FR2576546A1

FR2576546A1 - One-piece mandrel, which can be broken down by a chemical route, and process and device for manufacturing such a mandrel

Info

Publication number: FR2576546A1
Application number: FR8501067A
Authority: FR
Inventors: Jean-Paul Lansalot; Robert Lalande
Original assignee: Airbus Group SAS
Current assignee: Airbus Group SAS
Priority date: 1985-01-25
Filing date: 1985-01-25
Publication date: 1986-08-01
Also published as: FR2576546B1

Abstract

The one-piece mandrel M1 according to the invention is manufactured by compressed-air injection of a material M, hardening at ambient temperature, into a dismountable mould 12. The material M is an agglomerate of sand and of a binder consisting of a polymerised phenolformaldehyde resin with a hardener such as a diisocyanate, in the presence of a catalyst such as an amine, preferably liquid. After producing a workpiece on the mandrel, the latter is disintegrated by means of an organic solvent.

Description

Mandrin monobloc, destructible par voie chimique, et procédé et dispositif de fabrication d'un teL mandrin
La présente invention concerne un mandrin monobloc, destructible par voie chimique, destine à la réalisation de pièces creuses de forme complexe, notamment par bobinage de fibres sur ce mandrin. L'invention concerne également un procédé de fabrication d'un tel mandrin ainsi qu'un dispositif correspondant.Monobloc, chemically destructible chuck, and method and device for manufacturing such a chuck
The present invention relates to a one-piece mandrel, which can be destroyed by chemical means, intended for making hollow parts of complex shape, in particular by winding fibers on this mandrel. The invention also relates to a method of manufacturing such a mandrel and a corresponding device.

Les pièces creuses en matériau composite sont utiLisées actuellement dans des secteurs techniques nombreux et variés tels que les industries aéronautique, spatiale et sous-marine. A titre d'exemple non limitatif, on citera les enveloppes de propulseurs des engins balistiques ainsi que certains types de bouteilles et de réservoirs. Hollow parts made of composite material are currently used in numerous and varied technical sectors such as the aeronautical, space and submarine industries. By way of nonlimiting example, mention may be made of the casings of propellants of ballistic missiles as well as certain types of bottles and reservoirs.

Toutes les techniques de fabrication de telles pièces ont en commun l'utilisation d'un mandrin sur Lequel on vient bobiner des filaments imprégnés de résine, la polymérisation ultérieure de cette dernière conférant à la pièce sa rigidité. All the techniques for manufacturing such parts have in common the use of a mandrel on which one coils filaments impregnated with resin, the subsequent polymerization of the latter giving the part its rigidity.

D'une manière générale, le mandrin utilisé doit pouvoir résister aux efforts de bobinage et de polymérisation du matériau composite, qui engendrent un taux de compression pouvant atteindre 20 bars. Il doit- aussi pouvoir être retiré ou détruit après ta phase finale de poLymérisation de la résine, sans risque de détérioration de la pièce. Par ailleurs, le procédé d'obtention de tels mandrins doit permettre d'assurer la précision et La reproductibilité des formes d'un mandrin à l'autre. Il doit également permettre l'intégration des protections thermiques internes et des embases métalliques dans le cas particulier de la fabrication d'enveloppes de propulseurs.De plus, le coefficient de dilatation du mandrin doit être comparable à celui de l'acier, de façon à ne pas créer de dilatation différentielle entre le mandrin et l'arbre porteur durant les phases de polymérisation à chaud du matériau composite. Une bonne stabilité dans le temps des caractéristiques physico-chimiques du mandrin permet son stockage sans qu'il subisse de dégradation en atmosphère humide en particulier en attendant d'être utilisé. In general, the mandrel used must be able to withstand the winding and polymerization efforts of the composite material, which generate a compression ratio of up to 20 bars. It must also be able to be removed or destroyed after your final phase of polymerization of the resin, without risk of deterioration of the part. Furthermore, the process for obtaining such mandrels must make it possible to ensure the precision and reproducibility of the shapes from one mandrel to another. It must also allow the integration of internal thermal protections and metal bases in the specific case of the manufacture of thruster casings. In addition, the expansion coefficient of the mandrel must be comparable to that of steel, so as to do not create differential expansion between the mandrel and the carrier shaft during the hot polymerization phases of the composite material. Good stability over time of the physicochemical characteristics of the mandrel allows it to be stored without undergoing degradation in a humid atmosphere in particular while waiting to be used.

Actuellement, les pièces en matériau composite sont fabriquées par des techniques différentes selon leurs dimensions. Ces techniques se distinguent toutefois par la nature du mandrin utilisé, qui doit pouvoir être démonté ou détruit Lorsque la pièce est terminée. Currently, the composite material parts are manufactured by different techniques depending on their dimensions. These techniques are distinguished, however, by the nature of the mandrel used, which must be able to be disassembled or destroyed when the part is finished.

