WO2011095278A1 - Procede de fabrication de pieces composites comportant des fibres tressees - Google Patents

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cut
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layer
mandrel
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PCT/EP2011/000199
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Richard Masson
Mathieu Gouret
Romain Boudier
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Messier-Dowty Sa
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    • Y10T156/1052—Methods of surface bonding and/or assembly therefor with cutting, punching, tearing or severing

Definitions

  • the invention relates to a method for manufacturing a composite material part, in particular a connecting rod made of composite material comprising a main body, a part of which such that one end is reinforced to withstand a mechanical stress concentration.
  • Such a connecting rod shown in Figure 1 by being identified by 1, comprises a generally tubular hollow main body 2 extended at each end thereof by a double clevis, these double clevises being here marked by 3 and 4.
  • Each double clevis 3, 4 comprises two wings, identified by 3a, 3b, 4a and 4b, all of which consist of a thickness of composite material greater than the nominal thickness of composite material in the rest of the connecting rod.
  • the two wings of each clevis extend parallel to the general direction AX of the hollow main body, and each wing comprises a bore in which is mounted a metal bearing.
  • this connecting rod is manufactured from a piece of reinforcing fiber fabric cut into a shape shown in FIG. 2.
  • This shape comprises a central portion for the hollow main body 2, and four extensions. each corresponding to a double clevis wing.
  • the fabric used is a fabric of carbon fibers of constant thickness, type 2.5D, that is to say comprising several layers of superposed woven fibers, and which are connected to each other by binding fibers still called transverse fibers.
  • this rod is to fold the piece of fabric of Figure 2 by applying it on a mandrel or the like, then to inject resin into the reinforcing fiber fabric and to bake the assembly to polymerize this resin.
  • the increase in the thickness of the screeds is carried out prior to the shaping of the fabric, by cutting the binding fibers of the base layers of the fabric 2, 5D at the screeds, so as to locally dissociate these base layers some others.
  • Interlayers are then inserted locally between the unconnected base layers, which makes it possible to increase the thickness locally.
  • transverse fibers are passed through the assembly to secure all the layers to each other.
  • each yoke thus have a thickness significantly greater than the thickness of the remainder of the connecting rod, so as to increase the mechanical strength that opposes the yoke against the forces exerted on it in the direction AX.
  • the object of the invention is to provide a solution for manufacturing a composite material part comprising braided fibers, incorporating reinforcement zones, without being dependent on the know-how of the operator implementing this method.
  • the subject of the invention is a method for manufacturing a composite material part, in particular a connecting rod, comprising successive operations for applying fiber layers. reinforcing braids around a mandrel and over all or part of the length of this mandrel being superimposed on each other, comprising a step of cutting at least one intermediate layer of reinforcing fibers after its application, a step of removing a portion cut before application of the next braided layer, to constitute locally at each cut layer portion remained in place, an extra thickness of reinforcing fibers constituting a local reinforcement of the workpiece, and in which is then injected resin into the different braided layers before polymerizing this resin.
  • This method makes it possible to form localized reinforcement thicknesses to improve the mechanical strength of the highly stressed regions.
  • the invention also makes it possible to simultaneously set up and shape the braid portions constituting the reinforcements, which reduces or cancels the geometrical dispersions in the reinforcement thickenings.
  • Figure 1 already described is an overall view of a connecting rod made of composite material known as two double clevises;
  • FIG. 2 already described is a plan view of the piece of reinforcing fiber fabric used to manufacture the connecting rod of FIG. 1 according to a known method;
  • Figure 3 shows in perspective a mandrel covered with a first layer of braided reinforcing fibers
  • Figure 4 is a schematic representation of a braiding machine used for the deposition of the reinforcing fiber layers;
  • Figure 5 shows in perspective the mandrel covered with the first layer of braided reinforcing fibers and two protective rings;
  • Figure 6 shows in perspective the mandrel covered with the first layer of braided fibers and an intermediate layer to be cut
  • Figure 7 shows in perspective the mandrel covered with the first layer of braided fibers and the intermediate layer of braided fibers after cutting
  • Figure 8 is a schematic view of an apparatus with which cutting is provided by means of a laser beam
  • Figure 9 is a perspective view showing the removal of a portion of the intermediate layer after cutting
  • FIG. 10 is a perspective view of the mandrel carrying the first layer as well as the intermediate layer and a final outer layer of reinforcing fibers;
  • Figure 11 is a perspective view showing an end of a finished rod manufactured according to the invention and wherein this end is a double clevis formed in a reinforced portion;
  • Figure 12 is a sectional view of the yoke of the rod of Figure 11 showing the arrangement of the layers forming local extra thickness in accordance with the method according to the invention
  • Figure 13 is a perspective view of another type of rod manufactured with the method according to the invention.
