FR3009997A1 - Procede de fabrication d'un raidisseur en materiau composite - Google Patents
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Abstract
L'objet de l'invention est un procédé de réalisation d'un raidisseur en matériau composite qui se caractérisé en ce qu'il consiste à : Réaliser une préforme (34) plane en empilant des nappes de fibres préimprégnées , Chauffer ladite préforme (34), Déformer ladite préforme sur un moule (38) surmonté d'un poinçon (40) dont les formes sont adaptées à celles de la partie centrale du raidisseur à obtenir, les ailes du raidisseur étant en contact avec le moule (38) de part et d'autre du poinçon (40) après déformation, Soumettre la préforme déformée à un cycle de cuisson, Préalablement à la déformation de la préforme (34), appliquer un revêtement (42) favorisant le glissement entre la préforme (34) et le moule (38) lors de la déformation.
Description
PROCEDE DE FABRICATION D'UN RAIDISSEUR EN MATERIAU COMPOSITE La présente invention se rapporte à un procédé de fabrication d'un raidisseur en matériau composite avec une section en oméga. bans le domaine aéronautique, on a recours à des raidisseurs afin d'augmenter les caractéristiques mécaniques de certains éléments tels que par exemple les 5 panneaux formant le fuselage. Sur le plan géométrique, comme illustré sur la figure 1A, la section d'un raidisseur 10 comprend d'une part une partie centrale en U ou en V avec au moins deux pans inclinés 12, 12' reliés éventuellement par un pan central 14, et d'autre part, de chaque côté des ailes 16, 16' formant des surfaces d'appui. 10 De manière connue, un raidisseur en matériau composite comprend des fibres noyées dans une matrice de résine. En fonction des caractéristiques recherchées, les fibres doivent respecter certaines orientations. Selon un mode de réalisation connu, un raidisseur en matériau composite est obtenu par drapage de nappes ou de plis de fibres pré-imprégnées sur un moule 15 comprenant un poinçon dont les formes sont adaptées à la partie centrale du raidisseur. Selon un premier mode opératoire, le drapage des nappes de fibres souples est réalisé manuellement, nappe par nappe, afin de veiller à l'orientation correcte des fibres des différentes nappes et de limiter les risques de pontage entre les 20 nappes au niveau des zones de jonction entre les pans inclinés 12, 12' et les ailes 16, 16'.
En suivant, l'empilage des nappes de fibres est soumis à un cycle de cuisson. Même si ce mode opératoire permet de limiter les risques de non-conformité du raidisseur, il ne donne pas pleinement satisfaction car les opérations manuelles de drapage tendent à augmenter le temps et les coûts de production.
Dans le domaine du drapage, il existe des machines de dépose qui permettent d'automatiser le drapage afin de réduire les temps et les coûts de production. Cependant, ces machines sont adaptées pour la dépose de nappes à plat et ne conviennent pas pour la dépose de nappes sur un poinçon. Dans le domaine de la fabrication de pièce en matériau composite, on connait une technique de formage à chaud (Hot forming en anglais) qui consiste à réaliser une préforme plane de nappes de fibres à l'aide d'une machine de dépose, à chauffer la préforme plane à une température donnée inférieure à la température de polymérisation mais permettant aux nappes de fibres de glisser les unes par rapport aux autres, puis à déformer la préforme sur un moule de manière à obtenir la forme désirée. Cette technique ne peut pas être utilisée telle que pour réaliser des raidisseurs car elle conduit de manière systématique à l'apparition d'un défaut 18 (illustré sur la figure 1B), notamment au niveau des zones de jonction entre les pans inclinés 12, 12' et les ailes 16, 16'.
