FR3081750A1

FR3081750A1 - Outillage de moulage par injection de resine

Info

Publication number: FR3081750A1
Application number: FR1854841A
Authority: FR
Inventors: Dimitri Lavoine; Thierry CHAUVIN; Adrien TOUZE; Olivier Foussard
Original assignee: Safran SA
Current assignee: Safran SA
Priority date: 2018-06-04
Filing date: 2018-06-04
Publication date: 2019-12-06
Anticipated expiration: 2038-06-04
Also published as: FR3081750B1

Abstract

L'invention concerne un outillage de moulage par injection de résine, en particulier pour la réalisation d'une pièce de turbomachine, comportant un moule (10) configuré pour recevoir une préforme, le moule (10) comportant une buse d'entrée de résine et une buse de sortie de résine, un circuit de préparation et d'injection (11) de résine qui est raccordé aux buses d'entrée et de sortie par des raccord d'évent (13a, 13b), et au moins un capteur (22) de température et/ou de pression. L'outillage est caractérisé en ce que l'une des raccord d'évent (13a, 13b) est équipé d'un capteur de pression (24) de la résine injectée dans le moule (10).

Description

OUTILLAGE DE MOULAGE PAR INJECTION DE RÉSINE

1. Domaine de l’invention [0001] La présente invention concerne le domaine de l’outillage de moulage par injection de résine, en particulier pour la fabrication de pièces pour l’industrie aéronautique.

2. Etat de la technique [0002] De manière connue en soi, on appelle moulage par injection de résine, de l’anglais resin transfer molding (RTM), une technique bien connue de l’état de la technique pour la fabrication de pièces en matériaux composites à matrice organique (CMO). Le procédé RTM permet d'obtenir des pièces composites de dimensions précises et présentant un bon état, ce qui le rend intéressant pour beaucoup d’industries, telle que l’industrie aéronautique, par exemple.

[0003] Il s’agit d’un procédé industriel d'injection à basse pression, d’une résine liquide (matrice organique) dans un moule rigide et fermé. Avant la mise en œuvre du procédé RTM, une structure de renfort en fibres de carbone (appelée préforme) est insérée et calée dans le moule.

[0004] À la différence des techniques utilisant des fibres de renfort pré-imprégnées (fils ou tissus déjà chargés de résine), le procédé RTM utilise des renforts secs, c'est-à-dire que l'apport de résine se fait en phase finale du procédé, une fois que la structure de renfort de la pièce est entièrement construite.

[0005] Une fois la préforme est calée dans le moule, celui-ci est fermé et la résine liquide est injectée sous pression en un ou plusieurs points dans l’empreinte du moule. La résine migre alors dans l'empreinte du moule et imprègne toute la préforme. L'injection de résine est stoppée lorsque l'empreinte du moule est complètement remplie. Le moule est alors chauffé puis maintenu en température le temps pour la résine thermodurcissable de durcir (phénomène de réticulation). Au cours de l’injection, la résine change d’état et a tendance à voir sa densité augmenter et on observe donc une perte de volume. Pour compenser cette perte de volume, il est nécessaire de continuer d’injecter de la résine et de maintenir la pression dans le moule hydraulique constante jusqu’à la solidification totale de la résine. Une fois l’empreinte remplie et la résine solidifiée, le moule peut alors être ouvert, et la pièce finie peut être démoulée. Il ne reste plus qu’à traiter la pièce en vue de sa finalisation (ébarbage ou post-cuisson, par exemple).

[0006] Classiquement, la résine passe par un circuit de préparation et d’injection (notamment constitué de flexibles chauffants, d’une ou plusieurs pompe(s) et de vannes), avant d’être injectée dans le moule via une buse d’entrée. Le moule est en outre équipé d’une buse de sortie reliée au circuit de préparation et d’injection. Chacune des buses comporte un évent par lequel passe la résine. Chaque buse est par ailleurs fixée au moule au moyen d’un raccord d’évent métallique. Le moule, les deux buses et l’ensemble du circuit de préparation et d’injection forment l’outillage.