  • the idea underlying the invention is to implement a method of manufacturing a piece of composite material such as a connecting rod, based on braiding operations of successive layers of reinforcing fibers, and wherein local fiber overthickness is achieved by cutting and removing portions of one or more intermediate reinforcing fiber layers which are applied by braiding.
  • the mandrel is for example made from layers of reinforcing fibers prepreg applied on a support, to form an assembly which is prepolymerized before removal of the support, so as to give it sufficient rigidity to carry the layers of braided reinforcing fibers.
  • the mandrel can be designed to not be removed from the rod at the end of manufacture, but on the contrary to be integrated permanently.
  • This machine 8 mainly comprises a ring 9 centered on an axis AX and carrying a series of reels. carbon fiber 11.
  • This other braided layer which constitutes an intermediate layer indicated by 14 in FIG. 6, is applied in the same manner as the first layer 6, that is to say with the braiding machine 8.
  • this intermediate layer 14 is cut to remove a part thereof, in accordance with the cutouts indicated by 16 and 17 in FIG. 7.
  • These cutouts 16 and 17 are here circular cutouts each extending in a plane normal to the axis AX of the mandrel 6, and they are spaced apart from each other along this axis.
  • cutouts 16 and 17 make it possible to split the intermediate layer into three consecutive sections marked 18, 19 and 20 which are each tubular.
  • the sections 18 and 20 correspond to the ends of the connecting rod during manufacture while the section 19 constitutes a central tubular portion to be removed.
  • the protective strips 12 and 13 are placed on the layer 7, at the level of the subsequent cuts 16 and 17 of the layer 14. Given the circular shape of each cutout 16, 17, the Protective strips 12 and 13 each have a ring shape.
  • Each protective strip is made of a suitable material so as not to be degraded by the process used to make the cuts 16 and 17.
  • the cuts are made according to a method implementing a laser beam, so that the protective strips 12 and 13 can be made of copper to effectively protect the lower layer 7 during cutting. Indeed, copper is difficult to cut by laser because the beam is mostly reflected and disseminated around the point of impact.
  • these protective strips are optional, and that their implementation depends on the cutting process and its setting.
  • the beam can be focused so as to cut to a predetermined depth or thickness corresponding only to the intermediate layer 14.
  • the protective strips 12 and 13 are not essential.
  • the laser cutting itself can be ensured with an installation as shown in FIG. 8, and in which the laser cutting tool 22 is carried by a robotic arm identified by 23, this installation then being placed at the output of the laser machine. braiding 8.
  • the arm 23 is then driven to move the tool 22 around the assembly constituted by the mandrel 6 and the layers 7 and 14, at a predetermined distance from the outer face, and while maintaining the beam or laser beam 24 oriented radially. relative to the axis AX, so as to achieve the first cutout 16.
  • the second cutout 17 is made in a similar manner.
  • each protective strip in the form of a ring then comprises a half which is sandwiched between the layer 7 and the layer 14, and another half which bears only on the intermediate braided layer 7.
  • the central portion of the piece thus obtained consists of two thicknesses 7 and 26 of braided reinforcing fibers, while each end consists of three thicknesses 7, 14 and 26 of reinforcing fibers. braided.
  • the part of FIG. 10 after application of the various layers of reinforcing fibers, is placed in a mold to proceed with the injection of resin into the various braided layers, this resin being the chosen case to be compatible with the resin used for the manufacture of the mandrel 6.
  • the mold is driven to produce a heating cycle, so as to cause the polymerization of the resin.
  • the blank obtained at the mold outlet then has substantially the same general shape as in FIG. 10, and several machining operations can then be performed, for example at each of its ends to form the finished part.
  • the reinforcements are produced locally by braiding directly during the manufacturing cycle of the part, which considerably simplifies the development of the part.
  • the method of the invention eliminates the use of reinforcing elements to prepare before the braiding of the piece. Cutting reinforcements is performed directly on the preform being developed. This limits handling and better control the orientation of the fibers on the preform.
  • the reinforcements thus produced are of a kind and mechanical characteristics close to the structural layers of the part, so that there is no fear of problems related to large differences in the stiffness of the reinforcements and the structural layers. .
  • the blank is manufactured on a tubular mandrel, so as to illustrate schematically the method according to the invention, but in practice, the mandrel can have any shape, in particular having a section that varies along the AX axis.
  • the layers that are cut are braided around the mandrel over its entire length.
  • the cut layers can be braided on only a part of the length of the mandrel, this part corresponding to the areas remaining in place after cutting.
  • the mandrel has advantageously a substantially rectangular or square section at the end in question, and. a circular section about constant in its central region along the axis AX.
  • the part is also placed in a mold for resin injection and polymerizing to form a rigid blank.