Une première technique connue consiste à utiliser un mandrin mécanique démontable constitué par un arbre central sur lequel sont fixés des secteurs verrouillés sur cet arbre. Cette technique s'applique à la réalisation de pièces relativement petites et notamment de diamètre compris entre 300 mm et 650 mm et de longueur comprise entre 0,3 m et 1 m. Ce type de mandrin a pour double avantage d'être reutilisable et d'autoriser des pressions de fabrication élevées. En revanche, il a pour inconvénient que des chocs risquent de détériorer l'enveloppe en matériau composite lors du démontage et que son coût est -très élevé.En outre, lorsqu'une protection thermique doit être intégrée dans la pièce å fabriquer, comme c'est notamment le cas pour les enveloppes de propulseur, cette protection thermique est rapportée sur le mandrin monté, avant bobinage, selon une technique qui est difficile à maitriser. Enfin, la forme géométrique du mandrin présente des défauts de profil qui engendrent des varia-tions géométriques des pièces réalisées. A first known technique consists in using a removable mechanical mandrel constituted by a central shaft on which are fixed locked sectors on this shaft. This technique applies to the production of relatively small parts and in particular of diameter between 300 mm and 650 mm and length between 0.3 m and 1 m. This type of mandrel has the double advantage of being reusable and of allowing high manufacturing pressures. On the other hand, it has the disadvantage that shocks risk damaging the envelope of composite material during disassembly and that its cost is very high. In addition, when a thermal protection must be integrated in the part to be manufactured, as c 'is in particular the case for the casings of propellant, this thermal protection is attached to the mounted mandrel, before winding, according to a technique which is difficult to master. Finally, the geometrical shape of the mandrel has profile defects which generate geometric variations in the parts produced.

Une autre technique actuellement utilisée, dite technique "Arényl", consiste à utiliser un man drin obtenu par empilage d'au moins deux éléments distincts préalablement moulés, puis durcis en étuve pendant 48 heures. Cette technique peut s'appliquer à des pièces de plus grande dimension, notamment d'un diametre compris entre 300 mm et 2000 mm et d'une Longueur comprise entre 0,3 m et 2,5 m. Elle a pour principal inconvénient que les conditions de durcissement du matériau constituant le mandrin ne permettent pas de réaliser celui-ci en un seul élément, car ce matériau ne peut pas être polymérisé en mouLe fermé en raison des problèmes de dégazage intervenant lors de son étu- vage.Le nombre d'éléments du mandrin étant lié à ces problèmes de dégazage et à sa Longueur, cette technique, qui pourrait théoriquement être employée pour des pièces de plus grande dimension, s'a-vererait alors d'un coût très élevé. De plus, la cuisson du matériau nécessite des investissements en outillages et moyens d'étuvage importants et, de surcroit, de fortes consommations d'énergie liées à de longs cycles de fabricati on. Another technique currently used, known as the "Arenyl" technique, consists in using a man drin obtained by stacking at least two separate elements previously molded, then cured in an oven for 48 hours. This technique can be applied to larger parts, in particular with a diameter between 300 mm and 2000 mm and a length between 0.3 m and 2.5 m. The main drawback is that the hardening conditions of the material constituting the mandrel do not allow the latter to be produced in a single element, since this material cannot be polymerized into a closed mold due to the degassing problems occurring during its testing. - vage.The number of elements of the mandrel being linked to these degassing problems and to its length, this technique, which could theoretically be used for larger parts, would then be very expensive . In addition, the cooking of the material requires investment in tools and significant means of steaming and, moreover, high energy consumption linked to long manufacturing cycles.

Une troisième technique connue, utilisée exclusivement pour la fabrication de pièces de grandes dimensions, c'est-à-dire d'un diamètre supérieur à 2000 mm et de grande longueur, consiste à utiliser un mandrin réalisé au moyen de coques mécaniques assemblées par boulonnage. -Ces coques sont revêtues d'un garnissage extérieur de platre qui est ensuite usiné à la forme souhaitée, après étuvage. Cette technique présente pratiquement les mêmes inconvénients que La technique utilisant un mandrin mécanique démontable, sans en présenter les avantages. A third known technique, used exclusively for the manufacture of large parts, that is to say with a diameter greater than 2000 mm and of great length, consists in using a mandrel produced by means of mechanical shells assembled by bolting. . -These shells are coated with an exterior plaster lining which is then machined to the desired shape, after baking. This technique has practically the same disadvantages as The technique using a removable mechanical mandrel, without having the advantages.

L'invention a précisément pour objet un nouveau mandrin destiné à la réalisation de pièces creuses et répondant aux différents critères énoncés précédemment, ce mandrin étant dérivé du mandrin utilisé selon la technique "Arenyl" et pouvant etre utilisé à
La pLace de chacun des mandrins connus en ne présentant pas les inconvénients de ces mandri#ns et en réduisant de façon sensible les temps et les coûts de production.The subject of the invention is precisely a new mandrel intended for the production of hollow parts and meeting the different criteria set out above, this mandrel being derived from the mandrel used according to the "Arenyl" technique and which can be used at
The space of each of the known mandrels by not presenting the drawbacks of these mandrels and by significantly reducing production times and costs.

A cet -effet, il est proposé conformément à
L'invention un mandrin pour La réaLisation de pièces creuses de forme compLexe, caractérisé en ce qu'il est monobloc, réalisé en un matériau aggloméré, durcissable dans Les conditions atmosphériques ambiantes et destructibLe, après cycles thermiques, par voie chimique.To this end, it is proposed in accordance with
The invention a mandrel for producing hollow parts of complex shape, characterized in that it is in one piece, made of an agglomerated material, hardenable under ambient atmospheric conditions and destructible, after thermal cycles, by chemical means.

SeLon un mode de réalisation préféré de
L'invention, le matériau aggloméré comprend un mélange d'un sabLe siliceux et d'un liant. Le Liant comprend de préférence une résine formophénotique à raison d'environ 1,5% de La masse de sabLe, poLymérisée avec un durcisseur tel qu'un diisocyanate, en présence d'un cataLyseur tel qu'une amine.According to a preferred embodiment of
The invention, the agglomerated material comprises a mixture of a siliceous sabLe and a binder. The binder preferably comprises a formophenotic resin in an amount of approximately 1.5% of the mass of the saber, polymerized with a hardener such as a diisocyanate, in the presence of a catalyst such as an amine.