Aussi, la présente invention vise à remédier aux inconvénients de l'art antérieur. A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de réalisation d'un raidisseur en matériau composite qui se caractérise en ce qu'il consiste à : - Réaliser une préforme plane en empilant des nappes de fibres pré-imprégnées, - Chauffer ladite préforme, - Déformer ladite préforme sur un moule surmonté d'un poinçon dont les formes sont adaptées à celles de la partie centrale du raidisseur à obtenir, les ailes du raidisseur étant en contact avec le moule de part et d'autre du poinçon après déformation, - Soumettre la préforme déformée à un cycle de cuisson, - Préalablement à la déformation de la préforme, appliquer un revêtement 5 favorisant le glissement entre la préforme et le moule lors de la déformation. Cette solution permet d'obtenir un raidisseur sans défaut en augmentant les cadences de production et en réduisant les coûts de production. De préférence, le revêtement recouvre au moins une partie de chaque surface d'appui en s'étendant pour chacune d'elles depuis le bord latéral vers la partie 10 médiane de la préforme plane. Avantageusement, le revêtement s'étend sur toute la largeur de chaque aile. Selon une autre caractéristique, le revêtement comprend, pour chaque aile, au moins une bande d'arrachage. Selon un mode de réalisation, le revêtement comprend, pour chaque aile, deux bandes d'arrachage superposées l'une sur 15 l'autre, un première bande d'arrachage sous la forme d'un tissu pré-imprégné en contact avec la préforme et une seconde bande d'arrachage sous la forme d'un tissu sec superposé à la première bande d'arrachage. D'autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description qui va suivre de l'invention, description donnée à titre d'exemple uniquement, en regard 20 des dessins annexés sur lesquels - La figure lA est une coupe d'un raidisseur, - La figure 1B est une coupe au microscope d'un raidisseur obtenu selon un procédé de l'art antérieur qui présente un défaut, - La figure 2A est une préforme plane permettant d'obtenir un raidisseur 25 qui illustre l'invention, - La figure 2B est une vue illustrant en détail une partie de la préforme plane illustrée sur la figure 2A, - Les figures 3 à 6 sont des coupes illustrant de manière schématique les différentes étapes de la mise en forme de la préforme plane illustrée sur la figure 2A, - La figure 7 est une coupe d'un raidisseur obtenu selon l'invention lors d'un cycle de cuisson, - La figure 8 est une coupe au microscope d'un raidisseur obtenu selon l'invention qui ne présente pas de défaut. Sur la figure 7, on a représenté un raidisseur 20 comprenant une partie centrale non plate avec de part et d'autre des ailes 22, 22' susceptibles d'être plaquées 10 contre un élément à renforcer, ladite partie centrale étant écartée dudit élément à renforcer. Selon les variantes, la partie centrale peut avoir une section en U ou en V. Selon un mode de réalisation illustré sur la figure 7, la partie centrale comprend deux pans inclinés 24, 24' reliés éventuellement par un pan 26 sensiblement parallèle 15 aux ailes 22, 22'. La partie centrale du raidisseur 20 comprend une surface inférieure 28 convexe et une surface supérieure 30 concave, les surfaces inférieure 28 et supérieure 30 étant espacées d'une distance correspondant à l'épaisseur du raidisseur. 20 Chaque aile 22, 22' comprend une surface d'appui 32, 32' qui vient dans la continuité de la surface inférieure 28 de la partie centrale. Les surfaces d'appui 32, 32' du raidisseur sont susceptibles d'être plaquées contre un élément à renforcer. Pour la suite de la description, la direction longitudinale correspond à la plus 25 grande dimension du raidisseur. Un plan transversal correspond à un plan perpendiculaire à la direction longitudinale. Il correspond au plan de coupe des figures 2A, 2B, 3 à 8.
La longueur du raidisseur correspond à la dimension du raidisseur selon la direction longitudinale. Une largeur correspond à une dimension d'une partie du raidisseur prise dans un plan transversal. La largeur déployée du raidisseur correspond à la somme des largeurs des ailes 22, 22' et des pans 24, 24', 26 formant la partie centrale du raidisseur. Comme illustré sur la figure 2A, une première étape du procédé de fabrication du raidisseur consiste à réaliser une préforme plane 34 comprenant un empilage de nappes de fibres pré-imprégnées.
La préforme 34 plane a des dimensions sensiblement identiques à celles du raidisseur déployé. Ainsi, la préforme 34 plane a une longueur sensiblement égale à la longueur du raidisseur, une largeur sensiblement égale à la largeur déployée du raidisseur et une épaisseur sensiblement égale à l'épaisseur du raidisseur cru (sans défoisonnement).