  • a milling operation and a drilling operation are then performed to give the screed its final shape, as illustrated in FIGS. 11 and 12 where this screed is marked by 27.
  • the milling operation then consists of removing material on the upper and lower walls of the end of the blank to separate the two wings 28 and 29 of the yoke 27 which correspond to two opposite sides of the rectangular section. end.
  • each wing of the yoke then comprises a series of intermediate braided layers which are not present in the central region of this connecting rod, thanks to which this wing has a greater thickness than the central tubular region of the yoke. rod.
  • the intermediate layers which are explicitly represented by lines in FIG. 12 are three in number being indicated by 14a, 14b, 14c. As regards the other layers, which extend around the mandrel but over its entire length, they are not shown explicitly in Figure 12 so as to facilitate reading.
  • the method according to the invention makes it possible to manufacture rods having complex general shapes and whose zones are reinforced, because it is adaptable to a mandrel that can have a section that varies significantly along AX axis. This is the case of the rod shown in Figure 13 which corresponds to a landing gear balance.
  • this rocker 33 has a generally tubular shape and essentially comprises a front end and a rear end each having two through bearings, marked 36-39, and it further comprises between its central region and its rear end a yoke 41.
  • This pendulum may be manufactured according to the invention, from a mandrel of appropriate shape, that is to say having a central region of constant circular section, and ends having sections of larger rectangular dimensions, to form bearings and screeds.
  • the method is implemented to insert a single intermediate layer, a portion is removed after cutting.
  • the invention also concerns a solution in which a conventional braided layer is alternately applied, then an intermediate braided layer which is cut to remove a part, etc., until the desired thicknesses.
  • the intermediate layers are applied one by one, but it is also possible to successively deposit one or more intermediate layers which can then be cut together in the same operation, for example before application of another layer. braided to cover the whole and not to be cut.
  • the assembly constituted by the braided layers deposited on the mandrel has an external shape which is better controlled, and thus does not pose any difficulty when it must be placed in the mold.
  • the portions of reinforcing fibers having been deposited by braiding they necessarily follow the curve of the connecting rod in the reinforcement zone, and thus do not constitute a fold likely to penalize the geometry of the part as well as its mechanical strength.
  • the laser cutting method makes it possible to produce a clean, precise, repeatable, automatable cut that does not generate any damage on the ends of cut fibers.
  • Other cutting methods can also be implemented, provided that they meet these criteria to a satisfactory level.
  • a cutting could be carried out mechanically with a rotating disk type blade, by means of a jet of cutting water, or by heating.
  • the method according to the invention allows a rapid, reproducible and almost without assembly, capable of constituting a fibrous structure of variable thickness.
  • the braided portions forming extra thickness have properties similar to the other braids, which makes it possible to form a homogeneous connecting rod, thereby having an increased mechanical strength.
  • the cutting can be performed mechanically (cutter, scissors), which is very simple to implement but may disrupt the organization of the fibers in the vicinity of the cut.
  • cutter scissors
  • the cutting operation is sufficiently controlled to avoid damaging the lower braided layer, for example by cutting with a laser that is focused very precisely to cut only a certain thickness of the layer to be cut.
  • a sheet of copper sheet is preferably used, because this material is difficult to laser cut, because the beam of the latter is mainly reflected and scattered around the point of impact.
  • the protective strip may possibly be left on the spot if it does not affect the mechanical strength or the dimensions of the finished part.
  • the laser is mounted at the end of a manipulator arm disposed near the braider to be able to cut directly on the mandrel while it is mounted on the carriage of the braid.
  • the method of the invention is particularly suitable for producing pieces of non-constant thickness
  • cutouts illustrated are cutouts that extend around the mandrel in a circle, it will of course be possible to make cuts in any path.
  • the illustrated reinforcements are annular which allows them to naturally hold around the mandrel, it will be possible to make cuts leaving only a portion of the braided layer not around the workpiece, this portion then constituting a sort of local patch. It will then be necessary to provide means for keeping this patch on the rest of the preform. For this purpose, it will be possible to spray on the preform of the resin before braiding the layer that will be cut, so that the patches will remain in place after cutting the layer. This method is particularly suitable for locally reinforcing the preform at the level, for example, of a prominent part of the part which must be drilled to receive a hinge pin.
  • the second layer covers the entire mandrel, it may be sufficient if necessary a local braiding, covering only that part of the mandrel receiving reinforcements.
  • the lower layer and the upper layer will be continuous, which improves the resistance from the piece to impact and friction.
  • two layers are successively braided and simultaneously cut to form the braided local reinforcement.

