FR3027550A1 - Procede de fabrication d'une piece de transfert d'effort ayant une chape en materiau composite et piece obtenue par un tel procede - Google Patents

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Abstract

L'invention concerne un procédé de fabrication d'une pièce de transfert d'effort (100) comprenant au moins une chape (108) en matériau composite destinée à recevoir un axe pour réaliser une liaison pivot avec une autre pièce, comprenant la réalisation d'une préforme fibreuse d'un corps principal de la pièce et d'une préforme de bague de renfort en fibres longues discontinues, la réalisation aux dimensions de la préforme de bague de renfort d'au moins un alésage dans la préforme du corps principal, l'insertion de la préforme de bague de renfort dans l'alésage de la préforme du corps principal, et la polymérisation des préformes de corps principal et de bague de renfort. L'invention concerne également une pièce de transfert d'effort obtenue par un tel procédé.

Description

Arrière-plan de l'invention La présente invention se rapporte au domaine général de la réalisation de pièces de transfert d'effort qui comprennent à au moins l'une de leurs extrémités une chape en matériau composite destinée à recevoir un axe pour réaliser une liaison pivot avec une autre pièce et qui sont sollicitées en traction et en compression. Un exemple non limitatif d'application de l'invention est celui de la réalisation de contrefiches pour train d'atterrissage.
Une contrefiche d'un train d'atterrissage sert à reprendre les efforts latéraux exercés sur le train et à le maintenir déployé après contact avec le sol. Typiquement, une contrefiche se compose de deux bras qui sont articulés entre eux et à d'autres pièces du train d'atterrissage au niveau de leurs extrémités, par l'intermédiaire de liaisons pivots.
Ces pièces de transfert d'effort sont soumises en fonctionnement à des efforts mécaniques importants, principalement en compression et en traction, orientés selon l'axe longitudinal de la pièce (c'est-à-dire l'axe passant par les deux extrémités de la pièce). Lorsqu'elles sont réalisées en matériau composite, ces pièces de transfert d'effort sont plus précisément exposées à plusieurs modes de rupture parmi lesquels le matage. En effet, dans le cas de chargement élevés, l'axe de la liaison pivot a généralement tendance à fléchir, ce qui provoque des concentrations de contraintes au niveau des bords de l'alésage de la chape traversé par l'axe qui sont particulièrement néfastes pour le matériau composite. Ces concentrations de contraintes locales engendrent un cisaillement transverse dans le matériau composite qui initie un endommagement par délaminage de ce dernier pouvant conduire à sa rupture. La résistance au matage de ces pièces de transfert d'effort 30 devient donc un élément particulièrement dimensionnant lors de leur conception, ce qui limite les possibilités d'utilisation des matériaux composites pour réaliser ces pièces. Objet et résumé de l'invention 35 La présente invention a donc pour but principal de pallier de tels inconvénients en proposant une pièce de transfert d'effort ayant au moins une chape en matériau composite et dont la tenue au matage est améliorée. Conformément à l'invention, ce but est atteint grâce à un procédé de fabrication d'une pièce de transfert d'effort comprenant au moins une chape en matériau composite destinée à recevoir un axe pour réaliser une liaison pivot avec une autre pièce, comprenant les étapes suivantes : réalisation d'une préforme fibreuse d'un corps principal de la pièce et d'une préforme de bague de renfort en fibres longues discontinues, réalisation aux dimensions de la préforme de bague de renfort d'au moins un alésage dans la préforme du corps principal, insertion de la préforme de bague de renfort dans l'alésage de la préforme du corps principal, et polymérisation des préformes de corps principal et de bague de renfort. La réalisation d'une bague de renfort en fibres longues discontinues insérée au niveau de l'alésage de la pièce de transfert d'effort sera amenée à travailler dans une direction hors-plan (c'est à dire en dehors du plan chaîne-trame). La pièce de transfert d'effort bénéficie alors d'une souplesse locale lui permettant d'absorber une flexion de l'axe de la liaison pivot traversant la bague de renfort, ce qui améliore considérablement sa tenue au matage. Par ailleurs, le recours à des fibres longues discontinues pour la réalisation de la bague de renfort permet d'obtenir une interpénétration des copeaux (ou « chips ») de la bague de renfort avec les fibres de la chape en matériau composite. Cette interpénétration créé une zone de transition douce entre la chape et la bague de retenue de sorte à limiter la différence de rigidité au niveau de cette interface. Ainsi, tout risque de décollement de la bague de renfort de son alésage lorsque la pièce sera sollicitée en traction ou en compression peut être limité. La préforme de bague de renfort est de préférence réalisée à partir de fibres longues discontinues de carbone ou de verre pré- imprégnées par une résine thermodurcissable. Dans ce cas, la résine thermodurcissable peut être choisie parmi au moins les résines suivantes : les résines de type époxy, les résines de type cyanate-ester et les résines polybismaléimides (BMI).
