposées, soient de préférence tassés au fur et à mesure de leur introduction dans le réseau.
Les éléments filiforme précités peuvent être des fils tendus (constituant directement le premier système de fils). Ils peuvent aussi être des baguettes provisoires qui, après achèvement du tissage, sont remplacées par des fils. On peut encore utiliser des baguettes provisoires creuses dans lesquelles des fils ont éte préalablement introduits et qui sont éliminées après achèvement du tis-sage, seuls subsistant les fils qu'elles renferment.
L'invention a enfin pour objet une machine pour la fabrication d'une armature en forme de corps cylindrigue c~eux de révolution autour d'un axe formé par tissage tridi-mensionnel de trois systèmes de fils se croisant sensiblement suivant les directions d'un trièdre trirectan-gle, savoir un premier système de fils tissés parallèles à
l'axe de l'armature et disposés de manière équidistantes en nappes coaxiales qui sont égalemen-t équidistantes, ledit premier système de fils delimitant entre lesdites nappes deux series respectives de couloirs croisés, et un deuxième et un troisi.ème systèmes de fils contenus sensiblement dans des plans perpendiculaires audit axes, formant des couches superposées et s'insérant dans lesdites deux séries _~ _ B
~ ~3~ 3 respectives de cou].oirs croisés, ladite machine comprenant un bati fixe supportant un ensemble d'éléments rotatifs centrés sur un axe géné:ral vertical, des moyens pour entraî-ner les éléments ro-tatifs en rota-tion autour dudit axe, des baguettes qui matérialisent les fils du premier système soutenus par lesdits éléments rotatifs en réseau régulier de nappes coaxiales, les éléments rotatifs maintenan-t longitu-dinalement les baguettes en position et entraînan-t ledit réseau en rotation autour dudit axe ainsi que le tassement des couches de fils tissés dans le réseau de baguettes, un dispositif de tricotage placé sur ledit bâti en un emplace-ment fixe au niveau où s'effectue le tissage de l'armature, lesdits éléments rotatifs étant cons-titués par des plateaux ayant des perforations disposées régulièrement suivant des cercles centrés sur ledit axe et traversées par les baguet-tes, des moyens pour imprimer à l'un desdits plateaux perforés un mouvement de descente commandé et progressif en plus du mouvement de rotation dudit premier plateau au cours du tissage de l'armature de façon à soutenir celle-ci en lui permettant de descendre le long des baguettes, les perfora-tions desdits plateaux étant disposées en quinconce sur les cercles respectifs précités, le dispositif de tricotage com-prenant deux aiguilles à coulisse animées, des moyens pour imprimer auxdites aiguilles un mouvement de va-e-t-vient ~5 lonyitudinal suivant un trajet orienté obliquement par rappor-t à l'axe de rotation, le trajet de l'une des aiguil-les ayant une direction passant à droite dudit axe c'est le trajet de l'autre aiguille qui prend une direction passant à
gauche dudit axe, lesdites aiguilles étant agencées de facon ~ue lors de leur mouvement de va-et-vient elles pénètrent et se déplacent dans les couloirs obliques définis par le réseau de baguettes, l'une des aiguilles se déplaçant dans les couloirs de l'une des séries et l'autre aiguille se déplaçant dans les couloirs de l'autre série, chaque - 5a -~3~
aiguille étant apte à saisir un fil respectif et à le tri-coter en une chaînette, les boucles des deux chaînettes ainsi Eormées au cours de la rotation du réseau de baguettes Eormant respect:ivement les Eils du deuxième système et les fils du troisième sys-tème.
En pratique, les couloirs obliques pourront être légèrement courbes, les aiguilles étant alors incurvées en correspondance et guidées dans leur mouvement de va-et-vient par des glissières incurvées de même.
En vue d'effectuer le tassement de la masse tissée dans le reseau de baguettes, la machine comporte avantageu-sement, au sommet du réseau de bague-ttes, un plateau perforé
porté par un support fixe en situation légèrement inclinée, et les aiguilles du dispositif de tricotage sont disposées du côté et légèrement en dessous de la partie haute de ce plateau perforé, tandis que, de l'autre côté, sa partie basse s'appuie sur les couches hélicoidales que forment dans le réseau de baguettes les chaînettes tricotées par lesdites aiguilles et en assure le tassement au cours de la réalisation de l'armature tissée. Par ailleurs, sous le ..~
- 5b -réseau de baguettes est de préférence dlsposé un plateau fixe (non perforé) muni d'une barrette vibrante assurant le rnalntien longitudinal des baguettes ~ une hauteur constante en moyenne, sans que celles-ci doi~ent prendre appui et frotter en permanence sur ledit plateau fixe.
La description qui va suivre, en regard des dessins annexés à titre d'exemples non limitatifs, permettra de bien comprendre comment la présente in~ention peut être mise en pratique.
La figure 1 représente en perspective une machine de tissage tridimentionnel selon l'invention.
La figure 2 représente en perspective de manière simplifiée la partie de la machine correspondant à la zone de tlssage, vue de dessus.
La figure 3 représente schématiquement une Yue fragmentaire d'une pièce en cours de confection dans la machine, suivant la flèche III de la figure 1.