L'invention a aussi pour objet un pro-cédé-de fabrication d'un tel mandrin, caractérisé par Les étapes suivantes : - malaxage des différents composants du matériau de
constitution du mandrin pour obtenir un mélange ho
morène, - injection par tirs successifs et dosés dudit mélange
dans un moule dont la forme interne correspond à la
forme externe des pièces creuses de forme complexe à
réaliser, - tassement du mélange par polymérisation du liant
entrant dans la composition du mélange, à températu
re atmosphérique ambiante, - démoulage du mandrin.The invention also relates to a process for manufacturing such a mandrel, characterized by the following steps: - kneading of the various components of the material
constitution of the mandrel to obtain a ho mixture
morene, - injection by successive and metered shots of said mixture
in a mold whose internal shape corresponds to the
external shape of hollow parts of complex shape to
- compaction of the mixture by polymerization of the binder
entering into the composition of the mixture, at temperature
re ambient atmosphere, - release of the mandrel.

L'invention a également pour objet un dispositif pour la fabrication d'un tet mandrin monobloc destructible par voie chimique. Ce dispositif est ca racterisé en ce qu'il comprend un arbre porteur creux, disposé verticalement et supporté par un moule en au moins deux parties reliées entre elles par des moyens d'assemblage démontables et définissant un espace annula-ire entre ledit arbre et la paroi dudit moule, des moyens d'injection dans l'espace d'un matériau à injecter obtenu par mélange, des moyens d'alimentation en continu des moyens d'injection en matériau à injecter, des moyens d'introduction d'un gaz propulseur sous pression dans les moyens d'injection, des moyens d'évacuation du gaz comprimé de l'enceinte du moule et des moyens de tassage du matériau injecté dans L'espace. The invention also relates to a device for the manufacture of a tet one-piece mandrel that can be destroyed by chemical means. This device is ca racterized in that it comprises a hollow carrier shaft, arranged vertically and supported by a mold in at least two parts connected to each other by removable assembly means and defining an annular space between said shaft and the wall of said mold, means for injecting into the space a material to be injected obtained by mixing, means for continuously supplying means for injecting material to be injected, means for introducing a propellant gas under pressure in the injection means, means for evacuating the compressed gas from the mold enclosure and means for tamping with the material injected into the space.

Dans un tel dispositif, l'intérieur du moule peut éventuellement être muni d'une vessie étanche insensible aux produits de désagrégation du mandrin. In such a device, the interior of the mold can optionally be provided with a sealed bladder insensitive to the disintegration products of the mandrel.

On décrira maintenant, à titre d'exemple non limitatif, un mode de réalisation préféré de l'inven- tion dans lequel la figure unique est une vue en coupe verticale d'un dispositif pour la fabrication par moulage par injection d'un mandrin soluble monobloc réalisé conformément à L'invention. A preferred embodiment of the invention will now be described, by way of nonlimiting example, in which the single figure is a vertical section view of a device for the manufacture by injection molding of a soluble mandrel. monobloc produced in accordance with the invention.

Conformément à L'invention, il est proposé de fabriquer le mandrin destiné à servir de support aux filaments qui seront ensuite bobines, puis polymérisés afin de réaliser une pièce creuse de forme complexe, par moulage en une seule pièce d'un matériau apte à durcir à température ambiante et pouvant être dissout ultérieurement. En outre, on a vu précédemment que ce matériau doit permettre de réaliser un mandrin répondant à certaines caractéristiques mécaniques et dont la forme soit à la fois précise et reproductible. In accordance with the invention, it is proposed to manufacture the mandrel intended to serve as a support for the filaments which will then be coils, then polymerized in order to produce a hollow part of complex shape, by molding in a single piece of a material capable of hardening. at room temperature and can be dissolved later. In addition, we have seen above that this material must make it possible to produce a mandrel which meets certain mechanical characteristics and whose shape is both precise and reproducible.

Afin de répondre à ces différents critères, on utilise de préférence un matériau comprenant un ag glomérat de sable siliceux et d'un liant constitué d'une résine formophénolique polymérisée avec un durcisseur, en présence d'un catalyseur. Pour faciliter le démoulage, le taux de résine est, de préférence, inférieur à 3X et, par exemple, voisin de 1,5X de La masse de sable. Le durcisseur peut notamment être un diisocyanate utilisé à raison d'environ 1,5X de la masse de sable. Le catalyseur est une amine, de préférence liquide, utilisée à taux ajustable, généraLement voisin de 0,06X de La masse de sable.Une amine gazeuse tel Le que la diméthyléthylamine pourrait toutefois être également utilisée si l'on accepte Les contraintes particulières imposées à la fois par le mode de fabrication et par la toxicité de la diméthyléthylamine utilisée Lors du gazage du matériau. In order to meet these various criteria, it is preferable to use a material comprising an agglomerate of silica sand and a binder consisting of a formophenolic resin polymerized with a hardener, in the presence of a catalyst. To facilitate demolding, the resin content is preferably less than 3X and, for example, close to 1.5X of the mass of sand. The hardener may in particular be a diisocyanate used in an amount of approximately 1.5X of the mass of sand. The catalyst is an amine, preferably liquid, used at an adjustable rate, generally close to 0.06X of the mass of sand. A gaseous amine such as dimethylethylamine could however also be used if we accept the particular constraints imposed on both by the method of manufacture and by the toxicity of the dimethylethylamine used during the gassing of the material.

On peut notamment utiliser une résine formophénolique du type résole polymérisée avec un diisocyanate tel que le diisocyanate de diphénylméthane, en présence d'une amine liquide, telle que la (phényl3 propyl)-4 pyridine. It is possible in particular to use a formophenolic resin of the resole type polymerized with a diisocyanate such as diphenylmethane diisocyanate, in the presence of a liquid amine, such as (phenyl3 propyl) -4 pyridine.

