FR3108555A1 - Procédé de fabrication d'une pièce de révolution en matériau composite et moule d’injection - Google Patents
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Abstract
Procédé de fabrication d'une pièce de révolution en matériau composite et moule d’injection Un procédé de fabrication d'une pièce de révolution en matériau composite comprend:- l’enroulement d’une texture fibreuse sur un mandrin (110) d’un moule d’injection (100) de manière à former une préforme fibreuse (20), ,- le bridage de la préforme fibreuse par positionnement d’un élément de maintien (300) sur la surface exposée de la texture fibreuse,- la découpe de la préforme fibreuse (20) en aval de l’élément de maintien (300), - la fermeture du moule d’injection (100) par une pluralité de secteurs angulaires (1201, 1202, 1203, 1204, 1205, 1206), - l’injection d’une résine dans la préforme fibreuse (20),- la transformation de la résine en matrice. L’élément de maintien (300) comprend un talon (310) en contact avec la texture fibreuse, le talon étant maintenu en position lors de la fermeture du moule (100) par des premier et deuxième secteurs angulaires adjacents (1201, 1206). Figure pour l’abrégé : Fig. 5.
Description
La présente invention se rapporte au domaine général de la fabrication de pièces de révolution telles que des carters de turbine à gaz.
Dans le domaine aéronautique, on cherche à réduire la masse des composants des moteurs tout en maintenant à un haut niveau leurs propriétés mécaniques. Par exemple, dans une turbomachine aéronautique, le carter de soufflante définissant le contour de la veine d'entrée d'air du moteur et à l'intérieur duquel est logé le rotor supportant les aubes de la soufflante est maintenant réalisé en matériau composite.
La fabrication d'un carter de soufflante en matériau composite débute par la formation d'une préforme en fibres sur un mandrin dont le profil épouse celui du carter à réaliser. La préforme est obtenue par enroulement sous tension d’une bande fibreuse réalisée par exemple par tissage tridimensionnel ou multicouche comme cela est décrit dans le brevet US 8 322 971. La fabrication se poursuit par la densification de la préforme fibreuse par une matrice polymère qui consiste à imprégner la préforme par une résine et à polymériser cette dernière pour obtenir la pièce finale.
La figure 1 illustre la fin de l’enroulement d’une texture fibreuse 1, réalisée sous forme de bande et stockée sur une bobine 30, sur un mandrin 21 d’un moule d’injection 2 suivant un sens d’enroulement SE. L’enroulement se fait sous tension à l’aide de rouleaux intermédiaires (non représentés sur la figure 1) interposés entre la bobine 30 et le mandrin 21 afin de maintenir une tension aussi homogène que possible sur la texture fibreuse tissée « en forme » (principe du « contour weaving »).
A la fin de l’enroulement, c’est-à-dire après la réalisation de plusieurs tours de la texture fibreuse 1 sur l’outillage 2, un patin 23 est positionné sur la surface exposée du dernier tour de la texture fibreuse 1 afin de brider celle-ci lors de sa découpe par un couteau 24.
Une fois une préforme fibreuse 15 ainsi réalisée, on ferme le moule d’injection 2 avec des secteurs angulaires 22 afin d’imprégner la préforme avec une résine précurseur de la matrice comme représenté sur la figure 2.
Plus précisément, comme illustré sur les figures 3A à 3D, après la découpe de la texture fibreuse 10, le patin 23 est retiré afin de permettre le positionnement d’un premier secteur angulaire 22 (figure 3A). Le premier secteur angulaire vient brider de nouveau la préforme 15 par son poids et l’effort de compaction qu’il exerce sur cette dernière (figures 3B et 3C). Cependant, entre le retrait du patin 23 et le positionnement du premier secteur angulaire 22, la préforme fibreuse 15 n’est plus maintenue au niveau de son extrémité libre 150. La texture fibreuse 10 ayant été enroulée sous tension sur le mandrin 21, elle se rétracte alors pendant le temps où elle n’est plus bridée.
Cette rétractation entraîne l’apparition d’une cavité 16 entre l’extrémité libre 150 de la préforme 15 et l’épaulement 25 du secteur angulaire destiné normalement être en contact avec l’extrémité 150 (figure 3C).
Une fois le moule 2 fermé, on injecte une résine 24 dans la préforme (figure 3D). La cavité 16 est alors remplie de résine 24, ce qui résulte en une portion riche en résine sur la pièce finale, cette portion riche en résine ne présentant pas les propriétés mécaniques attendues du matériau composite. Cette portion est en général conservée. Toutefois, lorsqu’elle devient trop grande, il y a un risque que les plis sous-jacents ne respectent leur positionnement nominal et qu’ils remontent dans la cavité libre. On ne connait donc plus leur taux volumique de fibres. En outre, à certaines postions axiale, la totalité du dernier pli est retiré, on a alors un risque d’usiner les plis inférieurs. La portion riche en résine peut être sujette à des exothermes locaux (bulles brunes) et/ou à des initiations de fissures. Enfin, d’un point de vue esthétique, la zone riche en résine est également à éviter.
