FR2956057A1 - Decoupe de preformes avant injection rtm par jet d'eau et cryogenisation - Google Patents

Decoupe de preformes avant injection rtm par jet d'eau et cryogenisation Download PDF

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Abstract

Dispositif pour la découpe d'une préforme en fibres (2) destinée à la réalisation d'une pièce en matériau composite par une injection de résine sous vide, ledit dispositif comportant une matrice (1) destinée à recevoir ladite préforme, sur laquelle est référencé le gabarit des bords extérieurs de ladite pièce et un moyen de découpe (4) desdits bords extérieurs de ladite préforme selon ledit gabarit, caractérisé en ce que le dispositif comporte un moyen de refroidissement de ladite préforme apte à solidifier un liquide formant support de ladite préforme.

Description

Le domaine de la présente invention est celui de la fabrication de pièces en matériaux composites, et en particulier celui de l'élaboration de pièces par procédé d'injection de résine sous vide, ou procédé RTM (Resin Transfer Molding).
Le procédé RTM est un procédé couramment utilisé dans la fabrication de pièces aéronautiques. Il consiste en la fabrication d'une préforme en fibres, de préférence tissées, qui est mise en place dans un moule fermé où elle reçoit, par injection à basse pression, une résine thermodurcissable, de viscosité relativement faible. Les principales étapes du procédé sont le placement de la préforme fibreuse dans le moule, le remplissage du moule par injection et la polymérisation de la résine. On vient généralement faire le vide dans le moule pour permettre à la résine de mieux fluer et ainsi de supprimer les défauts tels que bulles ou manques.
Cette technique est utilisée notamment pour la fabrication d'aubes de compresseur, et en particulier des aubes de fan, pour des turbomachines aéronautiques. Pour cela, comme indiqué dans la demande de brevet EP1526285 de la demanderesse, on tisse une structure en fibre pour réaliser une préforme qui servira de renfort structurel pour la pièce. Les préformes actuelles sont tridimensionnelles et de plus en plus complexes. En particulier, dans le cas d'une aube de fan, la préforme a une longueur importante, comparée à ses autres dimensions. La préforme obtenue est ainsi relativement souple et se déforme sous l'action de son propre poids.
Par ailleurs, pour fabriquer une aube de fan, on utilise une multitude de fils de chaîne et de trame qu'il faut ensuite arrêter une fois le tissage terminé. Et lorsque la fabrication de la préforme de l'aube fan est achevé, il est nécessaire de la mettre à dimension et de couper tous ces fils, généralement en carbone, en laissant dépasser une sur-longueur de la préforme. D'une part, cette opération, effectuée avec un outil coupant, est difficile à réaliser du fait de la résistance à la coupure des torons de carbone et du fait de la déformation des préformes. D'autre part elle est effectuée sur un bâti de coupe dont il faudra ensuite extraire la préforme pour amener celle-ci sur le moule d'injection. Cette manipulation, avec une préforme qui se déforme, est relativement mal
2 aisée et génératrice d'incertitudes quant à son positionnement dans le moule d'injection. La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients en proposant un procédé de fabrication, avec l'outillage associé, qui ne présente pas au moins certains des inconvénients de l'art antérieur et, notamment, qui permette une manipulation aisée d'une préforme avant son positionnement dans le moule à injection. A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif pour la découpe d'une préforme en fibres destinée à la réalisation d'une pièce en matériau composite par une injection de résine sous vide, ledit dispositif comportant une matrice destinée à recevoir ladite préforme, sur laquelle est référencé le gabarit des bords extérieurs de ladite pièce et un moyen de découpe desdits bords extérieurs de ladite préforme selon ledit gabarit, caractérisé en ce que le dispositif comporte un moyen de refroidissement de ladite préforme apte à solidifier un liquide formant support de ladite préforme. La solidification du liquide support permet d'assurer un bon maintien de la préforme pendant l'opération de découpe et de garantir que ses bords extérieurs sont correctement positionnés. Elle permet en outre un maniement aisé de la préforme, notamment pendant son transfert de la matrice de découpe au moule d'injection. De façon préférentielle le moyen de refroidissement est un système de surgélation cryogénique, le liquide support associé étant de l'eau. Cette solution a l'avantage de la simplicité, de l'eau étant déjà présente dans la préforme du fait du procédé de tissage généralement employé. Avantageusement le moyen de découpe est un système de découpe par jet de liquide projeté sous pression et la matrice comporte une rainure de récupération dudit liquide.