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Abstract

L'invention concerne un procédé de fabrication d'une pièce en matériau composite telle qu'une bielle. Ce procédé comprend des opérations successives d'application de couches de fibres renforçantes (14a, 14b, 14c) tressées autour d'un mandrin (6) et sur toute sa longueur en étant superposées les unes aux autres. Le procédé comprend une étape de découpage d'au moins une couche intermédiaire de fibres renforçantes (14a, 14b, 14c) après son application et de retrait d'une partie découpée avant application de la couche tressée suivante (14b, 14c), pour constituer localement au niveau de chaque partie de couche découpée restée en place, une surépaisseur de fibres renforçantes constituant un renforcement local de la pièce. On injecte ensuite de la résine dans les différentes couches tressées avant de polymériser cette résine pour constituer une ébauche.

Description

PROCEDE DE FABRICATION DE PIECES COMPOSITES COMPORTANT DES
FIBRES TRESSEES
L' invention concerne un procédé de fabrication d'une pièce en matériau composite, notamment une bielle en matériau composite comportant un corps principal dont une partie telle qu'une extrémité est renforcée pour supporter une concentration de contrainte mécanique.
ARRIERE PLAN DE L'INVENTION
Une telle bielle, représentée dans la figure 1 en y étant repérée par 1, comprend un corps principal creux 2 généralement tubulaire prolongé à chacune de ses extrémité par une chape double, ces chapes doubles étant ici repérées par 3 et 4.
Chaque chape double 3, 4 comprend deux ailes, repérées par 3a, 3b, 4a et 4b, qui sont toutes constituées d'une épaisseur de matériau composite supérieure à l'épaisseur nominale de matériau composite dans le reste de la bielle. Les deux ailes de chaque chape s'étendent parallèlement à la direction générale AX du corps principal creux, et chaque aile comprend un alésage dans lequel est monté un palier métallique.
Selon un procédé connu du document de brevet FR2893532, cette bielle est fabriquée à partir d'une pièce de tissu de fibres renforçantes découpée selon une forme représentée en figure 2. Cette forme comprend une portion centrale pour le corps principal creux 2, et quatre extensions correspondant chacune à une aile de chape double .
Le tissu utilisé est un tissu de fibres de carbone d'épaisseur constante, de type 2,5D, c'est-à-dire comprenant plusieurs couches de fibres tissées superposées, et qui sont liées les unes aux autres par des fibres de liaison encore appelées fibres transverses.
La fabrication de cette bielle consiste à replier la pièce de tissu de la figure 2 en l'appliquant sur un mandrin ou analogue, puis à injecter de la résine dans le tissu de fibres renforçantes et à cuire l'ensemble pour polymériser cette résine.
L'augmentation d'épaisseur des chapes est réalisée préalablement à la mise en forme du tissu, en coupant les fibres de liaison des couches de base du tissu 2 , 5D au niveau des chapes, de manière à désolidariser localement ces couches de base les unes des autres.
Des couches intercalaires sont alors insérées localement entre les couches de base désolidarisées, ce qui permet d'augmenter l'épaisseur localement. Après ajout des couches intercalaires, des fibres dites transverses sont passées à travers l'ensemble pour solidariser toutes les couches les unes aux autres.
Les ailes de chaque chape ont ainsi une épaisseur significativement supérieure à l'épaisseur du reste de la bielle, de manière à accroître la résistance mécanique qu'oppose la chape aux efforts exercés sur celle-ci selon la direction AX. Ces efforts résultent de la charge normale de la bielle lorsque sa chape est montée sur un axe non représenté dans les figures.
En pratique, ce procédé de fabrication, s'il reste satisfaisant en ce qui concerne la tenue mécanique de la bielle ainsi obtenue, est néanmoins contraignant en ce qui concerne sa mise en œuvre, dans la mesure où il est fortement tributaire du savoir faire de l'opérateur qui le met en œuvre .
On connaît par ailleurs des pièces fabriquées à l'aide d'un mandrin creux passé au travers de l'orifice central d'une machine à tresser de sorte à recouvrir le mandrin d'une ou de plusieurs couches de fibres tressées. Une résine est ensuite injectée sur l'ensemble polymérisé.
Le procédé de tressage impose cependant des contraintes sur la conception des pièces qui ne doivent pas présenter de brusques variations de section. Or, il est fréquent de prévoir sur des pièces fortement sollicitées des surépaisseurs locales dans les zones de concentration de contraintes. C'est notamment le cas des balanciers d' atterrisseur qui doivent comporter des paliers pour recevoir un essieu. Les paliers proéminents de part et d'autre du corps du balancier forment avec ce corps, des zones de transition à variation brusque de section. La réalisation par tressage d'un tel balancier ne pourrait être obtenue qu'avec un mandrin présentant une faible variation de section et obligerait à prévoir une surépaisseur de matière sur toute la pièce augmentant son poids et son encombrement .
