FR2981001A1 - Method for manufacturing three-dimensional composite material e.g. aeronautical structural part, involves stamping preform to provide desired form, and cooling stamped preform by maintaining stamped preform under pressure along with blank - Google Patents

Method for manufacturing three-dimensional composite material e.g. aeronautical structural part, involves stamping preform to provide desired form, and cooling stamped preform by maintaining stamped preform under pressure along with blank Download PDF

Info

Publication number
FR2981001A1
FR2981001A1 FR1159044A FR1159044A FR2981001A1 FR 2981001 A1 FR2981001 A1 FR 2981001A1 FR 1159044 A FR1159044 A FR 1159044A FR 1159044 A FR1159044 A FR 1159044A FR 2981001 A1 FR2981001 A1 FR 2981001A1
Authority
FR
France
Prior art keywords
preform
winding
stamped
stamping
blank
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
FR1159044A
Other languages
French (fr)
Other versions
FR2981001B1 (en
Inventor
Antoine Bastien
Regis Bigot
Loic Borghini
Jean-Pierre Cauchois
Gerard Joly
Henri-Francois Perrin
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Institut de Soudure
Amvalor SAS
Original Assignee
Pole De Plasturgie De L'Est
ARTS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Pole De Plasturgie De L'Est, ARTS filed Critical Pole De Plasturgie De L'Est
Priority to FR1159044A priority Critical patent/FR2981001B1/en
Publication of FR2981001A1 publication Critical patent/FR2981001A1/en
Application granted granted Critical
Publication of FR2981001B1 publication Critical patent/FR2981001B1/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/04Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
    • B29C70/28Shaping operations therefor
    • B29C70/54Component parts, details or accessories; Auxiliary operations, e.g. feeding or storage of prepregs or SMC after impregnation or during ageing
    • B29C70/543Fixing the position or configuration of fibrous reinforcements before or during moulding
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C53/00Shaping by bending, folding, twisting, straightening or flattening; Apparatus therefor
    • B29C53/56Winding and joining, e.g. winding spirally
    • B29C53/564Winding and joining, e.g. winding spirally for making non-tubular articles
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/04Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
    • B29C70/06Fibrous reinforcements only
    • B29C70/10Fibrous reinforcements only characterised by the structure of fibrous reinforcements, e.g. hollow fibres
    • B29C70/16Fibrous reinforcements only characterised by the structure of fibrous reinforcements, e.g. hollow fibres using fibres of substantial or continuous length
    • B29C70/24Fibrous reinforcements only characterised by the structure of fibrous reinforcements, e.g. hollow fibres using fibres of substantial or continuous length oriented in at least three directions forming a three dimensional structure
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/04Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
    • B29C70/28Shaping operations therefor
    • B29C70/30Shaping by lay-up, i.e. applying fibres, tape or broadsheet on a mould, former or core; Shaping by spray-up, i.e. spraying of fibres on a mould, former or core
    • B29C70/34Shaping by lay-up, i.e. applying fibres, tape or broadsheet on a mould, former or core; Shaping by spray-up, i.e. spraying of fibres on a mould, former or core and shaping or impregnating by compression, i.e. combined with compressing after the lay-up operation

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Textile Engineering (AREA)
  • Processing And Handling Of Plastics And Other Materials For Molding In General (AREA)
  • Reinforced Plastic Materials (AREA)
  • Laminated Bodies (AREA)
  • Moulding By Coating Moulds (AREA)

Abstract

The method involves providing a blank that comprises a massive and/or three-dimensional form. A strand of reinforced fibers impregnated with thermoplastic resin is wound in surplus quantity. A preform is stamped to provide a desired form while evacuating surplus resin. The stamped preform is cooled by maintaining the stamped preform under pressure along with the blank. A winding tool (16) is arranged with a plate (13) for winding the strand.

Description

L'invention concerne un procédé pour fabriquer en matériau composite une pièce tridimensionnelle ou massive telle que par exemple une bielle, tout en lui conférant une tenue mécanique élevée. The invention relates to a method for manufacturing a composite material three-dimensional or massive such as for example a connecting rod, while giving it a high mechanical strength.

