FR3059268A1 - Procede de fabrication d'un element profile en materiau composite avec fixation d'un renfort metallique par rivetage. - Google Patents

Procede de fabrication d'un element profile en materiau composite avec fixation d'un renfort metallique par rivetage. Download PDF

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Abstract

Un procédé de fabrication d'un élément profilé en matériau composite comprend : - la réalisation d'une préforme fibreuse (300), ladite préforme étant imprégnée avec une résine, - la polymérisation de la résine avec une matrice de manière à obtenir un élément profilé en matériau composite comprenant un renfort fibreux densifié par une matrice, et - la fixation d'un renfort métallique sur l'élément profilé en matériau composite, le renfort métallique étant fixé sur l'élément profilé par rivetage. Le procédé comprend en outre, avant la polymérisation de la résine, l'insertion d'éléments d'écartement (10) entre les fibres de la préforme fibreuse (300) et le retrait des éléments d'écartement après la polymérisation de la résine de manière à former au moins un passage entre les fibres du renfort fibreux de l'élément en matériau composite.

Description

059 268
61524 ® RÉPUBLIQUE FRANÇAISE
INSTITUT NATIONAL DE LA PROPRIÉTÉ INDUSTRIELLE © N° de publication :
(à n’utiliser que pour les commandes de reproduction)
©) N° d’enregistrement national
COURBEVOIE
©) Int Cl8 : B 29 C 70/68 (2017.01), B 29 C 70/24, 70/48, 65/60, F 01 D 5/28, 5/14
DEMANDE DE BREVET D'INVENTION A1
©) Date de dépôt : 25.11.16. © Demandeur(s) : SAFRAN AIRCRAFT ENGINES
(30) Priorité : Société par actions simplifiée — FR.
©) Inventeur(s) : CHASSIGNET ERIC LUCIEN.
@) Date de mise à la disposition du public de la
demande : 01.06.18 Bulletin 18/22.
(56) Liste des documents cités dans le rapport de
recherche préliminaire : Se reporter à la fin du
présent fascicule
(© Références à d’autres documents nationaux ©) Titulaire(s) : SAFRAN AIRCRAFT ENGINES Société
apparentés : par actions simplifiée.
©) Demande(s) d’extension : @) Mandataire(s) : CABINET BEAU DE LOMENIE.
PROCEDE DE FABRICATION D'UN ELEMENT PROFILE EN MATERIAU COMPOSITE AVEC FIXATION D'UN RENFORT METALLIQUE PAR RIVETAGE.
FR 3 059 268 - A1 (brj Un procédé de fabrication d'un élément profilé en matériau composite comprend:
- la réalisation d'une préforme fibreuse (300), ladite préforme étant imprégnée avec une résine,
- la polymérisation de la résine avec une matrice de manière à obtenir un élément profilé en matériau composite comprenant un renfort fibreux densifié par une matrice, et
- la fixation d'un renfort métallique sur l'élément profilé en matériau composite, le renfort métallique étant fixé sur l'élément profilé par rivetage.
Le procédé comprend en outre, avant la polymérisation de la résine, l'insertion d'éléments d'écartement (10) entre les fibres de la préforme fibreuse (300) et le retrait des éléments d'écartement après la polymérisation de la résine de manière à former au moins un passage entre les fibres du renfort fibreux de l'élément en matériau composite.
Arrière-plan de l'invention
L'invention concerne des éléments profilés de turbomachine, en particulier des aubes, en matériau composite comportant un renfort fibreux densifié par une matrice, la matrice étant obtenue par injection d'une composition liquide contenant un précurseur de la matrice dans une préforme fibreuse.
Un domaine visé est celui d'aubes de turbines à gaz pour moteurs aéronautiques ou turbines industrielles et, plus particulièrement mais non exclusivement, des aubes de soufflantes pour moteurs aéronautiques.
La fabrication d'un élément profilé en matériau composite comprend les étapes suivantes:
a) réalisation d'une structure fibreuse par tissage tridimensionnel ou multicouche,
b) compactage et mise en forme de la structure fibreuse,
c) placement de la préforme fibreuse ainsi obtenue dans un outillage de moulage par injection (RTM),
d) injection d'une composition liquide précurseur d'un matériau de matrice telle qu'une résine dans la préforme fibreuse,
e) transformation de la composition liquide en matrice de manière à obtenir un élément profilé en matériau composite comprenant un renfort fibreux densifié par une matrice.
Dans le cas par exemple d'une aube de soufflante de moteur aéronautique, il est nécessaire de fixer un renfort métallique sur le bord d'attaque de l'aube afin de protéger l'aube des chocs avec des éléments extérieurs (par exemple des oiseaux). Le renfort métallique est fixé sur le bord d'attaque de l'aube par collage. Le collage du renfort métallique sur le bord d'attaque peut s'avérer être une opération délicate. La qualité du collage détermine la tenue du renfort métallique sur l'aube.
