FR2583399A1 - Procede de realisation d'une texture de renfort pour piece et nouvelle piece annulaire en materiau composite - Google Patents

Procede de realisation d'une texture de renfort pour piece et nouvelle piece annulaire en materiau composite Download PDF

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Abstract

LA TEXTURE DE RENFORT EST REALISEE PAR UN PROCEDE SELON LEQUEL DES PICOTS 12 SONT IMPLANTES NORMALEMENT A LA SURFACE D'UNE STRUCTURE DE SUPPORT 10 DE FORME ANNULAIRE POUR DEFINIR DES CANAUX DE DEPOT DE FILS DE RENFORT, DES FILS CIRCONFERENTIELS CONTINUS 13 SONT DEPOSES EN PARALLELE ET SIMULTANEMENT SUR LA STRUCTURE DE SUPPORT, CHAQUE FIL CIRCONFERENTIEL SUIVANT UNE TRAJECTOIRE SPIRALEE DEPUIS LA SURFACE DE LA STRUCTURE DE SUPPORT VERS LA SURFACE EXTERIEURE DE LA TEXTURE, ET LES FILS CIRCONFERENTIELS SONT MAINTENUS EN PLACE AU FUR ET A MESURE QU'ILS SONT DEPOSES, AU MOYEN DE FILS TRANSVERSAUX 18 QUI SONT APPLIQUES SUR LES FILS CIRCONFERENTIELS EN ETANT MIS EN TENSION.

