FR3133335A1 - Process for manufacturing a part and a test piece - Google Patents

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Abstract

L’invention concerne un procédé de fabrication d’au moins une pièce (1) et d’au moins une éprouvette de caractérisation d’une telle pièce (1), caractérisé en ce qu’il comporte les étapes consistant à placer au moins une préforme tissée dans un moule, ladite préforme étant destinée à former un renfort fibreux de la pièce (1), placer au moins un renfort principal (9) dans ledit moule au niveau d’au moins une zone principale (2) de la préforme, placer au moins un renfort auxiliaire (10) au niveau d’au moins une zone auxiliaire de la préforme destinée à former une zone de rebut (8) de la pièce (1), insérer une résine dans ledit moule, ladite résine étant destinée à former une matrice, chauffer le moule de façon à polymériser ladite résine et à former ladite pièce (1), séparer au moins une zone de rebut (8) de la pièce (1). Figure à publier avec l’abrégé : [Fig. 3]The invention relates to a method of manufacturing at least one part (1) and at least one test piece for characterizing such a part (1), characterized in that it comprises the steps consisting of placing at least one preform woven in a mold, said preform being intended to form a fibrous reinforcement of the part (1), placing at least one main reinforcement (9) in said mold at least one main zone (2) of the preform, place at least one auxiliary reinforcement (10) at least one auxiliary zone of the preform intended to form a waste zone (8) of the part (1), insert a resin into said mold, said resin being intended to form a matrix, heat the mold so as to polymerize said resin and form said part (1), separate at least one waste zone (8) from the part (1). Figure to be published with the abstract: [Fig. 3]

Description

Procédé de fabrication d’une pièce et d’une éprouvetteProcess for manufacturing a part and a test piece Domaine technique de l’inventionTechnical field of the invention

L’invention concerne un procédé de fabrication d’au moins une pièce et d’au moins une éprouvette de caractérisation d’une telle pièce.The invention relates to a method of manufacturing at least one part and at least one test piece for characterizing such a part.

Etat de la technique antérieureState of the prior art

Afin de réduire la masse et d’augmenter les capacités thermodynamiques de pièces de turbomachine, il est connu de réaliser certaines pièces en matériau composite obtenu à partir d’un renfort fibreux tissé, noyé dans une matrice polymère.In order to reduce the mass and increase the thermodynamic capacities of turbomachine parts, it is known to make certain parts in composite material obtained from a woven fibrous reinforcement, embedded in a polymer matrix.

Il est notamment connu de réaliser des aubes en matériau composite, de telles aubes étant destinées à s’étendre dans une veine d’écoulement d’un flux d’air. Chaque aube comporte classiquement une pale et un pied, la pale comprenant une surface d’intrados et une surface d’extrados reliées l’une à l’autre, à l’amont, par un bord d’attaque et, à l’aval, par un bord de fuite. Le bord d’attaque est exposé aux corps étrangers extérieurs pouvant pénétrer dans la veine d’écoulement d’air, tels que du sable, des grêlons ou encore des oiseaux.It is particularly known to make blades of composite material, such blades being intended to extend in a flow path of an air flow. Each blade conventionally comprises a blade and a root, the blade comprising an intrados surface and an extrados surface connected to each other, upstream, by a leading edge and, downstream , by a trailing edge. The leading edge is exposed to external foreign bodies that may enter the air flow path, such as sand, hailstones or even birds.

Le matériau composite étant sensible aux impacts de tels corps étrangers, différentes solutions ont été développés afin de protéger les bords d’attaque de tels impacts. En particulier, il est connu de rapporter un renfort métallique sur le bord d’attaque, par collage. Ce renfort métallique se présente par exemple sous la forme d’un cliquant qui a été préalablement formé de manière à présenter une forme tridimensionnelle correspondant à la forme tridimensionnelle du bord d’attaque de l’aube à protéger, un film de colle étant appliqué entre le cliquant et ledit bord d’attaque.The composite material being sensitive to the impacts of such foreign bodies, different solutions have been developed to protect the leading edges from such impacts. In particular, it is known to add a metal reinforcement to the leading edge, by gluing. This metal reinforcement is for example in the form of a click which has been previously formed so as to have a three-dimensional shape corresponding to the three-dimensional shape of the leading edge of the blade to be protected, a film of glue being applied between clicking it and said leading edge.