Il a été proposé dans le document FR2890591 de réaliser une pièce comportant une préforme fibreuse renforcée par des bandes de tissu de fibres monodirectionnelles préimprégnées, s 'étendant selon une direction longitudinale de la pièce afin de renforcer ladite pièce, notamment en compression.
La mise en place des bandes est cependant très délicate pour conserver une orientation et une densité correctes des fibres qui garantissent la résistance mécanique de la pièce. Or, il existe un risque important de défauts géométriques qui sont liés à des écarts de découpe, des écarts de manipulation et de mise en forme.
OBJET DE L'INVENTION
Le but de l'invention est de proposer une solution permettant de fabriquer une pièce en matériau composite comportant des fibres tressées, intégrant des zones de renforcement, sans être tributaire du savoir faire de l'opérateur mettant en œuvre ce procédé.
RESUME DE L'INVENTION
A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de fabrication d'une pièce en matériau composite, notamment une bielle, comprenant des opérations successives d'application de couches de fibres renforçantes tressées autour d'un mandrin et sur tout ou partie de la longueur de ce mandrin en étant superposées les unes aux autres, comportant une étape de découpage d'au moins une couche intermédiaire de fibres renforçantes après son application, une étape de retrait d'une partie découpée avant application de la couche tressée suivante, pour constituer localement au niveau de chaque partie de couche découpée restée en place, une surépaisseur de fibres renforçantes constituant un renforcement local de la pièce, et dans lequel on injecte ensuite de la résine dans les différentes couches tressées avant de polymériser cette résine.
Ce procédé permet de constituer des surépaisseurs de renforcement localisées pour améliorer la tenue mécanique des régions fortement sollicitées. L'invention permet en outre de simultanément mettre en place et en forme les portions de tresse constituant les renforcements, ce qui réduit voire annule les dispersions géométriques dans les surépaisseurs de renforcement .
BREVE DESCRIPTION DES FIGURES
La figure 1 déjà décrite est une vue d'ensemble d'une bielle en matériau composite connue à deux chapes doubles ;
La figure 2 déjà décrite est une vue à plat de la pièce de tissu de fibres renforçantes utilisée pour fabriquer la bielle de la figure 1 selon un procédé connu ;
La figure 3 montre en perspective un mandrin recouvert d'une première couche de fibres renforçantes tressées ;
La figure 4 est une représentation schématique d'une machine de tressage utilisée pour le dépôt des couches de fibres renforçantes ; La figure 5 montre en perspective le mandrin recouvert de la première couche de fibres renforçantes tressées et de deux bagues protectrices ;
La figure 6 montre en perspective le mandrin recouvert de la première couche de fibres tressées et d'une couche intermédiaire destinée à être découpée ;
La figure 7 montre en perspective le mandrin recouvert de la première couche de fibres tressées et de la couche intermédiaire de fibres tressées après découpe ;
La figure 8 est une vue schématique d'un appareillage avec lequel la découpe est assurée au moyen d'un faisceau laser ;
La figure 9 est une vue en perspective montrant le retrait d'une partie de la couche intermédiaire après découpe ;
La figure 10 est une vue en perspective du mandrin portant la première couche ainsi que la couche intermédiaire et une dernière couche externe de fibres renforçantes ;
La figure 11 est une vue en perspective montrant une extrémité d'une bielle finie fabriquée conformément à l'invention et dans laquelle cette extrémité constitue une chape double formée dans une portion renforcée ;
La figure 12 est une vue en coupe de la chape de la bielle de la figure 11 montrant la disposition des couches formant surépaisseur locale conformément au procédé selon l'invention ;
La figure 13 est une vue en perspective d'un autre type de bielle fabriquée avec le procédé selon l'invention.
DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION
L'idée à la base de l'invention est de mettre en œuvre un procédé de fabrication de pièce en matériau composite telle qu'une bielle, basé sur des opérations de tressage de couches successives de fibres renforçantes, et dans lequel on réalise des surépaisseurs locales de fibres en découpant et en retirant des parties d'une ou plusieurs des couches de fibres renforçantes intermédiaires qui sont appliquées par tressage.
Comme illustré schématiquement en figure 3, on prévoit dans un premier temps un mandrin repéré par 6, qui a ici une forme généralement tubulaire, et sur lequel on applique une première couche de fibres renforçantes tressées, repérée par 7, ces fibres étant par exemple des fibres de carbone.
Le mandrin est par exemple fabriqué à partir de couches de fibres renforçantes préimprégnées appliquées sur un support, pour constituer un ensemble qui est prépolymérisé avant retrait du support, de manière à lui donner une rigidité suffisante pour porter les couches de fibres renforçantes tressées. Le mandrin peut ainsi être conçu pour ne pas être retiré de la bielle en fin de fabrication, mais au contraire pour y être intégré définitivement .
