FR3044579A1 - Procede de fabrication d’une preforme pour materiaux composites comportant des geometries non developpables - Google Patents

Abstract

Procédé de mise en forme d'une préforme fibreuse de tissus et/ou fibres unidirectionnelles, qui une fois conformée à sa géométrie finale présente des zones non développables. Le procédé consiste à exercer une traction sur des fibres, lors du conformage de la préforme, afin de consommer la sur-matière générée par les formes non développables.

Description

La présente invention concerne un procédé de fabrication d'une préforme comprenant des couches de tissu superposées, prévue pour former après cuisson d'une résine d'imprégnation un matériau composite, un moule destiné à mettre en oeuvre un tel procédé, ainsi qu'une préforme et une pièce en matériaux composites réalisées avec ce procédé.

Pour réaliser des éléments de structure résistants et légers, en particulier dans le domaine aéronautique, il est connu de préparer une préforme textile à partir de fibres sèches, notamment des fibres de carbone, par un drapage de rubans qui sont déposés successivement pour former des couches ou plis superposés.

La préforme est ensuite imprégnée d'une résine par transfert suivant un procédé de moulage de composite liquide appelé « LCM » (abréviation des termes anglais « Liquid Composit Molding »), ou de moulage par injection de résine appelé « RTM » (abréviation des termes anglais « Resin Transfert Molding »). En variante la préforme peut être réalisée avec des rubans pré-imprégnés de résine.

Après cuisson de la résine on obtient une pièce légère, comprenant des fibres dont la densité et l'orientation sont ajustées afin d'obtenir des caractéristiques de résistance mécanique élevées.

On peut notamment réaliser des pièces en trois dimensions, comportant des zones de pliage complexes qui ne peuvent pas être développées à plat.

Une solution connue consiste à déposer des couches successives de tissus, et à réaliser une conformation de l'ensemble par pliage pour donner la forme voulue dans l'espace. On applique en particulier un compactage des zones où la longueur des fils du tissage est trop importante, afin d'éliminer par écrasement des bourrelets qui dépasseraient de la pièce.

Toutefois cette solution apporte au niveau du compactage un désordre dans l'orientation des fibres qui réduit fortement la tenue mécanique de la pièce, par la perte de la continuité de l'orientation des fibres dans le sens des efforts importants.

En variante on peut revoir le dessin de la pièce pour lui donner un pliage plus facilement développable. Cependant les contraintes liées aux efforts appliqués sur la pièce ainsi qu'aux volumes disponibles, ne permettent pas toujours une telle évolution.

On peut en variante réaliser une pièce avec un dessin similaire dans un matériau ne comportant pas de renfort fibreux, ou avec des fibres sans direction particulière, ce qui permet plus facilement des pliages de formes non développables. Toutefois en l'absence de renfort présentant des fibres orientées on obtient une résistance mécanique nettement diminuée, ainsi qu'une répétabilité de fabrication qui est moins bonne.

En variante on peut utiliser un matériau déformable pour le conformer suivant le dessin de la pièce. Ces matériaux présentent aussi une résistance mécanique moins bonne par rapport à la masse et au volume.

On peut enfin réaliser une telle forme de pièce par usinage complet d'un matériau massif, notamment un matériau métallique. Cependant cette solution pose un problème pour les pièces de grande dimension, car il faut alors usiner un volume de matière important, ce qui est long et coûteux.

De plus la tenue mécanique du matériau par rapport à sa masse risque d'être réduite. En particulier les alliages d'aluminium présentent une mauvaise tenue en fatigue et aux vibrations.

La présente invention a notamment pour but d'éviter ces inconvénients de la technique antérieure.

Elle propose à cet effet un procédé de fabrication d'une préforme comprenant plusieurs couches de renforts tissés découpées et superposées pour former une pièce en matériaux composites présentant un contour, cette préforme étant ensuite conformée pour lui donner une forme dans l'espace ne pouvant être développée à plat, ce procédé étant remarquable en ce qu'il comporte une étape de découpe de couches de renforts tissés en laissant au moins un bord de traction dépasser à l'extérieur du contour de la pièce, une étape de dépose des couches successives sur un moule, puis une étape de conformation de la préforme par pliage, comprenant une traction sur ledit bord de traction.

Un avantage de ce procédé est que de manière simple et économique, par une simple traction sur les bords de traction on peut absorber un surplus de longueur dans la zone non développable où le pliage va générer ce surplus, ce qui permet de conserver l'orientation privilégiée des fils donnant à la pièce la meilleure résistance.

Le procédé selon l'invention peut comporter de plus une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, qui peuvent être combinées entre elles.

Avantageusement, la traction sur les bords de traction est appliquée lors de la descente d'un poinçon sur le moule. On peut réaliser ainsi en même temps la conformation de la préforme et la traction sur les fils.