Le document FR 3 090 465 divulgue un procédé de fabrication d’une pièce dans lequel une préforme tissée est placée dans un moule, ladite préforme étant destinée à former un renfort fibreux de la pièce, un renfort métallique étant également placé dans le moule, au niveau du bord d’attaque de la pièce à réaliser. Le renfort métallique se présente sous la forme d’un tissu métallique. Une résine destinée à former la matrice est ensuite injectée dans le moule, puis polymérisée par chauffage du moule. Après polymérisation de la résine, une pièce est obtenue, cette pièce comportant alors une structure de renfort métallique intégrée au bord d’attaque de la pièce.Document FR 3 090 465 discloses a process for manufacturing a part in which a woven preform is placed in a mold, said preform being intended to form a fibrous reinforcement of the part, a metal reinforcement also being placed in the mold, at level of the leading edge of the part to be produced. The metal reinforcement comes in the form of a metal fabric. A resin intended to form the matrix is then injected into the mold, then polymerized by heating the mold. After polymerization of the resin, a part is obtained, this part then comprising a metal reinforcement structure integrated into the leading edge of the part.

Le renfort métallique est ainsi moulé en même temps que la préforme.The metal reinforcement is thus molded at the same time as the preform.

La fabrication de pièces composites et les opérations de collage sont des procédés nécessitant un contrôle qualité continu ou périodique des pièces. Deux techniques sont utilisées communément afin d’assurer un tel contrôle.The manufacturing of composite parts and bonding operations are processes requiring continuous or periodic quality control of the parts. Two techniques are commonly used to ensure such control.

Une première technique consiste à fabriquer une éprouvette d’essai mécanique attenante à la pièce, en même temps que cette dernière.A first technique consists of manufacturing a mechanical test specimen adjacent to the part, at the same time as the latter.

L’inconvénient d’une telle technique est que l’éprouvette subit des contraintes thermiques qui ne sont pas exactement celles de la pièce, rendant cette éprouvette peu représentative de la pièce.The disadvantage of such a technique is that the specimen undergoes thermal stresses which are not exactly those of the part, making this specimen unrepresentative of the part.

Une seconde technique est de réaliser une dissection d’une pièce de manière périodique.A second technique is to dissect a part periodically.

L’inconvénient d’une telle technique est qu’elle est principalement une technique de contrôle visuel qui ne permet en général pas d’obtenir des données mécaniques quantitatives, par exemple au travers d’essais mécaniques. Par ailleurs, une telle technique, du fait de son caractère destructif, ne peut être réalisée que par échantillonnage et ne permet pas de caractériser l’ensemble des pièces fabriquées.The disadvantage of such a technique is that it is mainly a visual inspection technique which generally does not make it possible to obtain quantitative mechanical data, for example through mechanical tests. Furthermore, such a technique, due to its destructive nature, can only be carried out by sampling and does not make it possible to characterize all of the parts manufactured.

Il est à noter également que la bonne exécution d’une opération de collage dépend de nombreux paramètres et que, en cas de défaut d’un tel collage, il est difficile de déterminer quel est le paramètre à l’origine d’un tel défaut.It should also be noted that the proper execution of a gluing operation depends on numerous parameters and that, in the event of a defect in such gluing, it is difficult to determine which parameter is the cause of such a defect. .

Présentation de l’inventionPresentation of the invention

L’invention vise à proposer une solution aux problèmes décrits ci-dessus.The invention aims to propose a solution to the problems described above.

