FR2794400A1

FR2794400A1 - Procede d'empilage et de decoupe des feuilles d'un element en materiau composite de caisse de vehicule automobile

Info

Publication number: FR2794400A1
Application number: FR9906887A
Authority: FR
Inventors: Bernard Delacroix; Alain Sorel; Denis Cheron; Eric Muller
Original assignee: Renault SAS
Current assignee: Renault SAS
Priority date: 1999-06-01
Filing date: 1999-06-01
Publication date: 2000-12-08
Anticipated expiration: 2019-06-01
Also published as: FR2794400B1

Abstract

L'invention concerne un procédé de mise en forme d'un élément (16) longitudinal de caisse d'un véhicule automobile, qui est réalisé à partir d'un empilement initial d'épaisseur non constante de feuilles horizontale en tissu de fibres (14) composites parallèles de même direction longitudinale initiale et liées les unes aux autres par des liens transversaux, les fibres (14) des feuilles empilées étant orientées suivant la même direction, du type dans lequel l'empilement est ensuite découpé perpendiculairement au plan général horizontal parallèle des feuilles de façon que l'élément final (16) présente une largeur non constante dans la direction transversale suivant un contour déterminé, caractérisé en ce qu'il consiste à empiler puis à découper les feuilles de manière que les fibres (14) composites de l'élément final (16) soient tangentes aux bords (18) latéraux verticaux et aux faces supérieure (20) et inférieure (22) de l'élément final (16).

Description

"Procédé d'empilage et de découpe des feuilles d'un élément en matériau composite de caisse de véhicule automobile" L'invention concerne un procédé de mise en forme d'un élément de caisse sensiblement longitudinal d'un véhicule automobile.

L'invention concerne plus particulièrement un procédé de mise en forme d'un élément de caisse sensiblement longitudinal d'un véhicule automobile, notamment d'un élément de support d'organes mécaniques ou d'un élément de liaison au sol du véhicule, qui est réaliséà partir d'un empilement initial d'épaisseur non constante de feuilles horizontales en tissu de fibres composites parallèles de même direction longitudinale initiale et liées les unes aux autres par des liens transversaux, les fibres des feuilles empilées étant orientées suivant la même direction, du type dans lequel l'empilement est ensuite découpé perpendiculairement au plan général horizontal parallèle des feuilles de façon que l'élément final présente une largeur non constante dans la direction transversale suivant un contour déterminé.

On connaît de nombreux exemples de procédés de mise en forme d'éléments composites réalisésà partir de feuilles en tissu de fibres composites.

Il s'agit pour la plupart de procédés dans lesquels des feuilles horizontales de différentes surfaces, qui sont imprégnées d'un liant thermoplastique, sont superposées les unes aux autres de façonà obtenir un empilement formant des "strates" dont les différentes épaisseurs correspondent aux différentes épaisseurs de l'élément finalà obtenir.

Les feuilles sont généralement orientées de façon que leurs fibres soient toutes parallèles et orientées suivant la direction longitudinale. L'empilement ainsi obtenu est alors refroidi de façonà constituer une ébauche rigide, que l'o n découpe perpendiculairement au plan horizontal général des feuilles de l'empilement de façonà obtenir un élément semi-fini. L'opération de découpe est ensuite réalisée suivant un contour déterminé, notammentà l'emporte-pièce, sans précautions particulières.

L'élément fini est ensuite placé dans un moule dans lequel il est soumisà une injection de résine, notamment une résine époxy, pour conformer l'élément définitif.

Un problème se pose quantà l'empilement de feuilles de surface variable. En effet, les feuilles ainsi découpées présentent nécessairement des fibres coupéesà leurs extrémités longitudinales.

Or, on a constaté que des fibres coupées affleurantà la surface libre de l'élément supportaient mal des contraintes internes élevées, et qu'ainsi la surface libre de l'élément pouvait être le siège d'amorces de rupture.

Par ailleurs, lors de l'opération de découpe, en fonction de la forme que l'on désire donnerà l'élément, la plaque est découpée verticalement sans tenir compte du sens des fibres du tissu qui la compose.Il en résulte que les fibres du tissu sont coupées sur la quasi-totalité du pourtour de l'élément obtenu.