Le durcissement d'un tel matériau se réalise à température ambiante et demande de quelques minutes à 1/2 heure suivant la quantité de catalyseur utilisé. The hardening of such a material is carried out at room temperature and requires from a few minutes to 1/2 hour depending on the amount of catalyst used.

Après malaxage, ce matériau se comportant comme un sable flou, sans lien entre les différents grains qui le constituent, peut alors être injecté immédiatement à l'aide d'air comprimé dans un moule tel que celui qui est représenté sur la figure.After kneading, this material behaving like fuzzy sand, without any link between the various grains which constitute it, can then be injected immediately using compressed air into a mold such as that which is shown in the figure.

Avant de décrire ce dispositif de moulage, on remarquera que différentes modifications peuvent être apportées au matériau utilisé. Ainsi, un gain de masse peut être obtenu en utilisant des matériaux pLus légers que le sable tel que des microsphères ou des sels minéraux. De plus, L'incorporation de charges dans les produits de b-ase du matériau utilisé peut permettre de dissoudre le mandrin à l'eau, alors qu'on verra par la suite que le matériau décrit précédemnent doit être dissout à l'aide d'un solvant organique tel que le diméthylformamide. Before describing this molding device, it will be noted that various modifications can be made to the material used. Thus, a gain in mass can be obtained by using materials lighter than sand such as microspheres or mineral salts. In addition, the incorporation of fillers in the b-ase products of the material used can dissolve the mandrel with water, while it will be seen later that the material described previously must be dissolved using 'an organic solvent such as dimethylformamide.

Le dispositif de moulage par injection représenté sur la figure comprend un arbre creux verti- cal 10 sur lequel sont montées deux demi-coquiLles-12a et 12b reliées entre elles par des boulons diassembla- ge 14 pour former un moule 12. De façon plus précise, chacune des demi-coquilles supérieure 12a et inférieu- re 12b est munie d'une bride externe au niveau de leur plan de jonction horizontal et les boulons 14 traversent des trous formés à intervalles réguliers dans# chacune de ces brides. The injection molding device shown in the figure comprises a vertical hollow shaft 10 on which are mounted two half-shells-12a and 12b connected together by assembly bolts 14 to form a mold 12. More precisely , each of the upper 12a and lower 12b half-shells is provided with an external flange at their horizontal junction plane and the bolts 14 pass through holes formed at regular intervals in # each of these flanges.

A son extrémité inférieure, la coquille inférieure 12b comporte également une bride externe par laquelle elle repose sur un support 16 sur Lequel elLe est fixée par exemple par des boulons 17. Le support 16 est lui-meme fixé sur un socle horizontal 18 dont la mobilité éventuelle permet d'assurer le transport de l'ensembLe. At its lower end, the lower shell 12b also comprises an external flange by which it rests on a support 16 on which it is fixed for example by bolts 17. The support 16 is itself fixed on a horizontal base 18 whose mobility possible ensures the transport of the whole.

De préférence, lgintérieur du moule 12 est garni d'une vessie interne d'étanchéité 20, réalisée en une seule pièce, notamment en caoutchouc butyl d'épaisseur constante, par exemple d'environ 1,5 mm. Preferably, the interior of the mold 12 is lined with an internal sealing bladder 20, produced in a single piece, in particular made of butyl rubber of constant thickness, for example around 1.5 mm.

Cette vessie a notamment pour fonction diéviter tout contact direct entre le matériau constituant le mandrin et un revêtement ou couche de protection thermique interne 22 de la pièce à réaliser, lorsque cette dernière est une enveloppe de propulseur. Comme l'it- lustre la figure, cette protection thermique 22 est en effet interposée entre le moule 12 et la vessie 2U, cette dernière étant conçue pour résister aux agressions abrasives du sable pendant la phase de moulage par injection ainsi qu'aux actions chimiques du sol vant-pendant ta phase de démoulage.The function of this bladder is in particular to avoid any direct contact between the material constituting the mandrel and a coating or internal thermal protection layer 22 of the part to be produced, when the latter is a propellant casing. As illustrated in the figure, this thermal protection 22 is in fact interposed between the mold 12 and the bladder 2U, the latter being designed to resist abrasive attack by the sand during the injection molding phase as well as chemical actions of the soil before-during your demolding phase.

La vessie interne d'étanchéité 20 assure également la protection d'une embase annulaire supérieure 24a et d'une embase annuLaire inférieure 24b interposée respectivement entre Les extrémités supérieure et inférieure des demi coquiLLes 12a et 12b et la protection thermique 22. Les ailes des embases 24a et 24b sont en appui sur La paroi interne des demicoquilLes 12a et 12b, respectivement. Les embases 24a et 24b font partie, comme la protection thermique interne 22, de la pièce à réaliser, dont elles formeront
Les extrémités.The internal sealing bladder 20 also provides protection for an upper annular base 24a and a lower annular base 24b interposed respectively between the upper and lower ends of the half-shells 12a and 12b and the thermal protection 22. The wings of the bases 24a and 24b are supported on the internal wall of the demicoquilLes 12a and 12b, respectively. The bases 24a and 24b are part, like the internal thermal protection 22, of the part to be produced, of which they will form
The extremities.

