FR3037976A1

FR3037976A1 - Systeme d'appel de fils pour tissage et procede de tissage d'une structure fibreuse de renfort de pieces en materiau composite

Info

Publication number: FR3037976A1
Application number: FR1556042A
Authority: FR
Inventors: Claire Rousseau; Dominique Michel Serge Magnaudeix; Jeremy Hellot
Original assignee: SNECMA SAS
Current assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Priority date: 2015-06-29
Filing date: 2015-06-29
Publication date: 2016-12-30
Anticipated expiration: 2035-06-29
Also published as: US10233572B2; FR3037976B1; US20160376734A1

Abstract

Un système d'appel de fils de chaîne (300) comprend un dispositif de bridage (340) destiné à maintenir une pluralité de couches de fils de chaîne (201), le dispositif de bridage (340) étant mobile au moins dans une direction correspondant à la direction d'avance des fils de chaîne. Le dispositif de bridage (340) comprend une bride inférieure (320), une bride supérieure (310) et au moins un élément de bridage intermédiaire (330) présent entre la bride inférieure et la bride supérieure. La bride inférieure (320), la bride supérieure (310) et le ou les éléments de bridage intermédiaire (330) sont maintenus ensemble par serrage.

Description

1 Arrière-plan de l'invention La présente invention concerne la réalisation de pièces en matériau composite et plus particulièrement la réalisation par tissage tridimensionnel (3D) ou multicouche de structures fibreuses de renfort pour de telles pièces. Un domaine d'application de l'invention est la réalisation de pièces en matériau composite structural, c'est-à-dire des pièces de structure à renfort fibreux et densifié par une matrice. Les matériaux composites permettent de réaliser des pièces ayant une masse globale moins élevée que ces mêmes pièces lorsqu'elles sont réalisées en matériau métallique. Le tissage 3D ou multicouche de structures fibreuses destinées à constituer le renfort fibreux d'une pièce en matériau composite, telle qu'une aube de moteur aéronautique par exemple, est réalisé dans un métier à tisser de type Jacquard, le tissage consistant à insérer des fils de trame, en créant un motif, entre des fils de chaîne. Les fils de chaîne sont organisés au niveau du harnais du métier à tisser en une pluralité de couches et de colonnes qui sont manipulées par le métier à tisser afin de permettre l'insertion des fils de trames suivant le ou les motifs de tissage programmés dans le métier à tisser. Les fils de trame sont insérés entre les fils de chaîne par colonne. Afin de permettre l'introduction de chaque colonne de fils de trame lors du tissage de la structure fibreuse, un système d'appel des fils de chaîne est associé au métier à tisser. Ce système, placé en aval du métier à tisser, a pour rôle de maintenir tous les fils de chaîne ensemble dans un dispositif de bridage et de permettre l'avancé des fils de chaîne d'une distance déterminée après l'insertion de chaque colonne de trame.