Description

Procédé de réalisation d'une texture de renfort pour la fabrication de pièce en matériau composite de forme complexe.
La présente invention concerne la réalisation de textures de renfort pour la fabrication de pièces en matériau composite, et plus particulièrement de pièces avant une forme complexe.
Les textures multidirectionnelles utilisées comme préformes pour réaliser des pièces composites sont généralement constituées par un entrecroisement d'éléments de renfort disposés suivant plusieurs directions différentes.
Pour la réalisation de pièces de révolution, il est bien connu de matérialiser l'une au moins des directions de renfort par un fil bobiné sur une structure de support, telle qu'un mandrin, dont la forme correspond à celle de la pièce à réaliser. Plusieurs nappes de renfort sont déposées sur la structure de support, les éléments de renfort formant les nappes étant par exemple disposés en alternance suivant deux directions différentes. Une direction de renfort supplémentaire est obtenue au moyen d'éléments, tels que des picots, préalablement implantés à la surface de la structure de support et traversant les nappes empilées.
Lorsque l'une ou plusieurs des directions de renfort sont matérialisées par des fils bobinés circonférentiellement ou hélicoidalement pour réaliser des pièces cylindriques ou coniques, le maintien en place des fils bobinés est assuré par la tension de bobinage.
Or, ceci ne peut être réalisé lorsque la pièce à fabriquer a un profil concave (forme femelle). Il en est ainsi par exemple si l'on cherche à réaliser une texture de renfort pour une pièce annulaire à section transversale en U.
Aussi, la présente invention a-t-elle pour but de fournir un procédé permettant la réalisation de textures de renfort multidirectionnelle pour pièces annulaires de forme complexe, en assurant le maintien de fils de renfort déposés sur une structure de support annulaire tout en permettant une fabrication automatisée.
Ce but est atteint grâce à un procédé du type comprenant l'implantation de picots normalement à la surface d'une structure de support et le dépôt de fils de renfort dans des canaux définis par le réseau de picots, procédé selon lequel, conformément à l'invention,
- des fils circonférentiels continus sont déposés en parallèle et simultanément sur la structure de support, chaque fil circonférentiel suivant une trajectoire spiralée depuis la surface de la structure de support- vers la surface extérieure de la texture, et
- l'on maintient en place les fils circonférentiels, au fur et à mesure qu'ils sont déposés, au moyen de fils transversaux qui sont appliqués sur les fils circonférentiels en étant mis en tension.
Avantageusement, les fils transversaux sont mis en place au moyen d'une navette alimentée par un fil continu.
Dans une forme particulière de mise en oeuvre du procédé selon l'invention, l'ensemble des fils circonférentiels est déposé entre un premier bord de la texture situé du côté intérieur de la structure de support et un deuxième bord de la texture situé du côté extérieur de la structure de support, les fils transversaux étant mis en tension entre ce premier et ce deuxième bords.
Avantageusement alors, les fils transversaux sont mis en place au moyen d'une navette alimentée par un fil continu et guidée en mouvement alternatif entre les bords de la texture, parallèlement è la surface de la structure de support. La mise en tension des fils transversaux peut être obtenue en les faisant passer autour d'organes fixes solidaires de la structure de support le long des bords de la texture.
Une partie au moins des fils transversaux s'étend suivant des méridiennes de la texture. Des directions de renfort supplémentaires peuvent être obtenues en disposant des fils transversaux suivant des lignes faisant un angle non nul avec les méridiennes de la texture.
Les fils circonférentiels et transversaux sont déposés en continu tandis que la structure de support est entratnée en rotation, permettant ainsi de former automatiquement des couches de renfort superposées sur la surface de la structure de support.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description faite ci-après, à titre indicatif mais non limitatif, en référence aux dessins annexés sur lesquels
- la figure 1 est une vue en coupe montrant schématiquement une pièce en matériau composite pouvant être obtenue à partir d'une texture de renfort réalisée avec le procédé conforme à l'invention, et
- la figure 2 est une vue schématique en perspective illustrant un exemple de mise en oeuvre d'un procédé conforme à l'invention.
La pièce 1 illustrée par la figure 7 est une pièce de forme annulaire à section transversale approximativement en U. En d'autres termes, la pièce 7 présente sensiblement la forme d'un demi-tore. Une telle pièce est utilisable comme élément d'assemblage des extrémités de deux pièces de révolution dont les bords circulaires sont logés entre les branches du U. Dans cette utilisation, la pièce est soumise à des contraintes qui nécessitent la mise en place d'un renfort privilégiant les directions méridiennes et circonférentielles. Oien entendu, le procédé selon l'invention n'est pas limité à cette application, mais trouve son utilité pour la réalisation de pièces annulaires pouvant avoir d'autres formes.
La figure 2 illustre schématiquement la réalisation d'un renfort destiné à la fabrication de la pièce de la figure t.
La texture de renfort est mise en place sur un mandrin 10 en graphite ayant une surface extérieure dont la forme correspond à celle de la surface interne 2 de la pièce 1 (figure 15. Le mandrin annulaire 10 est fixé sur une base 11 en forme de bague entraînée en rotation sur elle-même par engrenage ou par friction avec des moyens d'entratnement (non représentés).
Le bobinage des fils de renfort sur le mandrin est réalisé au sein d'un réseau d'éléments en forme de picots 12 implantés normalement à la surface du mandrin, avant le début du bobinage.
Dans l'exemple illustré, les fils de renfort comprennent des fils circonférentiels 13 disposés parallèlement les uns aux autres et des fils méridiens déposés au fur et à mesure du dépôt des fils circonférentiels et mis en tension afin d'assurer le maintien en place de ces derniers.
Les différents fils circonférentiels 13 sont tirés de bobines de stockage respectives (non représentées) et amenés simultanément sur le mandrin 10 ou la texture 14 en cours de formation au moyen de guide-fil respectifs 15. Comme le montre la figure 2, l'ensemble des fils circonférentiels s'étend entre un premier bord 16 de la texture situé du côté intérieur du mandrin annulaire 10 et un second bord 17 de la texture situé du côté extérieur du mandrin 10. Les bords circonférentiels 16 et 17 correspondent sensiblement aux emplacements des surfaces terminales 3 et 4 de la pièce 1.
Au fur et à mesure de leur dépôt, les fils circonférentiels 13 sont maintenus en place par les fils méridiens 18. Ceuxci sont déposés au moyen d'une navette 19, alimentée par un fil continu 20 et mue alternativemnt entre deux positions extrêmes, parallèlement au mandrin 10 et à la texture en cours de formation.
Le guidage de la navette est assuré au moyen d'un guide 25 qui s'étend dans un plan méridien, parallèlement à la surface de la texture 14. L'entratnement de la navette est assuré à partir d'un moteur réversible 22 et par l'intermédiaire d'une chatne sans fin 23 qui passe sur le guide 21 et porte la navette 19.
La bague 11 porte, du côté intérieur et du côté extérieur une pluralité de plots d'extrémité respectivement 24 et 25 répartis régulièrement. La fonction des plots 24 et 25 est de maintenir les fils méridiens 18 à l'état de tension nécessaire pour qu'ils assurent, à leur tour, le maintien des fils circonférentiels 13. Ainsi, au fur et à mesure du bobinage, le fil 20 est amené d'un plot 24 intérieur, correspondant à une extrémité de la course de la navette 19 à un plot 25 extérieur, correspondant à l'autre extrémité de la course de la navette 19 puis à nouveau du côté intérieur, au plot 24 suivant, et ainsi de suite pendant toute la durée du bobinage, le mandrin 10 étant entraîné en rotation. Le fil 20 s'accroche à chaque plot 24, 25 en passant contre le côté inférieur de celui-ci.Comme le montre la figure 2, les côtés inférieurs des plots 24, 25 sont inclinés vers le bas à partir de la bague 11. De la sorte, les fils méridiens 18, sont rappelés à leurs extrémités vers la base du mandrin 10 ce qui contribue à assurer un maintien efficace des fil circonférentiels 13 d'un bord à l'autre de la texture. On notera également, toujours en faveur d'un maintien efficace des fils circonférentiels, que le dépôt des fils méridiens 18 est réalisé à l'endroit où les fils circonférentiels 13 viennent au contact de la texture 14, par un choix approprié des emplacements de l'ensemble des guide-fil 15 et de la zone de travail de la navette 13.
Lorsque l'épaisseur voulue est atteinte, le bobinage est arrêté. On obtient alors une texture de renfort comprenant des nappes alternées de fils circonférentiels continus et de fils transversaux.
La fabrication de la pièce composite est réalisée par densification de la texture de renfort. Divers procédés de densifications traditionnels peuven#t être utilisés, par exemple dépôt chimique en phase vapeur, ou cycles successifs comprenant une imprégnation liquide suivie de pyrolyse. Ces procédés sont bien connus en eux-mêmes et il n'est pas nécessaire de les décrire en détail ici.
La phase de densification peut être réalisée avec la texture de renfort en place sur le mandrin, ou bien après démontage partiel ou total de celui-ci.
Par ailleurs, les picots 12 peuvent être laissés en place dans la texture où ils matérialisent une direction de renfort ou bien, en variante, être retirés, avant densification, pour permettre l'insertion d'éléments de renfort dans les passages ainsi libérés.
On notera enfin que des éléments transversaux autres que méridiens pourront être déposés en supplément ou à la place des fils méridiens. Ce dépôt est réalisé de la même manière que décrit ci-dessus pour les-fils 18, la trajectoire de la navette n'étant alors pas située dans un plan méridien.