Une autre solution consiste à fixer le renfort métallique sur l'aube au moyen de rivets. Dans ce cas, l'aube en matériau composite et le renfort métallique sont percés afin de ménager dans ceux-ci un passage pour les rivets de fixation. Cependant, le perçage de l'aube en matériau composite entraîne la coupure de fibres du renfort fibreux de l'aube, ce qui peut affecter les propriétés mécaniques de l'aube fabriquée.
Objet et résumé de l'invention
La présente invention a, par conséquent, pour but de proposer une solution permettant de fixer de manière fiable un renfort métallique sur un élément profilé en matériau composite, et ce sans altérer les propriétés mécaniques du matériau composite constitutif de l'aube.
A cet effet, l'invention propose notamment un procédé de fabrication d'un élément en matériau composite comprenant :
- la réalisation d'une préforme fibreuse, ladite préforme étant imprégnée avec une résine,
- la polymérisation de la résine avec une matrice de manière à obtenir un élément profilé en matériau composite comprenant un renfort fibreux densifié par une matrice,
- la fixation d'un renfort métallique sur l'élément profilé en matériau composite, le renfort métallique étant fixé sur l'élément profilé par rivetage, caractérisé en ce qu'il comprend en outre, avant la polymérisation de la résine, l'insertion d'au moins un élément d'écartement entre les fibres de la préforme fibreuse et le retrait de l'élément d'écartement après la polymérisation de la résine de manière à former au moins un passage entre les fibres du renfort fibreux de l'élément profilé en matériau composite.
On obtient ainsi un élément profilé en matériau composite avec des passages pour des rivets sans avoir à réaliser des perçages dans l'élément. Les éléments d'écartement étant insérés entre les fibres, cellesci ne sont pas rompues et l'élément profilé en matériau composite résultant présente de bonnes propriétés mécaniques même au niveau des zones comportant des rivets.
Selon un mode de réalisation de l'invention, au moins un gabarit correspondant aux dimensions d'un passage pour le corps d'un rivet est inséré entre les fibres de la préforme fibreuse, le gabarit étant retiré ou éliminé après la polymérisation de la résine afin de former dans l'élément profilé en matériau composite un passage apte à recevoir le corps d'un rivet.
Selon un aspect de ce mode de réalisation, chaque gabarit est retiré de l'élément profilé en matériau composite par voie mécanique.
Selon un autre mode de réalisation de l'invention, avant la polymérisation de la résine, une texture fibreuse destinée à former la préforme fibreuse est placée dans la cavité de moulage d'un outillage de conformation, ladite cavité comprenant au moins un picot ou pointe permettant de former au moins un passage entre les fils de la texture fibreuse, la préforme fibreuse étant maintenue dans la cavité de moulage lors de la polymérisation de la résine.
Selon une caractéristique particulière de l'invention, la préforme fibreuse est obtenue à partir d'une texture fibreuse réalisée par tissage tridimensionnel ou multicouche, la préforme étant ensuite imprégnée avec une résine.
Selon une autre caractéristique particulière de l'invention, la préforme fibreuse est obtenue à partir d'une texture fibreuse réalisée par tissage tridimensionnel ou multicouche à partir de fils imprégnés d'une résine.
L'élément profilé en matériau composite peut notamment correspondre à une aube de turbomachine et plus particulièrement à une aube de soufflante de moteur aéronautique.
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 :
la figure 1 illustre de façon très schématique une ébauche fibreuse tissée tridimensionnelle destinée à la réalisation d'une structure fibreuse conformément à un mode de réalisation de l'invention ;
la figure 2 est une vue schématique d'une structure fibreuse obtenue à partir de l'ébauche fibreuse de la figure 1 ;
la figure 3 est une vue schématique en perspective éclatée montrant un outillage de conformation et le placement de la structure fibreuse de la figure 2 à l'intérieur de celui-ci ;
la figure 4 est une vue schématique en perspective montrant le placement de l'outillage de conformation de la figure 3 dans un outillage de compactage et formage et la réalisation d'une opération de compactage et de formage afin d'obtenir une préforme fibreuse ;
la figure 5 est une vue schématique en perspective montrant le placement de l'outillage de conformation dans un outillage d'injection et la réalisation d'une opération d'injection d'une composition liquide de précurseur de matrice dans la préforme fibreuse afin d'obtenir une aube en matériau composite ;
la figure 6 est une vue schématique en perspective de l'aube de turbomachine en matériau composite obtenue après l'opération de la figure 5 ;
la figure 7 est une vue schématique en perspective de l'aube de turbomachine en matériau composite de la figure 6 après élimination des gabarits ;
les figures 8A et 8B sont des vues schématiques en perspective montrant la fixation d'un renfort métallique sur l'aube de la figure 7 ;
la figure 9 est une vue schématique d'une structure fibreuse conformément à un autre mode de réalisation de l'invention ;
la figure 10 est une vue schématique en perspective éclatée montrant un outillage de conformation conformément à un autre mode de réalisation de l'invention et le placement de la structure fibreuse de la figure 9 à l'intérieur de celui-ci ;
les figures 11A et 11B sont des vues schématiques respectivement en perspective et en coupe axiale montrant le placement de l'outillage de conformation de la figure 10 dans un outillage d'injection et la réalisation d'une opération d'injection d'une composition liquide de précurseur de matrice dans la préforme fibreuse afin d'obtenir une aube en matériau composite ;
la figure 12 est une vue schématique en perspective de l'aube de turbomachine en matériau composite obtenue après l'opération de la figure 11A ;
les figures 13A et 13B sont des vues schématiques en perspective montrant la fixation d'un renfort métallique sur l'aube de la figure 12.