ARRIERE PLAN DE L'INVENTION Il est connu de fabriquer des pièces en matériau composite en intégrant des fibres renforçantes courtes dans de la résine thermoplastique, et en procédant à la mise en forme des pièces sous presse. Avec ce procédé, la longueur des fibres est limitée à vingt ou trente millimètres, du fait que ces fibres s'orientent de façon aléatoire dans la résine thermoplastique. Ce procédé qui fait partie des procédés dits SMC (Sheet Molding Compound) permet de fabriquer des pièces ayant une densité de fibres comprise entre trente à quarante pourcents, de manière générale, ce qui correspond à des pièces faiblement chargées ayant par là même une tenue mécanique relativement basse. En pratique, ce procédé permet de fabriquer des pièces d'épaisseur régulière et relativement faible, telles que des pièces de carénage ou de capotage pour l'industrie automobile. Selon un autre procédé connu, un tissu de fibres renforçantes plan, pouvant avoir une épaisseur relativement conséquente, est imprégné de résine thermoplastique avant d'être installé dans une presse pour être déformé afin de lui donner un galbe. Plusieurs éléments de ce type peuvent être fabriqués avant d'être collés les uns aux autres par matriçage à chaud. Il est ainsi par exemple possible de rapporter une pièce à section en L sur une portion plane, pour réaliser une pièce tridimensionnelle à section en T. Ce procédé qui a été développé par la société Carbon Forge permet de fabriquer des pièces comportant des fibres plus longues (comprise entre cinquante et cent millimètres), ayant une densité de fibres plus importante (comprise entre cinquante-cinq et soixante pourcents). Ce procédé permet d'obtenir une tenue mécanique plus élevée, d'autant plus que l'orientation des fibres est sensiblement maîtrisée au lieu d'être désordonnée. BACKGROUND OF THE INVENTION It is known to manufacture composite material parts by incorporating short reinforcing fibers into thermoplastic resin, and by forming the parts in press. With this method, the length of the fibers is limited to twenty or thirty millimeters, because these fibers are randomly oriented in the thermoplastic resin. This process, which is part of the so-called SMC (Sheet Molding Compound) processes, makes it possible to manufacture parts having a fiber density of between thirty and forty percent, in general, which corresponds to weakly loaded parts which consequently have a mechanical strength. relatively low. In practice, this method makes it possible to manufacture parts of regular and relatively small thickness, such as fairing or cowling parts for the automotive industry. According to another known method, a fabric of plane reinforcing fibers, which can have a relatively substantial thickness, is impregnated with thermoplastic resin before being installed in a press to be deformed so as to give it a curve. Several elements of this type can be manufactured before being glued to each other by hot stamping. It is for example possible to bring an L-section piece on a flat portion, to produce a three-dimensional piece with a T-section. This process, which was developed by the Carbon Forge company, makes it possible to manufacture pieces with longer fibers. (between fifty and one hundred millimeters), having a higher fiber density (between fifty-five and sixty percent). This method makes it possible to obtain a higher mechanical strength, especially since the orientation of the fibers is substantially controlled instead of being disordered.

En pratique, cet autre procédé permet de fabriquer des pièces structurelles mais ayant des dimensions faibles, valant par exemple cent-cinquante par cent-cinquante millimètres, et des formes qui doivent malgré tout être relativement simples. In practice, this other method makes it possible to manufacture structural parts but having small dimensions, worth for example one hundred and fifty by one hundred and fifty millimeters, and shapes that must nevertheless be relatively simple.

OBJET DE L'INVENTION Le but de l'invention est d'apporter un procédé de fabrication de pièces en matériau composite à matrice thermoplastique, autorisant la fabrication de pièces fortement chargées ayant des formes tridimensionnelles complexes et/ou massives et pouvant avoir des dimensions importantes. RESUME DE L'INVENTION A cet effet, l'invention a pour objet un procédé pour fabriquer en matériau composite une pièce brute 20 ayant une forme massive et/ou tridimensionnelle, comprenant les étapes de : - bobiner à chaud au moins un toron de fibres renforçantes imprégné de résine thermoplastique en quantité excédentaire, sur des reliefs de bobinage d'un 25 outillage, pour constituer une préforme de la pièce fabriquée ; - matricer à chaud cette préforme pour lui donner une forme souhaitée tout en évacuant la résine excédentaire ; 30 - refroidir la préforme matricée en la maintenant sous pression pour constituer la pièce brute. L'invention permet ainsi de réaliser une pièce tridimensionnelle ayant une densité de fibres élevée qui sont orientées selon la trajectoire utilisée lors de 35 l'enroulement, ce qui contribue à accroître la tenue mécanique tout en autorisant la fabrication de pièces tridimensionnelles et/ou massives. L'invention a également pour objet un procédé tel que défini ci-dessus, dans lequel on utilise un outillage de bobinage comportant une sole ayant une face pourvue de reliefs de bobinage sous forme de plots. L'invention a également pour objet un procédé tel que défini ci-dessus, dans lequel les plots sont rétractables. OBJECT OF THE INVENTION The object of the invention is to provide a method for manufacturing parts made of thermoplastic matrix composite material, allowing the manufacture of highly loaded parts having complex and / or massive three-dimensional shapes and which can have significant dimensions. . SUMMARY OF THE INVENTION To this end, the subject of the invention is a process for manufacturing a composite material 20 having a solid and / or three-dimensional shape, comprising the steps of: winding at least one fiber strand while hot reinforcing agents impregnated with thermoplastic resin in surplus quantity, on coils of a tooling, to form a preform of the manufactured part; - Hot stamp this preform to give it a desired shape while removing the excess resin; Cool the die preform by holding it under pressure to form the blank. The invention thus makes it possible to produce a three-dimensional piece having a high density of fibers which are oriented along the path used during the winding, which contributes to increasing the mechanical strength while allowing the manufacture of three-dimensional and / or massive pieces. . The invention also relates to a method as defined above, in which a winding tool is used comprising a sole having a face provided with winding reliefs in the form of pads. The invention also relates to a method as defined above, in which the pads are retractable.