Dans un mode particulier de réalisation le moyen de découpe est un système de découpe par jet d'eau sous pression. Préférentiellement la courbe médiane de ladite rainure reproduit le gabarit des bords extérieurs de ladite pièce. Dans un mode particulier de réalisation la matrice comprend une partie inférieure sur laquelle est déposée la préforme et une partie supérieure destinée à recouvrir, au moins partiellement, ladite préforme, ladite partie supérieure comportant également un moyen de refroidissement. L'invention porte également sur un procédé de découpe d'une préforme en fibres destinée à la réalisation d'une pièce en matériau composite par une injection de résine sous vide dans un moule d'injection, comportant les étapes d'installation de la préforme sur une matrice sur laquelle est référencé le gabarit des bords extérieurs de ladite pièce et de découpe des bords extérieurs de ladite préforme selon ledit gabarit à l'aide d'un moyen de découpe, caractérisé en ce qu'il comporte, préalablement à ladite découpe, une étape d'imprégnation de ladite préforme à l'aide d'un liquide formant support de ladite préforme suivie d'une étape de refroidissement de ladite préforme jusqu'à solidification dudit liquide support. Elle porte enfin sur un procédé de réalisation d'une pièce en matériau composite par une injection de résine sous vide dans un moule d'injection, comportant, préalablement à son installation dans le moule d'injection, la réalisation d'une préforme en fibres, l'installation de ladite préforme dans une matrice sur laquelle est référencé le gabarit des bords extérieurs de ladite pièce et une découpe de ses bords extérieurs par un procédé tel que celui décrit ci-dessus. Avantageusement le procédé comporte une étape de transfert de la préforme de la matrice vers le moule d'injection, le liquide support étant sous une forme solide. Dans un mode particulier de réalisation le procédé comporte en outre une étape de mise en pression d'au moins une partie de ladite préforme contre la matrice, préalablement à la solidification du liquide support. L' invention sera mieux comprise, et d' autres buts, détails, caractéristiques et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement au cours de la description explicative détaillée qui va suivre, d'un mode de réalisation de l'invention donné à titre d'exemple purement illustratif et non limitatif, en référence aux dessins schématiques annexés. Sur ces dessins : - la figure 1 est une vue de dessus d'une matrice de découpe 35 d'une préforme, selon un mode de réalisation de l'invention ;
4 - la figure 2 est une vue en coupe de face d'une matrice de découpe d'une préforme, selon un mode de réalisation de l'invention ; En se référant à la figure 1, on voit une matrice 1 pour la découpe précise d'une préforme 2, réalisée préalablement par tissage 3D de fibres, telles que des fibres de verre ou de carbone. Ces fibres dépassent de la préforme et doivent être coupées pour qu'elles ne débordent pas de la forme définitive à donner à l'aube en production. La matrice 1 présente donc une rainure périphérique 3, dont la courbe médiane correspond au gabarit de l'aube à réaliser, et dans laquelle aboutit un jet d'eau de découpe 4. En se référant maintenant à la figure 2, on voit la matrice 1, posée sur un bâti 6 et sur laquelle est posée la préforme à découper 2. Un des bords latéraux de la préforme est positionné au dessus de la rainure périphérique 3 et est en train d'être découpé par un jet d'eau 4 qui est projeté par un machine de découpe munie d'une tête mobile 5. La tête mobile 5 est susceptible de se déplacer selon trois axes perpendiculaires de façon à pouvoir décrire, en restant normale à la surface, le gabarit latéral de l'aube, et suivre le cheminement figuré par la rainure périphérique 3.
L'invention consiste en un système qui permet, tout en découpant proprement, rapidement et précisément les préformes 3D d'aubes de fan aux dimensions des moules d'injection RTM, de solidifier la préforme pendant le temps où on réalise sa mise à dimension et durant son transfert dans le moule d'injection RTM.