Description détaillée de modes de réalisation
L'invention s'applique d'une manière générale à la réalisation d'éléments profilés en matériau composite, en particulier des aubes, les éléments profilés étant réalisées à partir d'une préforme fibreuse dans laquelle une composition liquide précurseur d'un matériau de matrice est injectée puis transformée de manière à obtenir une pièce comprenant un renfort fibreux densifié par une matrice, un renfort métallique étant en outre fixé par rivetage sur l'élément profilé.
Un procédé de fabrication conforme à l'invention est décrit en relation avec la fabrication d'une aube de turbomachine. Le procédé de fabrication d'une aube en matériau composite avec renfort métallique selon l'invention débute par la réalisation d'une ébauche fibreuse obtenue par tissage 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 chaîne lient des fils de trame sur plusieurs couches de trame comme par exemple un tissage interlock. Par tissage interlock, on entend ici une armure de tissage 3D dont chaque couche de chaîne lie plusieurs couches de trames avec tous les fils de la même colonne de chaîne ayant le même mouvement dans le plan de l'armure.
Par tissage multicouche, on désigne ici un tissage 3D avec plusieurs couches de trame 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 couches de trame entre elles.
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.
Il peut être avantageux de favoriser l'obtention, après densification, d'un état de surface exempt d'irrégularités importantes, c'est-à-dire un bon état de finition pour éviter ou limiter des opérations de finition par usinage ou pour éviter la formation d'amas de résine dans le cas de composites à matrice résine. A cet effet, dans le cas d'une structure fibreuse ayant une partie interne, ou cœur, et une partie externe, ou peau adjacente à une surface extérieure de la structure fibreuse, la peau est réalisée de préférence par tissage avec une armure de type toile, satin ou sergé afin de limiter les irrégularités de surface, une armure de type satin procurant en outre un aspect de surface lisse.
Il est possible aussi de faire varier l'armure de tissage tridimensionnel dans la partie de cœur, par exemple en combinant différentes armures interlock, ou une armure interlock et une armure de tissage multicouches, ou encore différentes armures de tissage multicouches. Il est possible encore de faire varier l'armure de tissage en peau le long de la surface extérieure.
Un exemple de réalisation d'une structure fibreuse conformément à l'invention est maintenant décrit. Dans cet exemple, le tissage est réalisé sur un métier de type Jacquard.
La figure 1 montre très schématiquement le tissage d'une ébauche fibreuse 100 à partir de laquelle peut être extraite une structure fibreuse 200 (figure 2) permettant d'obtenir, après compactage et mise en forme, une préforme de renfort fibreux d'une aube de moteur aéronautique.
L'ébauche fibreuse 100 est obtenue par tissage tridimensionnel, ou tissage 3D, ou par tissage multicouche réalisé de façon connue au moyen d'un métier à tisser de type jacquard sur lequel on a disposé un faisceau de fils de chaînes ou torons 101 en une pluralité de couches, les fils de chaînes étant liés par des couches de trame 102 également disposés en une pluralité de couches, certaines couches de trames comprenant des tresses comme expliqué ci-après en détails. Un exemple détaillé de réalisation d'une préforme fibreuse destinée à former le renfort fibreux d'une aube pour moteur aéronautique à partir d'une ébauche fibreuse tissée 3D est notamment décrit en détails dans les documents US 7 101 154, US 7 241 112 et WO 2010/061140.
L'ébauche fibreuse 100 est tissée sous forme d’une bande s'étendant de façon générale dans une direction X correspondant à la direction longitudinale de l'aube à réaliser. Dans l'ébauche fibreuse 100, la structure fibreuse 200 présente une épaisseur variable déterminée en fonction de l'épaisseur longitudinale et du profil de la pale de l'aube à réaliser. Dans sa partie destinée à former une préforme de pied, la structure fibreuse 200 présente une partie de surépaisseur 203 déterminée en fonction de l'épaisseur du pied de l'aube à réaliser. La structure fibreuse 200 se prolonge par une partie d'épaisseur décroissante 204 destinée à former Léchasse de l'aube puis par une partie 205 destinée à former la pale de l'aube. La partie 205 présente dans une direction perpendiculaire à la direction X un profil à épaisseur variable entre son bord 205a destiné à former le bord d'attaque de l'aube et son bord 205b destiné à former le bord de fuite de l'aube à réaliser. La partie 205 comprend des première et deuxième faces 205c et 205d s'étendant entre les bords 205a et 205b (figure 2) et destinées à former la face intrados et la face extrados, ou inversement, de la pale de l'aube.