[0007] Comme mentionné ci-dessus, la mesure et le contrôle de la pression pendant l’étape d’injection sont très importants au bon déroulement du procédé RTM. Ainsi, il est connu de toute personne du métier de connecter un capteur de pression sur le circuit de préparation et d’injection, en aval du moule pour relever et suivre la valeur de pression de la résine en sortie du moule. Le capteur est classiquement monté avec un raccord en T au niveau de la tuyauterie située en aval du moule. Le raccord en T forme une dérivation au circuit principal.

[0008] Le temps de cycle est souvent inférieur à 30 secondes ce qui pose, le défi du mesurage, du traitement et de l’ajustement des paramètres dans ce court délai. Le capteur de pression, bien que proche du moule n’est ainsi pas connecté directement en sortie du moule et il peut y avoir des imprécisions quant à la valeur lue par rapport à la valeur réelle de pression en sortie du moule. Par ailleurs, l’installation d’un raccord en T implique un allongement du temps de préparation et de montage et constitue également un risque de fuite dans le circuit de préparation et d’injection.

3. Objectif de l’invention [0009] L’objectif de la présente invention est ainsi de pallier ce problème de longueur d’installation et de risque de fuite, tout en remédiant aux éventuelles imprécisions de mesures avec une solution simple et économique.

4. Exposé de l’invention [0010] On parvient à cet objectif conformément à l’invention grâce un outillage de moulage par injection de résine, en particulier pour la réalisation d’une pièce de turbomachine, comportant :

un moule configuré pour recevoir une préforme, le moule comportant une buse d’entrée de résine et une buse de sortie de résine,

- un circuit de préparation et d’injection de résine qui est raccordé aux buses d’entrée et de sortie chacun par un raccord d’évent, et

- au moins un capteur de température et/ou de pression, caractérisé en ce que l’un des raccords d’évent est équipé d’un capteur de pression de la résine injectée dans le moule.

[0011] De cette façon, le capteur de pression peut être directement raccordé au moule, sans nécessité de branchements intermédiaires pouvant potentiellement introduire des erreurs de mesure et sans complexifier l’outillage. Le capteur de pression est monté de préférence côté aval (sortie) du moule. Mais la pièce métallique (raccord) sur laquelle est vissé le capteur peut être, si désiré, monté (et de ce fait, le capteur aussi) côté amont (entrée) du moule.

[0012] L’outillage selon l’invention peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément les unes des autres, ou en combinaison les unes avec les autres :

- le capteur d’évent de la buse de sortie est équipé du capteur de pression de résine injectée dans le moule,

- le raccord d’évent de l’une des buses comprend deux ports de raccordement, un premier port de raccordement au circuit préparation et d’injection, et un deuxième port de raccordement au capteur de pression de résine injectée dans le moule,

- le deuxième port de raccordement est muni d’un filetage, de manière à ce que le capteur de pression de résine injectée dans le moule et le deuxième port de raccordement coopèrent par vissage,

- les deux ports de raccordement sont situés sur le raccord d’évent de la buse de sortie,

- le raccord d’évent de l’une des buses comprend une face d’appui sur laquelle est ménagée une gorge de réception d’un joint, cette gorge s’étendant autour des ports de raccordement,

- la gorge présente une forme générale ovoïde,

- l’outillage est configuré pour permettre la fabrication d’une aube de turbomachine.

5. Brève description des figures [0013] L’invention sera mieux comprise, et d’autres buts, détails, caractéristiques et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement à la lecture de la description explicative détaillée qui va suivre, de modes de réalisation de l’invention donnés à titre d’exemples purement illustratifs et non limitatifs, en référence aux dessins schématiques annexés dans lesquels :

- la figure 1 est un schéma bloc illustrant un outillage de moulage par injection de résine, la figure 2 est une vue de détail en perspective du branchement avec un raccord en T d’un capteur de pression de l’outillage selon l’état de la technique,

- la figure 3 est une vue partielle en perspective d’un outillage selon l’invention, comportant un capteur de pression branché sur un raccord d’évent d’une buse d’injection,

- la figure 4a est une vue schématique de la face externe du raccord d’évent de la buse d’injection de la figure 3,

- la figure 4b est une vue schématique de la face d’appui du raccord d’évent de la buse d’injection de la figure 3,

- la figure 5 est une vue en coupe du raccord d’évent de la buse de la figure 4a, selon l’axe A-A,

- la figure 6 est une vue en coupe du raccord d’évent de la buse de la figure 4a, selon l’axe B-B.