Ainsi le bridage des fils de chaîne en amont du métier à tisser est nécessaire au début d'un nouveau tissage d'une structure fibreuse. En outre, dans le cadre d'une fabrication en série de structures fibreuses, par exemple de structures fibreuses destinées à former des renforts fibreux d'aubes de turbomachine, un bridage des fils de chaîne doit être mis en place entre chaque structure fibreuse. Le dispositif de bridage habituellement utilisé est composé de deux brides 10 et 11 comme représentées sur la figure 10 entre lesquelles sont 3037976 2 maintenus tous les fils de chaîne 21 issus des couches de fils de chaîne sortant du métier à tisser. L'agencement précis des fils ou torons de chaîne en couches et colonnes défini au niveau du harnais du métier à tisser se trouve alors bouleversé en un amas de fils ou torons désordonné 5 entre les brides 10 et 11. Cette désorganisation des fils de chaîne au niveau du bridage en aval du métier à tisser entraîne des glissements indésirables et non contrôlés entre les fils de chaîne qui perturbent le tissage au sein de la structure fibreuse et nuisent à la qualité de cette dernière. Plus la 10 structure fibreuse est épaisse, plus le nombre de fils de chaîne et de couches de ceux-ci nécessaires au tissage est important. A titre d'exemple, il est nécessaire d'utiliser environ 4000 fils de chaîne répartis sur 20 couches pour tisser une structure fibreuse destinée à former le renfort fibreux d'une aube de soufflante de moteur aéronautique. L'impact 15 du bridage sur la désorganisation des fils de chaîne est d'autant plus important que le nombre de couches fil de chaîne est grand. Afin de diminuer cet impact, on augmente la distance entre le dispositif de bridage et le début de la structure fibreuse tissée. Cependant, cela conduit à une perte importante de fils lors de la découpe des fils pour 20 extraire la structure fibreuse, perte qui pénalise significativement le coût de fabrication. Objet et résumé de l'invention 25 Il est donc souhaitable de pouvoir tisser des structures fibreuses 3D ou multicouches avec une qualité élevée de tissage tout en minimisant les pertes de matière. A cet effet, selon l'invention, il est proposé un système d'appel de fils de chaîne comprenant un dispositif de bridage destiné à maintenir une 30 pluralité de couches de fils de chaîne, le dispositif de bridage étant mobile au moins dans une direction correspondant à la direction d'avance des fils de chaîne, caractérisé en ce que le dispositif de bridage comprend une bride inférieure, une bride supérieure et au moins un élément de bridage intermédiaire présent entre la bride inférieure et la bride supérieure et en 35 ce que la bride inférieure, la bride supérieure et le ou les éléments de bridage intermédiaire sont maintenus ensemble par serrage.

3037976 3 L'utilisation d'un ou plusieurs éléments de bridage intermédiaire permet de réduire localement le nombre de couches de fils de chaîne bridées ensemble. En effet, la pluralité de couches de fils de chaîne est séparée en plusieurs sous-ensembles de couches qui sont chacun 5 maintenus entre une des deux brides principales et un élément de bridage intermédiaire ou entre deux éléments de bridage intermédiaire. En limitant ainsi le nombre de couches de fils de chaîne bridées ensemble, il est possible de mieux conserver l'organisation des fils de chaîne définie en amont dans le harnais du métier à tisser et d'améliorer ainsi la qualité des 10 structures fibreuses tissées et en particulier dans le cas de structures fibreuses épaisses. Selon une caractéristique particulière du système de l'invention, la bride inférieure, la bride supérieure et le ou les éléments de bridage intermédiaire comportent une ou plusieurs parties destinées à être en 15 contact avec des fils de chaîne lors du serrage du dispositif de bridage, chacune de ces parties est recouverte d'une couche d'un matériau souple. On évite ainsi d'endommager les fils de chaîne lors de leur bridage tout en épousant la forme de la structure fibreuse pour faciliter le bridage. Le matériau souple peut être notamment choisi parmi au moins un des 20 matériaux suivants : élastomère, caoutchouc, silicone, copolymère. L'invention a également pour objet un métier à tisser de type Jacquard caractérisé en ce qu'il comprend un système d'appel de fils de chaîne selon l'invention. L'invention a encore pour objet un procédé de fabrication d'au 25 moins une structure fibreuse par tissage tridimensionnel ou multicouche entre une pluralité de couches de fils de chaîne liées entre elles par des fils de trame, caractérisé en ce qu'il comprend : - le bridage des couches de fils de chaîne par serrage dans un dispositif de bridage d'un système d'appel de fils de chaîne selon 30 l'invention, chaque élément de bridage intermédiaire étant inséré entre deux couches adjacentes de la pluralité de couches de fils de chaîne de manière à séparer une partie de couches de fils de chaine de la pluralité de couches de fils de chaîne du reste des couches de la pluralité de couches de fils de chaîne dans le dispositif de bridage, 3037976 4 - le tissage d'une première structure fibreuse en amont du dispositif de bridage, ledit dispositif de bridage étant déplacé dans une direction d'avance des fils de chaîne lors du tissage. Il est ainsi possible de tisser une structure fibreuse même épaisse 5 en conservant globalement l'organisation des fils de chaîne définie en amont dans le harnais du métier à tisser et d'obtenir des structures fibreuses tissées de bonne qualité. Selon un aspect du procédé de l'invention, une deuxième structure fibreuse est tissée à partir de la même pluralité de couches de fils de 10 chaîne que celle de la première structure fibreuse, une portion non tissée de fils de chaîne séparant les deux structures fibreuses, le dispositif de bridage étant alors placé au niveau de la portion non tissée. Comme le dispositif de bridage utilisé ici ne bouleverse pas ou très peu l'organisation des fils de chaîne définie dans le harnais du métier à tisser, il est possible 15 de minimiser la longueur de la portion non tissée et de réduire, par conséquent, la perte matière au niveau des fils de chaîne, la portion non tissée correspondant à une zone sacrificielle pour les fils de chaîne.