La figure 4 représente en perspective le mécanisme d'actionnement de l'une des aiguilles du dispositif de tri-cotage de la machine.
Les figures 5 et 6 représentent, respectivement en section transversale et en perspective, un fragmen~ de pièce en cours de confection et en montrent la structure interne~
Les figures 7 a 9 représentent trois exemples de pièces de forme complexe obtenues par déformation de pièces cylindriques réalisées conformément à l'invention.
On fera tout d'abord remarquer que~ si le n~mbre de nappes coaxiales de baguettes dans la pièce en cours de réalisation varie d'une figure à l'autre, il en est ainsipour de simples raisons de commodité de représentation. En pratique, le nombre de ces nappes est choisi dans chaque cas suivant les dimensions de la pièce à réaliser.
La machine représentée à la figure 1 est destinée à la réallsation par tissage tridimensionnel de pièce ou armature en forme de cylindre creux de révolution avec une structure leur conférant une importante déformabilité.
Cette machine comprend essentiellement un socle 1 3~
portant un bati vertical 2 doté de trois supports horizon-taux 3, Ll, 5 en forme de fourche. Le support supérieur ~
est fixé au bati 2. Le support intermécliaire 4 est mobile verticalement et guidé par une paire de glissières verti-cales 68 ~ixées au bati 2. Il peut monter ou descenclre sousl'action d'une tige filetée verticale 55 entralnée en ro-tation, avec laquelle est en prise une noix 58 solidaire dudit support. Le support inférieur 5 conserve une position fixe pendant le fonctionnement de la machine, mais réglable 10 (en fonction de la hauteur de la pièce à réaliser) à l'aide diun dispositif approprié non visible sur la figure, par coulissement le long des glissières 68 précitées. Chacun des supports 3, 4, 5 porte un cadre circulaire. Ces cadres 8, 9, 10 sont alignés suivant un axe vertical 11 qui colnci-15 de avec l'axe des armatures à réaliser, et chacun d'euxporte concentriquement une couronne tournante. A chacune de ces couronnes 12, 13, 14 est fixé un plateau annulaire con-centrique situé dans le meme plan que la couronne et le cadre correspondants. Ces plateaux 52, 53, 54 sont perforés 20 pour recevoir et maintenir en position un réseau de baguet-tes métalliques 18 parallèles à l'axe 11. Ils sont entrainés en rotation autour de cet axe grace à des courroies crantées 19 passant respectivement sur les couronnes 12, 13, 14 et sur des poulies d'entraînement 20 montées sur un arbre ver-25 tical 21 mis en rotation par un moteur 22 auquel il estcouplé par une transmission comportant à sa sortie une courroie crantée 23 et une poulie 24. Les supports intermé-diaire 4 et in~érieur 5 étant susceptibles de se déplacer verticalement, 1'arbre 21 est ca~e~l et les poulies 20 30 correspondantes peuvent glisser!longitudinalement en restant en prise avec celui-ci. Entre les plateaux per~orés 53 et 54 peuvent etre prévus des plateaux perforés 62 complémen-taires, suspendus par des cha1nes 63. Le cadre supérieur 8 est, comme représenté, légèrement incliné sur l'horizontale, ~5 pour une raison qui apparaitra plus loin. Ce fait explique la présence de poul;es de renvoi 25 sur lesquelles doit passer la courroie 1~ correspondante.
Chacun des plateaux 52, 53, 54 est identiquement -~7-percé de perforations 30 (figllre 2) régu.Lièrement réparties sur des cercles concentriques équidistants, chaque cercle comportant un même nombre de perforations équidistantes.
Les per~orations d'un cercle sont décalées en quinconce par 5 rapport à celles d'un cercle voisin, c'est-a-dire que les rayons passant par les perforatlons de l'un partagent en deux moitiés les intervalles séparant les perforations de l'autre. Grâce à ces perforations, les baguettes 18 sont engagées à travers les plateaux 52, 53, 54 et y sont main-tenues en un réseau regulier composé de nappes coaxiales65 où apparaissent deux séries de rangs obliques 26, 27 de baguettes 18 (figure 5) légèrement incurvés, s'étendant suivant des directions croisées symétriques par rapport aux plans radiaux tels que 31 passant par des baguettes situées 15 à l'intersection de rangs de l'une et de llautre série.
Ces rangs obliques de baguettes délimitent deux séries de couloirs 36, 37 (figure 6) obliques, c'est-à-dire non radiaux, se croisant de même sensi~lement à angle droit et destinés à receyoir des fils 46 (pour l'une des séries) et 47 (pour l'autre série), contenus dans des plans perpendiculaires à l'axe 11 et traversant obliquement sui~ant les deux di-rections sensiblement orthogonales précitées l'épaisseur du réseau de baguettes 18 (figure 5 et 6) .