L'application des couches de fibres tressées est assurée avec une machine de tressage telle que celle qui est représentée en figure 4 en y étant repérée par 8. Cette machine 8 comprend principalement un anneau 9 centré sur un axe AX et portant une série de bobines de fibres de carbone 11.
Lorsque le mandrin 6 est déplacé le long de l'axe AX à travers l'anneau 9, l'ensemble étant actionné par des moyens pilotés et asservis, une chaussette de fibres de carbone se tresse autour de la face externe du mandrin 6. La couche ainsi tressée entoure complètement le mandrin 6 tout en s 'étendant sur toute sa longueur.
Après application de cette première couche 7 de fibres tressées, deux bandes protectrices, repérées par 12 et 13 dans la figure 6, sont appliquées à la face externe de la couche 7, localement au niveau des découpes que l'on prévoit d'effectuer dans une autre couche tressées, qui sera applique autour de la couche 7 sur toute la longueur du mandrin.
Cette autre couche tressée, qui constitue une couche intermédiaire repérée par 14 dans la figure 6, est appliquée de la même manière que la première couche 6, c'est-à-dire avec la machine à tresser 8.
Après avoir été appliquée, cette couche intermédiaire 14 est découpée pour en retirer une partie, conformément aux découpes repérées par 16 et 17 dans la figure 7. Ces découpes 16 et 17 sont ici des découpes circulaires s 'étendant chacune dans un plan normal à l'axe AX du mandrin 6, et elles sont espacées l'une de l'autre le long de cet axe .
Ces découpes 16 et 17 permettent de scinder la couche intermédiaire en trois tronçons consécutifs repérés par 18, 19 et 20 qui sont chacun tubulaire. Les tronçons 18 et 20 correspondent aux extrémités de la bielle en cours de fabrication alors que le tronçon 19 constitue une portion tubulaire centrale devant être retirée.
Comme il ressort des figures 5 et 7, les bandes protectrices 12 et 13 sont placées sur la couche 7, au niveau des découpes ultérieures 16 et 17 de la couche 14. Compte tenu de la forme ici circulaire de chaque découpe 16, 17, les bandes protectrices 12 et 13 ont chacune un forme de bague .
Chaque bande protectrice est fabriquée avec un matériau approprié pour ne pas être dégradé par le procédé mis en œuvre pour réaliser les découpes 16 etl7. Dans l'exemple des figures, les découpes sont réalisées selon un procédé mettant en œuvre un faisceau laser, de sorte que les bandes protectrices 12 et 13 peuvent être fabriquées en cuivre pour protéger efficacement la couche inférieure 7 lors de la découpe. En effet, le cuivre est difficile à découper au laser car le faisceau est majoritairement réfléchi et diffusé autour du point d' impact .
Il faut noter que ces bandes protectrices sont optionnelles, et que leur mise en œuvre dépend du procédé de découpe ainsi que de son paramétrage. Par exemple, dans le cas d'un procédé de découpe au laser, le faisceau peut être focalisé de manière à réaliser une découpe sur une profondeur ou épaisseur prédéterminée correspondant uniquement à la couche intermédiaire 14. Dans ces conditions, les bandes protectrices 12 et 13 ne sont pas indispensables .
La découpe laser par elle même peut être assurée avec une installation telle que représentée en figure 8, et dans laquelle l'outil de découpe laser 22 est porté par un bras robotisé repéré par 23, cette installation étant alors placée en sortie de la machine de tressage 8.
Dans ces conditions, l'ensemble des opérations peuvent être mises en œuvre sur une même installation pour minimiser les manipulations, ce qui permet à la fois de réduire le coût de production et d'accroître la qualité de fabrication .
Le bras 23 est alors piloté pour déplacer l'outil 22 autour de l'ensemble constitué par le mandrin 6 et les couches 7 et 14, à une distance prédéterminée de la face externe, et tout en maintenant le faisceau ou rayon laser 24 orienté radialement par rapport à l'axe AX, de manière à réaliser la première découpe 16. La seconde découpe 17 est réalisée de manière analogue.
Une fois que ces deux découpes ont été effectuées, le tronçon central 19 de la couche de fibres renforçantes 14 peut être retiré, comme illustré schématiquement en figure 9. Ceci peut être réalisé manuellement par un opérateur, qui réalise alors avec un objet coupant ou un laser une découpe longitudinale dans la portion tubulaire 19, pour l'ouvrir et la retirer. A ce stade, et comme illustré en figure 9, les bandes protectrices 12 et 13, si elles ont été mises en place, sont alors à nouveau partiellement visibles : chaque bande protectrice en forme de bague comporte alors une moitié qui est enserrée entre la couche 7 et la couche 14, et une autre moitié qui est uniquement en appui sur la couche tressée intermédiaire 7.