6. Description de modes de réalisation de l’invention [0014] De manière connue en soi, un procédé RTM de fabrication d'une aube de turbomachine en matériau composite comporte une première étape au cours de laquelle est réalisée, par tissage en trois dimensions de fils, une préforme (non représentée). Cette préforme est généralement réalisée en fibres de carbone. Au cours de la deuxième étape du procédé, la préforme est mise en place dans une partie inférieure d’un moule 10, tel que représenté sur la figure 1. Ce moule 10 est relié à un circuit de préparation et d’injection 11 de résine et l’ensemble formé par le moule 10 et le circuit de préparation d’injection 11 forment un outillage de moulage par injection de résine. Classiquement, le moule 10 est entouré de deux plateaux chauffants 12 et comporte une buse d’entrée et une buse de sortie permettant chacune de relier le moule 10 au circuit de préparation d’injection 11 via, respectivement, un raccord d’évent d’entrée 13a et un raccord d’évent de sortie 13b. Le raccord d’évent de sortie 13b de la buse de sortie permet, notamment, une sortie de la résine fluide du moule 10 dans les premiers instants de remplissage afin de s’assurer que l’intégralité du moule 10 est bien vidée d’éventuels gaz résiduels.

[0015] Le moule 10 comporte une partie supérieure qui est rapportée sur la partie inférieure au cours d'une troisième étape de fermeture du moule 10. Cette partie supérieure comporte une empreinte qui est complémentaire à la préforme. Le procédé comporte une quatrième étape de compactage de la préforme dans le moule 10. Au cours de cette étape, un effort sur la préforme est généralement exercé de manière à compacter les fibres au contact des parois des empreintes du moule 10. Au cours d'une cinquième étape, on injecte sous vide dans le moule 10 la résine afin d'imprégner la préforme compactée, ce qui permet de former une aube rigide après polymérisation de la résine. Enfin, au cours d'une sixième étape dite de finition, la préforme brute polymérisée est démoulée puis découpée afin d’en séparer des chutes, permettant l’obtention de l'aube finale.

[0016] Dans le cas présent, le circuit de préparation et d’injection 11 représenté sur la figure 1 comprend une pompe à vide 14 permettant la mise en oeuvre d’un procédé de moulage par transfert de résine assisté par le vide (une variante connue du procédé RTM). Cette variante est très couramment utilisée, notamment pour la fabrication de pièces de grandes tailles, notamment dans le domaine de l’aéronautique et il y est fait mention au paragraphe précédent à la cinquième étape. Le fait de mettre le moule 10 et le circuit d’injection et de préparation 11 sous vide favorise la diffusion de la résine dans le moule 10 et permet ainsi d’améliorer l’imprégnation de la préforme ce qui évite la formation de zones sèches et de micro-vides.

[0017] Cela fait aussi gagner du temps lors de l’injection de la résine et augmente les performances mécaniques des pièces produites.

[0018] Comme visible sur la figure 1, et comme déjà mentionné, la résine passe par le circuit de préparation et d’injection 11 notamment constitué de flexibles chauffants 15. La résine est mise en mouvement à la fois par une pompe d’injection 16 et par la pompe à vide 14. En effet, l’effet de poussée de la pompe d’injection 16 cumulé à l’aspiration de la pompe à vide 14 permettent de mettre efficacement la résine en mouvement dans le sens des flèches 18 représentées sur la figure 1. Lorsque, au tout début du procédé, la résine pénètre l’empreinte du moule 10, elle chasse les gaz présents dans celle-ci via le raccord d’évent de sortie 13b de la buse de sortie avant, elle-même, de sortir par cette buse de sortie.

