FR3007688B1 - Procede de fabrication d'un composant de palier en materiau composite - Google Patents

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Abstract

La présente invention concerne un procédé de fabrication d'un composant de palier en matériau composite, comprenant la conception (S20) d'un modèle d'une combinaison de tissus comprenant un film de PTFE, un tissu de quartz et un tissu de verre, qui sont empilés, en tenant compte d'une forme finale d'un palier, et l'empilage de la combinaison de tissus sur une surface de fusion qui est une surface d'acier d'une structure de palier; et simultanément la conduite d'un moulage et d'une fusion dans des conditions de température de traitement thermique de 300 à 400 °C et de pression de 29,4 à 98,1 bar, de manière à fabriquer le palier en matériau composite. Ce palier fonctionne comme un palier haute performance autolubrifiant, de manière à satisfaire des exigences de haute performance de la surface de friction d'entraînement d'une tuyère à rotule.

Description

PROCÉDÉ DE FABRICATION D’UN COMPOSANT DE PALIER EN MATÉRIAU COMPOSITE
La présente invention concerne un palier haute performance autolubrifiant, et plus particulièrement, un procédé de fabrication d’un composant de palier haute performance à partir d’un matériau composite comprenant une résine PTFE (polytétrafluoroéthylène) et des tissus de quartz/verre. Généralement, une tuyère de commande de vecteur de poussée comprend une tuyère à rotule, et la tuyère à rotule comprend un palier autolubrifiant capable de diminuer une force de friction d’entraînement en utilisant une couche mince de résine PTFE.
Typiquement, une couche de surface constituée exclusivement d’une résine PTFE crée une concentration de contrainte sur la surface due à des charges soudaines, et peut amener le coefficient de friction à augmenter en raison de dommages de la surface de friction.
De telles concentration de contrainte et augmentation du coefficient de friction peuvent être atténuées par mélange de la résine PTFE avec un tissu, et le mélange obtenu ainsi est appelé matériau composite.
Cependant, étant donné que la tuyère à rotule de la tuyère de commande de vecteur de poussée comprend une partie mobile ayant une forme de bille sphérique et une partie de fixation soutenue de façon sphérique, la pression de décharge de gaz de combustion agit comme une contrainte sur une région de réceptacle, et une telle contrainte génère une force d’entraînement. Par conséquent, le matériau composite du palier autolubrifiant devrait être constitué d’un tissu ayant des performances structurales supérieures et une résine PTFE ayant des performances de friction élevées.
En particulier, lorsque le matériau de tissu comprend un matériau carboné, un matériau à base de verre ou un matériau inorganique, le matériau composite pour produire une surface de friction ayant une résistance suffisante et une rigidité élevée.
Par exemple, un palier autolubrifiant utilisant le matériau composite comprenant un matériau de tissu tel qu’un matériau carboné, un matériau à base de verre ou un matériau inorganique et une résine PTFE résine ayant des performances de friction élevées peut fonctionner dans des conditions de charge élevée. En particulier dans le cas où le palier est soumis à des charges opérationnelles soudaines lorsque le centre de rotation de celui-ci s’écarte d’une position originale, le palier peut supporter les charges sans rupture des matériaux due aux charges de contact et peut satisfaire à des conditions opérationnelles tout en résistant à un dysfonctionnement causé par l’écart du centre de rotation.
Par conséquent, le palier haute performance autolubrifiant utilisant le matériau composite ayant de telles performances devient adapté pour utilisation dans une tuyère à rotule qui génère une force d’entraînement due à la pression de décharge du gaz de combustion, par exemple dans une tuyère de commande de vecteur de poussée.
En conséquence, la présente invention a été réalisée en tenant compte des problèmes ci-dessus rencontrés dans l’art connexe, et un objet de la présente invention est de décrire un procédé de fabrication d’un composant de palier en matériau composite pour utilisation dans un palier haute performance autolubrifiant, qui comprend la fusion d’un matériau composite obtenu par moulage intégral d’une résine PTFE avec des tissus en quartz/verre avec une structure de palier.
Afin de réaliser l’objet ci-dessus, la présente invention concerne un procédé de fabrication d’un palier en matériau composite, comprenant : - la combinaison d’un film à base de Teflon, un tissu à base de quartz et un tissu à base de verre suivant un nombre et une séquence d’empilage appropriés, de manière à former une combinaison de tissus ; - la découpe de la combinaison de tissus ; - le traitement d’une surface de fusion d’une structure de palier sur laquelle la combinaison de tissus est empilée ; - l’empilage de la combinaison de tissus sur la surface de fusion de la structure de palier, de manière à former un ensemble de palier en matériau composite ; - le couplage de l’ensemble de palier en matériau composite avec un gabarit ; - l’installation de l’ensemble de palier en matériau composite avec le gabarit dans une chambre ; - l’isolation de la chambre ; et - le frittage de l’ensemble de palier en matériau composite installé dans la chambre par chauffage et pressage.