La structure fibreuse 200 est tissée en une seule pièce et doit présenter, après découpe des fils non tissés de l'ébauche 100, la forme et les dimensions quasi-définitives de l'aube (« net shape »). A cet effet, dans les parties de variations d'épaisseur de la structure fibreuse, comme dans la partie d'épaisseur décroissante 204, la diminution d'épaisseur de la préforme est obtenue en retirant progressivement des couches de trame au cours du tissage.
Une fois le tissage de la structure fibreuse 200 dans l'ébauche 100 achevé, on découpe les fils non tissés. On obtient alors la structure fibreuse 200 illustrée sur la figure 2, structure tissée en une seule pièce et comportant les gabarits 10.
L'étape suivante consiste à compacter et à mettre en forme la structure fibreuse 200 pour former une préforme fibreuse prête à être densifiée. A cet effet, la structure fibreuse est placée dans un outillage de conformation 50 (figure 3). L'outillage 50 comprend une première coquille 51 comprenant en son centre une première empreinte 511 correspondant en partie à la forme et aux dimensions de l'aube à réaliser, l'empreinte 511 étant entourée par un premier plan de contact 512. La première coquille 51 comprend en outre un port d'injection 510 destiné à permettre l'injection d'une composition liquide précurseur de matrice dans une préforme fibreuse. L'outillage 50 comprend également une deuxième coquille 52 comprenant en son centre une deuxième empreinte 521 correspondant en partie à la forme et aux dimensions de l'aube à réaliser, la deuxième empreinte 521 étant entourée d'un deuxième plan de contact 522 destiné à coopérer avec le premier plan de contact 512 de la première coquille 51. La deuxième coquille comprend en outre un port d'évacuation 520 destiné à coopérer avec un système de pompage.
Les première et deuxième coquilles peuvent être notamment réalisées en matériau métallique tel que de l'aluminium par exemple ou en graphite.
La structure fibreuse 200 est tout d'abord positionnée dans l'empreinte 511 de la première coquille 51, la deuxième coquille 52 étant ensuite posée sur la première coquille 51 afin de fermer l'outillage de conformation 50. Une fois l'outillage 50 fermé comme illustré sur la figure 4, les première et deuxième coquilles sont dans une position dite « position d'assemblage », c'est-à-dire une position dans laquelle les première et deuxième empreintes 511, 521 sont placées en regard l'une de l'autre tandis que les premier et deuxième plans de contact 512 et 522 sont également en regard l'un de l'autre. Dans cette configuration, les première et deuxième empreintes 511, 521 définissent ensemble un volume interne 53 ayant la forme de l'aube à réaliser et dans lequel est placée la structure fibreuse 200. Dans l'exemple décrit ici, l'empreinte 511 est destinée à former le côté intrados de la préforme fibreuse d'aube tandis que l'empreinte 521 est destinée à former le côté extrados de la préforme d'aube.
L'outillage 50 avec la structure fibreuse à l'intérieur de celui-ci est placé dans un outillage de compactage et de formage 60 (figure 4). L'outillage 60 comprend une partie inférieure 61 sur laquelle repose la première coquille 51 de l'outillage 50 et une partie supérieure 62 placée sur la deuxième coquille 52 de l'outillage 50. L'outillage de compactage et de formage 60 est soumis à l'application d'une pression de compactage PC appliquée par exemple en plaçant l'outil 60 dans une presse (non représentée sur la figure 4). L'application de la pression PC entraîne le rapprochement des première et deuxième coquilles 51 et 52 jusqu'à ce que les premier et deuxième plans de contact 512 et 522 se rejoignent, ce qui permet à la fois de compacter la structure fibreuse 200 selon un taux de compaction déterminé afin d'obtenir un taux de fibres également déterminé et de mettre en forme la structure fibreuse suivant le profil de l'aube à fabriquer. On obtient alors une préforme 300 présentant la forme de l'aube à réaliser (figure 5). La préforme 300 présente un profil à épaisseur variable entre son bord 305a destiné à former le bord d'attaque de l'aube et son bord 305b destiné à former le bord de fuite de l'aube à réaliser. La préforme 300 comprend des première et deuxième faces 305c et 305d s'étendant entre les bords 305a et 305b et destinées à former la face intrados et la face extrados, ou inversement, de la pale de l'aube.
