FR2626212A1 - Method and device for moulding and curing a composite material for forming a reinforced skin panel - Google Patents
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Abstract
Description
Le présent procédé fait appel à des moules
de cuisson de matériau composite pour la formation d'un
panneau de revêtement renforcé en fibres imprégnées de
résine. Il permet de mouler et de cuire en une seule
opération, et dans un seul bloc, un panneau de revêtement
simple et des renforts de dimensions variées. En plus
d'offrir une grande liberté dans la pose des renforts, le
procédé permet l'intégrat,on de traverses. En outre, il
élimine le besoin d'adhésifs et d'attaches mécaniques. La
particularité de ce procédé proviens de ses deux moules
le moule revêtement sert a former le revétement, et le
moule renforts sert à former les renforts et à définir
les cavités qui les séparent.The present process uses molds
baking of composite material for the formation of a
covering panel reinforced with fibers impregnated with
resin. It allows to mold and cook in one
operation, and in a single block, a cladding panel
simple and reinforcements of various dimensions. More
offer great freedom in the installation of reinforcements, the
process allows integrat on of sleepers. Furthermore, it
eliminates the need for adhesives and mechanical fasteners. The
particularity of this process come from its two molds
the coating mold is used to form the coating, and the
reinforcement mold is used to form the reinforcements and to define
the cavities that separate them.
La présente invention se rapports a un
procédé nouveau fondé sur l'utilisation de moules particu
liers pour mouler et cuire en une seule opération, et
dans un seul bloc, un panneau de revêtement et des ren
forts en composite.The present invention relates to a
new process based on the use of special molds
liers for molding and baking in one operation, and
in a single block, a cladding panel and ren
strong in composite.
L'utilisation de matériaux composites tend
à s, amplifier dans la fabrication des pièces d'avion. Les
matériaux composites sont généralement constitués de
fibres de renforcement entrelacées et de fibres unidirectionnelles, comme la fibre Ce verre, le graphite et
le bore, et imprégnées e rasines écoxydes. Ils offrent le double avantage de réduire consicérablement le recours aux attaches mécaniques, comme les rivets, pour fixer as
panneaux de revetement à la structure, et former un
ensemble léger mais résistant.Le brevet américain
N 4 395 450 délivré à la compagnie Soeing le 25 juillet
1983 illustre bien l'utilisation de ce type de panneaux de revétement. Dans ce cas particulier, e brevet se rapporte plutot : la construction d'éléments structuraux
dont les âmes renforcées sont intercalées dans un pan- neau de revêtement double.The use of composite materials tends
to expand in the manufacturing of aircraft parts. The
composite materials usually consist of
interlaced reinforcing fibers and unidirectional fibers, such as fiberglass, graphite and
boron, and impregnated with ecoxid razors. They offer the double advantage of considerably reducing the use of mechanical fasteners, such as rivets, to fix as
covering panels to the structure, and form a
light but resistant set.The American patent
N 4 395 450 issued to Soeing on July 25
1983 is a good illustration of the use of this type of covering panel. In this particular case, the patent relates rather: the construction of structural elements
whose reinforced webs are interposed in a double cladding panel.
L'invention porte sur un procédé cui fait appel à des moules pour fapriquer un panneau de revête- ment simple possédant des renforts réalisés par la fusion de matériau composite. Les renforts servant à raidir et à consolider le panneau de revêtement afin que celui-ci puisse résister aux contraintes imposées. Ils se caractérisent par leurs bords tombés et recourbés à leur extrémité. Vu leur configuration, il est difficile de mouler d'une seule pièce le panneau de revêtement et les renforts, parce que la conception des moules ordinaires rend impossible l'extraction de la pièce moulée.Pour cette raison, on fabrique séparément le panneau de revêtement et les renforts, et on les unit par la suite à l'aide d'un adhésif, généralement par procédé thermique sous pression, bien que l'on puisse aussi utiliser des attaches pour fixer les renforts au panneau de revêtement. The invention relates to a process using molds for manufacturing a simple covering panel having reinforcements produced by melting composite material. The reinforcements used to stiffen and consolidate the covering panel so that it can withstand the stresses imposed. They are characterized by their fallen edges and curved at their ends. Due to their configuration, it is difficult to mold the covering panel and the reinforcements in one piece, because the design of ordinary molds makes it impossible to extract the molded part. For this reason, the covering panel is manufactured separately. and the reinforcements, and are then joined together with an adhesive, generally by thermal process under pressure, although fasteners can also be used to fix the reinforcements to the covering panel.