Dans ces conditions, il est possible de, selon le cas, retirer les bandes protectrices 12 et 13, ou bien de les laisser en place définitivement, avant de passer à l'application d'autres couches tressées.
Par ailleurs, il est à noter que préalablement à l'application de la couche 14, on peut avantageusement prévoir l'application d'une couche de colle ou de résine à la face externe de la couche intermédiaire 7, en particulier au niveau des portions de renforcement 18, 20 de cette couche 14, qui doivent être maintenues en position après l'opération de découpe.
Une fois que la portion 19 a été retirée, une nouvelle couche de fibres renforçantes tressées 26 est appliquée sur l'ensemble. Dans ces conditions, et comme illustré schématiquement en figure 10, la portion centrale de la pièce ainsi obtenue est constituée de deux épaisseurs 7 et 26 de fibres renforçantes tressées, alors que chaque extrémité est constituée de trois épaisseurs 7, 14 et 26 de fibres renforçantes tressées.
La pièce de la figure 10, après application des différentes couches de fibres renforçantes, est placée dans un moule pour procéder à l'injection de résine dans les différentes couches tressées, cette résine étant le cas échant choisie pour être compatible avec la résine utilisée pour la fabrication du mandrin 6. Une fois que la résine a été injectée, le moule est piloté pour produire un cycle de chauffe, de manière à provoquer la polymérisation de la résine. L'ébauche obtenue en sortie de moule a alors sensiblement la même forme générale que dans la figure 10, et plusieurs usinages peuvent alors être réalisés, par exemple à chacune de ses extrémités pour constituer la pièce finie.
Ainsi, les renforts sont produits localement par tressage directement pendant le cycle de fabrication de la pièce, ce qui simplifie considérablement l'élaboration de la pièce. En effet, le procédé de l'invention élimine le recours à des éléments de renforts à préparer avant le tressage de la pièce. La découpe des renforts est réalisée directement sur la préforme en cours d'élaboration. Ceci permet de limiter les manipulations et de mieux maîtriser l'orientation des fibres sur la préforme.
En outre, les renforts ainsi réalisés sont de nature et de caractéristiques mécaniques proches des couches structurelles de la pièce, de sorte qu'il n'y a pas à craindre de problèmes liés à de grandes différences dans les raideurs des renforts et des couches structurelles.
Dans l'exemple des figures 1 à 10, la pièce brute est fabriquée sur un mandrin tubulaire, de manière à illustrer schématiquement le procédé selon l'invention, mais en pratique, le mandrin peut avoir toute forme, en présentant notamment une section qui varie le long de l'axe AX.
D'autre part, dans l'exemple décrit en référence aux figures 1 à 10, les couches qui sont découpées sont tressées autour du mandrin sur toute sa longueur. Mais d'une manière générale, les couches découpées peuvent aussi bien être tressées sur uniquement une partie de la longueur du mandrin, cette partie correspondant aux zones restant en place après découpe.
Pour la réalisation d'une bielle présentant une extrémité en forme de chape double, le mandrin a avantageusement une section sensiblement rectangulaire ou carrée au niveau de l'extrémité en question, et. une section circulaire à peu près constante dans sa région centrale le long de l'axe AX.
Dans ce cas, après application des couches tressées, et découpe de certaines des couches intermédiaires pour former des surépaisseurs de renforcement locales, de manière analogue aux indications données relativement aux figure 1 à 10, la pièce est également placée dans un moule pour injection de résine et polymérisation de manière à former une pièce brute rigide.
Une opération de fraisage et une opération de perçage sont alors réalisées pour donner à la chape sa forme définitive, comme illustré en figure 11 et 12 où cette chape est repérée par 27.
L'opération de fraisage consiste alors à enlever de la matière sur les parois supérieure et inférieures de l'extrémité de la pièce brute de manière à séparer les deux ailes 28 et 29 de la chape 27 qui correspondent à deux côtés opposés de la section rectangulaire d' extrémité .
Complémentairement , on réalise un perçage dans chaque aile, ces perçages étant repérés par 31 et 32, avant de monter une bague métallique non représentée, dans chacun de ces perçages.
Comme cela apparaît dans la figure 12, chaque aile de la chape comporte alors une série de couches tressées intermédiaires qui ne sont pas présentes dans la région centrale de cette bielle, grâce auxquelles cette aile a une épaisseur plus importante que la région centrale tubulaire de la bielle.
Les couches intermédiaires qui sont représentées explicitement par des traits dans la figure 12 sont au nombre de trois en étant repérées par 14a, 14b, 14c. En ce qui concerne les autres couches, qui s'étendent autour du mandrin mais sur toute sa longueur, elles ne sont pas représentées explicitement sur la figure 12 de manière à en faciliter la lecture.