Conformément à un mode de réalisation de l'invention, un ou plusieurs gabarits, ici plusieurs gabarits 10, sont insérés entre les fibres de la préforme fibreuse 300 dans une zone présente au voisinage du bord 305a destiné à former le bord d'attaque de l'aube. Chaque gabarit traverse la préforme dans le sens de son épaisseur, c'est-à-dire, de la face 305c jusqu'à la face 305d (figure 5). Chaque gabarit 10 est introduit dans la préforme fibreuse 300 de manière à être inséré entre les fils ou torons de chaîne et de trame. On crée ainsi une réserve de passage entre les fibres qui peut être maintenue jusqu'à la fin de la fabrication de l'aube en matériau composite, à savoir après la densification de la préforme fibreuse comme expliqué ci-après. Le ou les passages sont en outre ainsi réservés sans rupture des fibres des fils de chaîne et de trame.
Chaque gabarit 10 présente des dimensions similaires à celles du corps du rivet destiné à être introduit dans le passage formé après élimination du gabarit.
Sur la figure 5, l'outillage 50 est placé entre une partie inférieure 71 et une partie supérieure 72 d'un outillage d'injection 70. La partie inférieure 71 et la partie supérieure 72 de l'outillage 70 sont équipées de moyens de chauffage (non représentés sur la figure 5). Une fois l'outillage 70 fermé, on procède ensuite au moulage de l'aube en imprégnant la préforme 300 avec une résine thermodurcissable que l’on polymérise par traitement thermique. On utilise à cet effet le procédé bien connu de moulage par injection ou transfert dit RTM (Resin Transfert Moulding). Conformément au procédé RTM, on injecte via le port d'injection 510 de la première coquille 51 une résine 530, par exemple une résine thermodurcissable, dans l'espace interne 53 défini entre les deux empreintes 511 et 521 et occupé par la préforme 300. Le port 520 de la deuxième coquille 52 est relié à un conduit d'évacuation maintenu sous pression (non représenté sur la figure 5). Cette configuration permet l'établissement d'un gradient de pression entre la partie inférieure de la préforme 300 où la résine est injectée et la partie supérieure de la préforme située à proximité du port 520. De cette manière, la résine 530 injectée sensiblement au niveau de la partie inférieure de la préforme va imprégner progressivement l'ensemble de la préforme en circulant dans celle-ci jusqu'au port d'évacuation 520 par lequel le surplus est évacué. Bien entendu, les première et deuxième coquilles 51 et 52 de l'outillage 50 peuvent comprendre respectivement plusieurs ports d'injection et plusieurs ports d'évacuation.
La résine utilisée peut être, par exemple, une résine époxyde de classe de température 180°C (température maximale supportée sans perte de caractéristiques). Les résines adaptées pour les procédés RTM sont bien connues. Elles présentent de préférence une faible viscosité pour faciliter leur injection dans les fibres. Le choix de la classe de température et/ou la nature chimique de la résine est déterminé en fonction des sollicitations thermomécaniques auxquelles doit être soumise la pièce. Une fois la résine injectée dans tout le renfort, on procède à sa polymérisation par traitement thermique conformément au procédé RTM.
Après l'injection et la polymérisation, l'aube est démoulée. Elle peut éventuellement subir un cycle de post-cuisson pour améliorer ses caractéristiques thermomécaniques (augmentation de la température de transition vitreuse). Au final, l'aube est détourée pour enlever l'excès de résine et les chanfreins sont usinés. Aucun autre usinage n'est nécessaire puisque, la pièce étant moulée, elle respecte les cotes exigées.
Comme illustrée sur la figure 6, on obtient une aube 400 formée d'un renfort fibreux densifié par une matrice sauf au niveau des gabarits
10. Les gabarits 10 sont alors retirés afin d'ouvrir les passages pour la fixation d'un renfort métallique sur l'aube en matériau composite. Les gabarits peuvent être notamment retirés par voie mécanique, par exemple par usinage. Les gabarits sont de préférence réalisés avec un matériau qui n'adhère pas ou peu avec la résine après sa polymérisation. Les gabarits peuvent être notamment réalisés en un des matériaux suivants ; métal, polytétrafluoroéthylène et polyamide.
Une fois les gabarits 10 éliminés, l'aube en matériau composite 400 présente des passages 20 s'étendant dans l'épaisseur de l'aube et débouchant à la fois sur la face intrados 400a et sur la face extrados 400b de l'aube 400 comme illustrés sur la figure 8A. Dans l'exemple décrit ici, l'aube en matériau composite 400 est renforcée au niveau de son bord d'attaque 402. A cet effet, les passages 20 ont été formés dans une zone proche du bord d'attaque 402 afin de permettre la fixation par rivetage d'un renfort métallique profilé 30 dont la forme correspond à la partie de l'aube sur laquelle il doit être fixé (figure 8A). Plus précisément, le renfort métallique 30 comporte des première et deuxième parties 31 et 32 destinées respectivement à être fixées sur les faces intrados et extrados 400a et 400b de l'aube. La première partie 31 comporte des orifices 310 dont la position a été définie de manière à coïncider avec les passages 20 du côté intrados 400a de l'aube 400. De même, la deuxième partie 32 comporte des orifices 320 dont la position a été définie de manière à coïncider avec les passages 20 du côté extrados 400b de l'aube 400. La fixation du renfort métallique 30 est réalisée en positionnant le renfort sur l'aube de manière à aligner les orifices 310 et 320 avec les passages 20 et en introduisant un rivet 40 dans chaque passage 20 comme illustré sur la figure 8B. On obtient ainsi une aube en matériau composite 400 comportant un renfort métallique 30 fixé sur cette dernière par rivetage, aucun fil du renfort fibreux de l'aube n'ayant été rompu au niveau des logements dans lesquels sont placés les rivets 40.
