FR2881371A1 - Procede de fabrication d'une piece en matiere composite par moulage - Google Patents

Procede de fabrication d'une piece en matiere composite par moulage Download PDF

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Abstract

Procédé de fabrication d'une pièce par moulage, comportant les étapes suivantes :a) on place dans l'empreinte (12) d'un moule une tresse (20) de fils métalliques enduits de matière thermoplastique ;b) on chauffe le métal pour ramollir par conduction la matière plastique ;c) on arrête le champ d'induction et on attend le refroidissement et le durcissement de la matière thermoplastique ;d) on sort la tresse (20) formant la pièce hors du moule.

Description

Procédé de fabrication d'une pièce en matière composite
par moulage.
L'invention concerne un procédé de fabrication d'une pièce par moulage, en particulier d'une pièce en matière composite.
La réalisation de pièces de structure en matière synthétique est faite couramment grâce à des matériaux composites. On connaît par exemple une technique de fabrication utilisant une armature en fibres de verre enduite d'une matière thermodurcissable telle que de la résine époxy ou du polyester. Pour la fabrication de ces pièces, on utilise un moule ayant une empreinte ouverte, on dispose une nappe de fibres de verre ou un tissu de verre, puis on enduit les fibres de résine thermodurcissable. Après polymérisation, on obtient une pièce en matériau composite.
Cependant, cette technique se limite à la fabrication de pièces ouvertes, ayant un accès pour amener la résine sur le tissu. De plus, la pièce ne peut pas être valorisée en fin de vie par une opération de recyclage. En effet, la résine thermodurcissable ne peut plus être utilisée. Or, il est souhaitable, pour des contraintes environnementales, de pouvoir utiliser à nouveau les matériaux des pièces qui sont arrivées en fin de vie.
L'invention vise à fournir un procédé de fabrication de pièces en matériaux composites dont les matériaux peuvent être valorisés en fin de vie des pièces.
Avec ces objectifs en vue, l'invention a pour objet un procédé de fabrication d'une pièce par formage 30 comportant les étapes suivantes: a) on place dans l'empreinte d'un moule une tresse de fils métalloplastiques; b) on chauffe le métal par induction pour faire ramollir par conduction la matière thermoplastique; 2881371 2 c) on arrête le champ d'induction et on attend le refroidissement et le durcissement de la matière thermoplastique; d) on sort la tresse formant la pièce hors du moule.
Lorsque la matière thermoplastique de la tresse ramollit, elle fusionne avec la matière thermoplastique des fils avoisinants pour former une matrice enrobant les fils métalliques. On obtient donc un matériau composite alliant les qualités du métal et de la matière thermoplastique. Le procédé permet de chauffer uniquement la pièce, sans chauffer le moule, ce qui permet d'obtenir un temps de cycle très court et limite la consommation d'énergie. De plus le moule est simple et peu cher. Il n'est pas nécessaire d'utiliser d'autres moyens intermédiaires de chauffage, tel que des éléments chauffants électriques ou un fluide caloporteur. A la fin de vie de la pièce réalisée avec ce matériau composite, la matière thermoplastique peut être fondue et séparée de l'armature métallique. Ces deux matériaux peuvent donc être réutilisés.
Pendant les étapes b) et c), on peut appliquer un champ magnétique pulsé tendant à plaquer la tresse contre les parois de l'empreinte. On garantit que la pièce épouse l'empreinte du moule et a la forme souhaitée, même si cette forme n'est pas régulière.
D'autre part, si la tresse est en matière magnétique, lors de l'étape a), on peut activer des électro-aimants pour maintenir la tresse en place dans l'empreinte. Ces électro-aimants agissant localement facilitent la mise en place de la tresse en maintenant une partie déjà placée alors qu'une autre est encore manipulée pour être placée dans l'empreinte.
De manière particulière, lors de l'étape a), on étire ou on comprime localement la tresse pour provoquer un rétrécissement ou une augmentation de diamètre de la section de la tresse. On peut ainsi suivre des modifications de la section de la pièce à obtenir. L'invention a aussi pour objet une pièce moulée obtenue par le procédé précédent.
De manière avantageuse, la tresse a une forme tubulaire. On obtient donc une pièce moulée tubulaire. Ce genre de pièce a l'avantage d'offrir une grande résistance mécanique pour une masse réduite.
Selon une première variante, la tresse comporte des fils métalliques enrobés de matière thermoplastique. La matière thermoplastique en contact direct avec le fil chauffe plus rapidement.
Selon une deuxième variante, la tresse comporte à la fois des fils métalliques et des fils en matière thermoplastique. On peut contrôler la densité de matière thermoplastique en sélectionnant la manière de réaliser la tresse.