Avantageusement, pendant sa descente le poinçon serre les bords de traction sur un matériau adhérent. On réalise de cette manière le blocage de l'extrémité des fils de traction, permettant de tirer dessus entre cette extrémité et la pièce. L'invention a aussi pour objet un moule prévu pour la réalisation d'une préforme comprenant plusieurs couches de renforts textiles superposées, ce moule comportant des moyens mettant en œuvre un procédé de fabrication comprenant l'une quelconque des caractéristiques précédentes.

Avantageusement, le moule comporte des moyens de serrage des bords de traction lors de la descente d'un poinçon, et des moyens de traction sur ces fils.

En particulier le poinçon peut comporter une surface légèrement inclinée par rapport à son axe de descente, recevant un matériau adhérent.

Avantageusement, le poinçon comporte un bossage inférieur qui vient s'ajuster dans un creux correspondant du moule pour tirer sur les bords de traction. La traction sur les fils est ainsi bien contrôlée. L'invention a de plus pour objet une préforme réalisée selon le procédé de fabrication de l'invention, remarquable en ce que le bord de traction forme un ruban allongé. L'invention a de plus pour objet une pièce en matériaux composites formée à partir d'une préforme imprégnée d'une résine, cette préforme étant produite avec un procédé comprenant l'une quelconque des caractéristiques précédentes.

En particulier, cette pièce peut constituer un élément d'une nacelle de turboréacteur prévue pour un aéronef.

En particulier, cette pièce peut comporter deux rebords pliés formant une chape, un bord de traction formant un ruban allongé dans la continuité du plan central de cette chape. L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques et avantages apparaîtront plus clairement à la lecture de la description ci-après donnée à titre d'exemple, en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 présente un demi-cerclage pour un cadre arrière d'un inverseur de poussée disposé dans un turboréacteur ; - la figure 2 est une vue de détail d'une extrémité d'un demi-cerclage de ce type ; - les figures 3a et 3b présentent en coupe transversale une préforme réalisée sur un moule avec un procédé selon l'art antérieur, respectivement avant et après le compactage d'un bourrelet ; - la figure 4 présente une couche de tissu découpée pour former l'extrémité d'un demi-cerclage avec un procédé selon l'invention ; et - la figure 5 présente en vue de côté cette extrémité en cours de conformation dans un moule.

La figure 1 présente un demi-cerclage formant une partie du cadre arrière d'une grille d'un inverseur de poussée, pour un turboréacteur d'un aéronef, réalisé en matériaux composites.

Le demi-cerclage comporte une bande de section constante 2 comprenant à chaque extrémité une plaque 4 se terminant vers l'extérieur par deux rebords pliés 6 venant parallèlement l'un à l'autre, pour former une chape. Chaque chape d'extrémité comporte un perçage transversal sur ses rebords pliés 6, afin d'appliquer une traction élevée sur le demi-cerclage.

La figure 2 présente une plaque 4 en bout d'un demi-cerclage, comportant à son extrémité les deux rebords parallèles pliés 6 qui sont très proches l'un de l'autre. La chape formée présente une épaisseur totale égale sensiblement au tiers de la largeur de la plaque 4.

Chaque rebord parallèle 6 se prolonge vers la plaque 4 par un rebord courbé 8 formant un élargissement, présentant deux courbures successives inversées, et une hauteur qui diminue progressivement pour se terminer à la fin de l'élargissement.

Après la dépose des couches de renfort successives sur un moule, on procède à la conformation de la préforme pour réaliser en même temps les pliages des rebords parallèles 6 prolongés par les rebords courbés 8. On obtient dans la partie centrale 10 entre les rebords courbés 8, des plissures des tissus causées par la forme non développable de ces rebords, qui absorbent le surplus de longueur de ces tissus.

La figure 3a présente les couches superposées 20 sur un moule 22 pour former la préforme, comprenant les plissures 24 causées par un surplus local de longueur de ces couches.

La figure 3b présente une opération suivante de fermeture du moule par un poinçon 26 venant presser sur les plissures 24, on obtient un écrasement de ces plissures causant un désordre dans l'orientation des fils des tissus. Les fibres ne sont plus orientées suivant les directions des efforts, la pièce présente une fragilité à cet endroit.

La figure 4 présente une couche de tissu découpée 20 prévue pour être superposée afin de former la préforme, formant une bande comprenant successivement en partant du côté droit, une partie large 34 destinée à former la plaque d'extrémité 4 du demi-cerclage, puis après un resserrement une partie comportant des côtés inclinés 36 formant un évasement puis un resserrement.

Les côtés inclinés 36 sont destinés à former après la conformation de la préforme, les rebords pliés 6, 8 pour constituer la chape de fixation d'extrémité du demi-cerclage.

La couche de tissu 20 se termine à son extrémité par un côté 38 perpendiculaire à la bande, comprenant dans sa partie centrale un bord de traction 32 formant de préférence un ruban étroit prolongeant cette bande suivant son axe principal, qui comporte des fils de chaîne dépassant à l'extérieur du contour de la pièce finale. Le ruban étroit comporte une largeur correspondant sensiblement à celle de la chape d'extrémité qui sera formée après la conformation.