[0019] Lorsque tous les gaz ont été chassés du moule 10, le pompage sous vide est arrêté et la pression en sortie du moule 10 est augmentée de manière à ce que la résine y reste. Le moule 10 est isolable du circuit de préparation et d’injection par deux vannes 20a, 20b, ici une vanne d’entrée 20a et une vanne de sortie 20b. Le circuit de préparation et d’injection 11 tel que représenté sur la figure 1 comporte également plusieurs capteurs de de température 22a et/ou de pression 22b répartis sur l’ensemble du circuit de préparation et d’injection 11. En particulier le capteur de pression 24 en aval du moule 10 qui, comme illustré par la figure 2, est classiquement raccordé au circuit de préparation et d’injection 11 via un raccord en T 25. Ce capteur de pression 24 aval comporte une tête de mesure qui permet de mesurer la pression dans le moule 10.

[0020] Le montage d’un capteur de pression branché au circuit de préparation et d’injection 11 via un raccord en T 25, même s’il est raccordé au circuit 11 de manière proche du moule 10, induit des imprécisions. En effet, via ce raccord en T 25, le capteur de pression 24 n’est pas raccordé directement en sortie du moule 10 et il est possible d’observer des imprécisions dans les mesures prises. Par ailleurs, l’installation d’un raccord en T 25 implique un temps supplémentaire de préparation et de montage avant mise en service de l’outillage d’injection et induit un risque de fuite dans le circuit de préparation et d’injection 11.

[0021] Comme visible sur la figure 3, la présente invention tente de pallier les inconvénients énumérés ci-dessus liés au raccord en T, en le supprimant. Ainsi, l’outillage selon la présente invention comporte, classiquement, le moule 10 classiquement configuré pour recevoir une préforme et comportant une buse d’entrée de résine fixée au moule 10 par un raccord d’évent d’entrée 13a et une buse de sortie de résine fixée au moule 10 par un raccord d’évent de sortie 13b permettant de le raccrocher au circuit de préparation et d’injection 11. Dans le cas présent, l’outillage selon la présente invention comporte également un capteur de pression 24 relié directement à l’un des raccords d’évent 13a, 13b, ici le raccord d’évent 13b. Plus précisément et tel que représenté en figure 3, le raccord d’évent de sortie 13b est équipé du capteur de pression 24. Plus précisément encore, le raccord d’évent de sortie 13b est une pièce métallique sur laquelle est fixé le capteur de pression 24. Afin de permettre le cheminement de la résine vers la tête de mesure du capteur de pression 24, le moule 10 présente une cavité de quelques mm, par exemple de 3mm, en regard du raccord d’évent 13b sur lequel se trouve le capteur de pression 24.

[0022] Pour permettre le branchement du capteur de pression 24 sur le raccord d’évent de la buse sortie 13b, le raccord d’évent de sortie 13b comprend deux ports de raccordement 28, 30 (voir figures 4a et 4b). Dans un autre mode de réalisation (non représenté), il pourrait s’agir du raccord d’évent d’entrée 13a. Classiquement, la pression en entrée du moule 10 est donnée par la pompe à l’injection. Ainsi, dans l’exemple choisi, le capteur de pression 24 est fixé sur le raccord d’évent de sortie 13b, qui comprend donc :

- un premier port de raccordement 28 au circuit de préparation et d’injection 11,

- un deuxième port de raccordement 30 au capteur de pression 24.

[0023] Dans le mode de réalisation représenté aux figures 4a et 4b, le diamètre intérieur du premier port de raccordement 28 est de l’ordre de 8 mm. Le diamètre intérieur du deuxième port de raccordement 30 est de l’ordre de 8 mm. Comme visible sur la figure 4a (à l’échelle), l’entraxe entre les deux ports de raccordement est de l’ordre de 25mm. Ainsi, le deuxième port de raccordement 30 est située à un endroit stratégique du moule 10 : à proximité du premier port de raccordement 28, à l’endroit où sort la résine. Le capteur de pression 24 se trouve ainsi positionné au plus près de l’orifice de sortie de la résine permettant de minimiser l’encombrement du raccord d’évent 13a, 13b sur lequel le capteur de pression 24 est monté. Cela permet également de minimiser le volume de résine consommée.