Avantageusement, la préforme 34 plane est obtenue en utilisant une machine de drapage automatique afin de réduire le temps et les coûts de production. Les nappes de fibres sont déposées en fonction de l'orientation souhaitée des fibres dans le raidisseur. La machine de dépose et la technique de dépose ne sont pas plus décrites car 20 elles sont connues de l'homme du métier. La préforme 34 plane comprend deux bords latéraux 36, 36' correspondant aux extrémités des ailes 22, 22'. Le procédé de réalisation du raidisseur consiste à chauffer la préforme 34 plane puis à la déformer sur un moule 38 comprenant une surface plane surmontée d'un 25 poinçon mâle 40 dont les formes correspondent à la surface inférieure 28 de la partie centrale du raidisseur. Après déformation, la préforme 34 est soumise à un cycle de cuisson. Ce cycle de cuisson peut permettre d'obtenir une polymérisation totale ou partielle du raidisseur. Il n'est pas plus décrit car il est connu de l'homme du métier. Selon une caractéristique de l'invention, le procédé consiste, préalablement à la déformation de la préforme 34 plane, à appliquer sur au moins une partie des surfaces d'appui 32, 32' un revêtement 42 favorisant le glissement entre la préforme 34 et le moule 38 lors de la déformation, comme illustré sur les figures 2A et 2B. Le revêtement 42 recouvre au moins une partie de chaque surface d'appui 32, 32' en s'étendant pour chacune d'elles depuis le bord latéral 36, 36' vers la partie médiane de la préforme 34 plane. Avantageusement, le revêtement 42 s'étend sur toute la superficie de chaque surface d'appui 32, 32', soit sur toute la largeur de chaque aile 22, 22'. Pour chaque aile 22, 22', le revêtement 42 comprend au moins une bande d'arrachage collée contre chaque surface d'appui 32, 32'.
Selon un mode de réalisation illustré en détails sur la figure 2B, le revêtement 42 comprend deux bandes d'arrachage 44, 44' superposées l'une sur l'autre, un première bande d'arrachage 44 sous la forme d'un tissu pré-imprégné en contact avec la préforme 34 plane et une seconde bande d'arrachage 44' sous la forme d'un tissu sec superposé à la première bande d'arrachage 44.
La première bande d'arrachage 44 favorise l'accroche du revêtement 42 sur la préforme 34 plane alors que la seconde bande d'arrachage 44' favorise le glissement de la préforme 34 contre le moule 38. La résine utilisée pour pré-imprégner le tissu de la première bande d'arrachage 44 doit être compatible avec le collage des surfaces d'appui 32, 32' 25 sur un élément à renforcer. Selon un mode de réalisation, le tissu de la première bande d'arrachage 44 est pré-imprégné d'une résine époxy. Les bandes d'arrachage 44, 44' sont pelables après cuisson.
Les bandes d'arrachage 44, 44' sont mises en place manuellement. Un élément chauffant tel qu'un fer à repasser peut être utilisé pour fixer la seconde bande d'arrachage 44' sur la première bande d'arrachage 44. Après la déformation de la préforme 34, le revêtement 42 est retiré. De 5 préférence, le revêtement 42 est retiré après le cycle de cuisson. Selon un mode opératoire, les bandes d'arrachage 44, 44' sont enlevées par pelage après le cycle de cuisson. Selon un mode de réalisation, comme illustré sur la figure 3, la préforme 34 plane est chauffée, par rayonnement infrarouge en utilisant des lampes 46, à une 10 température de l'ordre de 80°C. Selon un mode de réalisation illustré sur les figures 3 à 6, pour réaliser la déformation de la préforme 34, on utilise un outillage 48 qui comprend un moule 38 surmonté d'un poinçon mâle 40 et d'un rebord périphérique 50 ainsi qu'un cadre 52 qui coopère avec le rebord périphérique 50 et qui supporte une 15 vessie 54 élastique. L'outillage 48 comprend également des moyens d'étanchéité entre le rebord périphérique 50 et le cadre 52 de manière à obtenir une enceinte 56 étanche délimitée par le moule 38, le rebord périphérique 50, le cadre 52 et la vessie 54. Il comprend également des moyens pour appliquer le vide dans l'enceinte 56. 20 Avantageusement, le poinçon mâle 40 est solidarisé au moule 38 de manière démontable. Ainsi, après déformation, l'ensemble préforme déformée et poinçon mâle 40 peut être placé en autoclave afin de subir le cycle de cuisson. Quelle que soit la variante, le dispositif pour mettre en forme la préforme 34 plane comprend des moyens pour chauffer la préforme, un moule avec un poinçon 25 dont les formes sont conformes à celles d'une surface du raidisseur à obtenir, une vessie qui délimite avec le moule une enceinte dans laquelle est placée la préforme 34 plane et des moyens pour appliquer le vide dans l'enceinte.