L'invention a également pour objet un procédé tel que défini ci-dessus, dans lequel on utilise un outillage de bobinage et un outillage de matriçage distincts, et dans lequel la préforme est refroidie avant d'être transférée depuis l'outillage de bobinage vers l'outillage de matriçage. L'invention a également pour objet un procédé tel que défini ci-dessus, dans lequel on utilise un outillage de matriçage de type chauffant. BREVE DESCRIPTION DES FIGURES La figure 1 est une vue de dessus d'une bielle double fabriquée avec le procédé selon l'invention ; La figure 2 montre en perspective le bobinage d'un toron de fibres renforçantes autour des reliefs d'un outillage de bobinage pour fabriquer la bielle de la figure 1 conformément à l'invention ; La figure 3 est une vue de détail montrant en perspective un relief de bobinage de l'outillage de la figure 2 sous forme de plot comportant un épaulement ; La figure 4 est une vue en coupe montrant une possibilité de bobinage d'un toron de fibres renforçantes autour d'un plot à épaulement ; La figure 5 est une vue montrant une face d'un outillage de matriçage dans lequel est installée une pièce en cours de matriçage. The subject of the invention is also a method as defined above, in which a separate winding tool and die tooling is used, and in which the preform is cooled before being transferred from the winding tooling to die-casting equipment. The invention also relates to a method as defined above, in which a heating type stamping tool is used. BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES FIG. 1 is a view from above of a double rod manufactured with the method according to the invention; Figure 2 shows in perspective the winding of a reinforcing fiber strand around the reliefs of a winding tool to manufacture the rod of Figure 1 according to the invention; Figure 3 is a detail view showing in perspective a winding relief of the tool of Figure 2 in the form of a stud having a shoulder; Figure 4 is a sectional view showing a possibility of winding a reinforcing fiber strand around a shoulder stud; Figure 5 is a view showing a face of a stamping tool in which is installed a part being stamped.

DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION L'idée à la base de l'invention est de bobiner un toron autour de plots agencés de telle manière que la trajectoire suivie par le toron bobiné coïncide avec les nervures ou zones renforcées de la pièce à fabriquer. DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The idea underlying the invention is to wind a strand around studs arranged in such a way that the path followed by the wound strand coincides with the ribs or reinforced zones of the part to be manufactured.

A cet effet, on a représenté sur les figures un outillage de bobinage et un outillage de matriçage utilisés pour la fabrication d'une bielle double représentée en figure 1 en y étant repérée par 1. Conformément à l'invention, la fabrication d'une pièce ayant une géométrie différente de cette bielle double est assurée avec des outillages analogues adaptés à cette autre géométrie. La bielle double 1 comporte un palier central 2 orienté selon un axe principal AP correspondant à un axe normal au plan de la figure 1, et deux bras latéraux 3 et 4 orientés transversalement en s'étendant selon un axe AT perpendiculaire à l'axe AP, et qui partent du palier central 2 dans des directions opposées. Chaque bras est terminé par un palier correspondant, et ces paliers latéraux, repérés par 6 et 7, sont orientés parallèlement au palier central 2. Chacun des trois paliers a une forme de paroi généralement cylindrique à base circulaire, le palier central ayant un diamètre significativement supérieur à celui des paliers latéraux. Le bras 3 comporte une paroi plane 9 s'étendant selon un plan normal à la direction principale AP, c'est-à-dire selon le plan de la figure 1, et deux nervures 11 et 12 bordant la région 9. Chaque nervure est une paroi s'étendant perpendiculairement à la paroi plane 9, et qui raccorde le palier central 2 au palier latéral 6. Les deux nervures 11 et 12 sont situées de part et d'autre de l'axe transversal AT qui passe quant à lui par l'axe central de chacun des paliers 2, 6 et 7. For this purpose, there is shown in the figures a winding tooling and a stamping tooling used for the manufacture of a double rod shown in Figure 1 by being marked with 1. In accordance with the invention, the manufacture of a piece having a different geometry of this double rod is provided with similar tools adapted to this other geometry. The double rod 1 comprises a central bearing 2 oriented along a main axis AP corresponding to an axis normal to the plane of Figure 1, and two lateral arms 3 and 4 oriented transversely extending along an axis AT perpendicular to the axis AP and departing from the central landing 2 in opposite directions. Each arm is terminated by a corresponding bearing, and these lateral bearings, marked by 6 and 7, are oriented parallel to the central bearing 2. Each of the three bearings has a generally cylindrical wall shape with a circular base, the central bearing having a diameter significantly greater than that of the lateral bearings. The arm 3 has a flat wall 9 extending in a plane normal to the main direction AP, that is to say in the plane of Figure 1, and two ribs 11 and 12 bordering the region 9. Each rib is a wall extending perpendicularly to the plane wall 9, and which connects the central bearing 2 to the lateral bearing 6. The two ribs 11 and 12 are located on either side of the transverse axis AT, which in turn passes through the central axis of each of the bearings 2, 6 and 7.

La région centrale 9 a une épaisseur relativement faible par rapport à la hauteur des paliers le long de la direction principale AP, alors que les nervures latérales 11 et 12 ont chacune une hauteur proche de la hauteur des paliers. The central region 9 has a relatively small thickness relative to the height of the bearings along the main direction AP, while the lateral ribs 11 and 12 each have a height close to the height of the bearings.