Les fils obli.ques 16, 17 sont insérés dans le ré-: 25 seau de baguettes 18 par tricotage de deux cha1nettes 56, 57 ~ partir de fils L16, 47 issus de deux tubes dlalimenta-tion 66, 67 au moyen d'aiguilles à crochet 6, 7 (figure 2) s'intr~duisant successivement chacune dans les couloirs obli-ques 36, 37 de l1une et de l'autre des séries de couloirs 30 précités. Ces aiguilles à crochet font partie d'un dispo-sitif de tricotage 32 (figure 1) fixé au support 3. Ce dis-positif est représenté en détail à la figure 4 où n'est toutefois montrée, par raison de clarté, qulune seule aiguil-le~ sa~oir l'aiguille 6, et son mécanisme propre, l'autre aiguille et son mécanisme étant symétriques par rapport à
un plan radial. L'aiguille 6, courbe pour s'inscrire parfai-tement dans les couloirs 3~ de la série correspondante, se déplace d'un mouvement longitudinal alternatif, guidée dans une glisslère 33 courbe de meme ~ui est fixée à une pièce 34 appartenant au support 3. Cette gllssière comporte une fiente latéra].e 43 par laquelle emerge une patte 35 d'entrainement de l'aiguille~ reliée par une tringle articulée 3~ à l'un des bras d'un palonnier 39 en forme de Y', oscillant autour d'un pivot 40 d'axe vertical solidaire cle la pièce 34 sous l'action d'un câble de commande 41 actionné par le moteur 22, l'autre bras du palonnier 3~ recevant symétriquement une tringle d'actionnement de l'autre aiguille 7. L,es aigu.illes 6, 7 pénètrent donc alternatlvement dans les couloirs obli-ques 36, 37 du réseau de baguettes 18. L'aiguille 6 (tout comme l'aiguille 7~ est une aigui.lle à couli.sse~ la~uelle est constituée par l'extrémité d'une tige L12 (figure 2) pouvant coulisser longitudinalement à l'intérieur de 11ai-guille pour ouvrir ou fermer le chas de celle-ci. Cette tige comporte une patte 44 qui fait saillie du corps de l'aiguil-le par une échancrure 51 et de la glissière 33 par la fente 43 et à laquelle est articulée une tringle 45 qui coulisse dans une pièce 48 montée sur une ferrure 49 fixe::et q~ est freinee par une languette de friction 50.
L'aiguille 6 ayant avancé, chas ouvert, à travers le réseau de baguettes .18 Jusque dans la position extrême représentée à la figure 4, elle accroche le fil 46, puis recule en ~irant une boucle de ce fil dans le couloir 36 où
elle se trouve~ jusque dans l'autre position extrême repré-sentée a la figure 2 pour l'aiguille 7. Dans ce mouvement de recul, la tige 42 reste d'abord immobile (en raison du freinage de la languette 50~ de sorte que son extrémité
ferme le chas~ puis recule avec l'aiguille, sa patte 44 butant contre le bord antérieur de l'échancrure 51. L'ai-guille Yient s'arrêter en dehors du réseau de baguettes de manière ~ former une boucle de fil. ~on cha~ s'étant ouvert grace à un mouvement inverse de la tige 42, l'aiguille libère le fil et pénètre 3. nouveau dans le réseau en passant au travers de la boucle ~u'elle vient de former. L'aiguille 7 effectue les memes opérations, mais a une hauteur légère-ment supérieure à celle de l'aiguille 6 et dans une direction différente (figure 2).
_~ _ .~
~;~3~
En fonctionnement~ le moteur 22 de la machine entraine en rotatlon con-tinue le réseau de baguettes 18. ~e réseau défilant ainsi en permanence devant le dispositif de tricotage 32 fixe~ les aiguilles 6~ 7 de celui-ci y 5 insèrent deux cha~Lnettes 56 ~ 57 qui se superposent en cou-ches hélicoidales dans ledit réseau. Les bouc]es se forment autour des rangs obliques 26, 27 de baguettes et constituent les fils obliques 16, 17 croisés entre eux et avec les baguettes 18. Les fils 16, 17 forment ainsi un deuxième et 10 un troisième système de fils s'entrecroisant avec un premier système de baguettes 18, lesquelles seront ensuite rempla-cées (se]on le procédé décrit par la demanderesse dans la demande de brevet n 80/17 666) par des fils de même nature que les fils des deuxième et troisième systèmes. Au fur et 15 à mesure que la masse tissée 15 se forme dans le réseau de baguettes 18, le plateau perforé 53~ initialement proche du support supérieur 3, descend en supportant cette masse tissée de ha~teur croissante, laquelle se trouve tassée de manière continue par le plateau perforé supérieur 52 grâce à l'in-20 clinaison donnée à celui-ci (suivant un angle dépendant du diamètre de la pièce à réaliser et normalement inférieur ou égal à 15 ) . On voit en effet sur la figure 3 que les chaî-nettes 56, 57 confectionnées par le dispositif de tricotage 32 (placé du côté de la partie haute du plateau 52) sont 25 sollicitées vers le bas et tassées par la partie basse du plateau 52. Le mouvement continu de descente du plateau 53 entralne yers le bas la masse tissée 15 et les baguettes 18 lesquelles sont remontées périodiquement à leur passage sur une barrette vibrante 5~ portée par un plateau circulaire 30 60 lié au support inférieur 5 par une ferrure 61. Ainsi, les ~aguettes 18 conservent une position moyenne invariable dans le sens de la hauteur.
