FR2607071A1 - Procede de formage d'articles renforces par filaments et articles ainsi formes - Google Patents

Abstract

IL S'AGIT D'UN PROCEDE AMELIORE DESTINE AU FORMAGE D'UN ARTICLE 10 EN L'OCCURRENCE UNE COURONNE CYLINDRIQUE ANNULAIRE COMPORTANT UN AXE CENTRAL 12 QUI S'ETEND A TRAVERS UNE OUVERTURE CENTRALE CYLINDRIQUE 14 DANS LA COURONNE. LA COURONNE COMPORTE UNE PAIRE DE SURFACES LATERALES CIRCULAIRES PARALLELES 16 ET 18. LES SURFACES LATERALES 16 ET 18 SONT RELIEES ENTRE ELLES PAR UNE SURFACE LATERALE EXTERIEURE RADIALEMENT CYLINDRIQUE 20 ET UNE SURFACE LATERALE INTERIEURE CYLINDRIQUE 22. L'ARTICLE 10 EST UNE STRUCTURECONSOLIDEE D'UNE SEULE PIECE FORMEE A PARTIR DE MONOFILAMENTS 26 DE RENFORCEMENT HELICOIDAUX QUI SONT SOUDES CONJOINTEMENT PAR ET DISPOSES DANS UNE MATRICE METALLIQUE 28. LES FILAMENTS DE RENFORCEMENT 28 PEUVENT ETRE REALISES A PARTIR DE N'IMPORTE LAQUELLE DES NOMBREUSES COMPOSITIONS CONNUES TELLES QUE DU BORE, DU BORE REVETU, DU CARBURE DE SILICIUM, DU METAL REFRACTAIRE OU DE LA CERAMIQUE.

Description

Â

PROCEDE DE FORMAGE D'ARTICLES RENFORCES PAR FILAMENTS

ET ARTICLES AINSI FORMES

La présente invention concerne un procédé nou- veau et amélioré de formage d'articles renforcés par

filaments et articles ainsi formés.

Au cours du formage d'articles renforcés par filaments, les filaments de renforcement ont tendance à se fissurer et/ou à boucler lorsqu'ils sont soumis à des forces de tension ou de décompression le long de l'axe

du filament pendant le travail à la presse. Afin d'évi-

ter la formation de fissures et/ou de bouclage des fila-

ments, on peut former un article renforcé par filaments de la manière décrite dans la demande de brevet US n 879 366 déposée le 27 juin 1986 par Gordon S. Doble et

intitulée "Method of Forming Articles" (Procédé de for-

mage d'articles).

La demande de brevet citée ci-dessus décrit le formage d'un article renforcé par.filaments en enroulant une ébauche ou préforme en matériau composite et une bande de support autour d un axe pour former une ébauche

multicouches. Les couches de l'ébauche sont ensuite sou-

dées conjointement et densifiées par application de for-

ces de pression dans une direction généralement parallè-

le à l'axe autour duquel ont été enroulées les couches de l'ébauche. Les couches de l'ébauche ou préforme sont

soudées ensemble et la densité de celles-ci est augmen-

tée sans soumettre les filaments de renforcement à des forces de tension ou de compression excessives dans une

direction le long des filaments.

La présente invention fournit un procédé destiné au formage d'un article renforcé par filaments à partir

d'un ruban hélicoLdal de filaments et d'un ruban héli-

coidal d'une feuille métallique. Le ruban hélicoïdal de filaments et le ruban hélicoïdal de feuille métallique

sont imbriqués pour former un ensemble hélicoïdal com-

portant des spires alternées de filaments intercalées avec des spires de feuille métallique. Des forces de déformation sont appliquées sur les spires de l'ensemble hélicoïdal dans une direction parallèle à l'axe central

de l'ensemble hélicoïdal. Ces forces de déformation sou-

dent le métal de la bande hélicoïdale de feuille méta-

llique sur les filaments de la bande hélicoïdale de filaments tout en maintenant les filaments sensiblement

à l'abri des forces s'étendant le long de l'axe des fi-

laments et susceptibles de provoquer des déformations

plastiques de ceux-ci telles qu'un fissurage ou un bou-

clage. Au moment o la bande hélicoïdale de filaments

et la bande hélicoïdale de feuille métallique sont sou-

dées ensemble, on peut également les souder sur l'élé-

ment qu'elles doivent renforcer. Si on le souhaite, on peut prévoir un renforcement radial entre les spires de

la double hélice.

Par conséquent, l'objet de la présente invention consiste à fournir un procédé nouveau et amélioré pour

former un article en imbriquant des filaments hélicoi-

daux et une feuille métallique et ensuite à appliquer la force pour consolider et souder les spires des filaments

hélicoïdaux et de la feuille conjointement tout en main-

tenant les filaments à l'abri de forces de déformations

plastiques s'étendant le long des axes des filaments.

La présente invention fournit également un arti-

cle renforcé par des filaments en matériau composite

comprenant une matrice métallique consolidée et une plu-

ralité de filaments à résistance élevée, à ductilité ou

aptitude à la déformation relativement faible, s'éten-

dant hélicoidalement à travers la matrice et soudés par diffusion dans celle-ci avec les filaments situés de façon continue d'une extrémité à l'autre et sensiblement exempts de déformations plastiques se traduisant par des

fissures ou bouclages sur leur longueur. Pour des cou-

ronnes ou disques de turbine à gaz, l'axe de l'hélice

(les filaments s'étendant hélicoldalement) coincide sen-

siblement avec l'axe de rotation du disque ou de la cou-

ronne. L'objet précédent ainsi que les autres objets et caractéristiques de la présente invention seront mieux

compris à l'examen de la description ci-après prise en

référence aux dessins d'accompagnement dans lesquels:

- la figure 1 est une représentation schématique par-

tiellement écorchée d'un article renforcé par fila-

ments, construit conformément au procédé de la présen-

te invention

- la figure 2 est une représentation d'un ruban hélicoi-

dal d'un ruban de filaments;