La bielle double de la figure 1 a une forme qui est symétrique par rapport à un plan normal à l'axe transversal AT et contenant l'axe principal AP qui par ailleurs coïncide avec l'axe central du pallier principal 2. Ainsi, le bras 4 est le symétrique du bras 3, de sorte qu'il comporte lui aussi deux nervures du même type. Par ailleurs, la bielle double 1 est également symétrique par rapport à un plan contenant l'axe transversal AT et l'axe principal AP, et elle est également symétrique par rapport à un plan normal à l'axe principal AP et contenant l'axe transversal AT. L'outil de bobinage 16 pour fabriquer cette bielle double 1 comporte ici une platine ou sole 13 ayant une face supérieure 14 plane, cette platine étant pourvue de sept reliefs de bobinage qui sont ici des plots, repérés par les références 17 à 23. Plus concrètement, le plot 17 correspond au palier 6, les plots 18 et 19 correspondent à l'espace situé entres les nervures 11 et 12 du bras 3, le plot 20 correspond au palier central 2, les plots 21 et 22 correspondent à l'espace situé entre les nervures du bras 4, et le plot 23 correspond au palier 7. Comme visible dans la figure 2, un toron 24 de fibres renforçantes imprégné de résine thermoplastique est bobiné sur cet outil de bobinage 16, autour des plots 17-23, de manière à suivre une trajectoire qui délimite à la fois les trois paliers ou chapes 2, 6, et 7, et les nervures 11 et 12 du bras 3 ainsi que les nervures correspondantes du bras 4. Le toron 24 de fibres renforçantes peut se présenter sous différentes formes : il peut s'agir d'un ensemble de fibres organisées parallèlement les unes aux autres et constituant une sorte de cordon en fibres renforçantes ; il peut également s'agir d'un ensemble de fibres tressées les unes avec les autres pour constituer une tresse souple s'étendant globalement selon une direction principale, mais constituée de fibres de fuseau orientées selon de multiples directions. Le toron 24 imprégné à l'excès de résine thermoplastique est bobiné autour des différents plots de telle manière que, comme visible sur la figure 2, il entoure complètement le palier 6 pour passer ensuite d'un même côté des plots 18 et 19 avant de changer de côté pour entourer une moitié du plot central 20 pour repasser ensuite d'un même côté des plots 21 et 22 avant d'entourer complètement le deuxième plot latéral 7 pour revenir selon une trajectoire symétrique jusqu'au premier plot latéral 6, ce qui correspond à un tour complet. Le toron 24 peut ainsi être bobiné sur plusieurs tours autour des différents plots, le nombre de tours étant conditionné par le diamètre de la section du toron vis-à-vis des dimensions de la pièce à fabriquer. Dans l'exemple de la figure 2 qui est donné à titre principalement didactique pour comprendre la trajectoire du toron, celui-ci est bobiné sur un tour et demi. The double rod of FIG. 1 has a shape which is symmetrical with respect to a plane normal to the transverse axis AT and containing the main axis AP which moreover coincides with the central axis of the main landing 2. Thus, the arm 4 is the symmetrical arm 3, so that it also includes two ribs of the same type. Furthermore, the double rod 1 is also symmetrical with respect to a plane containing the transverse axis AT and the main axis AP, and it is also symmetrical with respect to a plane normal to the main axis AP and containing the axis transversal AT. The winding tool 16 for producing this double rod 1 here comprises a plate or sole 13 having a flat upper face 14, this plate being provided with seven winding reliefs which are here pads, identified by the references 17 to 23. More concretely, the stud 17 corresponds to the bearing 6, the studs 18 and 19 correspond to the space between the ribs 11 and 12 of the arm 3, the stud 20 corresponds to the central bearing 2, the studs 21 and 22 correspond to the space located between the ribs of the arm 4, and the stud 23 corresponds to the bearing 7. As shown in Figure 2, a strand 24 of reinforcing fibers impregnated with thermoplastic resin is wound on this winding tool 16, around the pads 17-23, so as to follow a path that delimits at the same time the three bearings or clevises 2, 6, and 7, and the ribs 11 and 12 of the arm 3 and the corresponding ribs of the arm 4. The strand 24 of reinforcing fibers can occur under different fo rmes: it can be a set of fibers organized parallel to each other and constituting a kind of reinforcing fiber cord; it may also be a set of fibers braided with each other to form a flexible braid extending generally in a main direction, but consisting of spindle fibers oriented in multiple directions. The strand 24 impregnated with excess thermoplastic resin is wound around the different pads so that, as can be seen in FIG. 2, it completely surrounds the bearing 6 to then pass on the same side of the pads 18 and 19 before change side to surround one half of the central block 20 to then return on the same side of the pads 21 and 22 before completely surround the second side pad 7 to return in a symmetrical path to the first side pad 6, which corresponds to a complete turn. The strand 24 can thus be wound on several turns around the various pads, the number of turns being conditioned by the diameter of the section of the strand vis-à-vis the dimensions of the part to be manufactured. In the example of Figure 2 which is given mainly didactic to understand the trajectory of the strand, it is wound on a turn and a half.