L’invention a pour but de proposer une solution qui évite les inconvénients précités.
Ce but est atteint notamment grâce à un procédé de fabrication d'une pièce de révolution en matériau composite comprenant:
- la réalisation par tissage tridimensionnel ou multicouche d’une texture fibreuse sous forme d’une bande,
- l’enroulement sous tension suivant une direction d’enroulement de la texture fibreuse sur plusieurs tours superposés sur un mandrin d’un moule d’injection de manière à former une préforme fibreuse, le moule d’injection comprenant une pluralité de secteurs angulaires comprenant chacun une base annulaire destinée à venir en contact de la texture fibreuse,
- le bridage de la préforme fibreuse par positionnement d’un élément de maintien à une position déterminée sur la surface exposée du dernier tour d’enroulement de la texture fibreuse,
- la découpe de la préforme fibreuse en aval de l’élément de maintien suivant la direction d’enroulement de la texture fibreuse,
- la fermeture du moule d’injection par la pluralité de secteurs angulaires,
- l’injection d’une résine dans la préforme fibreuse,
- la transformation de la résine en matrice de manière à obtenir une pièce de révolution en matériau composite comprenant un renfort fibreux densifié par une matrice,
caractérisé en ce que l’élément de maintien comprend un talon en contact avec la texture fibreuse, le talon étant maintenu en position lors de la fermeture du moule par des premier et deuxième secteurs angulaires adjacents
- la réalisation par tissage tridimensionnel ou multicouche d’une texture fibreuse sous forme d’une bande,
- l’enroulement sous tension suivant une direction d’enroulement de la texture fibreuse sur plusieurs tours superposés sur un mandrin d’un moule d’injection de manière à former une préforme fibreuse, le moule d’injection comprenant une pluralité de secteurs angulaires comprenant chacun une base annulaire destinée à venir en contact de la texture fibreuse,
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caractérisé en ce que l’élément de maintien comprend un talon en contact avec la texture fibreuse, le talon étant maintenu en position lors de la fermeture du moule par des premier et deuxième secteurs angulaires adjacents
Ainsi, selon le procédé de l’invention, la préforme fibreuse est maintenue en permanence par un talon qui est présent au voisinage de son extrémité, le talon étant conservé lors de la fermeture du moule. La préforme fibreuse sous tension n’est jamais relâchée, ce qui empêche toute rétractation de celle-ci. On évite ainsi la formation d’une cavité entre l’extrémité de la préforme fibreuse et le secteur angulaire et, par conséquent, la formation d’une portion riche en résine à la surface de la pièce finale.
Selon une caractéristique particulière du procédé de l’invention, la base annulaire des premier et deuxième secteurs angulaires adjacents destinés à maintenir en position le talon présentent un logement apte à recevoir le talon.
Selon une autre caractéristique particulière du procédé de l’invention, l’élément de maintien comprend en outre un dispositif d’appui relié de manière amovible au talon et apte à transmettre une force d’appui au talon et dans lequel, lors de la fermeture du moule :
- on positionne et on fixe un premier secteur angulaire en amont du talon suivant la direction d’enroulement, la base annulaire du premier secteur angulaire recouvrant une portion amont du talon suivant la direction d’enroulement,
- on sépare le dispositif d’appui du talon,
- on positionne et on fixe un deuxième secteur angulaire en aval du talon suivant la direction d’enroulement et de manière adjacente au premier secteur angulaire, la base annulaire du deuxième secteur angulaire recouvrant une portion aval du talon suivant la direction d’enroulement. Dans ce cas, la portion amont du talon peut s’étendre suivant la direction d’enroulement sur une largeur supérieure à la largeur de la portion aval du talon. Cela permet d’améliorer le maintien de la préforme par le premier secteur angulaire lors du retrait du dispositif d’appui.
- on positionne et on fixe un premier secteur angulaire en amont du talon suivant la direction d’enroulement, la base annulaire du premier secteur angulaire recouvrant une portion amont du talon suivant la direction d’enroulement,
- on sépare le dispositif d’appui du talon,
- on positionne et on fixe un deuxième secteur angulaire en aval du talon suivant la direction d’enroulement et de manière adjacente au premier secteur angulaire, la base annulaire du deuxième secteur angulaire recouvrant une portion aval du talon suivant la direction d’enroulement. Dans ce cas, la portion amont du talon peut s’étendre suivant la direction d’enroulement sur une largeur supérieure à la largeur de la portion aval du talon. Cela permet d’améliorer le maintien de la préforme par le premier secteur angulaire lors du retrait du dispositif d’appui.