- la figure 3 est une vue en coupe, prise de façon géné-

rale le long de la ligne 3-3 de la figure 2, illus-

trant la manière dont sont reliés entre eux les fila-

ments hélicoïdaux dans le ruban de la figure 2;

- la figure 4 est une représentation d'un ruban hélicol-

dal de feuille métallique;

- la figure 5 est une vue en coupe, prise de façon géné-

rale le long de la ligne 5-5 de la figure 4, représen-

tant la construction du ruban hélicoïdal de feuille métallique;

- la figure 6 est une représentation d'un ensemble héli-

coldal formé par imbrication des rubans hélicoïdaux des figures 2 et 4; la figure 7 est une représentation en coupe partielle agrandie montrant l'ensemble hélicoïdal de la figure 6

à l'état fermé avec les spires de l'ensemble hélicoi-

dal contiguës entre elles;

- la figure 8 est une représentation schématique mon-

trant l'ensemble hélicoïdal fermé de la figure 7 dans une filière; - la figure 9 est une représentation en coupe partielle agrandie, identique à la figure 7, d'une portion de l'article de la figure 1 formé par soudage des spires de l'ensemble hélicoïdal de la figure 6; - la figure 10 est une représentation schématique, de façon générale similaire à la figure 9, montrant l'en- semble hélicoïdal fermé dans une ouverture circulaire dans un élément sur lequel il doit être soudé; - la figure 11 est une coupe transversale schématique,

de façon générale similaire à la figure 10, représen-

tant l'ensemble hélicoïdal fermé dans une ouverture cylindrique d'un élément sur lequel il doit être soudé et montrant un second élément qui doit être soudé sur l'ensemble hélicoïdal; - la figure 12 est une vue en plan montrant la manière de découper des segments arqués à partir d'une feuille plate pour former le ruban hélicoïdal de la feuille de la figure 4;

- la figure 13 est une représentation schématique mon-

trant la manière selon laquelle est découpée une bande

hélicoïdale de feuille à partir d'un élément métalli-

que tubulaire, -la figure 14 est une représentation d'une portion d'un

ensemble hélicoïdal comportant une coupe de renforce-

ment radiale; - la figure 15 est une vue en plan partielle agrandie d'une portion d'une bande hélicoïdale de filaments utilisée dans l'ensemble hélicoïdal de la figure 14; - la figure 16 est une vue en plan partielle montrant

l'orientation des filaments dans la couche de renfor-

cement de la figure 14.

On va maintenant décrire des modes de réalisa-

tion préférés spécifiques de l'invention.

La figure 1 représente un article annulaire cy-

lindrique renforcé par filaments. L'article 10 est re-

présentatif de la grande variété d'articles de configu-

ration transversale circulaire et non circulaire pouvant

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être réalisés selon le procédé de la présente invention.

Les articles réalisés selon le procédé de la présente

invention peuvent être utilisés dans de nombreux envi-

ronnements différents, Toutefois, on envisage pour l'ar-

ticle 10 une utilisation comme élément de renforcement

des composants d'une structure aéronautique et aérospa-

tiale. Par exemple, l'article 10 pourrait être un élé-

ment de renforcement d'une pièce constitutive mise en

rotation à des vitesses élevées pendant le fonctionne-

ment d'un turbo-réacteur tel qu'un disque ou un anneau

sur lequel peuvent être montés un compresseur ou les pa-

les d'une turbine.

L'article 10 représenté est une couronne cylin-

drique annulaire comportant un axe central 12 qui s'é-

tend à travers une ouverture centrale cylindrique 14

dans la couronne. La couronne comporte une paire de sur-

faces latérales circulaires parallèles 16 et 18. Les surfaces latérales 16 et 18 sont reliées entre elles par une surface latérale extérieure radialement cylindrique

20 et une surface latérale intérieure cylindrique 22.

L'article 10 est une structure consolidée d'une

seule pièce formée à partir de monofilaments 26 de ren-

forcement hélicoidaux qui sont soudés conjointement par

et disposés dans une matrice métallique 28. Les fila-

ments de renforcement 28 peuvent être réalisés à partir

de n'importe laquelle des nombreuses compositions con-

nues telles que du bore, du bore revêtu, du carbure de silicium, du métal réfractaire ou de la céramique. Les

filaments peuvent également être des fibres de maté-

riaux, tels que du graphite, de l'alumine ou d'autres

céramiques. Conviennent également au procédé les fila-

ments déjà enveloppés dans une matrice ou couche telle

qu'une ébauche de fils d'aluminium avec du graphite in-

filtré. Pour ce type d'ébauche enveloppée ou revêtue,

l'ensemble de la figure 6 n'utiliserait pas obligatoire-

ment une feuille comme matrice. La manière spécifique

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selon laquelle les filaments 26 sont réalisés et la com-

position spécifique des filaments ne forment pas per se

une partie de la présente invention. Toutefois, les fi-

laments 26 sont de résistance relativement élevéen, accu-

sent de façon générale une ductilité faible ou limitée

par rapport à la matrice métallique et renforcent la ma-

trice métallique 28 pour permettre à l'article 10 de ré-

sister à des forces centrifuges très élevées à des con-

ditions de fonctionnement ou de service rigoureuses.

Bien que l'article 10 montré à la figure 1 soit une couronne cylindrique de symétrie rotationnelle et comportant un centre ouvert, l'article 10 pourrait être un disque circulaire plein, c'est-à-dire un disque ne

comportant pas d'ouverture au centre. En outre, l'arti-

cle 10 pourrait présenter une configuration autre que la configuration circulaire. Par exemple, on peut envisager que l'article 10 ait une configuration elliptique, une configuration de façon générale rectangulaire, voire

asymétrique si on le souhaite. Bien entendu, la configu-

ration spécifique de l'article 10 dépend de l'environne-

ment dans lequel celui-ci doit être utilisé.