20 Brève description des dessins D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description suivante de modes particuliers de réalisation de l'invention, donnés à titre d'exemples non limitatifs, en référence aux dessins annexés, sur lesquels : 25 - la figure 1 est une vue schématique en perspective d'un métier à tisser de type Jacquard la figure 2 est une vue schématique en perspective d'un système d'appel de fils de chaîne conformément à un mode de réalisation de l'invention montrant le montage du dispositif de bridage de ce système, 30 - la figure 3 est une vue schématique en perspective du système d'appel de fils de chaîne de la figure 2 au moment du début du tissage d'une première structure fibreuse, - la figure 4 est une vue schématique en perspective du système d'appel de fils de chaîne de la figure 3 après tissage de la 35 première structure fibreuse, 3037976 5 - la figure 5 est une vue schématique en perspective du système d'appel de fils de chaîne de la figure 4 après le début du tissage d'une deuxième structure fibreuse, la figure 6 est une vue schématique en perspective du 5 système d'appel de fils de chaîne de la figure 5 montrant le démontage du dispositif de bridage, - la figure 7 est une vue schématique en perspective du système d'appel de fils de chaîne de la figure 6 montrant le montage du dispositif de bridage entre la première et la deuxième structures fibreuses, 10 la figure 8 est une vue schématique en perspective du système d'appel de fils de chaîne de la figure 7 montrant l'extraction de la première structure fibreuse, - la figure 9 est une vue en coupe selon le plan de coupe IX-IX sur la figure 3, 15 - la figure 10 est une vue en coupe montrant le bridage de fils de chaîne selon l'art antérieur. Description détaillée de modes de réalisation 20 L'invention s'applique d'une manière générale à la réalisation de structures fibreuses aptes à constituer des renforts fibreux, ou préformes, pour la fabrication de pièces en matériau composite, en particulier des aubes de moteurs aéronautiques, les pièces étant obtenues par densification des structures fibreuses par une matrice. La matrice est 25 typiquement une résine, dans le cas de matériaux composites utilisés à température relativement peu élevée, typiquement jusqu'à 300°C, ou un matériau réfractaire tel que du carbone ou céramique dans le cas de composites thermostructuraux. La structure fibreuse de l'invention est obtenue par tissage 30 tridimensionnel ou par tissage multicouche. Par "tissage tridimensionnel" ou "tissage 3D", on entend ici un mode de tissage par lequel certains au moins des fils de trame lient des fils de chaîne sur plusieurs couches de chaîne ou inversement. Le tissage 3D peut être de type interlock comme décrit dans le document WO 35 2006/136755.

303 79 76 6 Par "tissage multicouche", on désigne ici un tissage 3D avec plusieurs couches de chaîne dont l'armure de base de chaque couche est équivalente à une armure de tissu 2D classique, tel qu'une armure de type toile, satin ou sergé, mais avec certains points de l'armure qui lient les 5 couches de chaîne entre elles ou inversement. La réalisation de la structure fibreuse par tissage 3D ou multicouche permet d'obtenir une liaison entre les couches, donc d'avoir une bonne tenue mécanique de la structure fibreuse et de la pièce en matériau composite obtenue, en une seule opération textile.