Chacune des embases 24a et 24b est alésée et montée respectivement sur une partie--cylindrique creuse d'un protecteur d'embase 26a et 26b assurant à la fois La protection de ces embases et leur centrage mécanique sur L'arbre verticaL 10. Les protecteurs d'embase 26a et 26b servent en outre à fixer de façon étanche Les extrémités de ta vessie interne 20 à l'in térieur du moule 12.A cet effet, on voit sur La figure que l'extrémité supérieure du protecteur d'embase inférieur 26b forme une collerette striée contre LaqueLle vient s'appliquer le bourrelet d'extrémité inferieur de La vessie 20. Un écrou et un contre-écrou 28 vissés sur L'extremite inférieure du protecteur d'embase 26b sont serrés contre L'embase inférieure 24b, afin de comprimer de façon étanche Les bourrelets d'extrémité de ta vessie 20 et de ta protection thermique 22 entre le protecteur d'embase et l'embase. Each of the bases 24a and 24b is bored and mounted respectively on a hollow cylindrical part of a base protector 26a and 26b ensuring both the protection of these bases and their mechanical centering on the vertical shaft 10. The protectors 26a and 26b are also used to seal the ends of your internal bladder 20 inside the mold 12. For this purpose, we see in the figure that the upper end of the lower base protector 26b forms a ribbed collar against LaqueLle comes to apply the bead of lower end of the bladder 20. A nut and a locknut 28 screwed on the lower end of the base protector 26b are tightened against the lower base 24b , in order to tightly compress the end beads of your bladder 20 and of your thermal protection 22 between the base protector and the base.

De façon comparable, le bourrelet formé à l'extrémité supérieure de La vessie 20 est comprimé de manière étanche entre deux parties tronconiques complémentaires formées respectivement à L'extrémité in férieure du protecteur d'embase supérieur 26 et à
L'extrémité inférieure d'une pièce de serrage-30 fixée par des vis (non représentées) à l'intérieur du protecteur d'embase 26a. La compression du bourrelet supérieur de la vessie est obtenue par vissage de La pièce de serrage 30 sur le protecteur d'embase 26. Ce dernier comporte une collerette emprisonnée entre
L'embase 24a et un couvercle supérieur 31 vissé sur une bride externe formée à L'extrémité supérieure de la coquille 12a.In a comparable manner, the bead formed at the upper end of the bladder 20 is compressed in a sealed manner between two complementary frustoconical parts formed respectively at the lower end of the upper base protector 26 and at
The lower end of a clamping piece -30 fixed by screws (not shown) inside the base protector 26a. The compression of the upper bead of the bladder is obtained by screwing the clamping piece 30 onto the base protector 26. The latter has a collar trapped between
The base 24a and an upper cover 31 screwed onto an external flange formed at the upper end of the shell 12a.

Afin de permettre le montage et le démontage de l'arbre 10 par le haut du moule 12, L'arbre 10 présente à son extrémité inférieure une partie de petit diamètre qui vient s'emboîter dans Le prote-cteur d'embase inférieur 26b et, à son extrémité supérieure une partie de plus grand diamètre qui vient se loger dans la pièce de serrage 30. Le centrage des embases 24a et 24b et des demi-coquiLles 12a et 12b formant le moule est ainsi réalisé par l'intermediaire des protecteurs d'embases 26a et 26b et de la pièce de serrage 30. In order to allow the assembly and disassembly of the shaft 10 from the top of the mold 12, The shaft 10 has at its lower end a portion of small diameter which comes to fit into the lower base protector 26b and , at its upper end a portion of larger diameter which is received in the clamping piece 30. The centering of the bases 24a and 24b and of the half-shells 12a and 12b forming the mold is thus achieved by means of the protectors d 'sockets 26a and 26b and of the clamping piece 30.

Les protecteurs d'embase 26a et 26b forment avec la vessie 20 un ensemble étanche qui assure la protection mécanique et chimique de la protection thermique interne 22 et des Liaisons réalisées de préférence par collage, entre cette protection thermique et les embases 24a et 24b, pendant les opérations de moulage par injection et de démoulage. Cet ensemble permet de plus le positionnement par dépression de la protection thermique 22 et de la vessie 20 à l'inte- rieur du moule. The base protectors 26a and 26b form with the bladder 20 a sealed assembly which provides mechanical and chemical protection of the internal thermal protection 22 and of the connections made preferably by bonding, between this thermal protection and the bases 24a and 24b, during injection molding and demolding operations. This assembly also allows vacuum positioning of the thermal protection 22 and of the bladder 20 inside the mold.

L'arbre creux 10 supporte, au-dessus de son extrémité supérieure, un pot de tir 32 constitué par un récipient cylindrique dont Le fond en forme de trémie communique par des buses d'injection 33 formées dans l'extrémité supérieure de l'arbre 10 avec L1espa- ce annulaire 34 formé à l'intérieur du moule 12, au tour de l'arbre 10. Compte tenu de la tendance de la résine à coller sur les parois, les buses d'injection 33 doivent être correctement disposées et dimensionnées. Ainsi, ces buses doivent être orientées selon une direction proche de l'axe vertical. du moule, vers le centre de l'espace 34. Leur diamètre est, de préférence, inférieur à 22 mm.Par ailleurs, pour une section de pièce importante, il est préférable de réaliser les buses sous la forme de trous oblongs, éventuellement équipés de croisillons pour disperser le jet, plutôt qu'une succession de trous de faible diamètre. The hollow shaft 10 supports, above its upper end, a shooting pot 32 constituted by a cylindrical container whose bottom in the form of a hopper communicates by injection nozzles 33 formed in the upper end of the shaft 10 with the annular space 34 formed inside the mold 12, around the shaft 10. In view of the tendency of the resin to stick to the walls, the injection nozzles 33 must be correctly arranged and dimensioned . Thus, these nozzles must be oriented in a direction close to the vertical axis. from the mold, towards the center of the space 34. Their diameter is preferably less than 22 mm. Furthermore, for a large part section, it is preferable to produce the nozzles in the form of oblong holes, possibly fitted crosspieces to disperse the jet, rather than a succession of small diameter holes.