La phase de déformation de la préforme plane 34 est décrite au regard des figures 3 à 6. Comme illustré sur la figure 3, la préforme 34 plane est dans un premier temps chauffée. Lors de cette phase de chauffage, la préforme 34 plane peut être 5 déjà positionnée sur le poinçon mâle 40. Lorsque la préforme 34 plane est à la température requise de l'ordre de 80°C, le cadre 52 est appliqué contre le rebord périphérique 50 de manière à enfermer la préforme 34 plane dans l'enceinte 56. En suivant, comme illustré sur les figures 5 et 6, le vide est appliqué dans 10 l'enceinte 56 de manière à ce que la vessie 54 plaque la préforme 34 contre le poinçon mâle 40 et le moule 38. Lors de cette phase de mise sous vide, la vessie 54 déforme la préforme 34 de manière à former deux pans 58 et 58' de part et d'autre du pan central 26 en contact avec le sommet du poinçon mâle 40. Ces deux pans 58, 58' sont pliés 15 progressivement par la vessie 54 jusqu'à ce que les extrémités 36, 36' de la préforme 34 viennent en contact avec le moule 38, comme illustré sur la figure 5. En suivant, progressivement, les pans inclinés 24, 24' et les ailes 26, 26' sont plaquées contre respectivement le poinçon mâle 40 et le moule 38 comme illustré 20 sur la figure 6. Lors de cette phase de formation des pans inclinés 24, 24' et des ailes 26, 26' correspondant au passage de la figure 5 à la figure 6, les extrémités 36, 36' puis les surfaces d'appui 32, 32' doivent glisser sur le moule 38. Le revêtement 42 appliqué au niveau des faces d'appui 32, 32' favorise ce 25 glissement et empêche l'apparition de défaut. Ainsi, comme illustré sur la figure 8, les nappes de fibres restent parallèles entre elles, notamment dans la zone de jonction des ailes et des pans inclinés.
En l'absence de revêtement 42, l'adhérence entre le moule et la préforme chauffée avec des fibres pré-imprégnées serait trop importante au niveau des extrémités 36, 36'. De ce fait, la translation des extrémités 36, 36' lors de la déformation provoquerait une résistance surfacique qui empêcherait un glissement entre les nappes et engendrerait la formation de défauts 18, comme illustré sur la figure 18. Après la déformation, la préforme déformée avec son revêtement 42 subit un cycle de cuisson sur le poinçon mâle 40 en autoclave, comme illustré sur la figure 7, de manière à obtenir un raidisseur 20.
Après la cuisson, le revêtement 42 est enlevé par pelage. Le procédé de l'invention permet d'obtenir un raidisseur sans défaut en partant d'une préforme plane réalisée grâce à une machine de dépose automatique de nappes. Cette solution permet de réduire le temps et les coûts de production.
Claims (7)
- REVENDICATIONS1. Procédé de réalisation d'un raidisseur en matériau composite à partir d'un empilage de nappes de fibres pré-imprégnées, le raidisseur comprenant une partie centrale avec de part et d'autre des ailes (22, 22') avec chacune une surface d'appui (32, 32'), caractérisé en ce que le procédé consiste à - Réaliser une préforme (34) plane avec des bords latéraux (36, 36') en empilant des nappes de fibres pré-imprégnées, - Chauffer ladite préforme (34), - Déformer ladite préforme sur un moule (38) surmonté d'un poinçon (40) dont les formes sont adaptées à celles de la partie centrale du raidisseur à obtenir, les ailes (22, 22') étant en contact avec le moule (38) de part et d'autre du poinçon (40) après déformation, - Soumettre la préforme déformée à un cycle de cuisson, - Préalablement à la déformation de la préforme (34), appliquer un revêtement (42) favorisant le glissement entre la préforme (34) et le moule (38) lors de la déformation.
- 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le revêtement (42) recouvre au moins une partie de chaque surface d'appui (32, 32') en s'étendant pour chacune d'elles depuis le bord latéral (36, 36') vers la partie médiane de la préforme (34) plane.
- 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le revêtement (42) s'étend sur toute la largeur de chaque aile (22, 22').
- 4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le revêtement (42) comprend pour chaque aile (22, 22') au moins une bande d'arrachage.
- 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que le revêtement (42) comprend, pour chaque aile (22, 22'), deux bandesd'arrachage (44, 44') superposées l'une sur l'autre, un première bande d'arrachage (44) sous la forme d'un tissu pré-imprégné en contact avec la préforme (34) et une seconde bande d'arrachage (44') sous la forme d'un tissu sec superposé à la première bande d'arrachage (44).
- 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que le tissu de la première bande d'arrachage (44) est pré-imprégné d'une résine epoxy.
- 7. Procédé selon l'une des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que les bandes d'arrachage (44, 44') sont pelables après cuisson.
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