Comme visible dans les figures, les plots 17 et 23 sont des plots à épaulement : il s'agit de plots de révolution comportant une embase cylindrique prolongée par un téton coaxial de plus faible diamètre que l'embase. Cette forme des plots 17 et 23 permet de réaliser des paliers ou chapes dont la surface interne est elle-même chanfreinée, c'est-à-dire qu'elle comporte deux zones ayant deux diamètres différents. En particulier, et comme visible sur les figures 3 et 4, le toron 24 peut être bobiné sur un nombre de tours important en étant agencé de façon à constituer une - 2981001 7 seule couche circonférentielle 26 autour de l'embase du plot 17, et deux couches circonférentielles concentriques 27 et 28 autour de l'extrémité supérieure du plot 17 qui présente un diamètre significativement plus faible que 5 son embase. Ainsi, différentes solutions peuvent être envisagées en ce qui concerne le bobinage du toron sur l'outil de bobinage 16, en fonction des particularités de formes que l'on souhaite obtenir au niveau de la pièce à 10 fabriquer. Le toron 24 qui est imbibé à l'excès de résine thermoplastique est bobiné sur l'outil 16 à chaud, de manière à avoir la souplesse requise pour permettre un bobinage précis. Avantageusement, l'outillage de bobinage 15 est du type chauffant, et le bobinage en tant que tel peut être réalisé au moyen d'un bras robotisé. Lorsque le bobinage du toron 24 est entièrement terminé, il constitue une préforme de la pièce à fabriquer, et l'on laisse refroidir le tout pour que 20 cette préforme se solidifie dans sa forme propre. Lorsque la préforme est solidifiée, elle est extraite de l'outil de bobinage. A ce titre, les éléments de relief que constituent les plots 17-23 sont avantageusement prévus rétractables par rapport à la 25 platine 13 qui les porte. Dans ce cas, le détachement de la préforme est obtenu en commandant la rétraction des plots 17-23 avant de saisir cette préforme pour la mettre en place dans un outil de matriçage ou estampage correspondant. 30 Un tel outil qui est représenté en figure 5 en y étant repéré par 31 comprend une platine dans laquelle est usinée une empreinte, ou plus particulièrement une demi-empreinte de la forme externe de la double-bielle 1 à fabriquer. Cet outil ou matrice est installé dans une 35 presse qui porte au niveau de l'extrémité de son vérin une autre matrice comportant à sa face interne une empreinte correspondant à l'autre moitié de la double bielle à fabriquer. Lorsque la préforme a été installée dans l'outil de matriçage, c'est-à-dire dans l'une des demi-empreintes, le cycle de matriçage peut être enclenché. La presse est alors commandée pour rapprocher les deux matrices l'une de l'autre, jusqu'à établir une pression prédéterminée pendant une durée prédéterminée. As can be seen in the figures, the studs 17 and 23 are shoulder studs: these are studs of revolution comprising a cylindrical base extended by a coaxial stud of smaller diameter than the base. This form of the studs 17 and 23 makes it possible to make bearings or clevises whose inner surface is itself chamfered, that is to say that it comprises two zones having two different diameters. In particular, and as visible in FIGS. 3 and 4, the strand 24 can be wound over a large number of turns by being arranged so as to form a single circumferential layer 26 around the base of the stud 17, and two concentric circumferential layers 27 and 28 around the upper end of the stud 17 which has a significantly smaller diameter than its base. Thus, different solutions can be envisaged with regard to the winding of the strand on the winding tool 16, depending on the particularities of shapes that one wishes to obtain at the part to be manufactured. The strand 24 which is impregnated with excess thermoplastic resin is wound on the tool 16 hot, so as to have the flexibility required to allow accurate winding. Advantageously, the winding tooling 15 is of the heating type, and the winding as such can be achieved by means of a robotic arm. When the winding of the strand 24 is completely finished, it constitutes a preform of the part to be manufactured, and the whole is allowed to cool so that this preform solidifies in its proper form. When the preform is solidified, it is extracted from the winding tool. As such, the relief elements that constitute the pads 17-23 are advantageously provided retractable relative to the plate 13 which carries them. In this case, the detachment of the preform is obtained by controlling the retraction of the pads 17-23 before entering this preform to put it in place in a stamping tool or stamping corresponding. Such a tool, which is shown in FIG. 5 by being marked with 31, comprises a plate in which is machined an imprint, or more particularly a half-cavity of the outer shape of the double-rod 1 to be manufactured. This tool or die is installed in a press which carries at the end of its cylinder another die having on its internal face a fingerprint corresponding to the other half of the double rod to be manufactured. When the preform has been installed in the stamping tool, i.e. in one of the half-impressions, the stamping cycle can be started. The press is then controlled to bring the two matrices closer to each other, until a predetermined pressure is established for a predetermined duration.