La préforme de bague de renfort est avantageusement réalisée par enroulement d'un mat de fibres longues discontinues autour d'un 3 02 75 5 0 3 mandrin. Un tel enroulement permet ainsi d'optimiser les propriétés du matériau à la fois au niveau de l'alésage et au niveau de l'interface avec la préforme du corps principal. Alternativement, la préforme de bague de renfort peut être 5 réalisée par découpe à l'emporte-pièce d'une bague dans une préforme en fibres longues discontinues. Quant à la préforme de corps principal, elle peut être réalisée à partir d'une ébauche fibreuse obtenue par : tissage tridimensionnel, tissage multicouches de fils de fibres continues, empilement de strates de 10 fibres continues sèches ou pré-imprégnées, mise en forme de fibres longues discontinues pré-imprégnées. Avantageusement, l'étape de polymérisation des préformes de corps principal et de bague de renfort comprend un compactage desdites préformes dans un outillage d'injection, le compactage de la préforme de 15 bague de renfort étant obtenu en utilisant un mandrin expansible venant se loger à l'intérieur de la préforme de bague de renfort. Le recours à un mandrin (ou vessie) expansible permet d'améliorer l'interpénétration des copeaux de la bague de renfort avec les fibres de la chape en matériau composite en les réorientant. 20 La découpe de l'alésage dans la préforme du corps principal peut être réalisée par emporte-pièce, par ultrasons, par jet d'eau, au laser ou manuellement. L'invention a également pour objet une pièce de transfert d'effort comprenant au moins une chape en matériau composite destinée 25 à recevoir un axe pour réaliser une liaison pivot avec une autre pièce, comprenant un corps principal en matériau composite muni d'au moins un alésage, et une bague de renfort en matériau composite insérée dans l'alésage du corps principal, ladite bague de renfort comprenant un renfort en fibres longues discontinues densifié par une matrice. 30 Cette pièce mécanique peut constituer un levier d'une contrefiche pour train d'atterrissage. Brève description des dessins D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention 35 ressortiront de la description faite ci-dessous, en référence aux dessins annexés qui en illustrent un exemple de réalisation dépourvu de tout caractère limitatif. Sur les figures : - la figure 1 est une vue schématique en perspective d'un exemple de contrefiche de train d'atterrissage ; - la figure 2 est une vue en éclaté d'une préforme fibreuse pour la réalisation d'une pièce de transfert d'effort selon l'invention ; - la figure 3 est une vue en éclaté d'un outillage d'injection pour la réalisation d'une pièce de transfert d'effort selon l'invention ; - la figure 4 est une vue en perspective d'une pièce de transfert d'effort selon l'invention ; et - la figure 5 est une vue en coupe de la pièce de transfert d'effort de la figure 4. Description détaillée de l'invention L'invention s'applique à la réalisation de toute pièce de transfert d'effort comprenant à au moins l'une de ses extrémités longitudinales une chape en matériau composite destinée à recevoir un axe pour réaliser une liaison pivot avec une autre pièce. Un exemple d'application non limitatif est celui de la réalisation d'une contrefiche pour train d'atterrissage d'aéronef telle que celle représentée sur la figure 1. Typiquement, une telle contrefiche 2 qui sert à reprendre les efforts latéraux exercés sur le train et à le maintenir déployé comprend un levier supérieur 4a et un levier inférieur 4b qui se présentent chacun sous la forme d'une pièce mécanique allongée. Ces leviers 4a, 4b sont articulés entre eux et à d'autres pièces du train d'atterrissage au niveau de leurs extrémités respectives, par l'intermédiaire d'axes d'articulation symbolisés en traits mixtes sur la figure 1. La figure 2 représente un exemple de préforme fibreuse 10 destinée, après injection, à former une pièce de transfert d'effort 100 (voir la figure 4) selon l'invention pouvant servir par exemple de contrefiche de train d'atterrissage. La préforme 10 de pièce de transfert d'effort selon l'invention comprend une préforme de corps principal 12 ayant une forme allongée et muni à au moins l'une de ses extrémités longitudinales d'un alésage 14, et une préforme de bague de renfort 16 qui est destinée à être insérée dans l'alésage 14 de la préforme de corps principal 12 de sorte à former une chape destinée à recevoir un axe pour réaliser une liaison pivot avec une autre pièce. La préforme de corps principal 12 est réalisée à partir d'une ébauche fibreuse obtenue par tout procédé connu, tel que par tissage tridimensionnel, par tissage multicouches de fils de fibres continues, par empilement de strates de fibres continues sèches ou pré-imprégnées, par mise en forme de fibres longues discontinues pré-imprégnées, etc. Les fibres continues constitutives de cette ébauche fibreuse sont par exemple des fibres réfractaires, c'est-à-dire des fibres en céramique, par exemple en carbure de silicium (SiC), des fibres en carbone ou même encore des fibres en un oxyde réfractaire, par exemple en alumine (A1203). Une fois réalisée, l'ébauche fibreuse est mise en forme pour obtenir la préforme 12 représentée sur la figure 2. Un alésage 14 est alors réalisé dans la préforme de corps principal 12 aux dimensions de la préforme de bague de renfort 16, cette opération pouvant être réalisée par tout procédé connu de découpe d'une préforme fibreuse, tel que notamment par emporte-pièce, par ultrasons, par jet d'eau, au laser ou manuellement.