Les figures 7 à ~ illustrent la capacité à se dé-former des armatures tissées obtenues, par serrage ou éti-35 rage de certaines de leurs parties suivant la forme quel'on désire obtenir. I.es déformations se réalisent grace à
des modificatlons de llangle de croisement des ~ils 16 et 17. ~n voit sur la figure 7 une armature conl~ue 62 obtenue --10'-~3~
par élarg;ssement cl'un coté et rétrécissement de l'autre coté d'une armature cylindrique représentée en traits mixtes.
La figure ~ montre une armature 63 pour tuyère avec con-vergent~ col et divergent. La f`igure 3 montre une pièce tissée 64 à laquel~e on a donné la forme d'une ronclelle épaulée. Une fois la forme souhaitée obtenue~ on pro~ède à une imprégnation de la pièce ? pUiS à une cuisson pour la figer définitivement.
En particulier, la présente invention concerne une armature en forme de corps cylindrique creux de révolution réalisée par tissage tridimensionnel de trois systèmes de fils se croisant sensiblement suivant les directions d'un trièdre trirectangle.
Des pièces tissées de ce genre servent d'armatu-res dans la fabrication de corps creux cylindriques, coni-ques ou cylindro-coniques obtenus par imprégnation au moyen d'un liant approprié suivie d'un usinage aux cotes précises désirées pour les corps creux. De tels corps creux sont utilisés notamment dans le domaine aéronautique pour les Eusées et engins balistiques comme tuyères, écrans thermi-ques ou embases de propulseurs. Plus généralement, on peut utiliser ce type de pieces dans l'industrie chaque fois que l'on a besoin de caractéristi~ues élevées tant vis-à-vis des contraintes mécaniques que de l'isolation thermique ou de la bonne tenue aux chocs et à l'ablation.
On connait différents procédés de réalisation de cylindres creux ou de pièces de révolution creuses.
Le brevet américain n 3 904 464 décrit un procédé
de réalisation d'un corps creux de révolution. Il consiste, sur un outillage spécialisé présentant la forme interne de la pièce, à réaliser un hérisson de picots radiaux en fi-bres et résine polymérisée. A l'intérieur des picots qui délimitent des corridors, on bobine des fils préimprégnés de résine. On procède ensuite à une polymérisation, puis à un usinage. Pour améliorer les caractéristiques mecaniques et thermiques du matériau, on peut renouveler l'opération. Ce procédé présente des inconvénients : la confection de l'armature est longue et complexe, les opérations de fabri-cation sont nombreuses et ne sont pas applicables à tous les B
~,3~
types de fibres.
Le brevet fran~ais n 73/1~ 956 (au nom de la de-manderesse) décrit un appareillage pour la réalisation par tissage tridimensionnel de pièces de revolution creuses. A
l'aide d'une tete de piquage, on dépose simultanément des fils circonférentiels et radiaux à -travers un réseau de baguettes longitudinales en fibres et résine polymérisée.
Ce procédé permet de réaliser des pièces cylindriques, ou, avec quelques diEficultés, coniques, mais ne permet pas de réaliser des pièces de formes complexes.
Las deux modes de réalisa-tion que l'on vient de mentionner présentent un autre inconvénient -touchant à la qualité des pièces obtenues, qui dépend de la teneur en fi-bres de ces dernières. Cette qualité est conditionnée par un tassement régulier en cours de fabrication; or, ce tas-sement est le plus souvent manuel et ne s'eEfectue pas après le dépôt de chaque couche. La pièce obtenue, si elle est épaisse, est hétérogène, ce qui affecte ses caractéristiques mécaniques et thermiques.
Des progrès apparaissen-t dans le brevet fran~ais n 77/18 831 appartenant également à la demanderesse. La réalisation de pièces creuses de forme cylindrique, conique ou cylindro-conique s'effectue en introduisant entre des baguettes métalliques, maintenues verticales, une couche hélico~dale de fils circonférentiels e-t radiaux sur toute la hauteur de la pièce. Ce procéde est caractérisé par le dépôt de fils circonférentiels sous faible tension et par la réalisation d'un tissage radial au point de chaînette. Pen-dant toute l'opération de tissage, les couches sont constam-ment tassées. On procède ensuite à l'élimination des baguettes et à leur remplacement par des fils selon un pro-cédé de la~age automatique décrit par la demanderesse dans la demande de brevet fran~ais n 80/17 666.
Ce procédé a permis de réaliser des pièces de forme.s cylindrique ou complexe ayant de bonnes caractéristi-ques mécan.iques et thermiques. Néanmoins, l'out.illage mi.s en oeuvre reste relativement compliqué et la Eorme défini-t:ive des pièces est figée par l'opération de tissage. Une adaptation du matériel de fabrication es-t nécessaire pour chaque type de forme à obtenir.
L'invention a donc pour but la realisation par tissage tridimensionnel de cylindres creux qui soient dé-formables grâce à une structure particulière et permettent, par simple déformation, d'obtenir des pièces offrant telle ou telle forme complexe désirée.