Selon une autre caractéristique particulière du procédé de l’invention, l’élément de maintien comprend en outre une pluralité de dispositifs d’appui reliés de manière amovible au talon et espacés les uns des autres, lesdits dispositifs d’appui étant aptes à transmettre une force d’appui au talon et dans lequel, lors de la fermeture du moule :
- on positionne et on fixe un premier secteur angulaire en amont du talon suivant la direction d’enroulement, la base annulaire du premier secteur angulaire recouvrant tout ou partie du talon suivant la direction d’enroulement, le bord latéral du premier secteur angulaire comportant plusieurs logements recevant les dispositifs d’appui,
- on sépare les dispositifs d’appui du talon,
- on positionne et on fixe un deuxième secteur angulaire en aval du talon suivant la direction d’enroulement et de manière adjacente au premier secteur angulaire.
- on positionne et on fixe un premier secteur angulaire en amont du talon suivant la direction d’enroulement, la base annulaire du premier secteur angulaire recouvrant tout ou partie du talon suivant la direction d’enroulement, le bord latéral du premier secteur angulaire comportant plusieurs logements recevant les dispositifs d’appui,
- on sépare les dispositifs d’appui du talon,
- on positionne et on fixe un deuxième secteur angulaire en aval du talon suivant la direction d’enroulement et de manière adjacente au premier secteur angulaire.
L’invention a également pour objet un moule d’injection pour la fabrication d'une pièce de révolution en matériau composite comprenant :
- un mandrin destinée à supporter une préforme fibreuse formée par enroulement sous tension, le mandrin comprenant une paroi annulaire dont le profil de la surface extérieure correspond à celui de la surface interne de la pièce à fabriquer,
- une pluralité de secteurs angulaires de contre-moule assemblés sur le mandrin et destinés à fermer le moule et à compacter la préforme fibreuse enroulée sur le mandrin, chaque secteur angulaire comprenant une base annulaire destinée à venir en contact de la préforme fibreuse, la base annulaire s’étendant entre des premier et deuxième bords latéraux suivant une direction circonférentielle, le premier bord latéral de la base annulaire d’un secteur angulaire étant en contact avec un deuxième bord latéral de la base annulaire d’un secteur angulaire adjacent,
- un élément de maintien apte à brider la préforme fibreuse, caractérisé en ce que l’élément de maintien comprenant un talon destiné à venir en contact avec la préforme fibreuse, le talon étant maintenu en position par des premier et deuxième secteurs angulaires adjacents de la pluralité de secteurs angulaires lorsque le moule d’injection est fermé.
- un mandrin destinée à supporter une préforme fibreuse formée par enroulement sous tension, le mandrin comprenant une paroi annulaire dont le profil de la surface extérieure correspond à celui de la surface interne de la pièce à fabriquer,
- une pluralité de secteurs angulaires de contre-moule assemblés sur le mandrin et destinés à fermer le moule et à compacter la préforme fibreuse enroulée sur le mandrin, chaque secteur angulaire comprenant une base annulaire destinée à venir en contact de la préforme fibreuse, la base annulaire s’étendant entre des premier et deuxième bords latéraux suivant une direction circonférentielle, le premier bord latéral de la base annulaire d’un secteur angulaire étant en contact avec un deuxième bord latéral de la base annulaire d’un secteur angulaire adjacent,
- un élément de maintien apte à brider la préforme fibreuse, caractérisé en ce que l’élément de maintien comprenant un talon destiné à venir en contact avec la préforme fibreuse, le talon étant maintenu en position par des premier et deuxième secteurs angulaires adjacents de la pluralité de secteurs angulaires lorsque le moule d’injection est fermé.
Le moule selon l’invention comprend un élément maintien apte à maintenir un appui sur la préforme via un talon, le talon étant maintenu par des secteurs angulaires une fois le moule fermé. Le moule d’injection selon l’invention permet ainsi de maintenir de façon continue une préforme sous tension avant et après la fermeture du moule par les secteurs angulaires. La préforme ne peut pas se rétracter, ce qui permet d’éviter l’apparition de zones riches en résine à la surface de la pièce finale.
Selon une caractéristique particulière du moule selon l’invention, la base annulaire des premier et deuxième secteurs angulaires adjacents destinés à maintenir en position le talon présente un logement apte à recevoir le talon.