La préforme de bague de renfort 16 est obtenue par pré- compactage de fibres longues discontinues pré-imprégnées avec une résine thermodurcissable. Les fibres longues discontinues sont des copeaux (ou « chips ») de fibres qui présentent une longueur comprise entre 8 et 100 mm.
Les fibres peuvent être en un des matériaux suivants : verre, carbone, métal, céramique. Les fibres peuvent être formées par extrusion ou micro-pultrusion d'un filament découpé en tronçons de longueur équivalente ou aléatoire. Pour les fibres de carbone ou de céramique, on peut utiliser un précurseur polymère de carbone ou céramique (début de filière de fibre) qui est déposé sur un plateau suivant la longueur des fibres que l'on souhaite obtenir et traité thermiquennent de façon connue pour obtenir des fibres de carbone ou de céramique. Dans le cas de fibres métalliques ou de verre, celles-ci peuvent être découpées dans un bloc de matière. Pour les matières de fibres adaptées, celles-ci peuvent être encore formées par estampage ou compression de nappe unidirectionnelle ou par électroformage sur un poinçon en forme.
On pourra par exemple choisir des fibres longues discontinues de carbone ou de verre pré-imprégnées par une résine époxy fabriquées par la société Hexcel sous le nom HexMCC) ou par la société Quantum sous le nom LytexC).
Les fibres longues discontinues peuvent être pré-imprégnées avec la résine thermodurcissable de manière individuelle, c'est-à-dire lors de leur réalisation, ou collectivement en imprégnant une quantité déterminée de fibres sèches avec la résine thermodurcissable. Une fois pré-imprégnées, les fibres longues discontinues sont agglomérées sous forme d'un mat qui est de préférence enroulé autour d'un mandrin pour obtenir une forme correspondant à la forme finale de la bague de renfort à réaliser. Un tel enroulement permet ainsi d'optimiser les propriétés du matériau à la fois au niveau de l'alésage et au niveau de l'interface avec la préforme du corps principal.
Alternativement, la préforme de bague de renfort pourrait être obtenue par une découpe jet d'eau, manuelle ou à l'emporte-pièce dans une préforme épaisse réalisée à partir du mat de fibres longues discontinues pré-imprégnées. Les fibres pré-compactées en forme sont ensuite soumises à un traitement de pré-cuisson, c'est-à-dire à un traitement thermique de la résine thermodurcissable permettant de donner une cohérence à la préforme obtenue en faisant fluer naturellement la résine par capillarité. Cette pré-cuisson est obtenue en chauffant la résine à une température permettant d'initier la polymérisation de la résine et sur une durée permettant de maintenir les fibres longues discontinues dans leur état compactée. La préforme de bague de renfort 16 est alors insérée dans l'alésage 14 réalisé dans la préforme de corps principal 12 et les deux préformes sont polymérisées. A cet effet, comme représenté sur la figure 3, la préforme de corps principal 12 et la préforme de bague de renfort 16 sont placées dans un outillage d'injection 18 composé notamment d'un moule 20 de forme complémentaire à celui de la pièce à fabriquer, et d'un contre-moule en deux parties 22a, 22b dont l'une est munie d'une fenêtre 24 pour le passage d'un mandrin expansible 26 (ou une vessie gonflable) venant se loger à l'intérieur de la préforme de bague de renfort.