Une technique connue de découpe précise des fibres consiste dans la découpe au jet d'eau, la préforme étant installée dans la matrice de découpe 1. Pour obtenir la rigidification de la préforme avant sa mise à longueur, l'invention consiste à associer un système cryogénique à la matrice de découpe 1. La surgélation cryogénique est une technologie de congélation ultra rapide, qui existe dans le commerce pour d'autres applications, qui reste souple de mise en oeuvre et qui est d'un coût peu élevé. Le système de surgélation cryogénique associé à la machine de découpe par jet d'eau permet, d'une part, le durcissement temporaire et, d'autre part, le maintien précis de la préforme fibreuse dans la matrice 1. La mise en oeuvre de cette technique est facilitée par le fait que le tissage des fibres dans la réalisation d'un matériau composite s'effectue généralement en présence d'eau, qui est utilisée comme lubrifiant. La présence d'eau dans la préforme, après sa découpe, est donc un problème qui est déjà maîtrisé. 5 Le déroulement des opérations de découpe peut se résumer comme suit : La préforme 2 sort de la machine de tissage (non représentée) avec des sur-longueurs sur ses fils de trame et de chaîne. Alors que les fibres qui émergent des faces de l'aube peuvent être coupées grossièrement car les fils en excédent seront plaqués contre la surface de l'aube et noyés dans la résine polymérisée, les fibres qui sortent des extrémités minces de l'aube doivent en revanche être coupées avec des cotes précises car elles déborderaient du moule d'injection et provoqueraient des bavures sur les bords extérieurs des aubes. On limite ainsi les effets de bord dommageables au bon remplissage des outillages lors de l'injection de la résine et des déformations des fibres qui provoqueraient des non-qualités locales. La préforme 2 est placée sur la matrice de découpe 1, qui a une forme identique au moule d'injection et la géométrie finale recherchée pour la pièce polymérisée. Dans le bâti inférieur de la machine de découpe 1 est intégré un système de cryogénie (non représenté sur la figure 2). La préforme 2 peut également être recouverte d'une matrice supérieure (non représentée), ayant elle aussi la forme géométrique finale de la partie supérieure de l'aube, et dans laquelle est alors insérée une partie supérieure du système cryogénique de surgélation. Cette matrice supérieure permet par ailleurs de vriller, d'ajuster et de plaquer la préforme sur la matrice inférieure 1. La préforme 2, en position sur la matrice 1, est alors imprégnée d'eau déminéralisée puis surgelée à -40°C par le système de cryogénisation. Elle devient ainsi totalement rigidifiée par l'eau surgelée et se retrouve par ailleurs solidaire de la matrice 1, sur laquelle elle est collée. L'opération de découpe peut ainsi être conduite sans risque d'un mauvais positionnement de la préforme.
La découpe par jet d'eau est effectuée comme une opération de détourage. Le jet d'eau, formé soit d'eau pure soit d'eau additionnée de médias particuliers, découpe nettement et précisément les sur-longueurs de la préforme solidifiée par l'eau surgelée, en suivant le gabarit de découpe correspondant à la courbe médiane de la rainure périphérique 3. Après être passée à travers les sur-longueurs de la préforme 2, l'eau est recueillie par la rainure puis évacuée par des canalisations prévues à cet effet. Une fois la découpe terminée, le système de surgélation est coupé de manière à pouvoir désolidariser la préforme 2 de l'outillage. Elle reste cependant gelée dans l'épaisseur pour conserver une rigidité suffisante et pour pouvoir être manipulée en dehors de la matrice 1 et être placée dans le moule d'injection sans qu'elle se déforme. Elle est ensuite séchée, par exemple par étuvage, dans le moule d'injection où elle poursuit son cycle de fabrication par le processus d'injection RTM. Dans un mode alternatif de réalisation la matrice 1 peut être recouverte d'une peau pour faciliter le démoulage. Cette peau peut, par exemple être constituée d'une couche de type silicone, de polytétrafluoroéthylène (PTFE plus connue sous la dénomination commmerciale Teflon), ou de tout autre matière équivalente. La préforme n'est alors pas décongelée superficiellement comme précédemment mais simplement décollée de la matrice 1 et conservée telle quelle pour être déposée précisément dans le moule d'injection, où elle sera séchée. Dans une variante de la mise en oeuvre de la présente invention, l'opération de découpe sous rigidification par cryogénisation est combinée avec une opération de compactage du pied, comme celle décrite dans la demande de brevet n° FR0904563. Dans cette demande le compactage des fibres est effectué dans le moule d'injection par une pression qui est appliquée sur le pied de la préforme, avant l'injection de résine, dans le but de plaquer les fibres contre la préforme. Dans le cas de la présente invention la rigidité donnée au pied lors de la cryogénisation ne permet plus d'effectuer cette mise en pression dans le moule d'injection. L'opération de mise en pression du pied est alors effectuée dans la matrice de découpe 1 et non pas dans le moule d'injection. Les techniques mises en oeuvre pour assurer la mise en pression du pied dans le moule d'injection peuvent être appliquées, mutatis mutandis, dans la matrice de découpe 1.
7 Bien que l'invention ait été décrite en relation avec (un / plusieurs) modes de réalisation particuliers, il est bien évident qu'elle comprend tous les équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si celles-ci entrent dans le cadre de l'invention.5