Selon une autre caractéristique particulière du moule selon l’invention, l’élément de maintien comprend en outre un dispositif d’appui relié de manière amovible au talon et apte à transmettre une force d’appui au talon et dans lequel la base annulaire du premier secteur angulaire recouvre une portion amont du talon tandis que la base annulaire du deuxième secteur angulaire recouvre une portion aval du talon suivant la direction d’enroulement. Dans ce cas, la portion amont du talon peut s’étendre suivant la direction circonférentielle sur une largeur supérieure à la largeur de la portion aval du talon.
Selon une autre caractéristique particulière du moule selon l’invention, l’élément de maintien comprend en outre une pluralité de dispositifs d’appui reliés de manière amovible au talon et espacés les uns des autres, lesdits dispositifs d’appui étant aptes à transmettre une force d’appui au talon et dans lequel le bord latéral du premier secteur angulaire comporte plusieurs logements recevant les dispositifs d’appui.
L'invention s'applique d'une manière générale à toute pièce de révolution en matériau composite.
L'invention sera décrite ci-après dans le cadre de son application à un carter de soufflante de moteur aéronautique à turbine à gaz.
La figure 4 montre une vue en perspective d'un carter de soufflante 10 pouvant être fabriqué en utilisant un moule et un procédé selon l'invention. Un tel carter est centré sur un axe longitudinal X-X et comprend une paroi annulaire 11 délimitée à l'amont par une bride amont 12 et à l'aval par une bride aval 13 (l'amont et l'aval étant définis par rapport au sens d'écoulement du flux gazeux dans la turbine à gaz). La surface interne 14 de la paroi annulaire 11 est destinée à délimiter la veine d'entrée d'air dans la turbine à gaz ou supporter des panneaux, viroles, etc. qui définissent cette veine.
La figure 5 est une vue schématique en perspective d'un moule d’injection selon l'invention après découpe de la texture fibreuse enroulée sous tension pour former une préforme et avant la fermeture du moule. Un tel moule peut être utilisé pour l'imprégnation par un procédé du type RTM (« Resin Transfer Molding ») d'une préforme fibreuse afin de fabriquer un carter de soufflante 10 tel que celui présenté précédemment. La préforme fibreuse est formée par enroulement sous tension d’une texture textile sous forme de bande réalisée par exemple par tissage tridimensionnel avec des fibres, par exemple de carbone, verre, aramide ou céramique, et la matrice d'imprégnation peut être en polymère, par exemple époxy, bismaléimide ou polyimide.
Le moule d’injection 100 est monté de façon rotative sur un axe d'entraînement (non représenté) centré sur l'axe X-X, et comprend un mandrin 110. Par la suite, les directions axiale DAet radiale DRseront définies par rapport à cet axe X-X, la direction axiale DAétant parallèle à l’axe X-X et la direction radiale DRétant perpendiculaire à l’axe X-X. Il sera également fait référence à une direction circonférentielle DCqui, comme montrée sur la figure 5, correspond à une direction qui est tangente à tout cercle centré sur l'axe X-X. Cette direction est perpendiculaire à la fois à la direction axiale DAet à une direction radiale DR.
Le mandrin 110 comprend une paroi annulaire 111 prenant la forme d'un fût supportant une préforme fibreuse 20 formée par enroulement sous tension d’une texture fibreuse en forme de bande suivant une direction d’enroulement DE, et deux flasques latéraux 112. Le mandrin 110 est maintenu sur son axe d'entraînement par l'intermédiaire de rayons 113.
Les flasques 112 forment un appui destiné à recevoir les parties rabattues de la préforme 20 enroulée sur le mandrin 110, et qui sont destinées à former les brides amont 12 et aval 13 du carter de soufflante 10.
Le moule 100 comprend en outre un contre-moule composé de plusieurs secteurs angulaires 1201à 1206(ici au nombre de six) assemblés de façon étanche sur le mandrin 110. Dans l’exemple décrit ici, les secteurs sont verrouillés entre eux de façon étanche par des clefs de verrouillage 130 qui maintiennent un joint plat entre les secteurs (non représenté sur la figure 4). Selon une variante de réalisation, les secteurs peuvent être directement verrouillés entre eux par boulonnage en utilisant des vis obliques. Dans ce cas, l’étanchéité entre les secteurs est réalisée par compaction d’un joint logé dans des rainures présentes sur les bords latéraux des secteurs comme expliqué ci-après.
Les secteurs angulaires 120 sont assemblés sur les flasques latéraux 112 par des vis de serrage 131 passant dans des orifices 122 présents dans les secteurs 120 et vissées dans des trous taraudés 1120 présents sur les flasques latéraux 112. Les vis 131 permettent l'assemblage des secteurs 1201à 1206sur les flasques 112 et le réglage de la pression de compaction qui est appliquée sur la préforme fibreuse 20. Les trous taraudés peuvent être remplacés par des boulons insérés dans des cages, ce qui facilite la maintenance dans le cas d’un moule en aluminium.