Le pourtour vertical de l'élément peut donc lui aussi être le siège d'amorces de rupture de l'élément.

Ces amorces de rupture sont inacceptables pour un élément qui est destinéà résisterà de fortes contraintes internes, en particulier un élément qui a vocationà constituer un élément de support d'organes mécaniques ou un élément de liaison au sol du véhicule, et qui est par conséquent destiné à transmettre des efforts importants, notamment des efforts répétitifs.

Pour remédierà cet inconvénient, l'invention propose un procédé qui permet d'éviter que l'élément ne présente des fibres coupées, tant sur sa surface libre que sur son pourtour.

Dans ce but, l'invention propose un procédé de mise en forme d'un élément de caisse du type décrit précédemment, caractérisé en ce qu'il consisteà empiler età découper les plaques de manière que les fibres composites de l'élément final soient tangentes aux bords latéraux verticaux et aux faces supérieures et inférieures de l'élément final.

Selon d'autres caractéristiques du procédé objet de l'invention: - le procédé consisteà inclure entre une feuille inférieure unique de l'empilement, délimitant la face inférieure de l'élément, et une feuille supérieure unique de l'empilement, délimitant la face supérieure de l'élément, au moins une feuille intermédiaire d'encombrement horizontal inférieurà celui des feuilles inférieure et supérieure pour que l'élément final soit d'épaisseur non constante, - on découpe l'empilement de feuilles, formé d'un empilement de bandes de largeur transversale constante par rapportà la direction longitudinale, et on pratique des découpes intérieures au voisinage de l'axe médian longitudinal de symétrie de l'empilement qui est ensuite comprimé transversalement pour recoller les bords des découpes afin que l'élément soit de largeur non constante dans la direction transversale suivant le contour déterminé, - on découpe l'empilement de feuilles suivant le contour qui délimite les bords latéraux verticaux de l'élément final, et on colle une bande de tissu de largeur constante en fibres composites orientées parallèlementà l'horizontale sur les bords latéraux verticaux de l'élément final, puis on la replie localement sur les pourtours des faces inférieure et supérieure de l'élément, - l'empilement de feuilles est imprégné d'un liant thermoplastique ou thermodurcissable en début du procédé, puis respectivement réchauffé ou réticulé pendant les opérations d'assemblage et de déformation de l'élément, et refroidi en fin de procédé, - chaque feuille est issue d'un même rouleau de tissu qui est coupé transversalement en tronçons de longueur déterminée, - la découpe de l'empilement de feuilles est réalisée par un outil de découpeà ultrasons.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtrontà la lecture de la description détaillée qui suit pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés dans lesquels: - la figure1 est une vue schématique de dessus d'une plaque constituée d'un empilement de feuilles destinéeà être découpé conformémentà l'art antérieur; - la figure 2 est une vue selon la figure1 de l'élément définitif découpé conformémentà l'art antérieur-, - la figure3 est une vue en perspective d'un élément définitif réalisé conformémentà un premier mode de réalisation du procédé objet de l'invention; - la figure 4 'est une vue en coupe longitudinale de la disposition des feuilles, avant mise en forme, d'un empilement destinéà former l'élément conformément au premier mode de réalisation du procédé objet de l'invention; - la figure5 est une vue en coupe longitudinale montrant la disposition des feuilles, après mise en forme, d'un empilement destinéà former l'élément conformément au premier mode de réalisation du procédé objet de l'invention; - la figure6 est une vue de dessus d'une plaque formant un empilement de feuilles destinéà être découpé conformément au premier mode de réalisation du procédé objet de l'invention; - la figure7 est une vue selon la figure6 de la plaque découpée conformément au premier mode de réalisation du procédé objet de l'invention; - la figure8 est une vue selon la figure7 de l'élément obtenu d'après la plaque de la figure7 conformément au premier mode de réalisation du procédé objet de l'invention; - la figure9 est une vue de dessus d'un empilement de feuilles préalablement découpé destinéà être entouré d'une bande de tissu pour former l'élément selon un second mode de réalisation du procédé objet de l'invention; - la figure10 est une vue selon la figure9 de l'élément définitif obtenu selon le second mode de réalisation du procédé objet de l'invention; et - la figure11 est une vue en coupe longitudinale selon la ligne11-11 de la figure10, de l'élément définitif obtenu d'après le second mode de réalisation du procédé objet de l'invention.