Pour former l'article 10, il est prévu un ruban 32 hélicoidal continu, tissé, à surface plane (figure 2) de monofilaments. Les filaments hélicoïdaux 26 sont maintenus en relation côte à côte au rayon souhaité et tissés ensemble par des torons 33 de ruban de fils de tissage ou de fils de fer (figure 3). Les torons 33 de fils de fer maintiennent les filaments dans une relation colimatée (alignés) sur des espaces latéraux ou vides 27 entre les filaments et sur les axes centraux de chacun

des filaments 26 disposés sur un rayon de l'hélice. Cha-

que spire du ruban hélicoïdal 32 présente le même diamè-

tre intérieur et extérieur. Chacun des filaments héli-

coidaux 26 s'étend depuis une extrémité inférieure 34 vers l'extrémité supérieure 35 du ruban 32. Ce type de ruban hélicoïdal de monofilaments a été obtenu auprès de

Woven Structures, Inc., Compton, Californie.

Pour fournir le matériau de la matrice métalli-

que 28, on se procure une bande hélicoidale d'une feuil-

le métallique 38 (figure 3). La bande métallique qui fournit en dernier ressort la matrice métallique peut

comprendre des métaux et des alliages de différents ty-

pes; par exemple du titane, des alliages de titane et de nickel, du fer ou des superalliages à base de cobalt ainsi que d'autres alliages. La bande hélicoïdale 38 de feuille comporte des diamètres intérieur et extérieur qui sont identiques aux diamètres intérieur et extérieur de la bande hélicoïdale 32 des filaments. Toutefois, la bande hélicoïdale 38 de la feuille comporte une spire de plus que la bande hélicoïdale 32 de filaments. La bande hélicoïdale de la feuille est un ruban plein, continu, plat, ayant une configuration transversale rectangulaire

(figure 4).

La bande hélicoïdale 32 de filaments et la bande hélicoïdale de feuille sont imbriquées pour former un ensemble 42 hélicoïdal imbriqué (figure 6). Ainsi, la surface latérale principale 44 dirigée vers le haut de la bande hélicoïdale 38 de feuille, est placée de façon contiguë à une surface latérale principale 46 dirigée vers le bas de la bande hélicoïdale 32 de filaments. De

façon similaire, une surface latérale principale 48 di-

rigée vers le haut de la bande hélicoïdale de filaments, est placée de façon contiguë à une surface latérale

principale 50 dirigée vers le bas de la bande hélicoïda-

le 38 de la feuille.

Les spires de la bande hélicoïdale 32 de fila-

ments et de la bande hélicoïdale 38 de feuille sont

alignées entre elles de façon que l'axe central 54 (fi-

gure 2) de la bande hélicoïdale 32 des monofilaments puisse coïncider avec un axe central 56 (figure 4) de la feuille. Ceci a pour résultat que l'ensemble hélicoïdal 42 (figure 6) présente un axe central 58 qui est l'axe central commun de la bande hélicoidale 32 de filaments et de la bande hélicoidale 38 de feuille. L'ensemble hélicoidal 42 comporte le même diamètre intérieur et

extérieur sur toute sa portée axiale.

L'espace entre les spires imbriquées du ruban hélicoidal 32 de filaments et de la bande hélicoïdale 38

de feuille est comprimé ou fermé de façon que les surfa-

ces latérales principales 44 et 50 du ruban hélicoïdal

de la feuille viennent en appui sur les surfaces latéra-

les principales 46 et 48 de la bande hélicoïdale 32 des

filaments, de la manière représentée dans la vue trans-

versale agrandie de la figure 7. Lorsque l'ensemble hélicoïdal fermé 42 est vu dans une section transversale radiale, comme cela est représenté à la figure 7, les

spires de la bande hélicoïdale 32 de filaments 26 for-

ment une pluralité de couches 62 de filaments 26 avec des vides latéraux entre celles-ci disposes entre une pluralité de couches 64 de feuille. La bande hélicoïdale 38 de feuille comporte une spire complète de plus que la bande hélicoïdale 32 de filaments. Par conséquent, une couche 64 de feuille est prévue au-dessous de la spire

inférieure du ruban hélicoïdal 32 de filaments et au-

dessus de la spire supérieure de la bande hélicoïdale de filaments. A la figure 6, la spire de couches de feuille 64 est interrompue aux extrémités 38a pour faciliter la

compréhension; en réalité, la couche 64 de feuille s'é-

tend de façon ininterrompue entre les extrémités brisées 38a. Bien que les filaments 26 soient représentés en section transversale à la figure 7, chacun des filaments 26 s'étend depuis le début jusqu'à l'extrémité de la bande hélicoïdale 32 de filaments. Par conséquent, il n'y a aucune jointure dans les filaments 26. Etant donné que chacun des filaments hélicoïdaux 26 est exempt de

jointure ou liaison, les filaments hélicoïdaux ne com-

portent pas de zones susceptibles d'être plus faibles

que d'autres zones des filaments.

Les filaments hélicoidaux 26 sont maintenus en relation colimatée, espacés entre eux par les torons 33

du matériau de tissage (figure 3). Par conséquent, l'en-

semble hélicoidal 42 forme une ébauche 68 d'article

annulaire (figure 7) qui n'est pas complètement dense.

En outre, les couches 62 et 64 de l'ébauche 68 de l'ar-

ticle ne sont pas reliées entre elles. L'ébauche d'arti-

cle 68 présente une configuration annulaire avec des diamètres extérieur et intérieur qui sont identiques aux diamètres intérieur et extérieur des rubans hélicoidaux 32 et 38 de filaments et de feuille. Dans le mode de

réalisation représenté de l'invention, l'ébauche 68 pré-

sente une configuration transversale rectangulaire.

Pour obtenir un article 10 complètement dense,

il faut que l'ébauche 68 soit consolidée ou compactée.

