CA2773032C - Piece metallique pourvue de renforts fibreux a extremite biseautee - Google Patents
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Abstract
L'invention est relative à une pièce mécanique fabriquée à partir d'une préforme métallique présentant au moins un logement (5) s 'étendant longitudinalement par référence à une direction privilégiée d'effort subie par la pièce mécanique en service, et dans laquelle au moins un renfort fibreux est inséré puis lié à l'ébauche par une compression isostatique à chaud, caractérisé en ce que le renfort fibreux présente une extrémité (10) en biseau.
Description
PIECE METALLIQUE POURVUE DE RENFORTS FIBREUX A EXTREMITE
BISEAUTEE
L'invention est relative à une pièce métallique pourvue de renforts fibreux.
ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE DE L'INVENTION
On connaît du document WO 2009/034264 une bielle fabriquée de la façon suivante : réalisation d'une ébauche métallique comportant deux logements oblongs parallèles de part et d'autre d'un plan de symétrie de la bielle ; insertion dans les logements de renforts fibreux réalisés à partir de fibres de carbure gainées d'un métal compatible avec celui du conteneur ; mise sous vide et compression isostatique à chaud de l'ensemble permettant une liaison intime des fibres du renfort fibreux avec le métal de l'ébauche par diffusion métallique autour des fibres.
Le métal gainant les fibres de carbure fond et se mélange au métal voisin de la préforme métallique pour réaliser un continuum métallique englobant de façon intime les fibres des renforts fibreux. Il reste alors à
usiner l'ébauche pour obtenir la bielle (notamment le perçage des orifices des chapes).
En général, les renforts fibreux présentent au moins une extrémité complètement noyée dans le métal de la pièce et qui présente une face terminale transversale aux fibres. A ce niveau, il existe dans la pièce un saut de rigidité abrupt, et la transmission des contraintes mécaniques entre les renforts fibreux et le conteneur risque de donner lieu à des décollements ou des arrachements susceptibles de former le départ de criques.
Qui plus est, les contraintes internes sont, dans cette zone, généralement perpendiculaires aux fibres, de sorte que cette zone est affaiblie.
OBJET DE L'INVENTION
COPIE DE CONFIRMATION
BISEAUTEE
L'invention est relative à une pièce métallique pourvue de renforts fibreux.
ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE DE L'INVENTION
On connaît du document WO 2009/034264 une bielle fabriquée de la façon suivante : réalisation d'une ébauche métallique comportant deux logements oblongs parallèles de part et d'autre d'un plan de symétrie de la bielle ; insertion dans les logements de renforts fibreux réalisés à partir de fibres de carbure gainées d'un métal compatible avec celui du conteneur ; mise sous vide et compression isostatique à chaud de l'ensemble permettant une liaison intime des fibres du renfort fibreux avec le métal de l'ébauche par diffusion métallique autour des fibres.
Le métal gainant les fibres de carbure fond et se mélange au métal voisin de la préforme métallique pour réaliser un continuum métallique englobant de façon intime les fibres des renforts fibreux. Il reste alors à
usiner l'ébauche pour obtenir la bielle (notamment le perçage des orifices des chapes).
En général, les renforts fibreux présentent au moins une extrémité complètement noyée dans le métal de la pièce et qui présente une face terminale transversale aux fibres. A ce niveau, il existe dans la pièce un saut de rigidité abrupt, et la transmission des contraintes mécaniques entre les renforts fibreux et le conteneur risque de donner lieu à des décollements ou des arrachements susceptibles de former le départ de criques.
Qui plus est, les contraintes internes sont, dans cette zone, généralement perpendiculaires aux fibres, de sorte que cette zone est affaiblie.
OBJET DE L'INVENTION
COPIE DE CONFIRMATION
2 L'invention vise à proposer des pièces mécaniques en métal pourvues d'au moins un renfort fibreux, dans lequel l'inconvénient précité est atténué, voire éliminé.