Dans la description qui va suivre, des chiffres de référence identiques désignent des éléments identiques ou ayant des fonctions similaires.

Comme l'illustre la figure1, selon l'état de la technique, un élément de caisse sensiblement longitudinal d'un véhicule automobile peut être obtenuà partir d'une plaque10 qui est constituée d'un empilement d'au moins une feuille 12 horizontale en tissu de fibres 14 composites parallèles. Les fibres 14 sont liées entre elles par des liens transversaux15. Comme l'illustre la figure 2, cette plaque est découpée selon un contour F, par exempleà l'emporte-pièce ouà l'aide d'un outil de découpeà ultrasons fixéà l'extrémité d'un bras de robot, pour former l'élément final16 dont le pourtour18 correspond au contour F découpé.

L'inconvénient principal de l'élément final16 ainsi obtenu selon l'état de la technique est qu'il comporte sur son pourtour18 des fibres 14 qui sont coupées et qui risquent de devenir le siège d'une amorce de rupture (non représentée) de la pièce.

Par ailleurs, l'empilement est formé de feuilles 12 de surface non constante de manière que l'élément final16 soit d'épaisseur non constante. De ce fait, les surfaces libres de l'élément final16 comportent aussi des fibres 14 coupées qui peuvent elles aussi être le siège d'amorces de rupture de l'élément final16.

Il est donc souhaitable de pouvoir obtenir un élément final16 ne comportant de fibres 14 coupées ni sur ses surfaces libres, ni sur ses bords. Le procédé selon l'invention permet la mise en forme d'un tel élément final16, comme on le verra ultérieurement.

Conformémentà l'invention, comme on peut le voir sur la figure3, un tel élément final16 comporte une face supérieure libre 20 et une face inférieure libre 22 dont les fibres 14 sont affleurantes, de sorte qu'elles ne peuvent pas devenir le siège d'une amorce de rupture lorsque l'élément final16 est soumisà de fortes contraintes internes.

D'une manière analogue, l'élément final16 comporte des bords latéraux18 avec les fibres 14 qui sont tangentesà ces bords18 de contour déterminé, et qui ne sont pas coupées. A cet effet, l'élément16 est obtenu selon une opération d'empilement des feuilles composites en tissu de fibres, puis selon une opération de découpe de la plaque10 issue de l'empilement.

L'opération d'empilement des feuilles en tissu de fibres composites est réalisée conformément aux figures 4 et5. Comme l'illustre la figure 4, afin d'éviter que l'élément final16 ne présente de fibres 14 coupées sur sa face libre supérieure 20 et sur sa face libre inférieure 22, l'élément16 est réalisé en incluant, entre une feuille inférieure unique 24 de l'empilement délimitant la face inférieure libre 22 de l'élément16 et une feuille supérieure26 unique de l'empilement délimitant la face supérieure 20 de l'élément16, au moins une feuille intermédiaire28 d'encombrement horizontal inférieur qui est interposée entre les feuilles 24 et 26 pour que l'élément final16 soit d'épaisseur non constante.

Les feuilles 24,26, et28 sont préalablement imprégnées d'un liant thermoplastique et assembléesà température ambiante, notamment par empilement, de sorte qu'elles conservent leur rigidité.

Les feuilles inférieure 24 et supérieure26 sont ainsi initialement horizontales et présentent un encombrement horizontal qui, en projection sur un plan horizontal P, est supérieurà la surface, projetée sur le même plan P, de l'élément final16 à obtenir. De la sorte, lors de l'opération de découpe qui sera décrite ultérieurement, l'élément final16 pourra être découpé aux dimensions du profil F voulu.

L'empilement comporte de préférence une pluralité de feuilles intermédiaires28 d'encombrement horizontal inférieur aux feuilles inférieure 24 et supérieure26. Sur la figure 4, on a représenté des feuilles28 qui sont moins encombrantes longitudinalement que les feuilles inférieure 24 et supérieure 26, de façon qu'elles délimitent longitudinalement entre les feuilles inférieure 24 et supérieure26 au moins un espace vide 30. L'espace vide30 comporte ainsi sur ses parois32 toutes les fibres28 coupées de l'empilement.