Afin d'augmenter au maximum la résistance et les carac-

téristiques de services du produit 10, il est néces-

saire de souder et de consolider les couches 62 et 64

de l'ébauche 68 en remplissant les vides 27 et en sou-

- dant les monofilaments dans la matrice formée par la

feuille de façon à créer une structure unitaire. Toute-

fois, lors du compactage et du soudage de l'ébauche 68, il est impératif que les filaments de renforcement 26

ne se fissurent pas sous l'influence des forces de ten-

sion ni ne bouclent sous l'influence des forces de com-

pression agissant dans la direction de l'axe des fila-

ments, c'est-à-dire dans une direction parallèle à un

axe central longitudinal d'un filament. Ainsi, les fila-

ments 26 peuvent être soumis à des forces élastiques le

long du filament, d'une grandeur suffisante pour ne pro-

voquer qu'une déformation élastique des filaments. Les filaments 26 sont maintenus à l'abri des forces le long du filament d'une grandeur suffisante pour provoquer une

fracture ou déformation plastique des filaments.

Le soudage et le compactage ou densification de l'ébauche 68 de l'article sont effectués de façon à

augmenter la densité de l'ébauche de l'article et à for-

mer un article 10 unitaire (figure 1). Dans ce but, la

totalité de l'ébauche 68 est renfermée dans une ouver-

ture annulaire 74 dans une filière 76. L'ouverture annu-

laire 74 présente une configuration transversale de fa-

çon générale rectangulaire et elle est sensiblement de la même dimension que l'ébauche 68. Un poinçon annulaire

78 est dimensionné de façon à s'emboîter dans l'ouvertu-

re annulaire 74 et il est utilisé pour appliquer une pression contre l'ébauche 68 de l'article de la manière

indiquée par la flèche 80 de la figure 8.

Avant d'appliquer la pression contre l'ébauche

68 de l'article par le poinçon 78, l'ébauche 68, la fi-

lière 76 et le poinçon 78 sont chauffés à une températu-

re relativement élevée et suffisante pour faciliter le

soudage par diffusion des pièces constitutives de l' é-

bauche. Dès que cette opération a été effectuée, le poinçon 78 est comprimé fermement vers le bas contre l'ébauche 68. Ceci se traduit par l'application d'une

force contre les surfaces latérales principales des ru-

bans hélicoïdaux 32 et 38 de filaments et de feuille. La force contre l'ébauche 68 réduit les distances entre les couches 62 de filaments et fait que le métal de la bande 38 de feuille s'écoule plastiquement à l'intérieur des

vides ou espaces latéraux 27 entre les filaments 26.

La filière 76 protège l'ébauche 68 contre la contraction et la dilatation radiales. Par conséquent, les filaments 26 sont maintenus à l'abri de forces de déformations plastiques s'étendant axialement le long

des filaments. Ceci empêche la fissuration ou le boucla-

ge des filaments sous l'influence des forces s'étendant

axialement le long des filaments.

La force appliquée par le poinçon 78 dans une direction axiale par rapport à l'ébauche annulaire 68 a pour conséquence que la matière du ruban 38 de feuille hélicoLdale s'écoule sous les forces de déformations plastiques à l'intérieur des espaces latéraux 27 entre les filaments 26 pour former un article complètement dense. En raison de la température relativement élevée à laquelle l'ébauche 68 est chauffée et de la pression appliquée contre l'ébauche par le poinçon 78, la matière du ruban hélicoïdal de la feuille est fermement soudée

sur les filaments 26 par un procédé de soudage par dif-

fusion à l'état solide. A cette occasion, les filaments de renforcement 26 ne subissent pas de fluage plastique notoire. Le procédé peut également être utilisé pour le

soudage en phase liquide partielle d'une manière simi-

laire. Dans le soudage en phase liquide partielle, la température se situe juste au-dessus de la température de solidification de l'alliage de matrice produisant un

matériau qui contient une petite quantité de phase li-

quide plus une phase solide pendant le soudage, appelée

consistance pàteuse". Le soudage est réalisé en chauf-

fant l'ébauche 68 au-dessus de la température de solidi-

fication, en soudant à une température bien inférieure à celle nécessaire pour le soudage par diffusion à l'état

solide, et en refroidissant bien au-dessous de la tem-

pérature de solidification pour achever le procédé.

La direction de déformation de l'ébauche 68 dans la filière 76 est une direction axiale indiquée par la flèche 80 à la figure 8. Par conséquent, l'ébauche 68

est densifiée dans une direction parallèle à l'axe cen-

tral 58 de l'ensemble hélicoidal 42 (figure 6) avec les monofilaments hélicoïdaux comprimés dans la direction axiale. Ceci empêche le bouclage ou fissurage radial des

éléments de renforcement 26.

L'amplitude de la compression axiale de l'ébau-

* che 68 de l'article annulaire est égale au volume du métal qui doit être déplacé depuis le ruban hélicoïdal

38 de feuille jusque dans les espaces 27 entre les fila-

ments 26 du ruban hélicoïdal 32 des filaments, La force

appliquée par le poinçon 78 contre l'ébauche 68 de l'ar-

ticle a pour conséquence que la matière des couches 64 de feuille s'intercale avec les filaments 26 dans la couche 62 de filaments, ce qui permet de réduire la grandeur axiale de l'ébauche de l'article. Les filaments 26 ne sont pas sollicités plastiquement en compression

ou en tension axiales dans une direction le long des fi-

laments. Par conséquent, les filaments n'ont aucunement

tendance à se rompre ou à boucler.

L'article 10 résultant comporte une matrice mé-

tallique complètement dense 28 (figure 9) dans laquelle les filaments hélicoidaux 26 comprimés axialement sont disposés et soudés par diffusion dans la matrice. Chacun des filaments de renforcement 26 est continu sur toute la portée axiale de l'article 10. Ainsi, chaque filament hélicoidal s'étend à partir d'une extrémité axiale de

l'article 10 par une pluralité de spires dans une por-

tion centrale de l'article jusqu'à l'extrémité axiale opposée de l'article avec l'axe de l'hélice qui coincide

sensiblement avec l'axe de rotation de l'article 10.