A cet effet, l’invention concerne un procédé de fabrication d’au moins une pièce et d’au moins une éprouvette de caractérisation d’une telle pièce, caractérisé en ce qu’il comporte les étapes consistant à :To this end, the invention relates to a method of manufacturing at least one part and at least one test piece for characterizing such a part, characterized in that it comprises the steps consisting of:

- placer au moins une préforme tissée dans un moule, ladite préforme étant destinée à former un renfort fibreux de la pièce,- place at least one woven preform in a mold, said preform being intended to form a fibrous reinforcement of the part,

- placer au moins un renfort principal dans ledit moule au niveau d’au moins une zone principale de la préforme,- place at least one main reinforcement in said mold at least one main zone of the preform,

- placer au moins un renfort auxiliaire au niveau d’au moins une zone auxiliaire de la préforme destinée à former une zone de rebut de la pièce,- place at least one auxiliary reinforcement at the level of at least one auxiliary zone of the preform intended to form a waste zone of the part,

- insérer une résine dans ledit moule, ladite résine étant destinée à former une matrice,- insert a resin into said mold, said resin being intended to form a matrix,

- chauffer le moule de façon à polymériser ladite résine et à former ladite pièce,- heat the mold so as to polymerize said resin and form said part,

- séparer au moins une zone de rebut de la pièce, ladite zone de rebut étant apte à former une éprouvette de caractérisation de la pièce, ladite zone de rebut comportant un renfort fibreux formé par une partie de la préforme et noyé dans une matrice formée par la résine polymérisée, et un renfort auxiliaire solidaire de la matrice et du renfort fibreux.- separate at least one waste zone from the part, said waste zone being capable of forming a test piece for characterizing the part, said waste zone comprising a fibrous reinforcement formed by a part of the preform and embedded in a matrix formed by the polymerized resin, and an auxiliary reinforcement integral with the matrix and the fibrous reinforcement.

Le procédé permet ainsi d’obtenir, lors d’un unique cycle de moulage, une pièce composite et une ou plusieurs éprouvettes représentatives de la pièce, c’est-à-dire ayant été soumises aux mêmes contraintes thermiques et mécaniques que la pièce lors du moulage.The process thus makes it possible to obtain, during a single molding cycle, a composite part and one or more specimens representative of the part, that is to say having been subjected to the same thermal and mechanical stresses as the part during molding.

Un tel procédé permet ainsi de réaliser des tests permettant de quantifier précisément différents paramètres de l’interface de collage. Les tests réalisés peuvent par exemple permettre de quantifier la résistance au pelage de l’interface de collage, la résistance à l’impact de l’interface de collage ou tout autre essai permettant de caractériser les propriétés mécaniques d’intérêt représentative des sollicitations de la pièce lors de son service.Such a process thus makes it possible to carry out tests making it possible to precisely quantify different parameters of the bonding interface. The tests carried out can for example make it possible to quantify the peel resistance of the bonding interface, the impact resistance of the bonding interface or any other test making it possible to characterize the mechanical properties of interest representative of the stresses of the part during its service.

Dans le cas de la réalisation de plusieurs éprouvettes dans des zones de rebut situées en plusieurs endroits du moule, il est également possible de caractériser l’homogénéité du moule, et donc de la pièce réalisée.In the case of producing several test pieces in scrap zones located in several places in the mold, it is also possible to characterize the homogeneity of the mold, and therefore of the part produced.

La pièce est une aube de turbomachine.The part is a turbomachine blade.

La pièce est par exemple une aube de soufflante de la turbomachine ou une aube directrice, par exemple une aube de type OGV (pour Outlet Guide Vane en anglais).The part is for example a fan blade of the turbomachine or a guide vane, for example an OGV type blade (for Outlet Guide Vane in English).

L’aube peut comporter une pale et un pied, ladite pale comportant une première extrémité rattachée au pied et une seconde extrémité opposée à la première extrémité, ladite pale comportant en outre une surface d’intrados et une surface d’extrados reliées par un bord d’attaque et par un bord de fuite, au moins un renfort principal étant situé dans une zone de la préforme destinée à former le bord d’attaque, au moins un renfort auxiliaire étant situé dans une zone destinée à former une zone de rebut, à proximité du bord d’attaque et/ou à proximité de la seconde extrémité et/ou à proximité du pied.The blade may comprise a blade and a foot, said blade comprising a first end attached to the foot and a second end opposite the first end, said blade further comprising an intrados surface and an extrados surface connected by an edge leading edge and by a trailing edge, at least one main reinforcement being located in a zone of the preform intended to form the leading edge, at least one auxiliary reinforcement being located in a zone intended to form a waste zone, near the leading edge and/or near the second end and/or near the foot.