Une autre méthode de fabrication consiste à cuire dans un autoclave le panneau de revêtement et les renforts en les formant dans des moules conçus expressément pour les matériaux composites. Cependant, en plus d'être encombrants et difficiles à manipuler, ces moules sont coûteux et exigent des autoclaves particuliers. Another manufacturing method is to autoclave the covering panel and the reinforcements by forming them in molds designed expressly for composite materials. However, in addition to being bulky and difficult to handle, these molds are expensive and require special autoclaves.
La présente invention propose un nouveau procédé qui a recours a des- moules pour cuire un panneau de revêtement renforcé en fibres Fmpréçnées de résine. The present invention provides a novel process which uses molds to bake a fiber reinforced fiberboard covering panel.
Une des caractéristiques de la présente invention est l'utilisation d'un nouveau procédé selon lequel on peut cuire sans autoclave, et avec une meilleure répartition de la chaleur, un panneau de revê- tement muni de renforts qui est constitué de fibres renfort cées et imprégnées de résine. One of the characteristics of the present invention is the use of a new process according to which it is possible to cook without an autoclave, and with a better distribution of heat, a covering panel provided with reinforcements which is made up of reinforced reinforcing fibers and impregnated with resin.
Une autre caractéristique de la présente invention fait appel à un procédé et à deux moules pour cuire en un seul bloc un panneau de revêtement et ces renforts, de façon à éliminer l'utilisatIon d'adhésifs et d'attaches mécaniques pour leur liaison. Another characteristic of the present invention uses a method and two molds for baking in a single unit a covering panel and these reinforcements, so as to eliminate the use of adhesives and mechanical fasteners for their connection.
Une autre caractérlstioue ce 13 présente invention se traduit par l'utilisation de deux moules pour cuire un panneau de revêtement renforcé où les renforts sont dégagés de part et d'autre pour en faciliter l'accès lors des travaux d'inspection et de répara- tion. Another characteristic of this present invention is the use of two molds for baking a reinforced covering panel where the reinforcements are released on either side to facilitate access during inspection and repair work. tion.
Une autre caractéristique de la présente invention se manifeste par l'utilisation c'un nouveau procédé, incluant les deux moules, selon lequel des surfaces internes et externes lisses sont obtenues par la cuisson d'un matériau composite contre les parois de cuisson des moules. Another characteristic of the present invention is manifested by the use of a new process, including the two molds, according to which smooth internal and external surfaces are obtained by baking a composite material against the cooking walls of the molds.