Dans l’exemple décrit ici, les secteurs angulaires 1201à 1206sont verrouillés entre eux par des vis de serrage 141 passant dans des orifices 132 présents dans les clefs de verrouillage 130 et vissées dans trous taraudés 121 présents sur les secteurs angulaires 1201à 1206ou dans des boulons intégrés à l’outillage. Une clef 130 est fixée entre deux secteurs adjacents par deux rangées de vis 141 s'étendant longitudinalement sur les extrémités de chaque secteur. L'assemblage des clefs de verrouillage 130 se fait radialement par l'extérieur, une fois les secteurs 1201à 1206assemblés sur le mandrin 110. De la sorte, les clefs assurent un serrage circonférentiel des secteurs entre eux.
Des joints toriques (non représentés) positionnés sur les flasques 112 assurent l'étanchéité entre les secteurs 120 et le mandrin 110.
Chaque secteur angulaire 1201à 1206comprend une base annulaire 1211à 1216destinée à venir en contact de la texture fibreuse 20. La base annulaire de chaque secteur s’étend entre des premier et deuxième bords latéraux 124 et 125 suivant la direction circonférentielle DC, le premier bord latéral 124 de la base annulaire d’un secteur angulaire étant en contact avec un deuxième bord latéral 125 de la base annulaire d’un secteur angulaire adjacent.
Conformément à l’invention, un élément de maintien 300 est utilisé pour brider la préforme 20 au voisinage de son extrémité libre 20a obtenue après découpe de la texture fibreuse enroulée sur plusieurs tours sur le mandrin 110 comme illustré sur les figures 5 et 6A. Plus précisément, l’élément de maintien 300 comprend un talon 310 en appui sur la préforme fibreuse et un dispositif d’appui 320 relié au talon 310. Le dispositif d’appui 320 exerce une force d’appui FA 1qui est appliquée sur la préforme 20 via le talon 310. La force d’appui est ajustée de manière à empêcher la préforme de se rétracter et assurer, par conséquent, que l’extrémité libre 20a de la préforme conserve sa position angulaire après découpe. Dans l’exemple décrit ici, le dispositif d’appui 320 est fixé de façon amovible au talon 310.
Toujours conformément à l’invention, les bases annulaires 1211et 1216respectivement des deux secteurs angulaires adjacents 1201et 1206présentent une forme adaptée pour intégrer le talon 310 lors de la fermeture du moule. Plus précisément, la base annulaire 1211du secteur angulaire 1201comporte un épaulement 12101formant un logement pour une première portion 310a du talon 310 situé en amont suivant la direction d’enroulement DEtandis que la base annulaire 1216du secteur angulaire 1206comporte un premier épaulement 12106formant un logement pour une deuxième portion 310b du talon 310 située en amont suivant la direction d’enroulement DE. La base annulaire 1216du secteur angulaire 1206comporte un deuxième épaulement 12116pour loger l’extrémité libre 20a de la préforme fibreuse 20.
On décrit maintenant la fermeture du moule 100 en relation avec les figures 6A à 6F. Sur les figures 6B et 6C, un premier secteur angulaire, ici le secteur 1201, est positionné de sorte que l’épaulement 12101présent sur la base annulaire 1211coopère avec la première portion ou portion amont 310a du talon 310. Le secteur 1201 est alors fixé sur le mandrin 110 comme décrit précédemment. Le secteur 1201compacte la préforme 20 tout en exerçant une force d’appui FA2sur la portion 310a du talon. La force d’appui FA2sur la portion 310a du talon se substitue à la force d’appui FA1exercée par le dispositif d’appui 320 qui peut être retiré sans risque de rétractation de l’extrémité libre 20a de la préforme 20.
Une fois le secteur 1201 fixé, on sépare le dispositif d’appui 320 du talon 310 comme illustré sur la figure 6D. On positionne ensuite un deuxième secteur angulaire, ici le secteur 1206, de sorte que le premier épaulement 12106présent sur la base annulaire 1216coopère avec la deuxième portion ou portion aval 310b du talon 310 et que le deuxième épaulement 12116coopère avec l’extrémité libre 20a de la préforme fibreuse 20 comme illustré sur les figures 6E et 6F. Le secteur 1206 est alors fixé sur le mandrin 110 comme décrit précédemment. Le secteur 1206compacte la préforme 20 tout en exerçant une force d’appui FA3sur la portion 310b du talon 300.
Une fois les secteurs angulaires 1201et 1206fixés, on positionne et on fixe les autres secteurs 1202à 1205afin de finaliser la fermeture du moule d’injection 100 (non représentés sur les figures 6A à 6F).