10 La figure 1 illustre un métier à tisser 100 équipé d'une mécanique Jacquard 101 supportée par une superstructure non représentée sur la figure 2. Le métier 100 comprend également un harnais 110 constitué d'une planche d'empoutage 111 et des fils de commande ou lisses 113, chaque lisse 113 étant reliée à une extrémité à un crochet de commande 15 1010 de la mécanique Jacquard 101 et à l'autre extrémité à un des ressorts de rappel 102 fixés au bâti 103 du métier à tisser 100. Chaque lisse 113 comprend un oeillet 114 traversé par un fil de chaîne 201. Les lisses 113 et leur oeillet 114 associé s'étendent dans une zone dans laquelle les lisses 113 et les oeillets 114 sont animés d'un mouvement 20 d'oscillation sensiblement vertical représenté par la double flèche F. Les lisses 113 sont soumises à des efforts de traction respectivement exercés par les crochets de commande 1010 et par les ressorts de rappel 102. Les lisses 113 permettent de soulever certains fils de chaîne 201 suivant un programme de tissage défini. En soulevant certains fils de chaîne 201, les 25 lisses 113 créent ainsi une foule permettant l'introduction de fils de trame 202 pour le tissage 3D ou multicouche des structures fibreuses. Les fils de chaîne 201 sont organisés en une pluralité de couches de fils de chaîne Ci à Cn. Les fils de chaîne 201 sont appelés depuis des bobines disposées 30 sur un cantre (non représenté sur la figure 1) en amont de la mécanique Jacquard 101 du métier à tisser 100. A cet effet, comme illustré sur la figure 2, un système d'appel de fils de chaîne 300 est associé au métier à tisser 100 en aval de celui-ci. Le cadre 120 délimite la sortie du métier à tisser 100, c'est-à-dire la zone à partir de laquelle les fils de chaîne 201 ne 35 sont plus tissés avec les fils de trame 202. Le système d'appel de fils de chaîne 300 comprend un dispositif de bridage 340 constitué ici d'une bride 3037976 7 supérieure 310, d'une bride inférieure 320 et d'éléments de bridage intermédiaire 330 et 331 destinées à maintenir par serrage un ensemble de couches Ci à Ci5 de fils de chaines en aval du métier à tisser 100. Les brides inférieure et supérieure 310, 320 et les éléments de bridage 5 intermédiaire 330 et 331 s'étendent chacun sur une distance supérieure à la largeur des couches de fils de chaîne Ci à C15. Conformément à l'invention, les éléments de bridage intermédiaire 330 et 331 sont destinés à être insérés entre deux couches de fils de chaîne adjacentes, une ou plusieurs couches de fils de chaîne pouvant être présentes entre deux 10 éléments de bridage intermédiaire 330, 331 ou entre une des brides 310 ou 320 et un élément de bridage intermédiaire 330, 331. Les éléments de bridage intermédiaire 330 et 331 sont serrés entre les brides 310 et 320 en même temps que les couches de fils de chaîne Ci à C15. On décrit maintenant un procédé de tissage conforme à un mode 15 de réalisation de l'invention. La figure 2 représente la première étape de ce procédé qui consiste à mettre en place le dispositif de bridage 340 du système d'appel de fils de chaîne 300 avant le démarrage du tissage d'une pluralité de textures fibreuses à partir d'une pluralité de couches Ci à C15 de fils de chaîne 201 qui sont liées entre elles par des fils de trame suivant 20 un tissage tridimensionnel ou multicouche réalisé dans le métier à tisser 100 déjà décrit. Conformément à l'invention, le programme de tissage est configuré pour commander le mouvement des lisses 113 de manière à écarter des couches de fils de chaîne d'autres couches de fils de chaîne afin de permettre l'insertion des éléments de bridage intermédiaires 330 et 25 331 entre deux couches de fils de chaîne adjacentes. Dans l'exemple décrit ici, 15 couches de fils de chaîne Ci à C15 sont utilisées pour le tissage des structures fibreuses tandis que deux éléments de bridage intermédiaire 330 et 331 sont utilisés avec les brides 310 et 320. Le programme de tissage pilote le mouvement des lisses 113 de manière à 30 ouvrir la foule des fils de chaîne entre les couches C5 et C6 pour permettre l'insertion de l'élément de bridage intermédiaire 330 et entre les couches Cio et Cii pour permettre l'insertion de l'élément de bridage intermédiaire 331. Ainsi, les couches Ci à C5 se trouvent entre la bride supérieure 310 et l'élément de bridage intermédiaire 330, les couches C6 à Cio se trouvent 35 entre les deux éléments de bridage intermédiaire 330 et 331, et les 303 79 76 8 couches Cii à C15 se trouvent entre l'élément de bridage intermédiaire 331 et la bride inférieure 320 (figure 