Selon la présente invention, il est prévu une armature en forme de corps cylindrique creux de révolution réalisée par tissage tridimensionnel de trois systèmes de fils se croisant sensiblement suivant les directions d'un i trièdre trirectangle, savoir un premier système de fils parallèles à l'axe de l'armature et disposés de manière équidistante, ledit premier système de fils delimitant entre les nappes deux séries respectives de couloirs croisés, et un deuxième et un troisième systèmes de fils contenus sen-; siblement dans des plans perpendiculaires audit axe, formant des couches superposées et s'insérant dans lesdites séries respectives de couloirs croisés,les fils du premier sys-tème sont décalés en quinconce d'une nappe à la suivante, tandis que les deux séries de couloirs croisés qu'ils définissent entre eux s'étendent à travers l'épaisseur de l'armature obliquement, c'est-à-dire non radialement.
Une telle disposition conduit ~ une structure dé-formable principalement en raison de l'absence de fils cir-conférentiels et de fils radiaux, remplacés par des filsobliques qui ne s'opposent pas à des déformations tendant à
Eaire varier le diamètre local de la piece creuse tissée (avec variation concomitante de son épaisseur de paroi).
De préférence, les couloirs des deux séries B
1'~,3~.5~
precitees presentent une obliquité de même valeurs, mais de sens opposé, pa.r rapport aux directions radiales de :Leurs intersections. Autrement di-t, deux couloirs quelconques qui se croisent sont symetriques par rapport au plan radial pas-sant par leur in-tersection. Les fi.ls correspondants Eorment donc des carrés dont l'une des diagonales est radiale et qui se déforment aisément en losanges.
Dans une forme de réalisation préférée, les fils des deuxième et troisièrne système sont formés par les boucles de deux chaînettes respectives confectionnees en spires hélicoidales dans le réseau de fils du premier sys-tème.
L'invention a également pour objet un procédé de fabrication d'une armature tissée en forme de corps cylindrique creux de révolution autou~ d'un axe formé par tissage tridimensionnel de trois systèmes de fils, savoir un premier système de fils parallèles à l'axe de l'armature et disposés de manière éguidistante en nappes coaxiales elles-mêmes équidistantes, les fils du premier système délimitant entre eux deux séries de couloirs croisés et un deuxième et un troisième systèmes de fils contenus sensiblement dans des plans perpendiculaires audit axe, formant des couches superposées et s'insérant dans lesdites deux séries respec-tives de couloirs croisés, procedé dans lequel on forme25 autour dudit axe un réseau ordonné d'éléments filiformes parall~les à cet axe pour former les fils du premier système, les fils du premier système étan-t disposes en nappes coaxiales successives et délimitant entre elles deux séries respectives de couloirs croisés, et on introduit dans 3~ lesdites deux séri.es de couloirs croisés les fils desdits second et troisième systèmes en nappes superposees, lesdits éléments filiEormes étant disposés avec un décalage en quinconce d'une nappe à l'autre et les fils du deuxième système ainsi que les fils du troisième système étant in-tro-duits respectivement suivant deux direc-tions obliques croisées et dans les couloirs délimités à travers le reseau d'élémen-ts filiformes, grace ~ la disposition en quinconce de ceux-ci.
De préférence, les fils des deuxième et troisième systèmes sont introduits en couches hélicoidales par tricotage au point de chainette de deux fils distincts, les boucles de chacune des deux chainettes ainsi confectionnées formant respectivement lesdits fils des deuxième et troisième systèmes insérés dans les couloirs croisés précités. Il convient de prévoir que lesdits fils, qui se déposent en couches superposées, soient de préférence tassés au fur et à mesure de leur introduction dans le réseau.
Les éléments filiforme précités peuvent être des fils tendus (constituant directement le premier système de fils). Ils peuvent aussi être des baguettes provisoires qui, après achèvement du tissage, sont remplacées par des fils. On peut encore utiliser des baguettes provisoires creuses dans lesquelles des fils ont éte préalablement introduits et qui sont éliminées après achèvement du tis-sage, seuls subsistant les fils qu'elles renferment.
L'invention a enfin pour objet une machine pour la fabrication d'une armature en forme de corps cylindrigue c~eux de révolution autour d'un axe formé par tissage tridi-mensionnel de trois systèmes de fils se croisant sensiblement suivant les directions d'un trièdre trirectan-gle, savoir un premier système de fils tissés parallèles à
l'axe de l'armature et disposés de manière équidistantes en nappes coaxiales qui sont égalemen-t équidistantes, ledit premier système de fils delimitant entre lesdites nappes deux series respectives de couloirs croisés, et un deuxième et un troisi.ème systèmes de fils contenus sensiblement dans des plans perpendiculaires audit axes, formant des couches superposées et s'insérant dans lesdites deux séries _~ _ B
~ ~3~ 3 respectives de cou].oirs croisés, ladite machine comprenant un bati fixe supportant un ensemble d'éléments rotatifs centrés sur un axe géné:ral vertical, des moyens pour entraî-ner les éléments ro-tatifs en rota-tion autour dudit axe, des baguettes qui matérialisent les fils du premier système soutenus par lesdits éléments rotatifs en réseau régulier de nappes coaxiales, les éléments rotatifs maintenan-t longitu-dinalement les baguettes en position et entraînan-t ledit réseau en rotation autour dudit axe ainsi que le tassement des couches de fils tissés dans le réseau de baguettes, un dispositif de tricotage placé sur ledit bâti en un emplace-ment fixe au niveau où s'effectue le tissage de l'armature, lesdits éléments rotatifs étant cons-titués par des plateaux ayant des perforations disposées régulièrement suivant des cercles centrés sur ledit axe et traversées par les baguet-tes, des moyens pour imprimer à l'un desdits plateaux perforés un mouvement de descente commandé et progressif en plus du mouvement de rotation dudit premier plateau au cours du tissage de l'armature de façon à soutenir celle-ci en lui permettant de descendre le long des baguettes, les perfora-tions desdits plateaux étant disposées en quinconce sur les cercles respectifs précités, le dispositif de tricotage com-prenant deux aiguilles à coulisse animées, des moyens pour imprimer auxdites aiguilles un mouvement de va-e-t-vient ~5 lonyitudinal suivant un trajet orienté obliquement par rappor-t à l'axe de rotation, le trajet de l'une des aiguil-les ayant une direction passant à droite dudit axe c'est le trajet de l'autre aiguille qui prend une direction passant à
gauche dudit axe, lesdites aiguilles étant agencées de facon ~ue lors de leur mouvement de va-et-vient elles pénètrent et se déplacent dans les couloirs obliques définis par le réseau de baguettes, l'une des aiguilles se déplaçant dans les couloirs de l'une des séries et l'autre aiguille se déplaçant dans les couloirs de l'autre série, chaque - 5a -~3~
aiguille étant apte à saisir un fil respectif et à le tri-coter en une chaînette, les boucles des deux chaînettes ainsi Eormées au cours de la rotation du réseau de baguettes Eormant respect:ivement les Eils du deuxième système et les fils du troisième sys-tème.