Cette opération de matriçage est réalisée à chaud à ce titre, les outils de matriçage sont avantageusement prévus chauffants, et ils sont avantageusement préchauffés pour réchauffer la préforme avant enclenchement du cycle de matriçage. Durant le maintien de la pression par la presse sur les deux outils de matriçage à chaud, l'excédent de résine thermoplastique s'écoule hors du corps de la préforme 32 de la double-bielle à fabriquer. A cet effet, l'outil de matriçage 31 comporte une région creuse, repérée par 33 et 34, et s'étendant tout autour de l'empreinte de la double bielle qu'il sert à fabriquer. Cette ou ces régions creuses 33 et 34 sont elles-mêmes entourées par une surface plane 36 à contour rectangulaire, et par laquelle les deux outils de forgeage viennent en appui l'un sur l'autre lorsque la presse est commandée à cet effet. Comme illustré schématiquement à la figure 5, l'excédent de résine thermoplastique s'échappe de la préforme durant le matriçage pour venir se placer dans les zones creuses 33 et 34 prévues à cet effet. Du fait que ces zone creuses sont situées au niveau du plan de joint que délimitent conjointement les deux outils de matriçage lorsqu'ils sont en appui l'un sur l'autre, l'excédent de résine thermoplastique constitue alors une bavure 37s'étendant sur tout le pourtour de la double bielle fabriquée, au niveau du plan de joint de cette bielle, de sorte qu'il peut ensuite facilement être retiré par sciage ou autre. Avantageusement, le matriçage est réalisé en plusieurs opérations, en utilisant différentes paires d'outils de matriçage, pour réduire graduellement le volume de la double bielle à fabriquer. On peut par exemple utiliser une première paire d'outils de matriçage pour former une première ébauche à partir de la préforme en la matriçant. Une fois que cette première ébauche est terminée, la bavure correspondant à l'excédent de résine thermoplastique est retirée avant de placer cette première ébauche dans un autre outil d'estampage d'une seconde paire de matrices, pour réduire encore son volume en générant une nouvelle bavure correspondant à l'excédent de résine. Une dernière paire d'outils de matriçage peut être utilisée pour affiner encore la géométrie de la double bielle, avant retrait de la dernière bavure, ce qui permet de constituer la double bielle sous forme de pièce brute. Comme on l'aura compris, les différentes opérations de matriçages qui sont réalisées à chaud, typiquement à une température comprise entre cent soixante et deux cent degrés Celsius permettent d'évacuer l'excédent de résine thermoplastique, mais ce réchauffement donne lieu à un ramollissement temporaire de la pièce fabriquée. La pièce est avantageusement refroidie, au moins partiellement avant son transfert d'un outillage de matriçage vers un autre outillage de matriçage. En particulier, après la dernière opération de matriçage, on laisse refroidir l'outillage ainsi que la pièce qu'il contient avant de procéder au démoulage. Ce refroidissement est réalisé tout en maintenant les matrices sous pression pendant toute la durée nécessaire à la solidification de la résine thermoplastique, ce qui permet d'extraire de ces matrices une double bielle brute non déformée. This stamping operation is carried out hot for this purpose, the stamping tools are advantageously provided heating, and they are advantageously preheated to heat the preform before engaging the stamping cycle. During the maintenance of pressure by the press on the two hot stamping tools, the excess thermoplastic resin flows out of the body of the preform 32 of the double-rod to manufacture. For this purpose, the stamping tool 31 has a hollow region, marked by 33 and 34, and extending all around the footprint of the double rod that is used to manufacture. This or these hollow regions 33 and 34 are themselves surrounded by a flat surface 36 with a rectangular contour, and by which the two forging tools bear against one another when the press is controlled for this purpose. As illustrated schematically in Figure 5, the excess thermoplastic resin escapes from the preform during the stamping to be placed in the hollow zones 33 and 34 provided for this purpose. Because these hollow zones are located at the level of the joint plane delimited jointly by the two stamping tools when they bear against each other, the excess of thermoplastic resin then constitutes a burr 37 extending over all around the double rod manufactured at the joint plane of this rod, so that it can then easily be removed by sawing or otherwise. Advantageously, the stamping is performed in several operations, using different pairs of stamping tools, to gradually reduce the volume of the double rod to manufacture. For example, a first pair of die tools can be used to form a first blank from the preform by stamping it. Once this first blank is finished, the burr corresponding to the excess thermoplastic resin is removed before placing this first blank in another stamping tool of a second pair of dies, to further reduce its volume by generating a new burr corresponding to the excess of resin. A last pair of stamping tools can be used to further refine the geometry of the double rod, before removal of the last burr, which makes it possible to constitute the double rod in the form of a blank. As will be understood, the various stamping operations that are carried out hot, typically at a temperature of between one hundred and sixty and two hundred degrees Celsius, make it possible to evacuate the excess thermoplastic resin, but this heating gives rise to a softening temporary of the manufactured part. The part is advantageously cooled, at least partially before its transfer from a stamping tool to another stamping tool. In particular, after the last stamping operation, the tooling is allowed to cool as well as the part that it contains before demolding. This cooling is performed while maintaining the dies under pressure for the duration necessary for the solidification of the thermoplastic resin, which allows to extract from these matrices a double raw rod undeformed.

D'une manière générale, l'invention permet de réaliser une pièce tridimensionnelle ayant une densité de fibres élevée, pouvant atteindre cinquante-cinq à soixante pourcents de fibres, et de plus, ces fibres qui se présentent sous forme d'un toron sont ainsi du type continues et orientées selon la trajectoire utilisée lors de l'enroulement. Ce bobinage contribue à conférer à la pièce fabriquée une tenue mécanique importante, en plus de permettre la fabrication de pièces ayant un volume important et/ou une forme complexe. In general, the invention makes it possible to produce a three-dimensional piece having a high fiber density, which can reach fifty-five to sixty percent of fibers, and moreover, these fibers, which are in the form of a strand, are thus of continuous type and oriented according to the trajectory used during the winding. This winding contributes to imparting to the manufactured part a significant mechanical strength, in addition to allowing the manufacture of parts having a large volume and / or complex shape.