Une fois le mandrin expansible 26 positionné et l'outillage d'injection 18 fermé, les préformes 12 et 16 subissent un compactage à l'intérieur de ce dernier, ainsi qu'une injection de résine. On pourra choisir une résine thermodurcissable, par exemple une résine de type époxy compatible avec les applications pré-imprégnées telles que les produits Hexcel M21, Hexcel 8552, Hexcel M42, Cytec Cycom 977-B, Hexcel M77, une résine de type cyanate-ester ou une résine polybismaléimide (BMI). La polymérisation des préformes dans l'outillage d'injection 18 consiste à initier un cycle de réticulation permettant de durcir la résine injectée (et celle de la préforme de bague de renfort 16) pour former la matrice composite de la pièce de transfert d'effort. Les paramètres (température et durée) de ce traitement thermique dépendent bien entendu de la résine utilisée. Une fois démoulée et usinée aux côtes finales, on obtient, comme représentée sur la figure 4, une pièce de transfert d'effort 100 comprenant un corps principal 102 en matériau composite muni d'un alésage 104, et une bague de renfort 106 en matériau composite insérée dans l'alésage 104 du corps principal, ladite bague de renfort comprenant un renfort en fibres longues discontinues, dit DLF (pour « Discontinuous Long Fiber »), densifié par une matrice. La bague de renfort 106 forme ainsi une chape 108 en matériau composite qui est destinée à recevoir un axe pour réaliser une liaison pivot avec une autre pièce. La figure 5 est une vue en coupe dans le sens de l'épaisseur de la pièce de transfert d'effort 100 de la figure 4 au niveau de la chape 108.
Sur cette figure, on constate que des copeaux de la bague de renfort 106 viennent s'interpénétrer avec des fibres de la chape du corps principal 102 de la pièce. Cette interpénétration est obtenue grâce au recours du mandrin expansible 26 (figure 3) lors de la phase de polymérisation des préformes. Elle permet de créer une zone de transition douce entre la chape et la bague de retenue de sorte à limiter la différence de rigidité au niveau de cette interface. Ainsi, tout risque de décollement de la bague de renfort de son alésage lorsque la pièce sera sollicitée en traction ou en compression peut être prévenu.

Claims (10)

  1. REVENDICATIONS1. Procédé de fabrication d'une pièce de transfert d'effort (100) comprenant au moins une chape (108) en matériau composite destinée à recevoir un axe pour réaliser une liaison pivot avec une autre pièce, comprenant les étapes suivantes : réalisation d'une préforme fibreuse d'un corps principal (12) de la pièce et d'une préforme de bague de renfort (16) en fibres longues discontinues ; réalisation aux dimensions de la préforme de bague de renfort d'au moins un alésage (14) dans la préforme du corps principal ; insertion de la préforme de bague de renfort dans l'alésage de la préforme du corps principal ; et polymérisation des préformes de corps principal et de bague de renfort.
  2. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la préforme de bague de renfort (16) est réalisée à partir de fibres longues discontinues de carbone ou de verre pré-imprégnées par une résine thermodurcissable.
  3. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la résine thermodurcissable est choisie parmi au moins les résines suivantes : les résines de type époxy, les résines de type cyanate-ester et les résines polybismaléimides (BMI).
  4. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel la préforme de bague de renfort (16) est réalisée par enroulement d'un mat de fibres longues discontinues autour d'un mandrin. 30
  5. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel la préforme de bague de renfort (16) est réalisée par découpe à l'emporte-pièce d'une bague dans une préforme en fibres longues discontinues. 35
  6. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel la préforme de corps principal (12) est réalisée à partir d'une 25ébauche fibreuse obtenue par : tissage tridimensionnel, tissage multicouches de fils de fibres continues, empilement de strates de fibres continues sèches ou pré-imprégnées, mise en forme de fibres longues discontinues pré-imprégnées.
  7. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel l'étape de polymérisation des préformes de corps principal et de bague de renfort comprend un compactage desdites préformes dans un outillage d'injection (18), le compactage de la préforme de bague de renfort étant obtenu en utilisant un mandrin expansible (26) venant se loger à l'intérieur de la préforme de bague de renfort (16).
  8. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel la découpe de l'alésage dans la préforme du corps principal est réalisée par emporte-pièce, par ultrasons, par jet d'eau, au laser ou manuellement.
  9. 9. Pièce de transfert d'effort (100) comprenant au moins une chape (108) en matériau composite destinée à recevoir un axe pour réaliser une liaison pivot avec une autre pièce, comprenant un corps principal (102) en matériau composite muni d'au moins un alésage (104), et une bague de renfort (106) en matériau composite insérée dans l'alésage du corps principal, ladite bague de renfort comprenant un renfort en fibres longues discontinues densifié par une matrice.
  10. 10. Pièce selon la revendication 9, caractérisée en ce qu'elle constitue un levier (4a, 4b) d'une contrefiche (2) pour train d'atterrissage d'aéronef. 35
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