Suivant d’autres aspects avantageux de l’invention, le procédé comprend une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément ou suivant toutes les combinaisons techniquement possibles : - la combinaison de tissus comprend le film à base de Teflon, le tissu à base de quartz et le tissu à base de verre, ou comprend en outre un film à base de verre/Teflon ; - le tissu à base de quartz et le tissu à base de verre sont imprégnés avec le film à base de Teflon, et frittés ; - la combinaison de tissus est découpée en forme d’éventail ; et - la surface de fusion de la structure de palier peut être soumise à sablage, dégraissage, oxydation et traitement avec un sel ; - le gabarit a une surface sphérique correspondant à l’ensemble de palier en matériau composite et est fixé à l’ensemble de palier en matériau composite par pressage ; - l’ensemble de palier en matériau composite positionné dans la chambre est isolé de telle manière qu’une surface externe de celui-ci soit couverte avec un tissu organique ou inorganique ; et - la température de frittage par chauffage de la chambre peut être de 300 à 400 °C, et la pression de frittage par pressage de la chambre peut être de 29,4 à 98,1 bar.
Les objets, caractéristiques et avantages ci-dessus et autres de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description détaillée faite ci-après en référence aux dessins annexés, dans lesquels : - la figure 1A, la figure 1B et la figure 1C illustrent un organisation d’un procédé de fabrication d’un composant de palier en matériau composite selon la présente invention ; - la figure 2 illustre un ensemble de palier en matériau composite formé par combinaison du matériau composite selon la présente invention et d’une structure de palier ; - la figure 3 illustre l’ensemble de palier en matériau composite selon la présente invention, qui est installé sur une presse de manière à être moulé ; - la figure 4 illustre un palier en matériau composite (un palier haute performance autolubrifiant) réalisé selon la présente invention ; - la figure 5 : propriétés de surface de fusion d'un exemple ; et - la figure 6 : propriétés de surface de fusion d’un exemple comparatif.
Ci-après, une description détaillée est faite de modes de réalisation de la présente invention, en référence aux dessins annexés, et ces modes de réalisation peuvent être modifiés de différentes façons par l’homme du métier, et ne doivent pas être considérés comme limitant la présente invention.
La figure 1A, la figure 1B et la figure 1C illustrent un organigramme d’un procédé de fabrication d’un composant de palier en matériau composite selon la présente invention.
Un matériau composite préparé dans S10 comprend un film à base de PTFE (Teflon) S11, un tissu à base de quartz S12 et un tissu à base de verre S13. Un palier en matériau composite est fabriqué en utilisant ces matériaux, de manière à assurer une pression de palier de 3921,6 bar ou plus et un coefficient de friction de 0,02 ou moins. S20 est une étape de conception d’un modèle du matériau composite. Un tel modèle est conçu en tenant compte de la forme finale d’un palier en matériau composite formé avec une structure de palier.
Par exemple, le modèle du matériau composite est conçu en forme d’éventail. S30 est une étape de combinaison du matériau composite. Cette étape est conduite par empilage séquentiel du film à base de PTFE (Teflon), du tissu à base de quartz et du tissu à base de verre, qui constituent le matériau composite.
Par exemple, une structure stratifiée est formée de telle manière que le tissu à base de quartz soit empilé sur le film à base de PTFE (Teflon), et le tissu à base de verre est ensuite empilé sur le tissu à base de quartz. Le film à base de PTFE (Teflon) a une épaisseur de 0,1 à 0,2 mm, le tissu à base de verre a une épaisseur de 0,1 à 0,2 mm, et le tissu à base de quartz a une épaisseur de 0,3 à 0,4 mm. En particulier, les nombres de films à base de PTFE (Teflon), les tissus à base de verre et les tissus à base de quartz sont déterminés en tenant compte de la pression de palier et de l’épaisseur de couche. S40 est une étape de découpe du matériau composite. Par une telle découpe, une combinaison de tissus en forme d’éventail comprenant le film à base de PTFE (Teflon), le tissu à base de quartz et le tissu à base de verre, qui sont séquentiellement empilés, est préparée.
La combinaison de tissus peut comprendre le film à base de Teflon, le tissu à base de quartz, le tissu à base de verre et un film à base de verre/Teflon, ou peut comprendre le film à base de verre/Teflon. S50 est une étape de conduite d’un traitement de surface de la structure de palier. Un tel traitement de surface comprend un sablage S51, un dégraissage S52, une oxydation et un traitement avec un sel S53.