Les zones de rebut destinées à former des éprouvettes peuvent ainsi être situées à des endroits d’intérêt de l’aube, où la caractérisation de cette dernière par des essais mécaniques, optiques ou thermiques par exemple est la plus importante.The scrap zones intended to form test pieces can thus be located at places of interest on the blade, where the characterization of the latter by mechanical, optical or thermal tests for example is the most important.

Le renfort principal et/ou le renfort auxiliaire peuvent être métalliques.The main reinforcement and/or the auxiliary reinforcement may be metallic.

Le renfort principal et le renfort auxiliaire peuvent se présenter sous la forme de clinquants métalliques ou sous la forme de tissus métalliques.The main reinforcement and the auxiliary reinforcement can be in the form of metal foils or in the form of metal fabrics.

Un film de colle peut être appliqué entre le renfort principal et/ou le renfort auxiliaire, d’une part, et la préforme, d’autre part.A film of glue can be applied between the main reinforcement and/or the auxiliary reinforcement, on the one hand, and the preform, on the other hand.

La colle est par exemple une résine époxy.The glue is for example an epoxy resin.

En variante, l’adhésion entre le renfort principal ou le renfort auxiliaire et le reste de la préforme peut être obtenu directement à l’aide de la résine servant de matrice.Alternatively, adhesion between the main reinforcement or the auxiliary reinforcement and the rest of the preform can be obtained directly using the resin serving as a matrix.

La préforme peut être réalisée en tissu tissé en trois dimensions, à base de fibres de carbone.The preform can be made from a three-dimensional woven fabric, based on carbon fibers.

La préforme et la résine peuvent être chauffés à une température comprise entre 80 et 200°C, pendant une durée comprise entre 2 et 6 heures.The preform and the resin can be heated to a temperature between 80 and 200°C, for a period of between 2 and 6 hours.

La séparation entre la zone de rebut et la pièce peut être réalisée par usinage. En variante, une telle séparation peut être réalisée par simple retrait manuel de la pièce, par exemple dans le cas où la zone de rebut est positionnée dans une cavité séparée du moule.The separation between the scrap area and the part can be achieved by machining. Alternatively, such separation can be achieved by simple manual removal of the part, for example in the case where the scrap zone is positioned in a separate cavity of the mold.

Brève description des figuresBrief description of the figures

est un diagramme illustrant les étapes successives du procédé de fabrication selon le présent document, is a diagram illustrating the successive stages of the manufacturing process according to this document,

est une vue schématique partielle illustrant le positionnement des renforts, is a partial schematic view illustrating the positioning of the reinforcements,

est une également vue schématique illustrant le positionnement des renforts. is also a schematic view illustrating the positioning of the reinforcements.

Description détaillée de l’inventionDetailed description of the invention

La illustre différentes étapes successives d’un procédé de fabrication d’au moins une pièce 1 et d’au moins une éprouvette de caractérisation d’une telle pièce, selon une forme de réalisation du présent document.There illustrates different successive stages of a process for manufacturing at least one part 1 and at least one test piece for characterizing such a part, according to one embodiment of this document.

La pièce 1 est par exemple une aube de soufflante de la turbomachine ou une aube directrice, par exemple une aube de type OGV (pour Outlet Guide Vane en anglais).Part 1 is for example a fan blade of the turbomachine or a guide vane, for example an OGV type blade (for Outlet Guide Vane in English).

Comme illustré à la et 3, l’aube 1 peut comporter une pale 2 et un pied 3, ladite pale 2 comportant une première extrémité 4 rattachée au pied et une seconde extrémité 5 opposée à la première extrémité 4, ladite pale 2 comportant en outre une surface d’intrados et une surface d’extrados reliées par un bord d’attaque 6 et par un bord de fuite 7.As illustrated in and 3, the blade 1 may comprise a blade 2 and a foot 3, said blade 2 comprising a first end 4 attached to the foot and a second end 5 opposite the first end 4, said blade 2 further comprising a surface of intrados and an extrados surface connected by a leading edge 6 and by a trailing edge 7.