La figure 5 présente la préforme comprenant une succession de couches de tissu 20, qui a été insérée dans le moule 22 refermé par le poinçon 26, afin de plier les rebords parallèles 6 pour former la chape recevant le perçage transversal 40.

Les côtés 36 de la couche de tissu 20 débordent des rebords parallèles 6, ils seront découpés ensuite suivant le contour de la pièce finale 42 pour former ces rebords.

Le moule 22 comporte vers la gauche après le côté perpendiculaire 38 d'extrémité de la bande, un creux étroit descendant vers le bas, puis une pente remontante légèrement inclinée par rapport à l'axe vertical de descente du poinçon 26, qui est recouverte par un matériau adhérent 48, comme par exemple une plaque de silicone.

Le poinçon 26 comporte une pente 50 qui vient en face du matériau adhérent 48, avec un jeu minimum permettant de laisser passer le bord de traction 32 tout en le serrant sur ce matériau. La partie inférieure de la pente 50 se termine par un bossage 44 présentant à sa base un rayon très resserré, qui vient en dessous du niveau de la plaque 4.

De cette manière lors de la descente du poinçon 26 on a d'abord un serrage du bord de traction 32 sur le matériau adhérent 48 limitant son glissement, puis une arrivée du bossage inférieur 44 sur cette bande, qui va tirer la bande vers le bas pour l'insérer dans le creux correspondant du moule 22.

On a alors grâce au maintien de l'extrémité du bord de traction 32 sur le matériau adhérent 48, une forte traction sur les fils de chaîne longitudinaux de ce bord de traction, qui se répercute à droite dans la zone plus éloignée comportant les plissures, après les rebords parallèles 6.

On obtient ainsi facilement au niveau des plissures, une tension des fils de chaîne qui tend à faire disparaître ces plissures. On a alors une bonne régularité dans la superposition des couches 20, et dans la disposition des fibres qui sont orientées pour donner une résistance mécanique élevée. D'une manière générale, on peut utiliser un même procédé pour appliquer une traction sur des fils extérieurs de découpe de tissu de renfort présentant toute sorte de forme. On peut l'appliquer aussi pour exercer une traction sur les fils de trame, ou dans les deux directions des tissus.

Avantageusement on utilise ces procédés pour réaliser des éléments de structure de nacelle de turboréacteur pour des aéronefs, présentant des exigences importantes de résistance aux contraintes mécaniques, de légèreté et de tenue au vieillissement.

Claims (11)

1. REVENDICATIONS

   1. Procédé de fabrication d'une préforme comprenant plusieurs couches de renforts tissés (20) découpées et superposées pour former une pièce en matériaux composites présentant un contour (42), cette préforme étant ensuite conformée pour lui donner une forme dans l'espace ne pouvant être développée à plat, caractérisé en ce qu'il comporte une étape de découpe de couches de renforts tissés (20) en laissant au moins un bord de traction (32) dépasser à l'extérieur du contour (42) de la pièce, une étape de dépose des couches successives sur un moule (22), puis une étape de conformation de la préforme par pliage, comprenant une traction sur ledit bord de traction (32).
2. 2. Procédé de fabrication selon la revendication 1, caractérisé en ce que la traction sur les bords de traction (32) est appliquée lors de la descente d'un poinçon (26) sur le moule (22).
3. 3. Procédé de fabrication selon la revendication 2, caractérisé en ce que pendant sa descente, le poinçon (26) serre les bords de traction (32) sur un matériau adhérent (48).
4. 4. Moule prévu pour la réalisation d'une préforme comprenant plusieurs couches de renforts textiles (20) superposées, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens mettant en œuvre un procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications précédentes.
5. 5. Moule selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de serrage des bords de traction (32) lors de la descente d'un poinçon (26), et des moyens de traction sur ces fils.
6. 6. Moule selon la revendication 5, caractérisé en ce que le poinçon (26) comporte une surface légèrement inclinée par rapport à son axe de descente, recevant un matériau adhérent (48).
7. 7. Moule selon l'une des revendications 5 ou 6, caractérisé en ce que le poinçon (26) comporte un bossage inférieur (44), qui vient s'ajuster dans un creux correspondant du moule (22) pour tirer sur les bords de traction (32).
8. 8. Préforme réalisée avec un procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que le bord de traction (32) forme un ruban allongé.
9. 9. Pièce en matériaux composites formée à partir d'une préforme imprégnée d'une résine, caractérisée en ce que cette préforme est produite avec un procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3.
10. 10. Pièce en matériaux composites selon la revendication 9, caractérisée en ce qu'elle constitue un élément d'une nacelle de turboréacteur prévue pour un aéronef.
11. 11. Pièce en matériaux composites selon l'une des revendications 9 ou 10, caractérisée en ce qu'elle comporte deux rebords pliés (6) formant une chape, un bord de traction (32) formant un ruban allongé dans la continuité du plan central de cette chape.