L'invention sera mieux comprise et d'autres particularités et avantages apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, la description faisant référence aux dessins annexés parmi lesquels: la figure 1 est une vue en perspective de la mise en place d'une tresse dans une partie de moule, conformément au procédé selon l'invention; la figure 2 est une vue de la tresse; la figure 3 est une vue en coupe d'un fil constituant la tresse; la figure 4 est une vue en coupe du moule selon la ligne IV-IV de la figure 1; la figure 5 est une vue en coupe du moule selon la ligne V-V de la figure 1; la figure 6 est une vue d'une pièce obtenue par le procédé selon l'invention.
Pour mettre en oeuvre le procédé selon l'invention, on utilise un moule 1 tel que celui représenté sur les figures 1, 4 et 5. Le moule 1 comporte deux coquilles 10, 11 jointives le long d'un plan de joint P. Chaque 2881371 4 coquille comporte une empreinte 12. Lorsque les coquilles 10, 11 sont assemblées, les empreintes 12 délimitent la forme de la pièce à obtenir. Dans l'exemple représenté, la pièce 2 à obtenir, comme représentée sur la figure 6, est un cadre de forme sensiblement rectangulaire, avec des portions coudées 21 au niveau des angles. Le cadre est ouvert au niveau de l'un des angles.
Les coquilles 10, 11 sont réalisées dans un matériau amagnétique. Chaque coquille 10, 11 comporte un circuit électrique d'induction 13 passant à proximité de l'empreinte 12, représenté de manière schématique sur la figure 5. Le circuit d'induction 13 est alimenté par un générateur d'induction 3.
Chaque coquille 10, 11 comporte également un circuit de magnétisation 14, représenté de manière schématique sur la figure 4, permettant d'appliquer des forces d'une manière détaillée plus loin.
Au moins l'une des coquilles 10 comporte des électroaimants 15 à proximité de l'empreinte 12 et répartis le long de celle-ci pour attirer et maintenir la pièce 2 dans l'empreinte 12.
La pièce 2 est réalisée à partir d'une tresse 20 telle que montrée sur la figure 2. Cette tresse 20 est réalisée selon une technique classique de tressage, mais avec du fil d'acier 4 enrobé de matière thermoplastique 40, comme représenté sur la figure 3. L'enrobage du fil est réalisé par exemple par un procédé classique de coextrusion. Le fil a par exemple un diamètre de 0,05 à 0,15 mm. La matière thermoplastique est par exemple du polyamide ou du polyéthylène.
La tresse 20 est déposée dans l'empreinte 12 de l'une des coquilles 10, par exemple par un bras de robot 5, en commençant par une première extrémité 200 de la tresse 20. Lorsque la première extrémité 200 est déposée dans l'empreinte 12, l'un des électro-aimants 15 est activé pour maintenir la première extrémité 200 dans l'empreinte 12. Puis le bras de robot 5 saisit la tresse 20 un peu plus loin et met en place la tresse 20 dans l'empreinte 12 par segment. Chaque segment est maintenu par l'activation de l'un des électroaimants 15.
L'empreinte 12 comporte un changement de section au niveau de la coupe IVIV. Pour compenser le changement de développé de ladite section, le bras robot exerce une pression dans l'axe de la tresse lorsque celle-ci est maintenue par l'électro-aimant 15a, de manière à provoquer une augmentation de diamètre 201 de la tresse 20, comme montré sur la figure 2. Lorsque la tresse 20 est entièrement placée dans l'empreinte 12, la deuxième coquille 11 est placée par-dessus la première 10, de manière à fermer le moule 1.
On alimente le circuit d'induction 13 de manière à provoquer l'échauffement des fils 4 métalliques de la tresse 20. Par conduction, la matière thermoplastique 40 est échauffée et ramollie, voire fondue. Elle s'agglomère et forme une pâte enrobant les fils métalliques 4 de la tresse 20. On alimente alors le circuit de magnétisation 14 de manière à créer un champ magnétique pulsé qui crée des courants de Foucault dans la tresse et des forces tendant augmenter le diamètre de la tresse 20 et ainsi à plaquer la tresse 20 contre les parois de l'empreinte. La tresse 20 et la matière thermoplastique épousent alors les formes de l'empreinte 12, comme on peut le voir en trait tiretés sur la figure 4. On supprime alors l'alimentation du circuit d'induction 13 et on attend le durcissement de la matière thermoplastique par refroidissement de la matière thermoplastique contre les parois du moule. On supprime enfin l'alimentation du circuit de magnétisation 14.
On sépare les coquilles 10, 11 et on obtient alors la pièce 2 tubulaire en forme de cadre telle que représentée sur la figure 6 qui peut être extraite du moule 1. Le moule 1 est alors prêt pour le cycle de 2881371 6 fabrication suivant. Le cycle a une durée inférieure à une minute.
De telles pièces peuvent être utilisées par exemple pour la réalisation d'éléments de structure d'équipement de véhicule de transport, tels que des armatures de siège.
L'invention n'est pas limitée au mode de réalisation qui vient d'être décrit uniquement à titre d'exemple. On pourra utiliser d'autres métaux tels que du cuivre ou des alliages d'aluminium pour les fils métalliques de la tresse, dans le cas où il n'est pas utile de maintenir la tresse dans l'empreinte par les électroaimants. Par ailleurs, la tresse pourra être réalisée en mélangeant des fils métalliques nus ou enrobés avec des fils de matière thermoplastique. On pourra aussi obtenir le placage de la tresse contre les parois de l'empreinte à l'aide d'une vessie gonflable placée à l'intérieur de la tresse.