Le pot de tir 32 est lui-même surmonté par une trémie tampon 36 servant à alimenter Le pot 32 en matériau de moulage M. Cette alimentation est contrôlée par une vanne de remplissage 38. Le matériau M est déversé dans la trémie 36 par un malaxeur continu (non représenté) à axe horizontal alimenté automatiquement en sable et en résine, le taux de résine étant voisin de 1 à 2%.- Dans ce malaxeur, le catalyseur et La résine sont intimement mélangés avant leur introductiondans le sable. The firing pot 32 is itself surmounted by a buffer hopper 36 serving to supply the pot 32 with molding material M. This supply is controlled by a filling valve 38. The material M is poured into the hopper 36 by a mixer continuous (not shown) with a horizontal axis automatically supplied with sand and resin, the resin content being close to 1 to 2% .- In this mixer, the catalyst and the resin are intimately mixed before their introduction into the sand.

Une tuyauterie 40 d'arrivée d'un gaz propulseur constitué par de l'air comprimé, exempt d'humidité et à une pression de 4 bars, débouche également dans le pot de tir 32. Chaque opération d'injection du mélange de sable fluide dans le moule commandée par l'ouverture d'une vanne d'injection 42 placée dans la tuyauterie 40, dure deux à trois secondes. Cette opération qui permet d'injecter par les buses 33 une quantité donnée du matériau M dans l'espace 34 s'appelle un tir. Une rotation, de préférence automatisée du pot de tir, assure une répartition uniforme du matériau M à l'intérieur de ce-t espace 34. A pipe 40 for the arrival of a propellant gas consisting of compressed air, free from humidity and at a pressure of 4 bars, also opens into the firing pot 32. Each injection operation of the fluid sand mixture in the mold controlled by the opening of an injection valve 42 placed in the pipe 40, lasts two to three seconds. This operation, which injects a given quantity of material M into the space 34 through the nozzles 33, is called a shot. A rotation, preferably automated, of the shooting pot, ensures a uniform distribution of the material M inside this space 34.

Afin d'évacuer L'air comprimé ainsi admis dans l'espace 34, des trous d'échappement 44 sont for més dans la partie de L'arbre creux 10 située à L'in- térieur du moule Ces trous 44 sont munis de filtres 46 servant à retenir dans L'espace 34 te matériau M
Afin de permettre l'évacuation de l'air comprimé en fin de moulage, des trous d'échappement 48 sont également formés dans la pièce de serrage 30 pour faire communiquer L'espace 34 avec l'extérieur. En outre, une canalisation de purge 50 égaleme t contrôlée par une vanne 52 débouche elle aussi dans le pot de tir 32.In order to evacuate the compressed air thus admitted into the space 34, exhaust holes 44 are formed in the part of the hollow shaft 10 located inside the mold. These holes 44 are provided with filters. 46 used to retain in space 34 the material M
In order to allow the evacuation of the compressed air at the end of molding, exhaust holes 48 are also formed in the clamping part 30 to make the space 34 communicate with the outside. In addition, a purge line 50 also controlled by a valve 52 also opens into the firing pot 32.

Le dispositif qui vient d'être décrit en se référant à la figure permet de fabriquer un mandrin Mî par moulage, en#injectant dans le moule 12 un matériau
M tel que celui qui a été défini préeédemment.The device which has just been described with reference to the figure makes it possible to manufacture a mandrel Mî by molding, by # injecting into the mold 12 a material
M such as the one previously defined.

Afin d'optimiser les caractéristiques du matériau M et la quali-té du profil du mandrin M1 ainsi réalise, il est souhaitable d'adjoinre a ce dispositif des moyens permettant de parfaire mécaniquement le tassage de ce matériau dans le moule, ce tassage étant déjà en partie réalisé par le mode d'injection du me lange dans le moule. In order to optimize the characteristics of the material M and the quality of the profile of the mandrel M1 thus produced, it is desirable to add to this device means making it possible to mechanically perfect the tamping of this material in the mold, this tamping already being partly achieved by the method of injection of the diaper into the mold.

Dans le mode de réalisation représenté sur la figure, ces moyens comprennent une vessie gonflable 54 montée sur la partie centrale de l'arbre 10 et dont le gonflage peut être commandé de l'extérieur par un tuyau 55 reliant le volume interne de la vessie à une source d'air comprimé (non représentée) en passant par
L'arbre creux. Au moment de l'injection du matériau M dans l'espace 34, cette vessie 54 est dégonflée. Son gonflage intervenant après le remplissage assure par compression interne le tassement souhaité
Dans des variantes de réalisation non représentées, le tassement du matériau à l'intérieur du moule peut être réalisé en soumettant celui-ci à des secousses ou å des vibrations, par exemple à L'aide de vérins soulevant Lentement le moule avant de le laisser redescendre brutalement.Ces techniques peuvent notamment être utilisées lorsque le diamètre du mandrin est trop petit pour permettre la mise en place d'une vessie gonflable à l'intérieur de celui-ci. Da#ns ce cas, Les secousses ou les vibrations sont appli- quées au moule au fur et à mesure de L'injection du matériau M dans celui-ci. In the embodiment shown in the figure, these means comprise an inflatable bladder 54 mounted on the central part of the shaft 10 and the inflation of which can be controlled from the outside by a pipe 55 connecting the internal volume of the bladder to a source of compressed air (not shown) passing through
The hollow tree. When the material M is injected into the space 34, this bladder 54 is deflated. Its inflation occurring after filling ensures by internal compression the desired settlement
In alternative embodiments not shown, the packing of the material inside the mold can be achieved by subjecting it to shaking or vibration, for example using jacks slowly lifting the mold before leaving it These techniques can especially be used when the diameter of the mandrel is too small to allow the installation of an inflatable bladder inside it. In this case, shaking or vibrations are applied to the mold as and when the material M is injected into it.