Ce procédé comporte une étape E1 consistant à placer au moins une préforme tissée dans une cavité d’un moule d’injection, ladite préforme étant destinée à former un renfort fibreux de la pièce.This method comprises a step E1 consisting of placing at least one woven preform in a cavity of an injection mold, said preform being intended to form a fibrous reinforcement of the part.

La préforme peut être réalisée en tissu tissé en trois dimensions, à base de fibres de carbone.The preform can be made from a three-dimensional woven fabric, based on carbon fibers.

Un film de colle est ensuite apposé, lors d’une étape E2, sur des zones destinées à former la pièce 1 et des zones 8 destinées à former des zones de rebut qui, après séparation avec la pièce 1, pourront former des éprouvettes destinées à caractériser la pièce 1.A film of glue is then applied, during a step E2, to areas intended to form part 1 and areas 8 intended to form waste areas which, after separation with part 1, can form test pieces intended to characterize part 1.

Par exemple, un film de colle peut être apposé du niveau du bord d’attaque 6 et au niveau de zones de rebut 8 situées en dehors de la pièce 1 et à proximité du bord d’attaque 6, à proximité de la seconde extrémité 5 et à proximité du pied 3. La colle est par exemple une résine époxy.For example, a film of glue can be applied at the level of the leading edge 6 and at the level of waste areas 8 located outside the part 1 and near the leading edge 6, near the second end 5 and near the foot 3. The glue is for example an epoxy resin.

Lors d’une étape E3, un renfort principal 9 est apposé sur le film de colle de la pièce 1 et des renforts auxiliaires 10 sont apposés sur les films de colle des zones de rebut 8.During a step E3, a main reinforcement 9 is affixed to the glue film of part 1 and auxiliary reinforcements 10 are affixed to the glue films of the waste areas 8.

Chaque renfort 9, 10 peut se présenter sous la forme d’un cliquant métallique, réalisé par exemple en Titane. Le renfort principal 9 peut présenter une forme tridimensionnelle correspondant à la forme du bord d’attaque 6. Les renforts auxiliaires 10 peuvent se présenter sous la forme de clinquants plans ou globalement plans.Each reinforcement 9, 10 can be in the form of a metallic click, made for example of Titanium. The main reinforcement 9 may have a three-dimensional shape corresponding to the shape of the leading edge 6. The auxiliary reinforcements 10 may be in the form of planar or generally planar foils.

Le moule est ensuite refermé puis, lors d’une étape E4, de la résine est injecté, la préforme, la résine, les films de colle et les renforts 9, 10 étant soumis à une température permettant la polymérisation de la résine et du film de colle. Ces éléments sont par exemple soumis à une température comprise entre 80 et 200°C, pendant une durée comprise entre 2 et 6 heures. La pression d’injection de la résine est par exemple comprise entre 10 et 30 bars.The mold is then closed then, during a step E4, resin is injected, the preform, the resin, the glue films and the reinforcements 9, 10 being subjected to a temperature allowing the polymerization of the resin and the film of glue. These elements are for example subjected to a temperature of between 80 and 200°C, for a period of between 2 and 6 hours. The resin injection pressure is for example between 10 and 30 bars.

Ensuite, lors d’une étape E5, les zones de rebut 8 sont séparées de la pièce 1, par exemple par usinage. Comme indiqué précédemment, ces zones de rebut 8 sont destinées à former des éprouvettes représentatives de la pièce 1, c’est-à-dire ayant été soumises aux mêmes contraintes thermiques et mécaniques que la pièce 1 lors du moulage.
Then, during a step E5, the waste zones 8 are separated from part 1, for example by machining. As indicated previously, these waste zones 8 are intended to form specimens representative of part 1, that is to say having been subjected to the same thermal and mechanical stresses as part 1 during molding.