Concrètement, toute la phase de bobinage du toron de fibres permet de positionner et d'orienter les fibres dans un état très proche de celui qu'elles vont avoir dans la pièce finie : l'orientation des fibres peut ainsi être complètement optimisée par rapport à la pièce fabriquée. La phase de matriçage qui suit le bobinage permet d'obtenir une géométrie souhaitée, avec un degré de précision élevé. Par ailleurs, il est possible de placer un insert dans la préforme pour que celui-ci soit intégré à la pièce finie en étant rigidement solidarisé au corps de la pièce finie afin de faciliter par exemple les transferts d'efforts. Un tel insert est typiquement un élément d'une nature autre que le corps de la pièce, comme par exemple un insert de type métallique. Concretely, the whole phase of winding of the fiber strand makes it possible to position and orient the fibers in a state very close to that which they will have in the finished part: the orientation of the fibers can thus be completely optimized with respect to the manufactured part. The stamping phase which follows the winding makes it possible to obtain a desired geometry with a high degree of precision. Furthermore, it is possible to place an insert in the preform so that it is integrated into the finished part being rigidly secured to the body of the finished part in order, for example, to facilitate the transfer of forces. Such an insert is typically an element of a nature other than the body of the part, such as a metal type insert.

Ainsi, ce procédé de fabrication permet de fabriquer en matériau composite des pièces initialement fabriquées en acier ou autre, pour les remplacer par des pièces en matériau composite ayant un poids et/ou un volume plus faible et une tenue mécanique comparable. Thus, this manufacturing method makes it possible to manufacture composite material parts initially made of steel or other, to replace them with parts made of composite material having a weight and / or a smaller volume and comparable mechanical strength.

Comme illustré dans l'exemple des figures, le procédé selon l'invention permet de fabriquer des pièces ayant des formes complexes, s'étendant selon les trois dimensions, et pouvant également être massives soit dans des régions localisées, soit sur l'ensemble de la pièce. As illustrated in the example of the figures, the method according to the invention makes it possible to manufacture parts having complex shapes, extending along the three dimensions, and which can also be massive either in localized regions, or on the whole of the room.

Dans l'exemple des figures, la pièce est obtenue en bobinant un seul toron de fibres. Mais dans le cas d'une pièce de forme plus complexe, il est tout à fait possible de bobiner plusieurs torons correspondant par exemple à plusieurs parties de la pièce à fabriquer. In the example of the figures, the part is obtained by winding a single strand of fibers. But in the case of a piece of more complex shape, it is quite possible to wind several strands corresponding for example to several parts of the part to be manufactured.

Claims (5)

REVENDICATIONS1. Procédé pour fabriquer en matériau composite une pièce brute (1) ayant une forme massive et/ou tridimensionnelle, comprenant les étapes de : - bobiner à chaud au moins un toron de fibres renforçantes (24) imprégné de résine thermoplastique en quantité excédentaire, sur des reliefs de bobinage (1723) d'un outillage (16), pour constituer une préforme (32) de la pièce fabriquée (1) ; - matricer à chaud cette préforme (32) pour lui donner une forme souhaitée tout en évacuant la résine excédentaire ; - refroidir la préforme matricée en la maintenant sous pression pour constituer la pièce brute (1). REVENDICATIONS1. A method for manufacturing a composite material (1) having a solid and / or three-dimensional shape, comprising the steps of: - winding at least one reinforcing fiber strand (24) impregnated with thermoplastic resin in excess quantity, on winding reliefs (1723) of a tool (16), to form a preform (32) of the manufactured part (1); - Hot forging this preform (32) to give it a desired shape while evacuating the excess resin; - Cool the die preform by maintaining it under pressure to form the blank (1). 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel on utilise un outillage de bobinage (16) comportant une sole ayant une face pourvue de reliefs de bobinage (1723) sous forme de plots. 2. Method according to claim 1, wherein using a winding tool (16) having a sole having a face provided with winding reliefs (1723) in the form of pads. 3. Procédé selon la revendication 2, dans lequel les plots (17-23) sont rétractables. 3. Method according to claim 2, wherein the pads (17-23) are retractable. 4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel on utilise un outillage de bobinage (16) et un outillage de matriçage (31) distincts, et dans lequel la préforme (32) est refroidie avant d'être transférée depuis l'outillage de bobinage vers l'outillage de matriçage. 4. Method according to one of the preceding claims, wherein one uses a winding tooling (16) and a stamping tooling (31) distinct, and wherein the preform (32) is cooled before being transferred from the winding tooling to the die tooling. 5. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel on utilise un outillage de matriçage (31) de type chauffant. 5. Method according to one of the preceding claims, wherein using a stamping tooling (31) of the heating type.
FR1159044A 2011-10-06 2011-10-06 PROCESS FOR MANUFACTURING COMPOSITE MATERIAL OF THREE DIMENSIONAL AND / OR MASSIVE PIECES Active FR2981001B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR1159044A FR2981001B1 (en) 2011-10-06 2011-10-06 PROCESS FOR MANUFACTURING COMPOSITE MATERIAL OF THREE DIMENSIONAL AND / OR MASSIVE PIECES

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR1159044A FR2981001B1 (en) 2011-10-06 2011-10-06 PROCESS FOR MANUFACTURING COMPOSITE MATERIAL OF THREE DIMENSIONAL AND / OR MASSIVE PIECES

Publications (2)

Publication Number Publication Date
FR2981001A1 true FR2981001A1 (en) 2013-04-12
FR2981001B1 FR2981001B1 (en) 2013-11-29

Family

ID=45319312

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
FR1159044A Active FR2981001B1 (en) 2011-10-06 2011-10-06 PROCESS FOR MANUFACTURING COMPOSITE MATERIAL OF THREE DIMENSIONAL AND / OR MASSIVE PIECES

Country Status (1)