On décrit maintenant un autre mode réalisation de fabrication d'une aube en matériau composite avec fixation d'un renfort métallique qui diffère de celui décrit précédemment en ce que des passages pour les rivets sont réservés dans la texture fibreuse lors de sa mise en forme dans un outillage. Plus précisément, on réalise tout d'abord une structure fibreuse 500 (figure 9) permettant d'obtenir, après compactage et mise en forme, une préforme de renfort fibreux d'une aube de moteur aéronautique. La structure fibreuse est réalisée à partir d'une ébauche fibreuse obtenue par tissage tridimensionnel (3D) ou par tissage multicouche comme l'ébauche fibreuse 100 décrite précédemment.
La structure fibreuse 500 présente une épaisseur variable avec, dans sa partie destinée à former une préforme de pied, une partie de surépaisseur 503 déterminée en fonction de l'épaisseur du pied de l'aube à réaliser. La structure fibreuse 500 se prolonge par une partie d'épaisseur décroissante 504 destinée à former Léchasse de l'aube puis par une partie
505 destinée à former la pale de l'aube. La partie 505 présente dans une direction perpendiculaire à la direction X un profil à épaisseur variable entre son bord 505a destiné à former le bord d'attaque de l'aube et son bord 505b destiné à former le bord de fuite de l'aube à réaliser. La partie 505 comprend des première et deuxième faces 505c et 505d s'étendant entre les bords 505a et 505b et destinées à former la face intrados et la face extrados, ou inversement, de la pale de l'aube. La structure fibreuse 500 est tissée en une seule pièce.
L'étape suivante consiste à compacter et à mettre en forme la structure fibreuse 500 pour former une préforme fibreuse prête à être densifiée. A cet effet, la structure fibreuse est placée dans un outillage de conformation 150 (figure 10). L'outillage 150 comprend une première coquille 151 comprenant en son centre une première empreinte 1511 correspondant en partie à la forme et aux dimensions de l'aube à réaliser, l'empreinte 1511 étant entourée par un premier plan de contact 1512. La première coquille 151 comprend en outre un port d'injection 1510 destiné à permettre l'injection d'une composition liquide précurseur de matrice dans une préforme fibreuse. L'outillage 150 comprend également une deuxième coquille 152 comprenant en son centre une deuxième empreinte 1521 correspondant en partie à la forme et aux dimensions de l'aube à réaliser, la deuxième empreinte 1521 étant entourée d'un deuxième plan de contact 1522 destiné à coopérer avec le premier plan de contact 1512 de la première coquille 151. La deuxième coquille comprend en outre un port d'évacuation 1520 destiné à coopérer avec un système de pompage.
Les première et deuxième coquilles peuvent être notamment réalisées en matériau métallique tel que de l'aluminium par exemple ou en graphite.
Conformément à un mode de réalisation de l'invention, un ou plusieurs picots ou pointes, ici plusieurs picots 154, sont présents sur la première coquille 151. Plus précisément, l'empreinte 1511 de la première coquille 151 comporte plusieurs picots 154 s'étendant verticalement à partir de la surface 1511a de l'empreinte 1511 dans une zone de l'empreinte voisine de celle destinée à former le bord d'attaque de l'aube. Chaque picot 154 comporte un corps 1540 ayant des dimensions similaires à celles du corps du rivet destiné à être introduit dans le passage formé dans l'aube après polymérisation. Le corps 1540 est de préférence prolongé par une pointe 1541 formant l'extrémité libre de chaque picot 154. La pointe 1541 permet de faciliter la pénétration des picots 154 dans la texture fibreuse 500 lors de sa mise en place dans l'outillage 150. L'empreinte 1521 de la deuxième coquille 152 comporte des orifices 1523 qui sont destinés à coopérer avec les picots 154 présents à la surface de l'empreinte 1511 de la première coquille 151 une fois l'outillage 150 fermé. Les orifices 1523 sont destinés à recevoir les pointes 1541 des picots 154 comme illustré sur la figure 11B.