Avantageusement, les feuilles supérieure26 et inférieure 24 peuvent chacune être formées de la juxtaposition bordà bord de plusieurs feuilles.

Ensuite, l'empilement est portéà la température de fusion du liant thermoplastique et l'élévation de la température de l'empilement provoque un ramollissement des feuilles28, 24, et26.

Dans la configuration représentéeà la figure5, on voit la feuille supérieure26 qui vient "combler" l'espace vide30 en épousant les parois32.

L'empilement de feuilles 24,26 et28 présente doncà l'issue de cette élévation de température une épaisseur non constante selon la longueur, qui est illustréeà la figure5.

Cette disposition n'est pas limitative de l'invention, la plaque10 ainsi obtenue pouvant être d'épaisseur non constante selon la largeur transversale dès lors que l'espace vide30 délimité par les empilements de feuilles intermédiaires 28 est délimité transversalement par des feuilles28 d'orientation longitudinale.

On obtient de la sorte une plaque10 qui peut alors être soumiseà une opération de découpe.

La plaque10 peut être découpée suivant un premier mode de réalisation du procédé selon l'invention, qui est représenté en référence aux figures6 à 8.

La figure6 illustre la plaque10 d'épaisseur non constante dont on voit la face supérieure libre 20 qui, conformémentà ce qui a été décrit précédemment, correspond à la feuille supérieure26. Dans cette plaque10, on procède alorsà des découpes, notamment des découpesDl, D2, D3, D4 etD..

La découpe D4 est réalisée parallèlementà la direction longitudinale des fibres 14. Cette découpe D4 est, comme on le verra ultérieurement, destinéeà former les bords extérieurs du pourtour latéral18 d'orientation verticale de l'élément final16.

La découpeD5 est réalisée perpendiculairementà la direction longitudinale des fibres, de façonà former, comme on le verra ultérieurement, des bords intérieurs de recollement 34 et36 de l'élément final16.

Les découpesDl, D2 sont destinésà former des bords d'encoche 40 et 42 qui sont réalisées aux extrémités longitudinales opposées de la plaque10 et qui sont destinées, comme on le verra ultérieurement,à permettre de rapprocher les bords intérieurs de recollement 34 et36 de l'élément final 16.

Enfin, la découpeD3 est une découpe qui est réalisée intérieurementà la partie de plaque10 résultant des découpes Dl, D2, D4 etD5, et qui est destinéeà former un évidement central38, de paroi39, dans la plaque10.

Ainsi, comme l'illustre la figure7, la plaque est découpée suivant les opérations décrites en référenceà la figure6 à la température ambianteà laquelle le liant thermoplastique dont est imprégné la plaque10 est "figé" et permet d'assurer une certaine rigidité de la plaque10.

La plaque10 présente donc les bords intérieurs 34 et 36 de recollement issus de la découpeD., les bords d'encoches 40 et 42 issus des découpesDl etD2, et l'évidement central38 issu de la découpeD3.

Conformément au procédé selon l'invention, et comme l'illustre les flèches de la figure8, l'empilement est ensuite comprimé transversalement pour recoller les bords des découpes afin que l'élément soit de largeur non constante selon la direction transversale, suivant le contour déterminé que l'on souhaite obtenir.

Ce recollement permet en effet de juxtaposer mutuellement en regard les bords intérieurs de recollement 34 et36 en rapprochant les bords d'encoches 40 et 42, et il permet de rapprocher les parois39 de l'évidement intérieur38.

De la sorte l'élément final16 obtenu ne comporte plus ni fibres coupées sur son pourtour18, ni fibres coupées sur ses faces extérieures libres, et notamment sur sa face supérieure 20 visibleà la figure8.

Enfin, les figures9 et10 illustrent un mode de réalisation en variante du procédé selon l'invention, dans lequel un élément final16, qui est découpé conformémentà l'état de la technique décrit précédemment en référence aux figures1 et 2, est renforcé par une bande 44 de tissu de largeur constante en fibres composites parallèles orientées horizontalement, qui est appliquée sur le pourtour18 latéral vertical de l'élément final16.