Claims (1)

  1. 7 REVENDICATIONS
    1. Procédé de fabrication d'une pièce (2) par formage, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes: a) on place dans l'empreinte (12) d'un moule (1) une tresse (20) de fils (4) métallo-plastiques (40) ; b) on chauffe le métal par induction pour faire ramollir par conduction la matière plastique (40) ; c) on arrête le champ d'induction et on attend le refroidissement et le durcissement de la matière thermoplastique; d) on sort la tresse (20) formant la pièce (2) hors du moule.
    2. Procédé de fabrication selon la revendication 1, dans lequel pendant les étapes b) et c), on applique un champ magnétique tendant à plaquer la tresse (20) contre les parois de l'empreinte (12).
    3. Procédé de fabrication selon la revendication 2, dans lequel la tresse (20) est en matière magnétique et, lors de l'étape a), on active des électroaimants (15) pour maintenir la tresse (20) en place dans l'empreinte (12).
    4. Procédé de fabrication selon la revendication 3, dans lequel lors de l'étape a), on étire ou on comprime localement la tresse (20) pour provoquer un rétrécissement ou une augmentation de diamètre (201) de la section de la tresse (20).
    5. Pièce moulée obtenue par le procédé selon l'une des revendications précédentes.
    6. Pièce selon la revendication 5, dans laquelle la tresse (20) a une forme tubulaire.
    7. Pièce selon la revendication 5, dans laquelle la tresse comporte des fils métalliques (4) enrobés de matière thermoplastique (40).
    8. Pièce selon la revendication 5, dans laquelle la 2881371 8 tresse comporte à la fois des fils métalliques et des fils en matière thermoplastique.
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