Une autre caractéristique de la présente invention est l'utilisation d'un procédé et de deux moules pour cuire un panneau de revêtement simple renfort cé en composite. Selon ce procédé, des membranes ce moulage gonflables sont inseres dans les logements d'un des deux moules pour former les bords des renforts. une fois la cuisson terminée, on extrait les membranes se moulage par l'ouverture laIssée aux extrémités des
Selon ces caractéristiques, la présente invention offre un procécé utilisant un moule renforts doté d'au moins une arte et de deux cavités qui longent l'arête de part et d'autre pour former un renfort. Selon le procédé, on dispose le stratifié en composite sur la moule renforts, puis un autre stratifie sur le moule revêtement. Ensuite, on juxtapose les deux roues e manière à mettre en contact le materiau qui se trouve sur l'arête avec celui sur le moule revêtement. Après, on gonfle la membrane de moulage afin d'appliquer une pression sur le matériau qui longe les parois du moule renforts afin de la maintenir en place. On procéde ensuite à la cuisson ou matériau, a une température et à une pression appropriée. La cuisson terminée, on retire la membrane de moulage an le faisant passer J-- ouver- ture laissée aux extrémités ces renforts. Another feature of the present invention is the use of a process and two molds for baking a single reinforced composite facing panel. According to this method, inflatable molding membranes are inserted into the housings of one of the two molds to form the edges of the reinforcements. once the cooking is finished, the membranes are extracted and molded through the opening at the ends of the
According to these characteristics, the present invention provides a process using a reinforcing mold provided with at least one edge and two cavities which run along the edge on either side to form a reinforcement. According to the method, the composite laminate is placed on the reinforcement mold, then another laminate is placed on the coating mold. Then, the two wheels are juxtaposed so as to bring the material on the edge into contact with that on the coating mold. Next, the molding membrane is inflated in order to apply pressure to the material which runs along the walls of the reinforcing mold in order to hold it in place. The next step is cooking or material, at an appropriate temperature and pressure. When the cooking is finished, the molding membrane is removed by passing it through the opening left at the ends of these reinforcements.
Suivant les oncepts généraux de la préssente invention, on a intégré ces tiges chauffantes cans les moules pour fournir une température répondant aux exigences de la cuisson du matériau composite. According to the general concepts of the present invention, these heating rods have been integrated into the molds to provide a temperature that meets the requirements for baking the composite material.
Suivant une autre caractéristique de l'invention, les moules servent à cuire en une seule opération le matériau composite pour former en un seul bloc le revêtement et les renforts. Le moule revêtement comprend une partie lisse destinée à cuire le matériau composite pour former le revêtement. Le moule renfort comprend une partie munie d'au moins une arête et d'au moins deux cavités qui longent l'arête. Les deux moules sont juxtaposés en vue de la cuisson du matériau composite. Les cavités comprennent chacune une membrane de moulage gonflable qui, durant le cycle de cuisson, comprime le matériau composite entre les deux moules. According to another characteristic of the invention, the molds are used for baking the composite material in a single operation to form in a single block the coating and the reinforcements. The coating mold includes a smooth portion for baking the composite material to form the coating. The reinforcement mold comprises a part provided with at least one edge and at least two cavities which run along the edge. The two molds are juxtaposed in order to cook the composite material. The cavities each include an inflatable molding membrane which, during the baking cycle, compresses the composite material between the two molds.
Pour mieux comprendre le concept de l'invention, voici une brève explication des figures jointes aux présentes. To better understand the concept of the invention, here is a brief explanation of the figures appended hereto.
La figure 1 représente une coupe transversale d'un moule renforts et d'unmoule revêtement destinés à la cuisson du matériau composite en vue de la formation d'un panneau de revêtement renforce. Figure 1 shows a cross section of a reinforcing mold and a coating mold intended for baking the composite material in order to form a reinforced coating panel.
La figure 2 est un agrandissement de la figure 1 montrant le matériau composite déposé sur les deux moules. Figure 2 is an enlargement of Figure 1 showing the composite material deposited on the two molds.
La figure 3 représente une vue en plan d'un tronçon d'aile d'avion construit avec le panneau de revêtement renforcé réalisé à l'aide ce la présente invention. FIG. 3 represents a plan view of a section of airplane wing constructed with the reinforced covering panel produced using the present invention.
La figure 4 représente une vue en coupe 4-4 de la figure 3. FIG. 4 represents a sectional view 4-4 of FIG. 3.
La figure 5 représente une vue en coupe f,ag- mentée du panneau de revêtement renforcé montrant le passage d'une traverse sur un renfort dans un moule apropri. FIG. 5 represents a sectional view f, with the reinforced covering panel showing the passage of a crosspiece over a reinforcement in an appropriate mold.