9). Une fois les éléments de bridage intermédiaire 330 et 331 insérés entre les couches de fils de chaîne comme indiqué ci-avant, les brides 310 5 et 320 sont serrées, ici au moyen d'organe de serrage 301 et 302, afin de maintenir l'ensemble des couches de fils de chaîne Ci à Ci5 dans le dispositif de bridage 340 (figure 3). Comme illustré sur la figure 9, en diminuant ainsi le nombre de couches de chaîne maintenues (clampées) ensemble entre deux brides 10 (brides inférieure/extérieure et/ou élément de bridage intermédiaire), on minimise le risque de glissements relatifs entre les fils de chaîne de différentes couches, ce qui permet de conserver globalement l'organisation initiale des couches de fils de chaîne définie dans le harnais du métier à tisser. L'appel des fils de chaîne se faisant en respectant 15 l'organisation des couches de fils de chaîne définie initialement dans le harnais, on améliore ainsi la qualité des préformes tissées. Une fois l'ensemble des fils de chaîne des couches Ci à Ci5 bridés entre les brides 310, 320 et les éléments de bridage intermédiaire 330, 331 du dispositif de bridage 340, le tissage d'une première structure 20 fibreuse 410 par le métier à tisser 100 peut débuter (figures 3 et 4). Pendant le tissage de la structure fibreuse 410, les fils de chaîne 201 sont entrainés dans la direction d'avance DA par le dispositif de bridage. Plus précisément, dans l'exemple décrit ici, la bride inférieure 320 est montée sur des rails 351 et 352 d'un bâti 350 du système d'appel de fils de chaîne 25 300 de manière à permettre le déplacement du dispositif de bridage 340. Le déplacement du dispositif de bridage 300 est réalisé par un moteur, par exemple un moteur pas-à-pas (non représenté sur les figures 3 et 4). A chaque fois qu'une colonne de fils de trame 202 est entièrement tissée avec les couches de fils de chaîne Ci à Ci5, le dispositif de bridage 340 est 30 entraîné dans la direction DA sur une distance permettant l'insertion et le tissage dans le métier 100 de la colonne de trame suivante. Une fois la première structure fibreuse 410 tissée, une deuxième structure fibreuse 420 est tissée, la deuxième structure 420 étant séparée de la structure 410 par une portion 415 de fils de chaîne 201 non tissés 35 avec des fils de trame (figure 5). Lorsque la portion 415 se trouve en dehors du métier à tisser 100, c'est-à-dire au-delà du cadre 120, le 303 79 76 9 dispositif de bridage 340 est immobilisé tandis que le tissage dans le métier à tisser est stoppé. On procède alors au démontage du dispositif de bridage 300 (figure 6) afin de remonter celui-ci au niveau de la portion 415 située entre les première et deuxième structures fibreuses 410, 420 5 (figure 7). Les couches de fils de chaîne Ci à C15 sont réparties entre les éléments du dispositif de bridage 140 (brides inférieure et supérieure 310, 320 et éléments de bridage intercalaires 330 et 331) de la même manière que celle déjà décrite ci-avant. Une fois l'ensemble des couches de fils de chaîne Ci à C15 10 maintenues dans le dispositif de bridage 340, les fils de chaîne 201 présents dans la portion 415 en aval du dispositif de bridage 340 sont découpés afin d'extraire la première structure fibreuse 410 (figure 8). Le dispositif de bridage est ensuite remis en mouvement en même temps que la reprise du tissage dans le métier à tisser 100 de manière à 15 poursuivre le tissage de la deuxième structure fibreuse 420. Les opérations décrites ci-avant sont répétées pour toutes les autres structures fibreuses devant tissées. Selon une caractéristique particulière de l'invention, les parties des brides et des éléments de bridage intermédiaire destinées à être en 20 contact avec les fils de chaîne sont recouvertes d'une couche d'un matériau souple telle qu'une couche d'élastomère. Comme illustrées sur la figure 9, la face de la bride supérieure 310 en regard des fils de chaîne comporte une couche d'élastomère 3100 tandis que la face de la bride inférieure 320 en regard des fils de chaîne comporte une couche 25 d'élastomère 3200. De même, l'élément de bridage intermédiaire 330 comporte sur ses deux faces en regard des fils de chaîne des couches d'élastomère 3300 et 3301 respectivement tandis que l'élément de bridage intermédiaire 331 comporte sur ses deux faces en regard des fils de chaîne des couches d'élastomère 3310 et 3311 respectivement. La couche 30 de matériau souple permet d'éviter un endommagement des fils de chaîne lors de leur bridage et d'épouser en même temps la forme de structure fibreuse pour faciliter le bridage. 35