En pratique, les couloirs obliques pourront être légèrement courbes, les aiguilles étant alors incurvées en correspondance et guidées dans leur mouvement de va-et-vient par des glissières incurvées de même.
En vue d'effectuer le tassement de la masse tissée dans le reseau de baguettes, la machine comporte avantageu-sement, au sommet du réseau de bague-ttes, un plateau perforé
porté par un support fixe en situation légèrement inclinée, et les aiguilles du dispositif de tricotage sont disposées du côté et légèrement en dessous de la partie haute de ce plateau perforé, tandis que, de l'autre côté, sa partie basse s'appuie sur les couches hélicoidales que forment dans le réseau de baguettes les chaînettes tricotées par lesdites aiguilles et en assure le tassement au cours de la réalisation de l'armature tissée. Par ailleurs, sous le ..~
- 5b -réseau de baguettes est de préférence dlsposé un plateau fixe (non perforé) muni d'une barrette vibrante assurant le rnalntien longitudinal des baguettes ~ une hauteur constante en moyenne, sans que celles-ci doi~ent prendre appui et frotter en permanence sur ledit plateau fixe.
La description qui va suivre, en regard des dessins annexés à titre d'exemples non limitatifs, permettra de bien comprendre comment la présente in~ention peut être mise en pratique.
La figure 1 représente en perspective une machine de tissage tridimentionnel selon l'invention.
La figure 2 représente en perspective de manière simplifiée la partie de la machine correspondant à la zone de tlssage, vue de dessus.
La figure 3 représente schématiquement une Yue fragmentaire d'une pièce en cours de confection dans la machine, suivant la flèche III de la figure 1.
La figure 4 représente en perspective le mécanisme d'actionnement de l'une des aiguilles du dispositif de tri-cotage de la machine.
Les figures 5 et 6 représentent, respectivement en section transversale et en perspective, un fragmen~ de pièce en cours de confection et en montrent la structure interne~
Les figures 7 a 9 représentent trois exemples de pièces de forme complexe obtenues par déformation de pièces cylindriques réalisées conformément à l'invention.
On fera tout d'abord remarquer que~ si le n~mbre de nappes coaxiales de baguettes dans la pièce en cours de réalisation varie d'une figure à l'autre, il en est ainsipour de simples raisons de commodité de représentation. En pratique, le nombre de ces nappes est choisi dans chaque cas suivant les dimensions de la pièce à réaliser.
La machine représentée à la figure 1 est destinée à la réallsation par tissage tridimensionnel de pièce ou armature en forme de cylindre creux de révolution avec une structure leur conférant une importante déformabilité.