La figure 6A représente une vue en coupe frag mentée d'un moule cylindrique conçu pour le moulage d'un panneau ce revêtement renforce en composite destIné à la construction d'un fuselage. FIG. 6A shows a fragmented sectional view of a cylindrical mold designed for molding a panel, this reinforced composite coating intended for the construction of a fuselage.
La figure 6C est un agrandissement d'une par- tie de la figure 6A. Figure 6C is an enlargement of part of Figure 6A.
Dans les figures présentées, notamment dans les fig-ures 1 et 2, le repère 10 montre les deux moules utilisés dans le procédé décrit aux présentes : le moule revêtement repéré en 11 et le moule renforts repéré en 12. In the figures presented, in particular in FIGS. 1 and 2, the reference 10 shows the two molds used in the process described herein: the coating mold identified at 11 and the reinforcement mold identified at 12.
Ils permettent la cuisson en un seul bloc du panneau de revêtement et des renforts en composite, tel qu'illustré au repère 9 de la figure 4. Munis de parois de cuisson, repères 11' et 12', ils peuvent être fixés par des attaches ordinaires (non montrées), comme des char-- nières, de manière à juxtaposer les parois de cuisson.They allow cooking in a single block of the covering panel and composite reinforcements, as illustrated in item 9 of FIG. 4. Provided with cooking walls, items 11 ′ and 12 ′, they can be fixed by fasteners ordinary (not shown), like hinges, so as to juxtapose the cooking walls.
Comme l'illustre clairement la figure 1, le moule revêtement au repère 11 comporte une cavité, repère 13, destinée à recevoir le matériau qui sera cuit sur la paroi de cuisson au repère 11'. C'est dans cette cavité plate et peu profonde qu'est disposé le stratifié de fibres imprégnées de résine 22. As clearly illustrated in FIG. 1, the coating mold at item 11 has a cavity, item 13, intended to receive the material which will be baked on the baking wall at item 11 '. It is in this flat and shallow cavity that the laminate of fibers impregnated with resin 22 is placed.
Le moule renfort comporte des arêtes usinées ou autrement formées, repères 14 et 15, qui servent à réa- liser les renforts. Ces arêtes possècent une surface plate, repère 23, et des parois latérales, repère 23', qui s'élar- gissent vers le bas de manière à faciliter le retraIt du matériau après la cuisson. Entre es arêtes repérées en 14 et 15 se loge une cavité, repère 16, dans laquelle se trouve une membrane de moulage gonflable, repère 17. The reinforcement mold has machined or otherwise formed edges, marks 14 and 15, which are used to make the reinforcements. These edges have a flat surface, item 23, and side walls, item 23 ', which widen downwards so as to facilitate the removal of the material after baking. Between the edges identified in 14 and 15 is a cavity, reference 16, in which there is an inflatable molding membrane, reference 17.
Une fois gonflée, la membrane comprime le matériau zomposi- te 21 contre chacune des parois de la cavité repérée en 16, et contre la paroi du moule revêtement lorsque les deux moules sont juxtaposés.Once inflated, the membrane compresses the zomposite material 21 against each of the walls of the cavity identified at 16, and against the wall of the coating mold when the two molds are juxtaposed.
Afin d'assurer la répartition de la chaleur à des endroits spécifiques des cavités et ces parois des moules, on a doté les moules ce tubes ou d'éléments chauf- fants, repère 18. Ceux-ci peuvent être constitués soit par des dispositifs à résistance électrique intégrés, soit par des conduits dans lesquels circule un flise chauffant. In order to ensure the distribution of heat to specific places in the cavities and these walls of the molds, the tubes have been provided with tubes or with heating elements, item 18. These may be constituted either by devices with integrated electrical resistance, either by conduits in which a heating flise circulates.
Ils s-nt disposés aux endroits où doit être cuit le matériau en fibres imprégnées de résine. Ce matériau pourrait aussi être cuit en chauffant entièrement les parois de cuisson.They are arranged at the places where the resin-impregnated fiber material must be cooked. This material could also be cooked by fully heating the cooking walls.