Etant donné que les filaments 26 sont exempts de jointu-

re ou liaison, ils assurent un renforcement très résis-

tant de l'article. La pression appliquée au cours du

soudage est de préférence maîtrisée de façon que les fi-

laments 26 conservent une orientation hélicoïdale, bien que comprimés axialement étant donné que la feuille de

matrice est consolidée autour des filaments.

Dès que l'article a été formé par une opération

de compression à chaud de la manière décrite précédem-

ment, on retire le poinçon 78 et l'on enlève l'article

de la filière 76. Pour faciliter l'extraction de l'ar-

ticle de la filière 76, cette dernière comporte avan-

tageusement un mécanisme d'éjection consistant en des

goupilles d'éjection 75 espacées entre elles circonfé-

rentiellement et en une plaque d'éjection annulaire 77

ou des mécanismes similaires qui sont d'un usage répan-

du. Les goupilles 75 peuvent être actionnées par des mé-

canismes appropriés mécaniques, hydrauliques ou autres

pour déplacer la plaque d'éjecteur 77 vers le haut, com-

me cela est représenté à la figure 8 pour l'éjection de

l'article 10.

Après avoir soudé et densifié l'ébauche 68 pour former l'article 10 et lorsque celui-ci est refroidi, l'article annulaire présente des diamètres intérieur et extérieur qui sont sensiblement identiques aux diamètres

intérieur et extérieur des rubans hélicoïdaux 32 et 38.

L'article 10 complètement dense peut être utilisé pour

renforcer de nombreux types différents de pièces consti-

tutives de différentes sortes de machines. L'article pourrait être monté dans une ouverture formée dans la pièce constitutive de la machine et maintenu en place

par une liaison mécanique appropriée. En variante, l'ar-

ticle pourrait être soudé pour former une pièce consti-

tutive de machine en mettant en oeuvre une opération se-

condaire telle qu'un soudage par diffusion sur presse à chaud et sous vide ou par compression isostatique à chaud.

On envisage qu'il peut être souhaitable de sou-

der l'article de renforcement annulaire 10 directement sur la pièce constitutive qui doit être renforcée plutôt que d'avoir la couronne de renforcement séparée de la

pièce constitutive ou de recourir à un procédé de fabri-

cation en deux étapes. Dans le mode de réalisation de

l'invention représenté à la figure 10. l'article de ren-

forcement 10 est soudé directement sur une pièce consti-

tutive qui doit être renforcée. Etant donné que le mode de réalisation représenté à la figure 10 est de façon générale similaire au mode de réalisation de 1 'invention représenté aux figures 1 à 9, des références numériques identiques ont été utilisées pour désigner des pièces constitutives identiques, le suffixe "a" étant ajouté à

la figure 10 pour éviter la confusion.

Dans le monde de réalisation représenté à la fi- gure 10, un logement circulaire 84 formant une partie d'un article à renforcer par la couronne annulaire 10 est positionné dans une ouverture circulaire 86 dans une

filière 76a. La section de logement 84 comporte une ou-

verture annulaire 74a dirigée vers le haut, laquelle est

dimensionnée pour recevoir l'ébauche 68a de l'article.

Après avoir chauffé la filière 76a, la section de loge-

ment 84 et un poinçon 78a jusqu'à une température suffi-

sante pour favoriser le soudage par diffusion du métal de l'ébauche 68a de l'article, le poinçon est comprimé contre l'ébauche 68a pour provoquer un fluage plastique

du métal du ruban hélicoïdal de la feuille entre les fi-

laments du ruban hélicoïdal de filaments.

La section de logement 84 peut être réalisée à partir du même métal ou d'un métal différent de celui du ruban hélicoïdal de la feuille. La section de logement

84 a été chauffée à une température suffisante pour fa-

voriser le soudage par diffusion du métal du ruban héli-

coidal de la feuille sur le logement 84. Par conséquent,

pendant la densification et le soudage du métal de l'é- bauche 68a, le métal de la feuille se soude sur la sec-

tion de logement 84.

Dans le mode de réalisation de l'invention dé-

crit en liaison avec la figure 10, le poinçon 78a est enlevé de l'ouverture 74a dans la section de logement

84, laissant la couronne de renforcement à nu. L'ouver-

ture peut être fermée en soudant une pièce rapportée au cours d'une opération secondaire. Toutefois, on prévoit qu'il est souhaitable de fermer l'ouverture 74a dans le logement 84 au cours d'une opération unique. Dans le

mode de réalisation de l'invention représenté à la figu-

re 11, l'ouverture dans la section de logement est fer-

mée pendant la consolidation. Etant donné que le mode de

réalisation représenté à la figure 11 est de façon géné-

rale identique au mode de réalisation de l'invention représenté à la figure 10, des références numériques

identiques sont utilisées pour décrire des pièces cons-

titutives identiques, le suffixe "b" étant ajouté aux références numériques de la figure 11 pour éviter la

confusion.

Une ébauche 68b, formée par imbrication d'un ruban hélicoïdal de filaments et d'un ruban hélicoïdal

de feuille pour former un ensemble hélicoïdal, est posi-

tionnée dans une ouverture annulaire 74b dans la section de logement 84b. La section de logement 84b est située dans une ouverture 86b formée dans une filière 76b. Une couronne de logement annulaire 90 est prévue pour fermer et continuer à faire partie de l'ouverture annulaire 74b

dans la section de logement 84b.

Dès que l'ébauche 68b, la filière 76b, la sec-

tion de logement 84b et la couronne de fermeture 90 ont

été chauffées à une température suffisante pour facili-

ter le soudage par diffusion du matériau de ruban héli-

coidal de feuille sur les filaments dans le ruban héli-

coldal des filaments et sur la section de logement 84b et la couronne de renforcement 90, une force indiquée par la flèche 80b est appliquée sur un poinçon 78b pour

comprimer l'anneau de fermeture 90 contre l'ébauche 68b.