La structure fibreuse 500 est tout d'abord positionnée dans l'empreinte 1511 de la première coquille 151, la deuxième coquille 152 étant ensuite posée sur la première coquille 151 afin de fermer l'outillage de conformation 150. Chaque picot 154 traverse alors la partie 505 dans le sens de son épaisseur, c'est-à-dire, de la face 505c jusqu'à la face 505d. On crée ainsi une réserve de passage entre les fibres qui peut être maintenue jusqu'à la fin de la fabrication de l'aube en matériau composite, à savoir après la densification de la préforme fibreuse comme expliqué ciaprès. Le ou les passages sont en outre ainsi réservés sans rupture des fibres des fils de chaîne et de trame.
Une fois l'outillage 150 fermé comme illustré sur les figures 11A et 11B, les première et deuxième coquilles sont dans une position dite « position d'assemblage », c'est-à-dire une position dans laquelle les première et deuxième empreintes 1511, 1521 sont placées en regard l'une de l'autre tandis que les premier et deuxième plans de contact 1512 et 1522 sont également en regard l'un de l'autre. Dans cette configuration, les première et deuxième empreintes 1511,1521 définissent ensemble un volume interne 153 ayant la forme de l'aube à réaliser et dans lequel est placée la structure fibreuse 500. Les picots 154 sont présents dans toute l'épaisseur de la texture fibreuse, réservant ainsi des passages pour des rivets après polymérisation.
Dans l'exemple décrit ici, l'empreinte 1511 est destinée à former le côté intrados de la préforme fibreuse d'aube tandis que l'empreinte 1521 est destinée à former le côté extrados de la préforme d'aube.
Comme décrit précédemment pour la texture fibreuse 200, l'outillage 150 avec la structure fibreuse 500 à l'intérieur de celui-ci est placé dans un outillage de compactage et de formage (non représenté sur la figures 11A et 11B) qui est soumis à l'application d'une pression de compactage appliquée par exemple en plaçant l'outillage dans une presse. L'application de la pression entraîne le rapprochement des première et deuxième coquilles jusqu'à ce que les premier et deuxième plans de contact se rejoignent, ce qui permet à la fois de compacter la structure fibreuse selon un taux de compaction déterminé afin d'obtenir un taux de fibres également déterminé et de mettre en forme la structure fibreuse suivant le profil de l'aube à fabriquer. On obtient alors une préforme 600 présentant la forme de l'aube à réaliser.
Sur les figures 11A et 11B, l'outillage 150 est placé entre une partie inférieure 171 et une partie supérieure 172 d'un outillage d'injection 170. La partie inférieure 171 et la partie supérieure 172 de l'outillage 170 sont équipées de moyens de chauffage (non représentés sur les figures 11A et 11 B). Une fois l'outillage 170 fermé, on procède ensuite au moulage de l'aube en imprégnant la préforme 600 avec une résine thermodurcissable que Ton polymérise par traitement thermique. On utilise à cet effet le procédé bien connu de moulage par injection ou transfert dit RTM (Resin Transfert Moulding). Conformément au procédé RTM, on injecte via le port d'injection 1510 de la première coquille 151 une résine 1530, par exemple une résine thermodurcissable, dans l'espace interne 153 défini entre les deux empreintes 1511 et 1521 et occupé par la préforme 600. Le port 1520 de la deuxième coquille 152 est relié à un conduit d'évacuation maintenu sous pression (non représenté sur la Figure 11A). Cette configuration permet l'établissement d'un gradient de pression entre la partie inférieure de la préforme 600 où la résine est injectée et la partie supérieure de la préforme située à proximité du port 1520. De cette manière, la résine 1530 injectée sensiblement au niveau de la partie inférieure de la préforme va imprégner progressivement l'ensemble de la préforme en circulant dans celle-ci jusqu'au port d'évacuation 1520 par lequel le surplus est évacué. Bien entendu, les première et deuxième coquilles 151 et 152 de l'outillage 150 peuvent comprendre respectivement plusieurs ports d'injection et plusieurs ports d'évacuation.
La résine utilisée peut être, par exemple, une résine époxyde de classe de température 180 °C (température maximale supportée sans perte de caractéristiques). Les résines adaptées pour les procédés RTM sont bien connues. Elles présentent de préférence une faible viscosité pour faciliter leur injection dans les fibres. Le choix de la classe de température et/ou la nature chimique de la résine est déterminé en fonction des sollicitations thermomécaniques auxquelles doit être soumise la pièce. Une fois la résine injectée dans tout le renfort, on procède à sa polymérisation par traitement thermique conformément au procédé RTM.
Après l'injection et la polymérisation, l'aube est démoulée. Elle peut éventuellement subir un cycle de post-cuisson pour améliorer ses caractéristiques thermomécaniques (augmentation de la température de transition vitreuse). Au final, l'aube est détourée pour enlever l’excès de résine et les chanfreins sont usinés. Aucun autre usinage n’est nécessaire puisque, la pièce étant moulée, elle respecte les cotes exigées.