Country Link
FR (1) FR2981001B1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3032144A1 (en) * 2015-02-04 2016-08-05 Setforge Soc Now PROCESS FOR MANUFACTURING PARTS OF COMPOSITE MATERIAL
EP3578347A1 (en) 2018-06-04 2019-12-11 Setforge Société Nouvelle Method for manufacturing a part made of composite material

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10583617B2 (en) 2016-11-28 2020-03-10 General Electric Company Automatic systems and methods for stacking composite plies

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3715252A (en) * 1970-08-27 1973-02-06 Ciba Geigy Ag Method and apparatus for forming filament-wound articles
US20110186212A1 (en) * 2010-02-01 2011-08-04 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Method for molding continuous fiber prepreg part

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3715252A (en) * 1970-08-27 1973-02-06 Ciba Geigy Ag Method and apparatus for forming filament-wound articles
US20110186212A1 (en) * 2010-02-01 2011-08-04 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Method for molding continuous fiber prepreg part

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3032144A1 (en) * 2015-02-04 2016-08-05 Setforge Soc Now PROCESS FOR MANUFACTURING PARTS OF COMPOSITE MATERIAL
EP3053734A1 (en) 2015-02-04 2016-08-10 Setforge Société Nouvelle Method for manufacturing parts in composite material
EP3578347A1 (en) 2018-06-04 2019-12-11 Setforge Société Nouvelle Method for manufacturing a part made of composite material

Also Published As

Publication number Publication date
FR2981001B1 (en) 2013-11-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2640566B1 (en) Process for manufacturing a spring made of a composite material, such as a suspension spring in particular for a motor vehicle
CA2834410C (en) Hot extrusion process for producing a metal part, extrusion tool for implementing it and landing gear rod thus produced
EP1382436B1 (en) Method for moulding a composite article and moulding apparatus for carrying out said method
EP3658360A1 (en) Method and device for the manufacture of a composite component of complex shape
FR2981001A1 (en) Method for manufacturing three-dimensional composite material e.g. aeronautical structural part, involves stamping preform to provide desired form, and cooling stamped preform by maintaining stamped preform under pressure along with blank
JP6162217B2 (en) Laser support tool production and repair method
FR3046563A1 (en) TOOTH-HOLDING AND TRANSPORT TOOLS FOR A FIBROUS PREFORM AND METHOD FOR MANUFACTURING A COMPOSITE MATERIAL PART
EP3053734B1 (en) Method for manufacturing parts in composite material
EP1332828B1 (en) Method for manufacturing workpieces by diffusion bonding and superplastic forming, and mold for implementing the method
FR2889466A1 (en) MANUFACTURE OF A METALLIC PIECE BY HOT STAMPING AND PIECE OBTAINED
EP2245206B1 (en) Process for manufacturing a metal part reinforced with ceramic fibres
FR2970266A1 (en) METHOD FOR MANUFACTURING A MONOBLOC ANNULAR METAL PIECE WITH A REINFORCING INSERT IN COMPOSITE MATERIAL, AND PART OBTAINED
EP2879859B1 (en) Method for producing a mould intended for moulding a composite part
EP3080349B1 (en) Cutting table for cutting a fibrous preform obtained by three-dimensional weaving and cutting method using such a table
EP3808546A1 (en) Method for manufacturing a part in a press with lockable-height tool
WO2011070291A1 (en) Method for manufacturing bead wire for producing a tire
EP2505327B1 (en) Method for manufacturing a moulding tool intended for moulding a part made of a composite material
EP2741907B1 (en) Method for manufacturing a structural part made of a composite material and including a radially oriented double yoke
FR3071178A1 (en) PROCESS FOR MANUFACTURING A TURBOMACHINE PART BY ADDITIVE MANUFACTURING AND FLASH SINTING
EP2682257A1 (en) Method and device for making parts in composite material by RTM
FR2902365A1 (en) Producing a complex part by injection molding of complementary portions of the part comprises welding the portions together in an assembly device operated in synchrony with the opening and closing of the mold
FR3035807A1 (en) SQUEEGEE MASK TO FIT BETWEEN THE STRATA OF A LOST MODEL
KR101786751B1 (en) Manufacturing method of security composite
FR3053622A1 (en) PROCESS FOR MANUFACTURING A PIECE OF COMPOSITE MATERIAL, AND LINK MANUFACTURED ACCORDING TO SAID METHOD
EP3578347A1 (en) Method for manufacturing a part made of composite material

Legal Events

Date Code Title Description
PLFP Fee payment

Year of fee payment: 5

PLFP Fee payment

Year of fee payment: 6

TQ Partial transmission of property

Owner name: ARTS, FR

Effective date: 20170126

Owner name: INSTITUT DE SOUDURE ASSOCIATION, FR

Effective date: 20170126

TP Transmission of property

Owner name: AMVALOR, FR

Effective date: 20170614

PLFP Fee payment

Year of fee payment: 7

TQ Partial transmission of property

Owner name: INSTITUT DE SOUDURE ASSOCIATION, FR

Effective date: 20170926

Owner name: AMVALOR, FR

Effective date: 20170926

PLFP Fee payment

Year of fee payment: 8

PLFP Fee payment

Year of fee payment: 9

PLFP Fee payment

Year of fee payment: 10

PLFP Fee payment

Year of fee payment: 11

PLFP Fee payment

Year of fee payment: 12

PLFP Fee payment

Year of fee payment: 13