Lorsque ceci se produit, le ruban métallique de feuille est soudé par diffusion sur la section de logement 84b et sur l'anneau de fermeture 90. En outre, le métal de l'ébauche 68b est soudé par diffusion avec des filaments dans le ruban hélicoïdal de filaments pour former une

couronne de renforcement complètement dense.

Le ruban hélicoïdal 38 de feuille peut être for-

mé de nombreuses façons différentes. Ainsi, une bande 94 (figure 12) de feuille peut être découpée en segments arqués 96. Les bandes arquées 96 sont alors reliées entre elles pour former le ruban hélicoïdal continu 38

de feuille.

S La liaison des bandes arquées 96 de feuille peut être supprimée en formant le ruban hélicoidal 38 de feuille à partir d'un enroulement 98 continu (figure 13)

découpé à partir d'un élément tubulaire 100. L'enroule-

ment continu 98 présente des diamètres intérieur et ex-

térieur identiques aux diamètres intérieur et extérieur

du ruban hélicoîdal 38 de feuille. Bien entendu, le ru-

ban hélicoîdal 38 de feuille peut être formé selon d'au-

tres manières si on le souhaite.

Lorsque l'article 10 est utilisé dans certains

environnements, il peut être soumis à des charges ra-

diales. Dans le mode de réalisation montré aux figures

14-16, il est prévu un renforcement radial de l'article.

Etant donné que le mode de réalisation de l'invention

montré aux figures 14-16, est de façon générale identi-

que au mode de réalisation de l'invention montré aux figures 1-9, des références numériques identiques sont

utilisées pour désigner des pièces constitutives iden-

tiques, le suffixe "c" étant ajouté au mode de

réalisation des figures 14-16 pour éviter la confusion.

Un ensemble hélicoïdal 42c est formé par un ruban hélicoïdal 32c de filaments et un ruban hélicoïdal 38c de feuille. L'ensemble hélicoïdal 42c est muni d'une ou plusieurs couches de renforcement radial, indiquées

en 104 à la figure 14. Le renforcement radial 104 com-

prend une couche circulaire 106 de filaments et une cou-

che circulaire 108 de ruban. La couche 106 est un ruban

tissé, plat, ayant la même dimension qu'une spire com-

plète du ruban hélicoïdal 32c de filaments. La couche 108 est un ruban de feuille plat ayant la même dimension

que la couche 106 et une spire complète du ruban héli-

coïdal 38c de la feuille. Bien que les couches 106 et 108 des filaments et du ruban aient été montrées comme présentant une longueur égale à seulement une spire des

rubans hélicoïdaux 32c et 38c de filaments et de feuil-

le, les couches 106 et 108 peuvent être plus longues si on le souhaite.

La couche 106 de filaments comprend une plurali-

té de filaments 112 s'étendant radialement (figure 16)

entre un bord intérieur circulaire 116 et un bord exté-

rieur circulaire 118 dans la couche annulaire 106 du

ruban de renforcement. Ainsi, les filaments 112 présen-

tent une longeur qui correspond à la largeur radiale du

ruban de renforcement 106. Les filaments 112 sont dispo-

sés sur des rayons de la couche circulaire 106. Par conséquent, les extrémités des filaments 112 sont plus près entre elles au niveau du bord intérieur 116 de la couche 106 qu'au niveau du bord extérieur 118. Si on le souhaite, les filaments 112 peuvent être inclinés à un

angle aigu par rapport à l'orientation radiale représen-

tée à la figure 16 ou alternés en une configuration

plus-moins.

Le ruban de renforcement 108 de la feuille pré-

sente un diamètre intérieur et un diamètre extérieur identiques aux diamètres intérieur et extérieur du ruban

de renforcement radial ou de la couche 106 de filaments.

La longueur du ruban de renforcement 108 de la feuille est identique à la longueur du ruban de renforcement 106 de filaments. La surface latérale principale inférieure du ruban de renforcement de feuille 108 est disposée de

façon à venir en contact d'appui sur une surface laté-

rale principale supérieure 48c du ruban hélicoïdal 32c

de filaments 26c (figure 15). La surface latérale prin-

cipale inférieure du ruban de renforcement radial 106 est disposée de façon à venir en contact sur la surface latérale supérieure 44c (figure 14) du ruban de feuille 108. Bien que le ruban hélicoïdal 32c de filaments ait été montré à la figure 14 comme étant sur l'extrémité supérieure de l'ensemble hélicoïdal 42c, on envisage que le ruban hélicoïdal 38c de la feuille s'étende vers le haut et sur la dernière spire du ruban-hélicoïdal 32c de filaments. Etant donné que les filaments 112 dans le ruban

de renforcement radial 106 s'étendent radialement (figu-

re 16), les filaments 112 sont efficaces pour renforcer

un article similaire à l'article 10, à l'égard des char-

ges radiales. Ainsi, les filaments 26c (figure 15) dans

le ruban hélicoïdal 32c de filaments s'étendent sur tou-

te la longueur du ruban et présentent une configuration

hélicoïdale. Les filaments 112 dans le ruban de renfor-

cement radial 106 (figure 16) s'étendent entre les por-

tions de bord s'étendant longitudinalement en opposition 116 et 118 du ruban de renforcement radial et présentent une configuration linéaire courte. Les filaments 112

sont reliés entre eux par des torons 120 de fils de tis-

sage ou de fils métalliques.

Après compactage ou densification d'une ébauche

d'article qui comprend les rubans de renforcement ra-

diaux 106 et 108, le métal du ruban 108 s'écoule dans les espaces s'étendant radialement entre les filaments 112 du ruban 106 et se soudent sur les filaments pour former une portion complètement dense de l'article. Si on le souhaite, les rubans de renforcement radiaux 106 et 108 peuvent être prévus sur plusieurs emplacements

espacés axialement entre eux le long de l'ensemble héli-

coldal 42c. En outre, on envisage que les rubans de ren-

forcement radiaux 106 et 108 peuvent avoir une longueur supérieure à une spire unique de l'ensemble hélicoïdal

42c. Bien entendu, la longueur des rubans de renforce-

ment radiaux 106 et 108 et le nombre de rubans de ren-

forcement radiaux prévus dans l'ensemble hélicoïdal 42c dépendent de l'environnement particulier dans lequel les

articles produits doivent être utilisés.