Dans la figure 2, on remarque un logement plat repéré en 19 servant à mouler le matériau pour former les extrémités des renforts, repère 20. In FIG. 2, there is a flat housing marked at 19 used to mold the material to form the ends of the reinforcements, mark 20.
Du point de vue pratique, on dispose des lisières de stratifiés en composite sur les arêtes repérées en 14 et dans le logement repéré en 19, et un panneau du même matériau, dans la cavité repérée en 13, qui est retenu par l'action gommant de la résine, par gravité, par succion, ou par d'autres moyens. On place ensuite la membrane de moulage gonflable repérée en 17 dans la cavité repérée en 16. Ainsi, elle se trouve complètement encerclée lors de la juxtaposition des parois de cuisson des moules. From a practical point of view, there are edges of composite laminates on the edges identified in 14 and in the housing identified in 19, and a panel of the same material, in the cavity identified in 13, which is retained by the erasing action. resin, by gravity, by suction, or by other means. The inflatable molding membrane identified at 17 is then placed in the cavity identified at 16. Thus, it is completely surrounded during the juxtaposition of the cooking walls of the molds.
Ensuite, à l'aide d'une pompe (non montrée), on gonfle la membrane à la pression adéquate afin que la membrane comprime les parois du matériau composite. On cistribue ensuite la chaleur et on applique une pression extérieure sur les moules pour assurer une pression uniforme de tous les côtés.Then, using a pump (not shown), the membrane is inflated to the proper pressure so that the membrane compresses the walls of the composite material. The heat is then distributed and external pressure is applied to the molds to ensure uniform pressure on all sides.
Durant la cuisson, les parties qui se trouvent en contact avec le matériau composite,comme la paroi repérée en 23 de l'arête repérée en 15, et la paroi adjacente du revêtement, s'unissent pour former un bloc solide sous l'effet de la chaleur et de la pression applicuées. La chaleur ainsi que la pression interne et externe sont appliquées pendant une période de temps précise, selon les exigences du cycle de cuisson. La cuisson terminée, on ouvre les moules après les avoir laissé refroidir et on retire les membranes, repère 17, par l'ouverture située à l'extrémité des renforts repère 20. During cooking, the parts which are in contact with the composite material, such as the wall marked at 23 of the edge marked at 15, and the adjacent wall of the coating, unite to form a solid block under the effect of the heat and pressure applied. Heat as well as internal and external pressure are applied for a specific period of time, according to the requirements of the cooking cycle. When the cooking is finished, the molds are opened after having allowed them to cool and the membranes, item 17, are removed through the opening located at the end of the reinforcements item 20.
La figure 4 illustre un produit moulé selon le procédé décrit aux présentes et montré aux figures 1 et 2. Le panneau de revêtement renforcé illustré à la figure 4 entre dans la construction de l'aile repérée en 30 à la figure 3. La figure 4 est une vue en coupe 4-4 de l'aile présentée à la figure 3. On remarque qu'en rai- son du type de construction de l'aile, se surface extérieure ne comporte pratiquement pas d'attaches. FIG. 4 illustrates a product molded according to the method described herein and shown in FIGS. 1 and 2. The reinforced covering panel illustrated in FIG. 4 enters into the construction of the wing marked at 30 in FIG. 3. FIG. 4 is a sectional view 4-4 of the wing presented in FIG. 3. It will be noted that, due to the type of construction of the wing, the outer surface has practically no fasteners.
La figure 5 présente une version modifiée du panneau de revêtement renforcé. On note la présence d'un passage, repère 32, au niveau du renfort, recèpe SI, pour permettre l'adjonction d'une traverse, repère 33. Celle-ci, en forme de T inversé, est également constituée d'un ma- tériau composite et est encastrée de chaque côté par des coussinets de pression, repère 34. Dans cette configuration, on remarque une dénivellation ces arêtes, repère =, jusqu'au passage, repère 32. Sien entendu, il existe c'autres variantes de ce type de configuration. Figure 5 shows a modified version of the reinforced cladding panel. We note the presence of a passage, reference 32, at the level of the reinforcement, recce SI, to allow the addition of a cross-member, reference 33. This, in the form of an inverted T, also consists of a ma - composite material and is embedded on each side by pressure pads, item 34. In this configuration, there is a drop in these edges, item =, until the passage, item 32. Of course, there are other variants of this type of configuration.