Cette machine comprend essentiellement un socle 1 3~
portant un bati vertical 2 doté de trois supports horizon-taux 3, Ll, 5 en forme de fourche. Le support supérieur ~
est fixé au bati 2. Le support intermécliaire 4 est mobile verticalement et guidé par une paire de glissières verti-cales 68 ~ixées au bati 2. Il peut monter ou descenclre sousl'action d'une tige filetée verticale 55 entralnée en ro-tation, avec laquelle est en prise une noix 58 solidaire dudit support. Le support inférieur 5 conserve une position fixe pendant le fonctionnement de la machine, mais réglable 10 (en fonction de la hauteur de la pièce à réaliser) à l'aide diun dispositif approprié non visible sur la figure, par coulissement le long des glissières 68 précitées. Chacun des supports 3, 4, 5 porte un cadre circulaire. Ces cadres 8, 9, 10 sont alignés suivant un axe vertical 11 qui colnci-15 de avec l'axe des armatures à réaliser, et chacun d'euxporte concentriquement une couronne tournante. A chacune de ces couronnes 12, 13, 14 est fixé un plateau annulaire con-centrique situé dans le meme plan que la couronne et le cadre correspondants. Ces plateaux 52, 53, 54 sont perforés 20 pour recevoir et maintenir en position un réseau de baguet-tes métalliques 18 parallèles à l'axe 11. Ils sont entrainés en rotation autour de cet axe grace à des courroies crantées 19 passant respectivement sur les couronnes 12, 13, 14 et sur des poulies d'entraînement 20 montées sur un arbre ver-25 tical 21 mis en rotation par un moteur 22 auquel il estcouplé par une transmission comportant à sa sortie une courroie crantée 23 et une poulie 24. Les supports intermé-diaire 4 et in~érieur 5 étant susceptibles de se déplacer verticalement, 1'arbre 21 est ca~e~l et les poulies 20 30 correspondantes peuvent glisser!longitudinalement en restant en prise avec celui-ci. Entre les plateaux per~orés 53 et 54 peuvent etre prévus des plateaux perforés 62 complémen-taires, suspendus par des cha1nes 63. Le cadre supérieur 8 est, comme représenté, légèrement incliné sur l'horizontale, ~5 pour une raison qui apparaitra plus loin. Ce fait explique la présence de poul;es de renvoi 25 sur lesquelles doit passer la courroie 1~ correspondante.
Chacun des plateaux 52, 53, 54 est identiquement -~7-percé de perforations 30 (figllre 2) régu.Lièrement réparties sur des cercles concentriques équidistants, chaque cercle comportant un même nombre de perforations équidistantes.
Les per~orations d'un cercle sont décalées en quinconce par 5 rapport à celles d'un cercle voisin, c'est-a-dire que les rayons passant par les perforatlons de l'un partagent en deux moitiés les intervalles séparant les perforations de l'autre. Grâce à ces perforations, les baguettes 18 sont engagées à travers les plateaux 52, 53, 54 et y sont main-tenues en un réseau regulier composé de nappes coaxiales65 où apparaissent deux séries de rangs obliques 26, 27 de baguettes 18 (figure 5) légèrement incurvés, s'étendant suivant des directions croisées symétriques par rapport aux plans radiaux tels que 31 passant par des baguettes situées 15 à l'intersection de rangs de l'une et de llautre série.
Ces rangs obliques de baguettes délimitent deux séries de couloirs 36, 37 (figure 6) obliques, c'est-à-dire non radiaux, se croisant de même sensi~lement à angle droit et destinés à receyoir des fils 46 (pour l'une des séries) et 47 (pour l'autre série), contenus dans des plans perpendiculaires à l'axe 11 et traversant obliquement sui~ant les deux di-rections sensiblement orthogonales précitées l'épaisseur du réseau de baguettes 18 (figure 5 et 6) .
Les fils obli.ques 16, 17 sont insérés dans le ré-: 25 seau de baguettes 18 par tricotage de deux cha1nettes 56, 57 ~ partir de fils L16, 47 issus de deux tubes dlalimenta-tion 66, 67 au moyen d'aiguilles à crochet 6, 7 (figure 2) s'intr~duisant successivement chacune dans les couloirs obli-ques 36, 37 de l1une et de l'autre des séries de couloirs 30 précités. Ces aiguilles à crochet font partie d'un dispo-sitif de tricotage 32 (figure 1) fixé au support 3. Ce dis-positif est représenté en détail à la figure 4 où n'est toutefois montrée, par raison de clarté, qulune seule aiguil-le~ sa~oir l'aiguille 6, et son mécanisme propre, l'autre aiguille et son mécanisme étant symétriques par rapport à
un plan radial. L'aiguille 6, courbe pour s'inscrire parfai-tement dans les couloirs 3~ de la série correspondante, se déplace d'un mouvement longitudinal alternatif, guidée dans une glisslère 33 courbe de meme ~ui est fixée à une pièce 34 appartenant au support 3. Cette gllssière comporte une fiente latéra].e 43 par laquelle emerge une patte 35 d'entrainement de l'aiguille~ reliée par une tringle articulée 3~ à l'un des bras d'un palonnier 39 en forme de Y', oscillant autour d'un pivot 40 d'axe vertical solidaire cle la pièce 34 sous l'action d'un câble de commande 41 actionné par le moteur 22, l'autre bras du palonnier 3~ recevant symétriquement une tringle d'actionnement de l'autre aiguille 7. L,es aigu.illes 6, 7 pénètrent donc alternatlvement dans les couloirs obli-ques 36, 37 du réseau de baguettes 18. L'aiguille 6 (tout comme l'aiguille 7~ est une aigui.lle à couli.sse~ la~uelle est constituée par l'extrémité d'une tige L12 (figure 2) pouvant coulisser longitudinalement à l'intérieur de 11ai-guille pour ouvrir ou fermer le chas de celle-ci. Cette tige comporte une patte 44 qui fait saillie du corps de l'aiguil-le par une échancrure 51 et de la glissière 33 par la fente 43 et à laquelle est articulée une tringle 45 qui coulisse dans une pièce 48 montée sur une ferrure 49 fixe::et q~ est freinee par une languette de friction 50.