Le procédé de la présente invention peut être mis en oeuvre pour réaliser des articles présentant de nombreuses configurations différentes et comportant de nombreux types différents de filaments de renforcement hélicoidaux 26 disposés en matrices 28 réalisés en de nombreux types de métaux différents. Toutefois, un

exemple spécifique d'un article 10 pouvant être cons-

truit conformément à la présente invention peut avoir

une pluralité de monofilaments de renforcement 26 indi-

viduels hélicoïdaux au bore disposés dans une matrice

métallique 28 au titane-6 aluminium-4 vanadium. Cet ar-

ticle est renfermé dans un iogement 84b du même métal

que la matrice, c'est-à-dire du titane-6 aluminium-4 va-

nadium. Pour réaliser cet article spécifique, on forme

un ruban hélicoïdal 32 d'un tissu polaire au bore pré-

sentant une construction de tissage croisé 2-2. Les mo-

nofilaments hélicoïdaux 26 au bore ont un diamètre de

0,142 mm et sont disposés selon un espacement de 100 fi-

laments pour 25,40 mm, c'est-à-dire que 25,40 mm de lar-

geur du ruban hélicoïdal de filaments contient 100 fila-

ments hélicoïdaux 26 disposés en une relation côte à cô-

te. Dans cet exemple spécifique, le ruban hélicoïdal 32 de filaments présente une largeur de 19,05 mm. Ce ruban hélicoïdal spécifique 32 présente un diamètre extérieur de 228,60 mm et un diamètre intérieur de 190,50 mm. Le ruban hélicoïdal 32 de filaments s'étend sur cinq spires complètes. Les filaments sont reliés entre eux par un toron tissé de fils de cuivre 33 présentant un diamètre

de 0,0762 mm avec quinze torons pour 25,40 mm.

Dans cet exemple spécifique, le ruban hélicoï-

dal 34 de la feuille présente une épaisseur de 0,152 mm et une largeur de 19,05 mm. Le ruban hélicoïdal de la feuille comporte six spires. Par conséquent, un ensemble

hélicoïdal 42 du ruban hélicoïdal 32 de filaments de bo-

re et du ruban hélicoïdal 34 de feuille comporte une

couche de ruban de feuille aux deux extrémités de l'en-

semble hélicoïdal.

Après avoir imbriqué le ruban hélicoïdal 32 de filaments de bore et le ruban de feuille hélicoïdal 38 de titane-6 aluminium-4 vanadium du présent exemple pour

former un ensemble hélicoïdal 42, cet ensemble hélicoi-

dal qui forme une ébauche 68 d'article spécifique peut être consolidé à une température et pression suffisantes

dans l'appareil représenté à la figure 8 pendant une du-

rée suffisante pour accomplir un soudage du métal du ruban hélicoïdal 38 de feuille sur les filaments de bore dans le ruban hélicoïdal 32 de filaments et la formation

d'un anneau de renforcement 10 complètement dense, con-

solidé.

La présente invention fournit un procédé de for-

mage d'un article 10 renforcé par filaments à partir

d'un ruban hélicoïdal 32 de filaments et d'un ruban hé-

licoidal 38 de feuille. Le ruban hélicoïdal 32 de fila-

ments et le ruban hélicoïdal 38 de feuille sont imbri-

qués pour former un ensemble hélicoïdal 42 comportant des spires de filaments intercalées avec des spires de feuille. Des forces de déformation 80 sont appliquées contre les spires de l'ensemble hélicoïdal 42 dans une direction parallèle à l'axe central 58 de l'ensemble hélicoïdal. Ces forces de déformation soudent le métal du ruban hélicoïdal 38 de la feuille sur les filaments

26 du ruban hélicoïdal 32 de filaments tout en mainte-

nant les filaments sensiblement à l'abri des forces de déformations plastiques s'étendant axialement le long

des filaments.

Lorsque le ruban hélicoïdal 32 de filaments et le ruban hélicoïdal 38 de feuille sont soudés ensemble, ils peuvent également être soudés sur un élément 84

qu'ils doivent renforcer. Si on le souhaite, un renfor-

cement radial 104 peut être prévu entre les spires de

l'ensemble hélicoïdal.

Bien que certains modes de réalisation préférés de l'invention aient été décrits ci-dessus, l'homme de l'art reconnaîtra que différentes modifications peuvent être apportées pour la mise en oeuvre de l'invention

telle qu'elle est définie par les revendications ci-

annexées.

Claims (20)

REVENDICATIONS

1. Procédé destiné à former un article (10) ca-

ractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant: à

fournir un ruban hélicoïdal (32) de filaments; à four-

nir un ruban hélicoïdal (38) de feuille, à imbriquer le

ruban hélicoïdal (32) de filaments et le ruban hélicoi-

dal (38) de feuille pour former un ensemble hélico:dal (42) comportant des spires de filaments à intercaler

avec des spires de feuille; à appliquer une forte dé-

formation contre les spires de l'ensemble hélicoïdal (42) dans une direction parallèle à l'axe central (54) de l'ensemble hélicoïdal (42); et à souder les spires du ruban hélicoïdal (38) de feuille sur les spires du ruban hélicoïdal (32) de filaments tout en maintenant

les filaments sensiblement à l'abri de fortes déforma-

tions plastiques s'étendant axialement le long des fila-

ments (26).

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé

en ce que l'étape consistant à souder les spires du ru-

ban hélicoïdal (38) de feuille sur les spires du ruban

hélicoïdal (32) des filaments comprend l'opération con-

sistant à déformer plastiquement les spires du ruban de

feuille pour former une matrice métallique (28) circu-

laire d'un seul tenant, maintenant des spires hélicoida-

les de filaments (26).