Claims (11)

REVENDICATIONS
1. Procédé de réalisation d'une texture de renfort, comprenant les étapes d'implantation de picots normalement à la surface d'une structure de support de forme annulaire, et de dépôt de fils de renfort dans des canaux définis par le réseau de picots, caractérisé en ce que
- des fils circonférentiels continus sont déposés en parallèle et simultanément sur la structure de support, chaque fil circonférentiel suivant une trajectoire spiralée depuis la surface de la structure de support vers la surface extérieure de la texture, et
- l'on maintient en place les fils circonférentiels, au fur et à mesure qu'ils sont déposés, au moyen de fils transversaux qui sont appliqués sur les fils circonférentiels en étant mis en tension.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les fils transversaux sont mis en place au moyen d'une navette alimentée par un fil continu.
3. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'ensemble des fils circonférentiels est déposé entre un premier bord de la texture situé du côté intérieur de la structure de support et un deuxième bord de la texture situé du côté extérieur de la structure de support, les fils transversaux étant mis en tension entre ce premier et ce deuxième bord.
4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que les fils transversaux sont mis en place au moyen d'une navette alimentée par un fil continu et guidée en mouvement alternatif entre lesdits premiers et deuxième bords, parallèlement à la surface de la structure de support.
5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que la mise en tension des fils transversaux est obtenue en les faisant passer autour d'organes fixes solidaires de la structure de support, le long des bords de la texture.
6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à caractérisé en ce qu'au moins une partie des fils transversaux est mise en place suivant des méridiennes de la texture.
7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'au moins une partie des fils transversaux est mise en place suivant des lignes faisant des angles non nuls avec les méridiennes de la texture.
8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la structure de support est entraînée en rotation et les fils circonférentiels et transversaux sont déposés en continu pour former des couches superposées de renfort sur la surface de la structure de support.
9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que lesdits picots sont retirés après la mise en place des fils circonférentiels et transversaux pour permettre l'insertion d'éléments de renfort dans les passages ainsi libérés.
10. Pièce annulaire en matériau composite à section transversale sensiblement en forme de U, caractérisée en ce qu'elle comprend une texture de renfort comportant des nappes de renfort superposées alternativement formées de fils circonférentiels et de fils transversaux, les fils circonférentiels étant continus et disposés parallèlement les uns aux autres.
11. Pièce en matériau composite selon la revendication 10, caractérisée en ce que les fils transversaux sont, au moins pour une partie d'entre eux, disposés suivant des méridiennes.
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