Comme illustrée sur la figure 12, on obtient une aube 700 formée d'un renfort fibreux densifié par une matrice, l'aube en matériau composite 700 présentant en outre des passages 120 correspondant à l'emplacement des picots 154. Les passages 120 s'étendent dans l'épaisseur de l'aube et débouchant à la fois sur la face intrados 700a et sur la face extrados 700b de l'aube 700. Dans l'exemple décrit ici, l'aube en matériau composite 700 est renforcée au niveau de son bord d'attaque 702. A cet effet, les passages 120 ont été formés dans une zone proche du bord d'attaque 702 afin de permettre la fixation par rivetage d'un renfort métallique profilé 130 dont la forme correspond à la partie de l'aube sur laquelle il doit être fixé (figure 13A). Plus précisément, le renfort métallique 130 comporte des première et deuxième parties 131 et 132 destinées respectivement à être fixées sur les faces intrados et extrados 700a et 700b de l'aube, La première partie 131 comporte des orifices 1310 dont la position a été définie de manière à coïncider avec les passages 120 du côté intrados 700a de l'aube 700. De même, la deuxième partie 132 comporte des orifices 1320 dont la position a été définie de manière à coïncider avec les passages 120 du côté extrados 700b de l'aube 700. La fixation du renfort métallique 130 est réalisée en positionnant le renfort sur l'aube de manière à aligner les orifices 1310 et 1320 avec les passages 120 et en introduisant un rivet 140 dans chaque passage 120 comme illustré sur la figure 13B. On obtient ainsi une aube en matériau composite 700 comportant un renfort métallique 130 fixé sur cette dernière par rivetage, aucun fil du renfort fibreux de l'aube n'ayant été rompu au niveau des logements dans lesquels sont placés les rivets 140.
Selon une variante de mise en oeuvre du procédé de l'invention, les préformes fibreuses 300 et 600 décrites ci-avant sont déjà imprégnées d'une résine avant leur introduction dans l'outillage de conformation, par exemple en tissant les textures fibreuses 200 et 500 à partir de fils pré5 imprégnés de résine ou en imprégnant de résine les textures fibreuses 200 et 500 après tissage. Dans ce cas, il n'est pas nécessaire d'injecter une résine dans l'outillage de conformation avant la polymérisation de la résine.
L'invention trouve une application dans la fabrication d'éléments profilés de turbomachine tels que des aubes et en particulier d'aubes de soufflante du domaine aéronautique.

Claims (8)

  1. REVENDICATIONS
    1. Procédé de fabrication d'un élément profilé en matériau composite (400) comprenant :
    - la réalisation d'une préforme fibreuse (300), ladite préforme étant imprégnée avec une résine,
    - la polymérisation de la résine avec une matrice de manière à obtenir un élément profilé en matériau composite (400) comprenant un renfort fibreux densifié par une matrice,
    - la fixation d'un renfort métallique (30) sur l'élément profilé en matériau composite, le renfort métallique étant fixé sur l'élément profilé par rivetage, caractérisé en ce qu'il comprend en outre, avant la polymérisation de la résine, l'insertion d'au moins un élément d'écartement entre les fibres de la préforme fibreuse (300) et le retrait dudit au moins élément d'écartement après la polymérisation de la résine de manière à former au moins un passage (20) entre les fibres du renfort fibreux de l'élément en matériau composite (400).
  2. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel, au moins un gabarit (10) correspondant aux dimensions d'un passage pour le corps d'un rivet (40) est inséré entre les fibres de la préforme fibreuse (200), le gabarit (10) étant retiré ou éliminé après la polymérisation de la résine afin de former dans l'élément profilé en matériau composite (400) un passage (20) apte à recevoir le corps d'un rivet (40).
  3. 3. Procédé selon la revendication 2, dans lequel chaque gabarit est retiré de l'élément profilé en matériau composite par voie mécanique.
  4. 4. Procédé selon la revendication 1, dans lequel, avant la polymérisation de la résine, une texture fibreuse (500) destinée à former la préforme fibreuse (600) est placée dans la cavité de moulage (153) d'un outillage de conformation, ladite cavité comprenant au moins un picot ou pointe (154) permettant de former au moins un passage entre les fils de la texture fibreuse, la préforme fibreuse (600) obtenue étant maintenue dans la cavité de moulage lors de la polymérisation de la résine.
  5. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel la préforme fibreuse (300 ; 600) est obtenue à partir d'une texture fibreuse (200 ; 500) réalisée par tissage tridimensionnel ou
    5 multicouche, la préforme étant ensuite imprégnée avec une résine.
  6. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel la préforme fibreuse (300 ; 600) est obtenue à partir d'une texture fibreuse (200 ; 500) réalisée par tissage tridimensionnel ou
    10 multicouche à partir de fils imprégnés d'une résine.
  7. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel l'élément profilé correspond à une aube de turbomachine.
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  8. 8. Procédé selon la revendication 7, dans lequel l'aube de turbomachine est une aube de soufflante de moteur aéronautique.
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