Claims

REVENDICATIONS1. Système d'appel de fils de chaîne (300) comprenant un dispositif de bridage (340) destiné à maintenir une pluralité de couches de fils de chaîne (201), le dispositif de bridage (340) étant mobile au moins dans une direction (DA) correspondant à la direction d'avance des fils de chaîne, caractérisé en ce que le dispositif de bridage (340) comprend une bride inférieure (320), une bride supérieure (310) et au moins un élément de bridage intermédiaire (330) présent entre la bride inférieure et la bride supérieure et en ce que la bride inférieure (320), la bride supérieure (310) et le ou les éléments de bridage intermédiaire (330) sont maintenus ensemble par serrage.
2. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que la bride inférieure (320), la bride supérieure (310) et le ou les éléments de bridage intermédiaire (330) comportent une ou plusieurs parties destinées à être en contact avec des fils de chaîne (201) lors du serrage du dispositif de bridage et en ce que chaque partie est recouverte d'une couche d'un matériau souple (3200 ; 3100 ; 3300 ; 3301).
3. Système selon la revendication 2, caractérisé en ce que le matériau souple est choisi parmi au moins un des matériaux suivants : élastomère, caoutchouc, silicone, copolymère.
4. Métier à tisser de type Jacquard caractérisé en ce qu'il comprend un système d'appel de fils de chaîne selon l'une quelconque des revendications 1 à 3.
5. Procédé de fabrication d'au moins une structure fibreuse (410) par tissage tridimensionnel ou multicouche entre une pluralité de couches de fils de chaîne (201) liées entre elles par des fils de trame (202), caractérisé en ce qu'il comprend : - le bridage des couches de fils de chaîne (Ci-Cis) par serrage dans un dispositif de bridage (340) d'un système d'appel de fils de chaîne (300) 35 selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, chaque élément de bridage intermédiaire (330) étant inséré entre deux couches adjacentes de 3037976 11 la pluralité de couches de fils de chaîne (Ci-Cis) de manière à séparer une partie de couches de fils de chaine de la pluralité de couches de fils de chaîne du reste des couches de la pluralité de couches de fils de chaîne dans le dispositif de bridage (340), et 5 - le tissage d'une première structure fibreuse (410) en amont du dispositif de bridage (340), ledit dispositif de bridage étant déplacé dans une direction d'avance (DA) des fils de chaîne lors du tissage.
6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'une 10 deuxième structure fibreuse (420) est tissée à partir de la même pluralité de couches de fils de chaîne (Ci-Cis) que celle de la première structure fibreuse (410), une portion non tissée (415) de fils de chaîne séparant les deux structures fibreuses et en ce que le dispositif de bridage (340) est placé au niveau de la portion non tissée (415). 15
7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que les fils de chaîne (201) situés en aval du dispositif de bridage (340) sont découpés de manière à extraire la première structure fibreuse (410).