Grâce à la conservation du talon lors de la fermeture du moule et au maintien permanent d’une force d’appui sur celui-ci, la préforme fibreuse sous tension n’est jamais relâchée, ce qui empêche toute rétractation de celle-ci. On évite ainsi la formation d’une cavité entre l’extrémité de la préforme fibreuse et le secteur angulaire et, par conséquent, la formation d’une portion riche en résine à la surface de la pièce finale.
Dans l’exemple qui vient d’être décrit, le dispositif d’appui est situé au milieu du talon tandis que la portion du premier secteur angulaire qui vient en appui sur le talon s’arrête avant le dispositif d’appui.
Si cela est nécessaire, c’est-à-dire si le maintien du talon par le premier secteur angulaire doit être amélioré, la surface d’appui du premier secteur sur le talon peut être augmentée.
Selon une première approche, on peut augmenter la taille, c’est-à-dire la largeur suivant la direction d’enroulement DE, de la portion amont 310a du talon 310 recouverte par le premier secteur angulaire, la taille de l’épaulement présent sur la base annulaire de celui-ci étant augmentée proportionnellement.
Selon une deuxième approche illustrée sur les figures 7A à 7C, on utilise un élément de maintien 400 comprenant un talon 410 et plusieurs dispositifs d’appui 420 reliés au talon 410 de façon amovible et espacés les uns des autres suivant la direction axiale DA. En outre, le premier secteur angulaire 2201qui est positionné comporte sur son bord latéral 224 des portions 2240 s’étendant en saillie et délimitant entre elles des logements 2241 aptes à recevoir les dispositifs d’appui 420. Les portions en saillie sont dans le prolongement de la base annulaire 2211du secteur 2201. De cette manière, la surface d’appui de l’épaulement 22101de la base annulaire 2211sur le talon 410 s’étend au-delà de la position des dispositifs d’appui 420. Dans l’exemple décrit ici, les portions 2240 et, par conséquent, l’extension de la surface d’appui de la base annulaire 2211sur le talon 410 recouvrent toute la largeur du talon 410.
Sur la figure 7B, le premier secteur angulaire 2201est positionné et fixé au mandrin 110 par serrage de vis 231 dans des trous taraudés 1120 présents sur les flasques latéraux 112 en passant dans des orifices 222 présents dans le secteur comme déjà décrit ci-avant. Comme indiqué ci-avant, les trous taraudés peuvent être remplacés par des boulons insérés dans des cages, ce qui facilite la maintenance dans le cas d’un moule en aluminium.
On sépare alors les dispositifs d’appui 420 du talon 410. Un deuxième secteur angulaire 2206est ensuite positionné adjacent au premier secteur 2201, la base annulaire 2216de celui-ci comportant un épaulement 22106pour recevoir l’extrémité libre 20a de la préforme fibreuse 20. Le bord latéral 225 du deuxième secteur angulaire 2206destiné à être placé en vis-à-vis du bord latéral 224 du premier secteur comporte des portions 2250 s’étendant en saillie qui sont destinées à combler les espaces présents entre les portions 2240 présentes sur le bord latéral 240 du premier secteur angulaire 2201et venir en appui sur les parties encore exposées du talon 410. Une fois positionné, le deuxième secteur angulaire 2206est fixé au mandrin 110 par serrage des vis 231 dans des trous taraudés 1120 présents sur les flasques latéraux 112 en passant dans des orifices 222 ou dans des boulons insérés dans des cages,. Selon une variante de réalisation, la base annulaire 2216comporte deux épaulements puis des portions en saillie. Sur la figure 7B, puisque les portions en saillie 2250 vont jusqu’au bout, un deuxième épaulement n’est pas nécessaire.
Les secteurs angulaires 2201et 2206sont verrouillés entre eux par des vis de serrage 241 passant dans des orifices 232 présents dans les clefs de verrouillage 230 et vissées dans trous taraudés 221 présents sur les secteurs angulaires comme déjà décrit ci-avant.
Les dispositifs d’appui de l’élément de maintien de l’invention tels que le dispositif d’appui 320 ou les dispositifs d’appui 420 décrits précédemment peuvent être fixés sur les flasques du mandrin du moule d’injection via des liaisons à serrage ajustable afin de régler la force d’appui exercée sur le talon (non représenté sur les figures). Selon une variante de réalisation, le ou les dispositifs d’appui peuvent être reliés à un système externe configuré pour appliquer une force d’appui sur ceux-ci.