Comme on le voit aux figures9 et10, cette bande 44 est d'une longueur qui correspondà la longueur développée du pourtour18, et qui est plaquée, grâceà l'adhérence du liant thermoplastique, sur le pourtour18 de l'élément16, comme l'indiquent les flèches de la figure9.

L'élément16 représentéà la figure10 présente alors un pourtour18 renforcé par la bande 44 dont les fibres ne sont pas coupées.

Puis, comme illustré sur la figure11, on replie la bande 44 localement sur les pourtours supérieur 46 et inférieur 48 des faces inférieure 22 et supérieure 20 de l'élément16, ce qui garantit sa parfaite adhérence avant le moulage de l'élément final16. Ce moulage est par exemple accompagné d'u n e injection sous pressiond e résine sy n t h ét iq u e, notamment une résine époxy.

En variante, dans tout le procédé, le liant thermoplastique peut être remplacé par un liant thermodurcissable. Dans ce cas, la solidification de l'assemblage est assurée par formation d'un réseau des fibres polymères du liant, aussi appelée réticulation du liant, qui est obtenue suiteà un chauffage ouà un autre apport énergétique.

Claims

REVENDICATIONS 1. Procédé de mise en forme d'un élément(16) de caisse sensiblement longitudinal d'un véhicule automobile, notamment d'un élément de support d'organes mécaniques ou d'un élément de liaison au sol du véhicule, qui est réaliséà partir d'un empilement initial d'épaisseur non constante de feuilles (12) horizontales en tissu de fibres (14) composites parallèles de même direction longitudinale initiale et liées les unes aux autres par des liens(15) transversaux, les fibres (14) des feuilles (12) empilées étant orientées suivant la même direction, du type dans lequel l'empilement est ensuite découpé perpendiculairement aux plan général horizontal parallèle des feuilles de façon que l'élément final(16) présente une largeur non constante dans la direction transversale suivant un contour (F) déterminé, caractérisé en ce qu'il consisteà empiler puisà découper les feuilles (12) de manière que les fibres (14) composites de l'élément final(16) soient tangentes aux bords (18) latéraux verticaux et aux faces supérieure (20) et inférieure (22) de l'élément final(16). 2. Procédé selon la revendication1, caractérisé en ce qu'il consisteà inclure entre une feuille inférieure (24) unique de l'empilement, délimitant la face inférieure (22) de l'élément, et une feuille supérieure(26) unique de l'empilement, délimitant la face supérieure (20) de l'élément(16), au moins une feuille intermédiaire(28) d'encombrement horizontal inférieurà celui des feuilles inférieure (22) et supérieure(26) pour que l'élément final(16) soit d'épaisseur non constante. 3. Procédé selon l'une quelconque des revendications1 ou 2, caractérisé en ce que l'on découpe l'empilement de feuilles (12), formé d'un empilement de bandes de largeur transversale constante par rapportà la direction longitudinale, et en ce que l'on pratique des découpes intérieures(Dl, D2, D3) au voisinage de l'axe médian longitudinal de symétrie de l'empilement qui est ensuite comprimé transversalement pour recoller les bords (34,36, 39) des découpes(Dl, D2, D3) afin que l'élément(16) soit de largeur non constante dans la direction transversale suivant le contour (F) déterminé. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications1 ou 2, caractérisé en ce que l'on découpe l'empilement de feuilles (12) suivant le contour (F) qui délimite les bords latéraux verticaux(18) de l'élément final, et en ce que l'on colle une bande de tissu (44) de largeur constante en fibres composites orientées parallèlementà l'horizontale sur les bords latéraux verticaux(18) de l'élément final, puis en ce que l'on la replie localement sur les pourtours (46, 48) des faces inférieure (22) et supérieure (20) de l'élément(16). 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'empilement de feuilles (12) est imprégné d'u n liant thermoplastique0 u thermodurcissable en début du procédé, puis respectivement réchauffé ou réticulé pendant les opérations d'assemblage et de déformation de l'élément(16), et refroidi en fin de procédé. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque feuille (12) est issue d'u n même rouleaud e tissu qui est coupé transversalement en tronçons de longueur déterminée. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la découpe de l'empilement de feuilles (12) est réalisée par un outil de découpeà ultrasons.