Après sablage, le lissage de la surface de la structure de palier en contact avec la combinaison de tissus est amélioré, et après dégraissage, la graisse de la surface de la structure de palier en contact avec la combinaison de tissus est éliminée. Après oxydation et traitement avec un sel, le degré de fusion de la surface de la structure de palier en contact avec la combinaison de tissus peut augmenter.
La structure de palier est constituée d’un matériau d’acier, mais différents matériaux peuvent être utilisés, comme requis. S60 est une étape de formation d’un ensemble de palier en matériau composite. L’ensemble de palier en matériau composite est formé par empilage de la combinaison de tissus sur la surface de fusion de la structure de palier comme dans S61.
La figure 2 illustre la combinaison de tissus 1 et la structure de palier 10.
Comme illustré sur le dessin, la combinaison de tissus 1 est positionnée sur la surface de fusion 10a de la structure de palier 10 qui constitue le palier en matériau composite, et la forme d’éventail de la combinaison de tissus 1 est obtenue par division de la région entière par des intervalles prédéterminés a. De plus, la structure stratifiée de la combinaison de tissus 1 comprend un film à base de PTFE (Teflon) 3, un tissu à base de quartz 5 et un tissu à base de verre 7, qui sont disposés séquentiellement. Typiquement, le film à base de PTFE (Teflon) 3 forme une surface de friction qui entre en contact direct avec une cible avec laquelle le palier en matériau composite est assemblé.
De plus, la structure de palier 10 est directement couplée avec la cible avec laquelle le palier en matériau composite est assemblé et est directement fusionnée avec la combinaison de tissus 1. S70 est une étape de moulage du palier en matériau composite, qui comprend le couplage du gabarit S71, l’installation de la presse S72, le traitement d’isolation S73, et le frittage S74. Étant donné que l’ensemble de palier en matériau composite est déplacé et transporté conjointement avec le gabarit dans S71, le processus d’installation de presse consécutif peut être effectué plus aisément. En tant que tel, le gabarit a une surface sphérique correspondant à l’ensemble de palier en matériau composite et est fixé par pressage.
Après pressage dans S72, l’ensemble de palier en matériau composite est installé conjointement avec le gabarit dans une chambre de pression, de manière à se mettre en préparation pour le moulage. L’isolation dans S73 ferme l’espace de la chambre de pression dans lequel l’ensemble de palier en matériau composite est placé, de manière à augmenter plus avant la contrôlabilité des conditions de chauffage et de pressage. En particulier, la température de traitement thermique peut être précisément régulée.
Le frittage dans S74 augmente la température et la pression internes de la chambre de pression, de sorte que la combinaison de tissus soit fusionnée avec la surface de fusion de la structure de palier, de manière à former un ensemble de palier en matériau composite comprenant la structure de palier et la combinaison de tissus qui sont intégrés l’un avec l’autre. En tant que telle, la température de traitement thermique est de 300 à 400 °C, la pression est de 29,4 à 98,1 bar, et le temps de frittage est de 3 h.
De plus, la surface externe de la structure de palier ou l’ensemble de palier en matériau composite peut être soumise à un traitement d’isolation en utilisant un tissu carboné ou inorganique, et la température de traitement thermique peut être régulée plus précisément grâce à un tel traitement d’isolation.
La figure 3 illustre une presse 30 pour mouler le palier en matériau composite.
Comme illustré sur le dessins, un gabarit 20 pour fixer l’ensemble de palier en matériau composite est couplé avec le dispositif de serrage 32 de la presse 30 et est ainsi positionné dans la chambre de pression 31 de la presse 30.
La presse 30 comprend en outre une unité de moulage pour intégrer la structure de palier avec la combinaison de tissus, et l’unité de moulage comprend des chauffages 33-1, 33-2 pour augmenter la température interne de la chambre de pression 31, un composant d’isolation pour sceller l’espace interne de la chambre de pression 31 afin d’éviter la perte de température, et un pressuriseur 40 pour augmenter la pression interne de la chambre de pression 31.
Les chauffages 33-1, 33-2 comprennent un chauffage supérieur 33-1 disposé sur la chambre de pression 31, et un chauffage inférieur 33-2 disposé sous la chambre de pression 31, de sorte que l’espace interne de la chambre de pression 31 puisse être uniformément chauffé au moyen du chauffage supérieur 33-1 et du chauffage inférieur 33-2.