BREVE DESCRIPTION DE L'INVENTION
A cet effet, on propose une pièce mécanique fabriquée à partir d'une ébauche métallique présentant au moins un logement s'étendant sensiblement selon une direction privilégiée d'effort subie par la pièce mécanique en service, et dans laquelle au moins un renfort fibreux est inséré puis intimement lié à
l'ébauche par une diffusion métallique autour des fibres du renfort fibreux de sorte à présenter au moins une extrémité complètement noyée dans le métal de la pièce.
Selon l'invention, la dite extrémité s'étend en biseau.
Ainsi, l'interface s'étendant à l'extrémité du renfort fibreux entre ce dernier et le métal de l'ébauche est oblique relativement aux efforts transitant dans la pièce mécanique, ce qui permet une adaptation progressive de la rigidité de la pièce en suivant la direction des renforts fibreux. Cette disposition atténue les risques de désolidarisation du renfort fibreux avec le reste du métal.
BREVE DESCRIPTION DES FIGURES
- la figure 1 est une vue schématique de dessus d'une bielle selon l'invention, illustrant l'extrémité
oblique des renforts fibreux selon un premier mode particulier de réalisation de l'invention ;
- la figure 2 est une vue en perspective de l'extrémité d'un des renforts fibreux, selon un deuxième mode particulier de réalisation de l'invention ;
- la figure 3 est une vue en perspective de dessus de l'extrémité d'un des renforts fibreux, selon un troisième mode particulier de réalisation de l'invention ;
BREVE DESCRIPTION DE L'INVENTION
A cet effet, on propose une pièce mécanique fabriquée à partir d'une ébauche métallique présentant au moins un logement s'étendant sensiblement selon une direction privilégiée d'effort subie par la pièce mécanique en service, et dans laquelle au moins un renfort fibreux est inséré puis intimement lié à
l'ébauche par une diffusion métallique autour des fibres du renfort fibreux de sorte à présenter au moins une extrémité complètement noyée dans le métal de la pièce.
Selon l'invention, la dite extrémité s'étend en biseau.
Ainsi, l'interface s'étendant à l'extrémité du renfort fibreux entre ce dernier et le métal de l'ébauche est oblique relativement aux efforts transitant dans la pièce mécanique, ce qui permet une adaptation progressive de la rigidité de la pièce en suivant la direction des renforts fibreux. Cette disposition atténue les risques de désolidarisation du renfort fibreux avec le reste du métal.
BREVE DESCRIPTION DES FIGURES
- la figure 1 est une vue schématique de dessus d'une bielle selon l'invention, illustrant l'extrémité
oblique des renforts fibreux selon un premier mode particulier de réalisation de l'invention ;
- la figure 2 est une vue en perspective de l'extrémité d'un des renforts fibreux, selon un deuxième mode particulier de réalisation de l'invention ;
- la figure 3 est une vue en perspective de dessus de l'extrémité d'un des renforts fibreux, selon un troisième mode particulier de réalisation de l'invention ;
3 - la figure 4 est une vue de face et de dessus d'une autre bielle selon l'invention, illustrant l'extrémité oblique des renforts fibreux.
DESCRIPTION DETAILLEE DES FIGURES
Dans l'explication qui suit, la réalisation des renforts fibreux n'est pas l'objet de l'invention et ne sera donc pas décrite en détail. On pourra se référer par exemple au document W02009/034264 qui décrit plusieurs modes de réalisation de tels renforts fibreux.
En référence à la figure 1, la bielle de l'invention est, conformément à un premier mode de réalisation, réalisée à partir d'une ébauche métallique 1 ici de forme généralement plate et présentant une partie courante 2 de section constante terminée par deux parties d'extrémité 3 arrondies formant des chapes d'extrémité et comportant des orifices traversants 4. Ici, l'ébauche est en alliage de titane.