[0024] La buse de sortie (et le raccord d’évent 13b qui y est associé) a donc été modifiée par rapport aux buses de l’état de la technique : le deuxième port de raccordement 30 est, comme visible sur les figures 4a et figure 5, muni d’un filetage, de manière à ce que le capteur de pression 24 puisse venir se visser dans le deuxième port de raccordement 30 lorsque l’outillage d’injection est monté et prêt à l’emploi. De cette façon, le capteur de pression 24 peut être directement raccordé au moule 10, sans risque de perte de précision ou de fuite par le raccord en T 25 et ceci, sans complexifier l’outillage, contrairement au cas d’un moule instrumenté où les capteurs sont intégrés directement dans la surface moulante via des usinages et une installation dédiés mais qui sont très complexes à concevoir et très onéreux.

[0025] Sur les figure 4b et 5, on peut voir que le raccord d’évent de sortie 13b comprend une face d’appui destinée à entrer en contact avec le moule 10 et sur laquelle est ménagée une gorge 32 de réception d’un joint d’étanchéité. Cette gorge 32 présente une largeur de l’ordre de 5 mm, par exemple de 4,6 mm, et une profondeur de l’ordre de 3 mm (voir figure 5). La gorge 32 s’étend autour des deux ports de raccordement 28, 30, et présente une forme ovoïde adaptée à la différence de diamètre des deux ports de raccordement 28, 30. Elle permet d’assurer l’étanchéité entre le moule 10 et la buse de sortie 13b.

[0026] Selon un mode de réalisation, le raccord d’évent de sortie 13b comporte des lumières étagées 34 réparties de manière équidistante sur les faces de la pièce, à proximité du bords de la pièce, de manière à permettre de fixer ladite pièce sur la buse de sortie (par exemple au moyen de vis), comme visible sur la figure 6.

[0027] La présente invention permet ainsi d’utiliser un capteur de pression traditionnel et de le brancher via le port de raccordement 30 rajouté sur le raccord d’évent de sortie 13b et ainsi permettre de mesurer la pression de manière précise, sans impliquer de de coûts exagérés.

Claims

REVENDICATIONS

1. Outillage de moulage par injection de résine, en particulier pour la réalisation d’une pièce de turbomachine, comportant :

- un moule (10) configuré pour recevoir une préforme, le moule (10) comportant une buse d’entrée de résine et une buse de sortie de résine, un circuit de préparation et d’injection (11) de résine qui est raccordé aux buses d’entrée et de sortie chacun par un raccord d’évent (13a, 13b), et

- au moins un capteur (22) de température et/ou de pression, caractérisé en ce que l’un des raccords d’évent est équipé d’un capteur de pression (24) de la résine injectée dans le moule (10).
2. Outillage selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le raccord d’évent (13b) de la buse de sortie est équipé du capteur de pression (24) de résine injectée dans le moule (10).
3. Outillage selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le raccord d’évent (13a, 13b) de l’une des buses comprend deux ports de raccordement (28, 30), un premier port de raccordement (28) au circuit préparation et d’injection (11), et un deuxième port de raccordement (30) au capteur de pression (24) de résine injectée dans le moule (10).
4. Outillage selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le deuxième port de raccordement (30) est muni d’un filetage, de manière à ce que le capteur de pression (24) de résine injectée dans le moule (10) et le deuxième port de raccordement (30) coopèrent par vissage.
5. Outillage selon l’une quelconque des revendications 3 et 4, caractérisé en ce que les deux ports de raccordement (28, 30) sont situés sur le raccord d’évent (13b) de la buse de sortie.
6. Outillage selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le raccord d’évent (13a, 13b) de l’une des buses comprend une face d’appui sur laquelle est ménagée une gorge (32) de réception d’un joint, cette gorge (32) s’étendant autour des ports de raccordement (28, 30).
7. Outillage selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la gorge (32) présente une forme générale ovoïde.

5
8. Outillage selon l’une quelconque des revendications précédente, caractérisé en ce que l’outillage est configuré pour permettre la fabrication d’une aube de turbomachine.