Le composant d’isolation comprend un composant d’isolation de chauffage supérieur 35-1 et un composant d’isolation de chauffage inférieur 35-2 placés sur le chauffage supérieur 33-1 et le chauffage inférieur 33-2, respectivement, et un composant d’isolation de chambre gauche 36-1 et un composant d’isolation de chambre droit 36-2 qui scellent le côté gauche et le côté droit, respectivement, de la chambre de pression 31.
De plus, la presse 30 comprend en outre une unité de détection pour contrôler précisément le processus de moulage pour intégrer la structure de palier avec la combinaison de tissus, et l’unité de détection comprend un capteur de hauteur 50 pour mesurer et ajuster la hauteur de la chambre de pression 31 de manière à l’ajuster suivant la taille de la structure de palier 10 couplée avec le gabarit 20, et un capteur de température 60 pour détecter la température interne de la chambre de pression 31 nécessaire pour contrôler le processus de frittage pour intégrer la structure de palier avec la combinaison de tissus.
Typiquement, la commande du processus de frittage pour intégrer la structure de palier avec la combinaison de tissus dans la presse 30 est effectuée au moyen d’un dispositif de commande 100. À cette fin, un circuit électrique et un circuit d’entrée/sortie de données sont disposés conjointement avec le dispositif de commande 100. S80 représente l’obtention finale du palier en matériau composite après frittage à haute température et haute pression à S74, et S90 représente un banc d’essai pour le palier en matériau composite final.
La figure 4 illustre le palier en matériau composite final 10-1. Le palier en matériau composite 10-1 comprend une structure de palier 10, une combinaison de tissus 1 intégrée à la surface de fusion 10a de la structure de palier 10, et un corps externe 11 qui forme la surface externe de la structure de palier 10. Le palier en matériau composite ΙΟΙ représente un palier haute performance autolubrifiant.
Les performances supérieures du palier en matériau composite 10-1 fabriqué en utilisant le procédé ci-dessus sont illustrées à l’aide des exemple et exemple comparatif suivants.
Exemple
Comme dans le procédé de fabrication le palier en matériau composite illustré sur la figure 1, la surface de fusion 10a d’une structure de palier 10 qui est une structure en acier à laquelle un palier en matériau composite 10-1 est fusionné est soumise à un sablage, un dégraissage, et une oxydation et un traitement avec un sel. En tenant compte d’un palier en matériau composite final 10-1, un modèle en forme d’éventail est conçu et découpé, de manière à fabriquer une combinaison de tissus 1. Cette combinaison de tissus 1 est composée d’un film à base de PTFE (Teflon) ayant une épaisseur de 0,1 à 0,2 mm, un tissu à base de verre ayant une épaisseur de 0,1 à 0,2 mm et un tissu à base de quartz ayant une épaisseur de 0,3 à 0,4 mm.
Ensuite, la combinaison de tissus 1 est fixée à la surface de fusion 10a qui est la surface en acier de la structure de palier 10, assemblée avec un gabarit 20, installée dans une presse 30, et moulée de façon intégrée dans des conditions de pression de 29,4 à 98,1 bar, une température de 300 à 400 °C et 3 h, de manière à fabriquer le palier en matériau composite 10-1.
Exemple comparatif
La surface de fusion 10a d’une structure de palier 10 qui est une structure en acier à laquelle un palier en matériau composite 10-1 est fusionné est soumise à sablage, dégraissage, et oxydation et traitement avec un sel. Ensuite, la surface d’une bande de verre-PTFE intégrée est traitée avec une solution d’attaque à base de Na. Ensuite, la séquence attaquée est traitée avec de l’acétone, séchée, et revêtue avec un adhésif époxy de manière à être collé à la surface de la structure, de manière à fabriquer un palier en matériau composite 10-1.
Exemple de test
Les propriétés des paliers en matériau composite de l’exemple et de l’exemple comparatif sont mesurées. Les résultats sont présentés dans le tableau 1 ci-dessous.
Comme il apparaît dans le tableau 1, le composant de palier en matériau composite de l’exemple selon la présente invention ne génère pas de fracture de la surface d’adhésion, même à un angle cumulé de 3000 degrés et maintient en permanence un coefficient de friction de 0,02 ou moins. Cependant, le palier en matériau composite comparatif génère une fracture de la surface de friction à un angle cumulé de 500 degrés et la surface d’adhésion est déjà séparée à 100 degrés.
Tableau 1
Par conséquent, l’exemple selon la présente invention est plus efficace pour fabriquer le palier en matériau composite capable de fonctionner pendant une longue durée à des charges soudaines élevées. Étant donné que le matériau de fusion de l’exemple selon la présente invention est basé sur PTFE, la fracture chimique due à la température et l’humidité est considérablement réduite par rapport à l’utilisation d’un adhésif organique typique (époxy, PEEK).