Claims (9)

Procédé de fabrication d’au moins une pièce (1) et d’au moins une éprouvette de caractérisation d’une telle pièce (1), caractérisé en ce qu’il comporte les étapes consistant à :
  • placer au moins une préforme tissée dans un moule, ladite préforme étant destinée à former un renfort fibreux de la pièce (1),
  • placer au moins un renfort principal (9) dans ledit moule au niveau d’au moins une zone principale (2) de la préforme,
  • placer au moins un renfort auxiliaire (10) au niveau d’au moins une zone auxiliaire de la préforme destinée à former une zone de rebut (8) de la pièce (1),
  • insérer une résine dans ledit moule, ladite résine étant destinée à former une matrice,
  • chauffer le moule de façon à polymériser ladite résine et à former ladite pièce (1),
  • séparer au moins une zone de rebut (8) de la pièce (1), ladite zone de rebut (8) étant apte à former une éprouvette de caractérisation de la pièce (1), ladite zone de rebut (8) comportant un renfort fibreux formé par une partie de la préforme et noyé dans une matrice formée par la résine polymérisée, et un renfort auxiliaire solidaire de la matrice et du renfort fibreux.
Method for manufacturing at least one part (1) and at least one test piece for characterizing such a part (1), characterized in that it comprises the steps consisting of:
  • placing at least one woven preform in a mold, said preform being intended to form a fibrous reinforcement of the part (1),
  • placing at least one main reinforcement (9) in said mold at least one main zone (2) of the preform,
  • placing at least one auxiliary reinforcement (10) at least one auxiliary zone of the preform intended to form a waste zone (8) of the part (1),
  • insert a resin into said mold, said resin being intended to form a matrix,
  • heat the mold so as to polymerize said resin and form said part (1),
  • separate at least one waste zone (8) from the part (1), said waste zone (8) being capable of forming a test piece for characterizing the part (1), said waste zone (8) comprising a fibrous reinforcement formed by a part of the preform and embedded in a matrix formed by the polymerized resin, and an auxiliary reinforcement integral with the matrix and the fibrous reinforcement.
Procédé selon la revendication précédente, dans lequel la pièce (1) est une aube de turbomachine.Method according to the preceding claim, in which the part (1) is a turbomachine blade. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel l’aube comporte une pale (2) et un pied, ladite pale (2) comportant une première extrémité (4) rattachée au pied et une seconde extrémité (5) opposée à la première extrémité (4), ladite pale (2) comportant en outre une surface d’intrados et une surface d’extrados reliées par un bord d’attaque (6) et par un bord de fuite (7), au moins un renfort principal (9) étant situé dans une zone de la préforme destinée à former le bord d’attaque (6), au moins un renfort auxiliaire (10) étant situé dans une zone destinée à former une zone de rebut (8), à proximité du bord d’attaque (6) et/ou à proximité de la seconde extrémité (5) et/ou à proximité du pied (3).Method according to the preceding claim, in which the blade comprises a blade (2) and a foot, said blade (2) comprising a first end (4) attached to the foot and a second end (5) opposite the first end (4). ), said blade (2) further comprising an intrados surface and an extrados surface connected by a leading edge (6) and by a trailing edge (7), at least one main reinforcement (9) being located in an area of the preform intended to form the leading edge (6), at least one auxiliary reinforcement (10) being located in an area intended to form a waste area (8), close to the leading edge (6) and/or near the second end (5) and/or near the foot (3). Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le renfort principal (9) et le renfort auxiliaire (10) sont métalliques.Method according to one of the preceding claims, in which the main reinforcement (9) and the auxiliary reinforcement (10) are metallic. Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel un film de colle est appliqué entre le renfort principal (9) et/ou le renfort auxiliaire (10), d’une part, et la préforme, d’autre part.Method according to one of the preceding claims, in which a film of glue is applied between the main reinforcement (9) and/or the auxiliary reinforcement (10), on the one hand, and the preform, on the other hand. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel la colle est une résine époxy.Method according to the preceding claim, in which the glue is an epoxy resin. Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la préforme est réalisée en tissu tissé en trois dimensions, à base de fibres de carbone.Method according to one of the preceding claims, in which the preform is made of three-dimensional woven fabric, based on carbon fibers. Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la préforme et la résine sont chauffés à une température comprise entre 80 et 200°C, pendant une durée comprise entre 2 et 6 heures.Method according to one of the preceding claims, in which the preform and the resin are heated to a temperature of between 80 and 200°C, for a period of between 2 and 6 hours. Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la séparation entre la zone de rebut (8) et la pièce (1) est réalisée par usinage.

Method according to one of the preceding claims, in which the separation between the waste zone (8) and the part (1) is produced by machining.
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