Des logements longitudinaux 5 s'étendent ici parallèlement à un plan de symétrie P de l'ébauche 1, de part et d'autre de celui-ci, et forment des logements adaptés à recevoir des renforts fibreux 10 (les renforts fibreux ont été représentés coupés pour mieux faire apparaître les logements, mais en réalité, ils occupent les logements sur toute leur longueur). On remarquera que le plan de symétrie P est parallèle à une direction privilégiée d'introduction d'efforts dans la bielle (essentiellement des efforts de traction et de compression dans l'axe de la bielle).
Les renforts fibreux 10 comprennent des fibres s'étendant longitudinalement. Ici, les fibres sont des fibres de carbure de silicium gainées de titane. De préférence, les fibres sont solidarisées entre elles avant mise en place dans les rainures en leur faisant subir une compression isostatique à chaud.
DESCRIPTION DETAILLEE DES FIGURES
Dans l'explication qui suit, la réalisation des renforts fibreux n'est pas l'objet de l'invention et ne sera donc pas décrite en détail. On pourra se référer par exemple au document W02009/034264 qui décrit plusieurs modes de réalisation de tels renforts fibreux.
En référence à la figure 1, la bielle de l'invention est, conformément à un premier mode de réalisation, réalisée à partir d'une ébauche métallique 1 ici de forme généralement plate et présentant une partie courante 2 de section constante terminée par deux parties d'extrémité 3 arrondies formant des chapes d'extrémité et comportant des orifices traversants 4. Ici, l'ébauche est en alliage de titane.
Des logements longitudinaux 5 s'étendent ici parallèlement à un plan de symétrie P de l'ébauche 1, de part et d'autre de celui-ci, et forment des logements adaptés à recevoir des renforts fibreux 10 (les renforts fibreux ont été représentés coupés pour mieux faire apparaître les logements, mais en réalité, ils occupent les logements sur toute leur longueur). On remarquera que le plan de symétrie P est parallèle à une direction privilégiée d'introduction d'efforts dans la bielle (essentiellement des efforts de traction et de compression dans l'axe de la bielle).
Les renforts fibreux 10 comprennent des fibres s'étendant longitudinalement. Ici, les fibres sont des fibres de carbure de silicium gainées de titane. De préférence, les fibres sont solidarisées entre elles avant mise en place dans les rainures en leur faisant subir une compression isostatique à chaud.
4 Selon l'invention, les logements 5 ont des extrémités 11 obliques par rapport au plan de symétrie P, et s'étendent ici parallèlement à un plan P' tangent à
l'orifice traversant adjacent. Les extrémités obliques 11 peuvent être obtenues de diverses manières. De façon préférée, les rainures sont usinées dans l'ébauche métallique sur toute sa longueur, de sorte que les rainures débouchent sur le chant de l'ébauche. Puis on rapporte à chaque extrémité de rainure un bouchon en titane, ayant une partie terminale biseautée définissant l'extrémité biseautée du logement correspondant, les bouchons étant de préférence mis en place après le positionnement des renforts fibreux dans les rainures.
Les bouchons peuvent être constitués d'un morceau de titane en un seul bloc, ou être réalisés par compactage d'une poudre métallique.
Selon l'invention, les renforts fibreux ont une forme complémentaire de celle des logements, et comportent donc une extrémité 12 en biseau compatible avec l'extrémité oblique du logement.
Les renforts fibreux 10 sont recouverts par des blocs en alliage de titane venant combler les logements
l'orifice traversant adjacent. Les extrémités obliques 11 peuvent être obtenues de diverses manières. De façon préférée, les rainures sont usinées dans l'ébauche métallique sur toute sa longueur, de sorte que les rainures débouchent sur le chant de l'ébauche. Puis on rapporte à chaque extrémité de rainure un bouchon en titane, ayant une partie terminale biseautée définissant l'extrémité biseautée du logement correspondant, les bouchons étant de préférence mis en place après le positionnement des renforts fibreux dans les rainures.