Lorsque Les-opérations de moulage par injection et de tassage du matériau M constituant Le mandrin M1 à réaliser sont terminées, on Laisse durcir le mandrin à L'intérieur du moule en atmosphère ambiante (environ 20 C) pendant environ 2 heures. Il est à noter que la période précédant le début du durcissement et pendant laquelle s'effectue l'injection peut varier de qu-etques minutes à 1/2 heure suivant le pourcentage et la nature du catalyseur utilisé. Ces données permettent également d'ajuster la durée du durcissement proprement dit. When the injection molding and tamping operations of the material M constituting the mandrel M1 to be carried out are completed, the mandrel is left to harden inside the mold in an ambient atmosphere (approximately 20 ° C.) for approximately 2 hours. It should be noted that the period preceding the start of hardening and during which the injection takes place can vary from a few minutes to 1/2 hour depending on the percentage and the nature of the catalyst used. These data also make it possible to adjust the duration of the actual hardening.

Par rapport aux techniques utilisées antérieurement, l'utilisation du matériau M défini précédemment permet de réduire de façon considérable le temps de durcissement (environ 48 heures en étuve dans te cas d'une résine thermodurcissabLe) et de réaliser le mandrin en un seul élément en supprimant tout problème de dégazage. Compared to the techniques used previously, the use of the material M defined above makes it possible to considerably reduce the curing time (approximately 48 hours in an oven in the case of a thermosetting resin) and to make the mandrel in a single element in eliminating any degassing problem.

On obtient ainsi, après La polymérisation du liant, un mandrin ayant des caractéristiques mécaniques, à 200C de 100 bars en compression et 70 bars en flexion, et à 100bu de 70 bars en compression et 40 bars en flexion. There is thus obtained, after the polymerization of the binder, a mandrel having mechanical characteristics, at 200 ° C. of 100 bars in compression and 70 bars in bending, and in 100 μm of 70 bars in compression and 40 bars in bending.

Lorsque le durcissement du mandrin est terminé, le pot de tir 32- est désolidarisé de L'arbre 10 et les divers éléments constituant le moule 12 sont démontés. L'invention permet à ce stade de réaliser à l'avance des mandrins ne nécessitant pas de condition climatique particuLière de stockage et de transport. When the hardening of the mandrel is finished, the shot pot 32- is detached from the shaft 10 and the various elements constituting the mold 12 are dismantled. The invention allows at this stage to make in advance mandrels which do not require any particular climatic condition for storage and transport.

On peut donc soit utiliser immédiatement Les mandrins ainsi fabriqués, soit Les stocker. Ces mandrins, réalisés à l'aide d'un même moule et donc de formes parfaitement identiques, permettent ainsi la réalisation de pièces creuses en matériau composite sans avoir à tenir compte des cadences de fabrication des mandrins.We can therefore either immediately use the chucks thus manufactured, or store them. These mandrels, produced using the same mold and therefore of perfectly identical shapes, thus allow hollow parts made of composite material to be produced without having to take into account the production rates of the mandrels.

Lorsqu'une pièce doit être réalisée à L'aide d'un mandrin ainsi fabriqué, celui-ci est transporté iusqu'à un poste de bobinage ou de drapage. A ce stade et selon la technique du bobinage filamentaire en elle-même bien connue, on bobine sur le mandrin soit des fibres isolées, soit des bandes de tissu constituées de différentes fibres, ces fibres étant préim prégnées d'un liant polymérisable. When a part has to be produced using a mandrel thus produced, it is transported to a winding or draping station. At this stage and according to the technique of filament winding in itself well known, is wound on the mandrel either isolated fibers, or strips of fabric made of different fibers, these fibers being pre-impregnated with a polymerizable binder.

A la fin du bobinage ou du drapage, le mandrin M1 et la pièce bobinée qu'il supporte alors sont chauffés dans une étuve afin de polymériser le liant imprégnant les fibres, ce qui confère à la pièce la rigidité souhaitée. At the end of the winding or draping, the mandrel M1 and the wound piece that it supports are then heated in an oven in order to polymerize the binder impregnating the fibers, which gives the piece the desired rigidity.

Enfin, le mandrin M1 portant la pièce réalisée est introduit dans une instalLation dans laquelle le mandrin est désagrégé. Finally, the mandrel M1 carrying the produced part is introduced into an installation in which the mandrel is disaggregated.

A cet effet, on utilise des solvants organiques tels que le diméthylformamide, la pipéridine, Le tétrahydrofuranne en solution ou non dans L'eau, et La butanone. For this purpose, organic solvents are used such as dimethylformamide, piperidine, tetrahydrofuran in solution or not in water, and butanone.

Bien entendu, L'invention n'est pas limitée au mode de réalisation qui vient d'être décrit à titre d'exemple, mais en couvre tqutes les variant-es. Ainsi, bien que Les mandrins ont généralement des formes de révolution, ils peuvent aussi présenter toute autre forme, permettant notamment d'obtenir des nervures ou des cloisons internes à la pièce Par ailleurs, le dispositif décrit peut subir différentes modifications compte tenu notamment des dimensions des mandrins à fabriquer ou de la nature des produits utilisés. En ce qui concerne ce de#rnier point, on rappel le ra que le sable utilisé pour réaliser le mandrin pourrait être remplacé par des matériaux plus légers tels que des microsphères ou d-es sels minéraux. De façon comparable, l'introduction de certaines charges dans le matériau constituant le mandrin permettrai-t d'envisager un démoulage à l'eau à la place des solvants organiques décrits. Of course, the invention is not limited to the embodiment which has just been described by way of example, but covers all the variants thereof. Thus, although the mandrels generally have forms of revolution, they can also have any other shape, making it possible in particular to obtain ribs or partitions internal to the part. Furthermore, the device described can undergo various modifications, taking account in particular of the dimensions. mandrels to manufacture or the nature of the products used. Regarding this # rnier point, we recall the ra that the sand used to make the mandrel could be replaced by lighter materials such as microspheres or mineral salts. In a comparable manner, the introduction of certain fillers into the material constituting the mandrel will make it possible to envisage demolding with water in place of the organic solvents described.