3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé

en ce que l'étape consistant à souder les spires du ru-

ban hélicoïdal (38) de feuille sur les spires du ruban hélicoïdal (32) de filaments comprend l'étape consistant

à diminuer la distance entre les spires du ruban héli-

coïdal de filaments (26).

4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé

en ce que l'étape consistant à fournir un ruban hélicoi-

dal (32) de filaments comprend la fourniture d'un ruban tissé plat de filaments hélicoïdaux reliés entre eux par

des torons (33) s'étendant transversalement aux fila-

ments (26).

5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé

en ce que l'étape consistant à souder le ruban hélicoi-

dal (38) de feuille sur le ruban hélicoidal (32) de fi-

laments comprend l'opération consistant à déformer plas-

tiquement le métal du ruban de feuille pour remplir les espaces entre les filaments hélicoïdaux (26) du ruban de filaments.

6. Procédé selon la revendication 1, caractérisé

en ce qu il comprend de plus l'étape consistant à four-

nir un élément ayant une ouverture circulaire, à posi-

tionner l'ensemble hélicoidal dans l'ouverture circulai-

re (74) dans ledit élément et ensuite à effectuer les

étapes consistant à souder les spires du ruban hélicoi-

dal (38) de feuille sur la spire du ruban hélicoidal

(32) de filaments.

7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comprend de plus l'étape consistant à souder les spires du ruban hélicoidal (38) de feuille et les

spires du ruban hélicoidal (32) de filaments sur l'élé-

ment tout en effectuant l'étape consistant à souder les

spires du ruban hélicoïdal de la feuille et le ruban hé-

licoidal de filaments.

8. Procédé selon la revendication 1, caractérisé

en ce que l'étape consistant à fournir un ruban hélicoi-

dal <32) de filaments comprend la fourniture d'un ruban dans lequel chacun des filaments (26) s'étend sur toute

la longueur du ruban hélicoïdal.

9. Procédé selon la revendication 1, caractérisé

en ce qu'il comprend en outre l'étape consistant à four-

nir une couche de filaments entre les spires de l'ensem-

ble hélicoïdal avec l'axe central des filaments de la couche de filaments (62) s'étendant transversalement par

rapport à l'axe central des filaments du ruban hélicoï-

dal (32) de filaments.

10. Procédé de formage d'un article, caractérisé en ce qu il comprend les étapes consistant: à fournir

une série hélicoïdale de filaments disposés en une rela-

tion côte à côte le long d'un rayon de la série hélicoi-

dale de filaments et avec chaque filament s'étendant en-

tre les extrémités opposées axialement de la série héli-

coidale de filaments; à positionner la feuille métalli-

que entre des spires contiguës de la série hélicoïdale de filaments; à appliquer des forces de déformation sur les spires de la série hélicoïdale de filaments dans une

direction parallèle à l'axe central de la série hélicoï-

dale de filaments; et à souder la feuille métallique sur la série hélicoïdale de filaments tout en maintenant

les filaments sensiblement à l'abri de forces de défor-

mations plastiques s'étendant axialement le long des fi-

laments.

11. Procédé selon la revendication 10, caracté-

risé en ce qu'il comprend en outre l'étape consistant à positionner d'autres filaments de façon contigue à la série hélicoïdale de filaments avec d'autres filaments s'étendant transversalement par rapport aux filaments

dans la série hélicoïdale de filaments.

12. Procédé selon la revendication 10, caracté-

risé en ce qu'il comprend en outre le positionnement d'une couche de filaments entre des spires de la série

hélicoïdale de filaments avec les filaments dans la cou-

che de filaments dans une orientation s'étendant radia-

lement par rapport à l'axe central de la série hélicoi-

dale de filaments.

13. Procédé selon la revendication 10, caracté-

risé en ce que l'étape consistant à positionner la

feuille métallique entre les spires contiguës de la sé-

rie hélicoïdale de filaments comprend l'imbrication d'un ruban hélicoïdal d'une feuille métallique avec la série

hélicoïdale de filaments pour former un ensemble héli-

coïdal (42).

14. Procédé selon la revendication 10, caracté-

risé en ce que l'étape consistant à souder la feuille

métallique sur la feuille hélicoidale de filaments com-

prend l'écoulement plastique du métal de la feuille dans les espaces situés entre des filaments contigus.

15. Article (10) renforcé par filaments, carac-

térisé en ce qu'il comprend une matrice métallique con-

solidée et une pluralité de filaments de renforcement

s'étendant hélicoidalement à travers la matrice et sou-

dés par diffusion dans celle-ci, chaque filament étant continu d'une extrémité à l'autre et sensiblement à l'abri de la déformation plastique qui se traduit par la formation de fissures ou de bouclages sur la longueur du filament.

16. Article (10) selon la revendication 15, ca-

ractérisé en ce que chaque filament est un monofilament.

17. Article (10) selon la revendication 1, ca-

ractérisé en ce qu'il comprend de plus une pluralité d'autres filaments de renforcement s'étendant de façon

transversale par rapport aux filaments s'étendant héli-

coidalement.

18. Article (10) renforcé par filaments, carac-

térisé en ce qu'il présente une symétrie rotationnelle

et qu'il comprend une matrice métallique (28) consoli-

dée et une pluralité de filaments de renforcement (26) s'étendant hélicoidalement à travers la matrice (28) avec l'axe de l'hélice sensiblement coïncidant avec

l'axe rotationnel de l'article (10) et soudés par diffu-

sion dans la matrice, chaque filament étant continu d'une extrémité à l'autre et sensiblement à l'abri de déformations plastiques traduites par la formation de

fissures ou de bouclages sur la longueur du filament.

19. Article (10) selon-la revendication 18, ca-

ractérisé en ce qu'il consiste en un disque pour la ro-

tation dans un turbomoteur à combustion.

20. Article (10) selon la revendication 18, ca-

ractérisé en ce qu'il consiste en une couronne annulaire

pour rotation dans un turbomoteur à combustion.