Claims (10)

  1. REVENDICATIONS1. Dispositif pour la découpe d'une préforme en fibres (2) destinée à la réalisation d'une pièce en matériau composite par une injection de résine sous vide, ledit dispositif comportant une matrice (1) destinée à recevoir ladite préforme, sur laquelle est référencé le gabarit des bords extérieurs de ladite pièce et un moyen de découpe (4) desdits bords extérieurs de ladite préforme selon ledit gabarit, caractérisé en ce que le dispositif comporte un moyen de refroidissement 10 de ladite préforme apte à solidifier un liquide formant support de ladite préforme.
  2. 2. Dispositif selon la revendication 1 dans lequel le moyen de refroidissement est un système de surgélation cryogénique, le liquide support associé étant de l'eau. 15
  3. 3. Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2 dans lequel le moyen de découpe est un système de découpe par jet de liquide projeté sous pression et dans lequel la matrice (1) comporte une rainure (3) de récupération dudit liquide.
  4. 4. Dispositif selon la revendication 3 dans lequel le moyen de 20 découpe est un système de découpe par jet d'eau (4) sous pression.
  5. 5. Dispositif selon l'une des revendications 3 ou 4 dans lequel la courbe médiane de ladite rainure (3) reproduit le gabarit des bords extérieurs de ladite pièce.
  6. 6. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5 dans lequel la 25 matrice (1) comprend une partie inférieure sur laquelle est déposée la préforme (2) et une partie supérieure destinée à recouvrir, au moins partiellement, ladite préforme, ladite partie supérieure comportant également un moyen de refroidissement.
  7. 7. Procédé de découpe d'une préforme en fibres (2) destinée à 30 la réalisation d'une pièce en matériau composite par une injection de résine sous vide dans un moule d'injection, comportant les étapes d'installation de la préforme (2) sur une matrice (1) sur laquelle est référencé le gabarit des bords extérieurs de ladite pièce et de découpe des bords extérieurs de ladite préforme (2) selon ledit gabarit à l'aide d'un 35 moyen de découpe (4),caractérisé en ce qu'il comporte, préalablement à ladite découpe, une étape d'imprégnation de ladite préforme à l'aide d'un liquide formant support de ladite préforme suivie d'une étape de refroidissement de ladite préforme jusqu'à solidification dudit liquide support.
  8. 8. Procédé de réalisation d'une pièce en matériau composite par une injection de résine sous vide dans un moule d'injection, comportant, préalablement à son installation dans le moule d'injection, la réalisation d'une préforme (2) en fibres, l'installation de ladite préforme dans une matrice (1) sur laquelle est référencé le gabarit des bords extérieurs de ladite pièce et une découpe de ses bords extérieurs par un procédé selon la revendication 7.
  9. 9. Procédé selon la revendication 8 comportant une étape de transfert de la préforme (2) de la matrice (1) vers le moule d'injection, le liquide support étant sous une forme solide.
  10. 10. Procédé selon la revendication 9 comportant en outre une étape de mise en pression d'au moins une partie de ladite préforme contre la matrice (1), préalablement à la solidification du liquide support.
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