Par rapport aux techniques connues, l'invention présente de nombreux avantages techniques et économiques Liés notamment à son appLication à la fabrication précise et reproductible de pièces de dimensions très variables et à la réduction d'environ moitié des coûts de fabrication de ces pièces. Compared with known techniques, the invention has numerous technical and economic advantages, linked in particular to its application to the precise and reproducible manufacture of parts of very variable dimensions and to the reduction of approximately half of the costs of manufacturing these parts.

Claims

1. Mandrel for producing hollow parts of complex shape, characterized in that it is in one piece, made of an agglomerate material which hardens under ambient and destructible atmospheric conditions, after thermal cycles, by chemical means.

2. Chuck according to claim 1, charac terized in that said agglomerated material comprises a mixture of a silica sand and. of a Binder.

3. Mandrel according to claim 2, characterized in that the binder comprises a formophenolic resin in an amount of about 9.5X of the mass of sand polymerized with a hardener, in the presence of a catalyst.

4. Mandrel according to claim 3, characterized in that the hardener is a diisocyanate used in an amount of 1.5X of the mass of sand.

5. Mandrel according to claim 4, characterized in that the hardener is diphenylmethane diisocyanate.

6. Mandrel according to any one of claims 3 to 5, characterized in that the catalyst is an amine used at adjustable rate, generally close to 0.06% of the mass of sand.

7. Mandrel according to claim 6, characterized in that the catalyst is (phenyl-3-propyl) -4-pyridine.

8. A method of manufacturing the mandrel according to any one of claims 1 to 7, characterized by the following steps - kneading of the various components of the material

constitution of the mandrel to obtain a ho mixture

morene, - injection by successive and metered shots of said mixture

in a mold - whose internal shape corresponds to the

external shape of hollow parts of complex shape to

- compaction of the mixture by polymerization of the binder

trant in The composition of the mixture, at temperature

ambient atmosphere, - release of the mandrel.

9. Device for manufacturing a chemically destructible monobLoc mandrel according to the method of claim 8, characterized in that it comprises a hollow carrier shaft (10), arranged vertically and supported by a mold (12) in au at least two parts (12a, 12b) connected between and Les by removable assembly means (14) and defining an annular space (34) between said shaft and the wall of said mold, injection means (32) in the space (34) of a material to be injected obtained by mixing, means (36) for continuously supplying the injection means (32) with material to be injected, means t40, 42) for introducing a gas pressurized propellant in the means of injection (32), # means of evacuation (44, 48) of the compressed gas from the mold enclosure (12) and means of packing (54) of the material injected into the e-space (34).

10. Device according to claim 9, ca racterized in that the internal wall of the mold (12) is lined with a sealing bladder (20) made of a single piece of non-soluble material and a layer of thermal protection (22) disposed between said bladder and said wall and intended to constitute an internal coating for the part to be produced using said mandrel.

Device according to claim 10, characterized in that the lower part (12b) of the mold is open at its lower end and receives an annular base (24b) supported on the internal wall of said lower part, The base (24b ) being pierced with a bore into which is introduced a hollow cylindrical part of a protective part (26b) of said base, this protective part forming a ribbed collar at its upper end, end beads of the bladder (20) and the thermal protection layer (22) being tightly sealed between the ribbed collar and

The base (24b) under the action of screwing means t28) cooperating with a threaded end of the cylindrical part of said protective part.

12. Device according to any one of claims 10 and 11, characterized in that the upper part (12a) of the mold is open at its upper end and receives an annular base (24a) pierced with a bore in which is introduced a protective part (.26a) also pierced with a bore in which is received a hollow cylindrical part of a clamping part (30) fixed on the protective part (26a) in order to tightly compress a bead of end of the bladder (20) between complementary frustoconical parts formed at the lower ends of said parts (26a, 30).

13. Device according to claims 11 and 12, characterized in that the carrier shaft (10) comprises a hollow lower end coming to fit ~ - ter in the bore of the protective part (26b) and one end full upper of larger diameter coming to be housed in the clamping part (30).

14. Device according to any one of claims 12 and 13, characterized in that the means for evacuating the compressed gas introduced into the enclosure of the mold (12) During the injection of the material (M) comprise holes ( 44) drilled in substantially lower and upper zones of the hollow shaft open to the outside and provided with filter grids and openings (48) formed in the clamping part (30).

15. Device according to any one of claims 9 to 14, characterized in that the injection means comprise a shooting pot (32) surmounted by means for supplying material to be injected

(M) constituted by a buffer hopper (36) associated with a filling valve (38), and injection nozzles (33) formed by holes drilled in the solid upper part, swollen from the carrier shaft (10) .

16. Device according to any one of claims 9 to 15, characterized in that the means for compacting the material (M) injected into the space (34) comprise an inflatable bladder (54) integral with the central part of the shaft (10) and connected to an external power source via a conduit (55) passing inside said shaft.

17. Device according to any one of claims 9 to 15, characterized in that the means for compacting the material (M) injected into the space (34) comprise jacks capable of shaking the mold (12) as and as the material is injected.