L'aiguille 6 ayant avancé, chas ouvert, à travers le réseau de baguettes .18 Jusque dans la position extrême représentée à la figure 4, elle accroche le fil 46, puis recule en ~irant une boucle de ce fil dans le couloir 36 où
elle se trouve~ jusque dans l'autre position extrême repré-sentée a la figure 2 pour l'aiguille 7. Dans ce mouvement de recul, la tige 42 reste d'abord immobile (en raison du freinage de la languette 50~ de sorte que son extrémité
ferme le chas~ puis recule avec l'aiguille, sa patte 44 butant contre le bord antérieur de l'échancrure 51. L'ai-guille Yient s'arrêter en dehors du réseau de baguettes de manière ~ former une boucle de fil. ~on cha~ s'étant ouvert grace à un mouvement inverse de la tige 42, l'aiguille libère le fil et pénètre 3. nouveau dans le réseau en passant au travers de la boucle ~u'elle vient de former. L'aiguille 7 effectue les memes opérations, mais a une hauteur légère-ment supérieure à celle de l'aiguille 6 et dans une direction différente (figure 2).
_~ _ .~
~;~3~
En fonctionnement~ le moteur 22 de la machine entraine en rotatlon con-tinue le réseau de baguettes 18. ~e réseau défilant ainsi en permanence devant le dispositif de tricotage 32 fixe~ les aiguilles 6~ 7 de celui-ci y 5 insèrent deux cha~Lnettes 56 ~ 57 qui se superposent en cou-ches hélicoidales dans ledit réseau. Les bouc]es se forment autour des rangs obliques 26, 27 de baguettes et constituent les fils obliques 16, 17 croisés entre eux et avec les baguettes 18. Les fils 16, 17 forment ainsi un deuxième et 10 un troisième système de fils s'entrecroisant avec un premier système de baguettes 18, lesquelles seront ensuite rempla-cées (se]on le procédé décrit par la demanderesse dans la demande de brevet n 80/17 666) par des fils de même nature que les fils des deuxième et troisième systèmes. Au fur et 15 à mesure que la masse tissée 15 se forme dans le réseau de baguettes 18, le plateau perforé 53~ initialement proche du support supérieur 3, descend en supportant cette masse tissée de ha~teur croissante, laquelle se trouve tassée de manière continue par le plateau perforé supérieur 52 grâce à l'in-20 clinaison donnée à celui-ci (suivant un angle dépendant du diamètre de la pièce à réaliser et normalement inférieur ou égal à 15 ) . On voit en effet sur la figure 3 que les chaî-nettes 56, 57 confectionnées par le dispositif de tricotage 32 (placé du côté de la partie haute du plateau 52) sont 25 sollicitées vers le bas et tassées par la partie basse du plateau 52. Le mouvement continu de descente du plateau 53 entralne yers le bas la masse tissée 15 et les baguettes 18 lesquelles sont remontées périodiquement à leur passage sur une barrette vibrante 5~ portée par un plateau circulaire 30 60 lié au support inférieur 5 par une ferrure 61. Ainsi, les ~aguettes 18 conservent une position moyenne invariable dans le sens de la hauteur.
Les figures 7 à ~ illustrent la capacité à se dé-former des armatures tissées obtenues, par serrage ou éti-35 rage de certaines de leurs parties suivant la forme quel'on désire obtenir. I.es déformations se réalisent grace à
des modificatlons de llangle de croisement des ~ils 16 et 17. ~n voit sur la figure 7 une armature conl~ue 62 obtenue --10'-~3~
par élarg;ssement cl'un coté et rétrécissement de l'autre coté d'une armature cylindrique représentée en traits mixtes.
La figure ~ montre une armature 63 pour tuyère avec con-vergent~ col et divergent. La f`igure 3 montre une pièce tissée 64 à laquel~e on a donné la forme d'une ronclelle épaulée. Une fois la forme souhaitée obtenue~ on pro~ède à une imprégnation de la pièce ? pUiS à une cuisson pour la figer définitivement.
Claims (4)
1. Armature en forme de corps cylindrique creux de révolution réalisée par tissage tridimensionnel de trois systèmes de fils se croisant sensiblement suivant les direc-tions d'un trièdre trirectangle, savoir un premier système de fils parallèles à l'axe de l'armature et disposés de manière équidistante, ledit premier système de fils délimi-tant entre les nappes deux séries respectives de couloirs croisés, et un deuxième et un troisième systèmes de fils contenus sensiblement dans des plans perpendiculaires audit axe, formant des couchas superposées et s'insérant dans lesdites séries respectives de couloirs croisés, les fils du premier système sont décalés en quinconce d'une nappe à la suivante, tandis que les deux séries de couloirs croisés qu'ils définissent entre eux s'étendent à travers l'épais-seur de l'armature obliquement, c'est-à-dire non radialement.
2. Armature selon la revendication 1, dans laquelle les couloirs des deux séries présentent une obliquité de même valeur mais de sens opposé par rapport aux directions radiales de leur intersections.
3. Armature selon la revendication 1, dans laquelle les fils des deuxième et troisième systèmes sont formés par les boucles de deux chaînettes respectives formées en spires hélicoïdales dans le réseau de fils du premier système.
4. Armature selon la revendication 2, dans laquelle les fils des deuxième et troisième systèmes sont formés par les boucles de deux chaînettes respectives formées en spires hélicoïdales dans le réseau de fils du premier système.
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