La fabrication du carter 10 représenté sur la figure 3 débute par la réalisation d’une texture fibreuse par tissage tridimensionnel entre des fils de chaîne et des fils de trame. 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 fils de chaîne ou inversement. La texture fibreuse peut présenter une armure de tissage interlock. Par tissage « interlock », on entend ici une armure de tissage dans laquelle chaque couche de fils de trame lie plusieurs couches de fils de chaîne, avec tous les fils d'une même colonne de trame ayant le même mouvement dans le plan de l'armure. D’autres armures de tissage sont envisageables. Les fils utilisés peuvent être notamment des fils en fibres de carbone, de verre ou de carbure de silicium. La texture fibreuse présente une forme de bande qui est enroulée sur plusieurs tours sur le mandrin 110 du moule 100 pour former la préforme fibreuse 20.
Le moule 100 est ensuite fermé au moyen des secteurs angulaires 1201à 1206comme décrit précédemment, ces secteurs réalisant en outre un compactage de la préforme 20.
On procède ensuite à la densification de la préforme fibreuse qui consiste à combler la porosité de cette dernière par le matériau constitutif de la matrice. A cet effet, on injecte le précurseur liquide de matrice, par exemple une résine, dans toute la préforme présente dans le moule. La transformation du précurseur en matrice organique, à savoir sa polymérisation, est réalisée par traitement thermique, généralement par chauffage du moule, après élimination du solvant éventuel et réticulation du polymère, la préforme étant toujours maintenue dans le moule ayant une forme correspondant à celle de la pièce à réaliser. La matrice organique peut être notamment obtenue à partir de résines époxydes, telle que, par exemple, la résine époxyde à hautes performances vendue, ou de précurseurs liquides de matrices carbone ou céramique.
La densification de la préforme fibreuse peut être réalisée par le procédé bien connu de moulage par transfert dit RTM (« Resin Transfert Moulding ») qui consiste à injecter une résine thermodurcissable dans l'espace interne du moule contenant la préforme fibreuse, un gradient de pression étant généralement établi dans cet espace interne entre l'endroit où est injecté la résine et les orifices d'évacuation de cette dernière afin de contrôler et d'optimiser l'imprégnation de la préforme par la résine. Une fois la résine injectée dans toute la préforme, on procède à sa polymérisation par traitement thermique conformément au procédé RTM.
Après l'injection et la polymérisation, la pièce est démoulée. Grâce au procédé et au moule d’injection de la présente invention, la pièce ne présente pas de zone riche en résine comme c’est le cas dans l’art antérieur. On obtient ainsi un carter 10 présentant une forme de révolution comme illustré sur la figure 4.
Claims (10)
- Procédé de fabrication d'une pièce de révolution en matériau composite (30) comprenant:
- la réalisation par tissage tridimensionnel ou multicouche d’une texture fibreuse sous forme d’une bande,
- l’enroulement sous tension de la texture fibreuse sur plusieurs tours superposés sur un mandrin (110) d’un moule d’injection (100) de manière à former une préforme fibreuse (20), le moule d’injection comprenant une pluralité de secteurs angulaires (1201, 1202, 1203, 1204, 1205, 1206) comprenant chacun une base annulaire (1211, 1212, 1213, 1214, 1215, 1216) destinée à venir en contact de la texture fibreuse (20),
- le bridage de la préforme fibreuse par positionnement d’un élément de maintien (300) à une position déterminée sur la surface exposée du dernier tour d’enroulement de la texture fibreuse,
- la découpe de la préforme fibreuse (20) en aval de l’élément de maintien (300) suivant la direction d’enroulement (DE) de la texture fibreuse,
- la fermeture du moule d’injection (100) par la pluralité de secteurs angulaires (1201, 1202, 1203, 1204, 1205, 1206),
- l’injection d’une résine dans la préforme fibreuse (20),
- la transformation de la résine en matrice de manière à obtenir une pièce de révolution en matériau composite (30) comprenant un renfort fibreux densifié par une matrice,
caractérisé en ce que l’élément de maintien (300) comprend un talon (310) en contact avec la texture fibreuse, le talon étant maintenu en position lors de la fermeture du moule (100) par des premier et deuxième secteurs angulaires adjacents (1201, 1206). - Procédé selon la revendication 1, dans lequel la base annulaire (1211, 1216) des premier et deuxième secteurs angulaires adjacents destinés à maintenir en position le talon présentent un logement (12101, 12106) apte à recevoir le talon (310).
- Procédé selon la revendication 2, dans lequel l’élément de maintien (300) comprend en outre un dispositif d’appui (320) relié de manière amovible au talon (310) et apte à transmettre une force d’appui (FA1) au talon et dans lequel, lors de la fermeture du moule :
- on positionne et on fixe un premier secteur angulaire (1201) en amont du talon (310) suivant la direction d’enroulement (DE), la base annulaire (1121) du premier secteur angulaire recouvrant une portion amont (310a) du talon (310) suivant la direction d’enroulement,
- on sépare le dispositif d’appui (320) du talon (310),
- on positionne et on fixe un deuxième secteur angulaire (1206) en aval du talon (310) suivant la direction d’enroulement et de manière adjacente au premier secteur angulaire (1201), la base annulaire (1216) du deuxième secteur angulaire recouvrant une portion aval (310b) du talon (310) suivant la direction d’enroulement. - Procédé selon la revendication 3, dans lequel la portion amont (310a) du talon (310) s’étend suivant la direction d’enroulement sur une largeur supérieure à la largeur de la portion aval dudit talon.