Les bouchons peuvent être constitués d'un morceau de titane en un seul bloc, ou être réalisés par compactage d'une poudre métallique.
Selon l'invention, les renforts fibreux ont une forme complémentaire de celle des logements, et comportent donc une extrémité 12 en biseau compatible avec l'extrémité oblique du logement.
Les renforts fibreux 10 sont recouverts par des blocs en alliage de titane venant combler les logements
5. Ces blocs peuvent être prévus solidaires des bouchons fermant les logements.
Puis l'ensemble rendu étanche est mis sous vide, avant d'être soumis à une compression isostatique à
chaud, de sorte que le gainage métallique des fibres fonde et diffuse pour former un composé métallique avec le métal de l'ébauche et des blocs, assurant ainsi une liaison intime entre les fibres et le métal environnant.
On forme ainsi une pièce composite à matrice métallique.
Le biseau de l'extrémité des renforts fibreux, qui est complètement noyé dans le métal de la pièce permet une transmission d'efforts entre l'extrémité des fibres et le métal environnant qui ne soit plus uniquement en arrachement, mais en cisaillement, ce qui permet de diminuer le risque de désolidarisation des fibres à ce niveau, et de créer une zone de transition évitant un saut de raideur trop important.
5 Selon maintenant un deuxième mode de réalisation de l'invention illustré à la figure 2, l'extrémité des renforts est biseauté selon deux pentes. Selon un troisième mode de réalisation de l'invention illustré à
la figure 3, les renforts fibreux sont biseautés sur chacune de leurs faces. Ces deux derniers modes de réalisation peuvent être réalisés par chanfreinage du renfort fibreux et évitent la formation d'une pointe fine qui fragilise le renfort fibreux lors de sa manipulation.
La figure 4 illustre la mise en oeuvre de l'invention sur une bielle 101 qui est pourvue de quatre renforts fibreux 110 biseautés selon l'invention.
On notera bien évidement que le biseau de l'invention n'a pas strictement rien à voir avec le biseau mentionné dans le document EP1726678, qui désigne l'angle de coupe de l'extrémité de la nappe de renfort, et qui sert à imprimer un angle d'hélice à la nappe lors de sa pose. On notera qu'en tout état de cause, cette extrémité est tangente au bord de la pièce tubulaire recouverte par la nappe et qu'elle n'est donc pas noyée.
Puis l'ensemble rendu étanche est mis sous vide, avant d'être soumis à une compression isostatique à
chaud, de sorte que le gainage métallique des fibres fonde et diffuse pour former un composé métallique avec le métal de l'ébauche et des blocs, assurant ainsi une liaison intime entre les fibres et le métal environnant.
On forme ainsi une pièce composite à matrice métallique.
Le biseau de l'extrémité des renforts fibreux, qui est complètement noyé dans le métal de la pièce permet une transmission d'efforts entre l'extrémité des fibres et le métal environnant qui ne soit plus uniquement en arrachement, mais en cisaillement, ce qui permet de diminuer le risque de désolidarisation des fibres à ce niveau, et de créer une zone de transition évitant un saut de raideur trop important.
5 Selon maintenant un deuxième mode de réalisation de l'invention illustré à la figure 2, l'extrémité des renforts est biseauté selon deux pentes. Selon un troisième mode de réalisation de l'invention illustré à
la figure 3, les renforts fibreux sont biseautés sur chacune de leurs faces. Ces deux derniers modes de réalisation peuvent être réalisés par chanfreinage du renfort fibreux et évitent la formation d'une pointe fine qui fragilise le renfort fibreux lors de sa manipulation.
La figure 4 illustre la mise en oeuvre de l'invention sur une bielle 101 qui est pourvue de quatre renforts fibreux 110 biseautés selon l'invention.