Le procédé de fabrication du composant de palier en matériau composite selon la présente invention comprend la conception du modèle de la combinaison de tissus 1 comprenant le film de PTFE 3, le tissu de quartz 5, et le tissu de verre 7 qui sont empilés, en tenant compte de la forme finale du palier, et l’empilage de la combinaison de tissus sur la surface de fusion 10a qui est la surface d’acier de la structure de palier 10 du palier en matériau composite 10-1 ; et simultanément le moulage et la fusion dans des conditions d’une température de traitement thermique de 300 à 400 °C et une pression de 29,4 à 98,1 bar, de manière à fabriquer le palier en matériau composite 10-1. Un tel palier en matériau composite 10-1 fonctionne en tant que palier haute performance autolubrifiant, de manière à satisfaire à des exigences de haute performance de la surface de friction d’entraînement d’une tuyère à rotule qui est une tuyère de commande de vecteur de poussée et satisfaisant également à une charge élevée et un coefficient de friction faible requis pour des composants d’armement guidé.
Comme présentement décrit ci-dessus, la présente invention concerne un procédé de fabrication d’un composant de palier en matériau composite. Selon la présente invention, le matériau composite est fabriqué sous la forme d’un palier haute performance autolubrifiant par fusion après moulage intégral d’une résine PTFE et de tissus en quartz/verre, de manière à satisfaire à des exigences de haute performance de la surface de friction d’entraînement d’une tuyère à rotule qui est une tuyère de commande de vecteur de poussée.
De plus, selon la présente invention, le matériau composite comprend une résine PTFE et des tissus en quartz/verre, qui sont moulés de façon intégrée, de manière à assurer une pression de palier de 3921,6 bar ou plus et un coefficient de friction de 0,02 ou moins, ce qui le rend par conséquent facile à appliquer à des composants d’armement guidé nécessitant une charge élevée et un coefficient de friction faible.
Bien que les modes de réalisation préférés de la présente invention aient été décrits à titre d’illustration, il apparaîtra à l’homme du métier que différentes modifications, additions et substitutions sont possibles, sans secarter de I esprit et la portée de l’invention comme décrit dans les revendications annexées.

Claims (9)

  1. REVENDICATIONS
    1. Procédé de fabrication d’un palier en matériau composite (10-1), caractérisé en ce qu’il comprend les étapes suivantes : - la combinaison (S30) d’un film à base de Tefion (3), un tissu à base de quartz (5) et un tissu à base de verre (7) suivant un nombre et une séquence d’empiiage appropriés, de manière à former une combinaison de tissus (1 ) ; - la découpe (S40) de la combinaison de tissus (1) ; - le traitement (S50) d’une surface de fusion d’une structure de palier (10) sur laquelle la combinaison de tissus (1) est empilée ; - l’empilage (S60) de la combinaison de tissus (1) sur la surface de fusion de la structure de palier (10), de manière à former un ensemble de palier en matériau composite ; - le couplage (S71) de l’ensemble de palier en matériau composite avec un gabarit (20); - l’installation (S72) de l’ensemble de palier en matériau composite avec le gabarit (20) dans une chambre (31) ; - l’isolation (S73) de la chambre (31) ; et - le frittage (S74) de l’ensemble de palier en matériau composite installé dans la chambre (31) par chauffage et pressage ; la combinaison de tissus étant découpée dans une forme d’éventail.
  2. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la combinaison de tissus (1) comprend le film à base de Tefion (3), le tissu à base de quartz (5), le tissu à base de verre (7) et un film à base de verre/Teflon (3).
  3. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la combinaison de tissus (1) comprend un film à base de verre/Teflon (3).
  4. 4. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le tissu à base de quartz (5) et le tissu à base de verre (7) sont imprégnés avec le film à base de Tefion (3), et frittés.
  5. 5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la surface de fusion de la structure de palier (10) est soumise à un sablage, un dégraissage, une oxydation et un traitement avec un sel.
  6. 6. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le gabarit (20) a une surface sphérique correspondant à l’ensemble de palier en matériau composite et est fixé à l’ensemble de palier en matériau composite par pressage.
  7. 7. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l’ensemble de palier en matériau composite positionné dans la chambre (3)1 est isolé de telle manière qu’une surface externe de celui-ci soit recouverte avec un tissu organique ou inorganique.
  8. 8. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la température de frittage par chauffage de la chambre (31 ) est de 300 à 400 °C.
  9. 9. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la pression de frittage par pressage de la chambre (31) est de 29,4 à 98,1 bar.
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