- Procédé selon la revendication 2, dans lequel l’élément de maintien (400) comprend en outre une pluralité de dispositifs d’appui (420) reliés de manière amovible au talon (410) et espacés les uns des autres, lesdits dispositifs d’appui étant aptes à transmettre une force d’appui au talon et dans lequel, lors de la fermeture du moule :
- on positionne et on fixe un premier secteur angulaire (2201) en amont du talon (410) suivant la direction d’enroulement (DE), la base annulaire (2211) du premier secteur angulaire recouvrant tout ou partie du talon (410) suivant la direction d’enroulement, le bord latéral (224) du premier secteur angulaire comportant plusieurs logements (2241) recevant les dispositifs d’appui (420),
- on sépare les dispositifs d’appui (420) du talon (410),
- on positionne et on fixe un deuxième secteur angulaire (2206) en aval du talon (410) suivant la direction d’enroulement et de manière adjacente au premier secteur angulaire. -
Moule d’injection (100) pour la fabrication d'une pièce de révolution en matériau composite (10) comprenant :
- un mandrin (110) destinée à supporter une préforme fibreuse (20) formée par enroulement sous tension, le mandrin comprenant une paroi annulaire (111) dont le profil de la surface extérieure correspond à celui de la surface interne (14) de la pièce à fabriquer,
- une pluralité de secteurs angulaires (1201, 1202, 1203, 1204, 1205, 1206) de contre-moule assemblés sur le mandrin et destinés à fermer le moule et à compacter la préforme fibreuse (20) enroulée sur le mandrin, chaque secteur angulaire (1201, 1202, 1203, 1204, 1205, 1206) comprenant une base annulaire (1211, 1212, 1213, 1214, 1215, 1216) destinée à venir en contact de la préforme fibreuse (20), la base annulaire s’étendant entre des premier et deuxième bords latéraux (124, 125) suivant une direction circonférentielle (DC), le premier bord latéral (124) de la base annulaire (121) d’un secteur angulaire (120) étant en contact avec un deuxième bord latéral (125) de la base annulaire (121) d’un secteur angulaire adjacent,
- un élément de maintien (300) apte à brider la préforme fibreuse, caractérisé en ce que l’élément de maintien (300) comprend un talon (310) destiné à venir en contact avec la préforme fibreuse, le talon étant maintenu en position par des premier et deuxième secteurs angulaires adjacents (1201, 1206) de la pluralité de secteurs angulaires lorsque le moule d’injection est fermé. - Moule selon la revendication 6, dans lequel la base annulaire (1211, 1216) des premier et deuxième secteurs angulaires adjacents (1201, 1206) destinés à maintenir en position le talon (310) présente un logement apte à recevoir le talon.
- Moule selon la revendication 7, dans lequel l’élément de maintien (300) comprend en outre un dispositif d’appui (320) relié de manière amovible au talon (310) et apte à transmettre une force d’appui (FA1) sur le talon et dans lequel la base annulaire (1211) du premier secteur angulaire (1201) recouvre une portion amont (310a) du talon (310) tandis que la base annulaire (1216) du deuxième secteur angulaire (1206) recouvre une portion aval (310b) du talon suivant la direction d’enroulement.
- Moule selon la revendication 8, dans lequel la portion amont (310a) du talon (310) s’étend suivant la direction circonférentielle sur une largeur supérieure à la largeur de la portion aval (310b) dudit talon.
- Moule selon la revendication 7, dans lequel l’élément de maintien (400) comprend en outre une pluralité de dispositifs d’appui (420) reliés de manière amovible au talon (410) et espacés les uns des autres, lesdits dispositifs d’appui étant aptes à transmettre une force d’appui au talon et dans lequel le bord latéral (224) du premier secteur angulaire (2201) comporte plusieurs logements (2241) recevant les dispositifs d’appui (420).
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| US8322971B2 (en) | 2007-02-23 | 2012-12-04 | Snecma | Method of manufacturing a gas turbine casing out of composite material, and a casing as obtained thereby |
| US20140302186A1 (en) * | 2011-10-26 | 2014-10-09 | Snecma | Device for holding a fiber texture on an impregnation mandrel of a winding machine |
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- 2020-03-25 FR FR2002922A patent/FR3108555B1/fr active Active
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