On notera bien évidement que le biseau de l'invention n'a pas strictement rien à voir avec le biseau mentionné dans le document EP1726678, qui désigne l'angle de coupe de l'extrémité de la nappe de renfort, et qui sert à imprimer un angle d'hélice à la nappe lors de sa pose. On notera qu'en tout état de cause, cette extrémité est tangente au bord de la pièce tubulaire recouverte par la nappe et qu'elle n'est donc pas noyée.
Claims (9)
1. Pièce mécanique fabriquée à partir d'une préforme métallique présentant au moins un logement (5) s'étendant selon une direction d'effort subie par la pièce mécanique en service, et dans laquelle au moins un renfort fibreux (10) est inséré
puis lié à une ébauche par diffusion métallique autour des fibres du renfort fibreux de sorte qu'au moins une des extrémités du renfort fibreux soit entièrement noyée dans le métal formant la pièce mécanique, dans laquelle l'extrémité du renfort fibreux entièrement noyée dans le métal formant la pièce mécanique (12) s'étend en biseau.
puis lié à une ébauche par diffusion métallique autour des fibres du renfort fibreux de sorte qu'au moins une des extrémités du renfort fibreux soit entièrement noyée dans le métal formant la pièce mécanique, dans laquelle l'extrémité du renfort fibreux entièrement noyée dans le métal formant la pièce mécanique (12) s'étend en biseau.
2. La pièce mécanique selon la revendication 1, dans laquelle l'extrémité du renfort fibreux entièrement noyée dans le métal formant la pièce mécanique est biseautée selon deux pentes.
3. La pièce mécanique selon la revendication 1, dans laquelle l'extrémité du renfort fibreux entièrement noyée dans le métal formant la pièce mécanique est biseautée sur chacune des faces du renfort.
4. Pièce mécanique métallique présentant au moins un renfort fibreux (10) s'étendant selon une direction d'effort subie par la pièce mécanique en service, lié à la pièce mécanique par diffusion métallique autour des fibres du renfort fibreux et dont au moins une des extrémités du renfort fibreux est entièrement noyée dans le métal formant la pièce mécanique, dans laquelle l'extrémité du renfort fibreux entièrement noyée dans le métal formant la pièce mécanique (12) s'étend en biseau.
5. La pièce mécanique selon la revendication 4, dans laquelle l'extrémité du renfort fibreux entièrement noyée dans le métal formant la pièce mécanique est biseautée selon deux pentes.
6. La pièce mécanique selon la revendication 4, dans laquelle l'extrémité du renfort fibreux entièrement noyée dans le métal formant la pièce mécanique est biseautée sur chacune des faces du renfort.
7. Procédé de fabrication d'une pièce mécanique fabriquée à partir d'une préforme métallique présentant au moins un logement (5) s'étendant selon une direction d'effort subie par la pièce mécanique en service, et dans laquelle au moins un renfort fibreux (10) est inséré puis lié à une ébauche par diffusion métallique autour des fibres du renfort fibreux de sorte qu'au moins une des extrémités du renfort fibreux soit entièrement noyée dans le métal formant la pièce mécanique, l'extrémité du renfort fibreux entièrement noyée dans le métal formant la pièce mécanique (12) s'étendant en biseau.
8. Le procédé selon la revendication 7, dans lequel l'extrémité du renfort fibreux entièrement noyée dans le métal formant la pièce mécanique est biseautée selon deux pentes.
9. Le procédé selon la revendication 7, dans lequel l'extrémité du renfort fibreux entièrement noyée dans le métal formant la pièce mécanique est biseautée sur chacune des faces du renfort.
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| FR0904370A FR2950078B1 (fr) | 2009-09-11 | 2009-09-11 | Piece metallique pourvue de renforts fibreux a extremite biseautee. |
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Family
ID=42077141
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| CA2773032A Active CA2773032C (fr) | 2009-09-11 | 2010-09-13 | Piece metallique pourvue de renforts fibreux a extremite biseautee |
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