Dans les figures SA et 68, on retrouve une autre configuration du moule revêtement, repère 11''' et du moule renforts, repère 12'''. Comme on le constate, le moule revêtement est cylindrique et peut se diviser an sections, tandis que le moule renforts est formé d'un ensemble de sections dont les arêtes sont espacées latéra- lement. Les membranes de moulage gonflables sont inserees dans les logements repérés en 42 entre les arêtes repérées en 40. Ces types de moule sont utilisés dans la construc- tion de fuselages d'avion. In Figures SA and 68, we find another configuration of the coating mold, reference 11 '' 'and of the reinforcement mold, reference 12' ''. As can be seen, the coating mold is cylindrical and can be divided into sections, while the reinforcing mold is formed of a set of sections whose edges are spaced laterally. The inflatable molding membranes are inserted in the housings marked at 42 between the edges marked at 40. These types of mold are used in the construction of aircraft fuselages.
Bien que les moules repérés en i et 12 aux présentes soient munis de dispositifs chauffants intégrés, on peut quand même les insérer dans un autoclave pour le cycle de cuisson et obtenir le degré de chaleur et de pression que cette opération exige. Il est tcuterois bien plus rentable d'incorporer tout ce suite les dispositifs chauffants, parce ou on peut ainsi erfeotuer -irectement et au même endroit la mise en place du matériau composite, le moulage et lqa cuisson.Le procédé et les moules décrits aux présentes permette. La ermation des renfcres de di mensions, d'épaIsseurs, ce largeurs et ce mes varlets. Although the molds identified in i and 12 herein are provided with integrated heating devices, they can still be placed in an autoclave for the cooking cycle and obtain the degree of heat and pressure that this operation requires. It is much more profitable to incorporate all of the following heating devices, because or one can thus erfeotuer - directly and in the same place the placement of the composite material, the molding and lqa baking. The process and the molds described herein allows. The ermation of the reinforcements of dimensions, thicknesses, this widths and this my varlets.
De plus, Ils permettent de disposer les renforts parallèlement, ce qui offre une grande liberté d'agencement. Ils éliminent aussi le besoin d'ébarder le matériau formant le revêtement ou les renforts, et rendent possible le moulage des surfaces planes ou courbes. Par surcroît, on peut intégrer des traverses durant la cuisson et mettre fin à l'utilisation d'attaches et d'agents de liaison secondaires pour obtenir en une seule opération et en une seule pièce un panneau de revêtement et des renforts. On peut également fabriquer des blocs complets utilisés dans la construction de pièces d'avion ou de pièces qui ne sont pas nécessairement destinées à l'industrie aéronautique, par exemple des structures de plancher ou de plafond, des murs et autres.In addition, they allow the reinforcements to be placed parallel, which offers great freedom of arrangement. They also eliminate the need to trim the material forming the covering or the reinforcements, and make it possible to mold flat or curved surfaces. In addition, crossbars can be integrated during baking and end the use of fasteners and secondary bonding agents to obtain in a single operation and in one piece a covering panel and reinforcements. It is also possible to manufacture complete blocks used in the construction of aircraft parts or parts which are not necessarily intended for the aeronautical industry, for example floor or ceiling structures, walls and the like.
La présente invention prévoit toute modifica- tion évidente des réalisations exposées aux présentes, à conditions que ces modifications ne dépassent pas le cadre des revendications. The present invention provides for any obvious modification of the embodiments set out herein, provided that these modifications do not exceed the scope of the claims.
Claims (14)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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