Comme illustré sur la figure 13, le procédé selon l'invention permet de fabriquer des bielles ayant des formes générales complexes et dont des zones sont renforcées, du fait qu'il est adaptable à un mandrin pouvant avoir une section variant de manière importante le long de l'axe AX. C'est le cas de la bielle représenté en figure 13 qui correspond à un balancier d' atterrisseur .
Plus particulièrement, ce balancier 33 a une forme générale tubulaire et comprend essentiellement une extrémité avant et une extrémité arrière comportant chacune deux paliers traversants, repérés par 36-39, et il comprend en outre entre sa région centrale et son extrémité arrière une chape 41.
Ce balancier peut être fabriqué conformément à l'invention, à partir d'un mandrin de forme appropriée, c'est-à-dire comportant une région centrale de section circulaire constante, et des extrémités ayant des sections de plus grandes dimensions, rectangulaires, pour y former les paliers et les chapes.
Dans ce cas, on prévoit de réaliser des surépaisseurs en partie avant et en partie arrière lors de l'application des couches de fibres tressées, pour former des zones renforcées au niveau des paliers et de la chape supérieure .
D'une manière générale, il est à noter que dans l'exemple illustré sur les figures 1 à 10, le procédé est mis en œuvre pour insérer une couche intermédiaire unique dont une partie est retirée après découpe. Mais, comme dans l'exemple des figures 11 et 12, l'invention concerne aussi bien une solution dans laquelle on applique alternativement une couche tressée conventionnelle, puis une couche tressée intermédiaire qui est découpée pour en retirer une partie, etc, jusqu'à obtenir les épaisseurs souhaitées .
Par ailleurs, dans ces deux exemples, les couches intermédiaires sont appliquées une par une, mais il est également possible de déposer successivement une ou plusieurs couches intermédiaires qui peuvent alors être découpées conjointement dans une même opération, par exemple avant application d'une autre couche tressée destinée à recouvrir l'ensemble et à ne pas être découpée.
L'invention apporte notamment les avantages suivants :
Grâce à l'invention, on peut mettre en œuvre une découpe précise de chaque couche tressée intermédiaire après son application, pour réaliser des surépaisseurs localisées renforçant les zones les plus sollicitées, sans devoir effectuer de manipulation après découpe.
Ainsi, notamment, l'ensemble constitué par les couches tressées déposées sur le mandrin a une forme externe qui est mieux maîtrisée, et qui ainsi ne pose pas de difficulté lorsqu'elle doit être mise en place dans le moule. Les portions de fibres renforçantes ayant été déposées par tressage, elles suivent nécessairement le galbe de la bielle dans la zone de renforcement, et ne constituent ainsi pas de pli susceptible de pénaliser la géométrie de la pièce ainsi que sa tenue mécanique.
En particulier, le procédé de découpe par laser permet de réaliser une découpe nette, précise, répêtable, automatisable qui ne génère pas d' endommagements sur les extrémités de fibres découpées. D'autres procédés de découpe peuvent aussi être mis en œuvre, dès lors qu'ils permettent de respecter ces critères à un niveau satisfaisant. Ainsi, une telle découpe pourrait être réalisée mécaniquement avec une lame de type disque tournant, au moyen d'un jet d'eau de découpe, ou encore par chauffage. Le procédé selon l'invention permet une fabrication rapide, reproductible et quasiment sans assemblage, capable de constituer une structure fibreuse d'épaisseur variable. De plus, les portions tressées formant surépaisseur ont des propriétés proches des autres tresses, ce qui permet de constituer une bielle homogène, ayant par là même une tenue mécanique accrue .
De nombreuses variantes peuvent être apportées au principe décrit ci-dessus. Tout d'abord, la découpe peut être réalisée de façon mécanique (cutter, ciseaux) , ce qui est très simple à mettre en œuvre mais risque de perturber l'organisation des fibres au voisinage de la découpe. On peut encore découper la couche tressée par jet d'eau. Il conviendra cependant de procéder à un séchage complet de la préforme avant son imprégnation par la résine.
On pourra se passer de protection si l'opération de découpe est suffisamment maîtrisée pour éviter d'endommager la couche tressée inférieure, par exemple en effectuant une découpe au moyen d'un laser qui est focalisé très précisément pour ne découper qu'une certaine épaisseur de la couche à découper. Si une protection s'avère nécessaire, on utilisera de préférence une bande de tôle en cuivre, car ce matériau est difficile à découper au laser, car le faisceau de celui-ci est majoritairement réfléchi et diffusé autour du point d'impact. La bande de protection pourra éventuellement être laissée sur place si elle n'affecte pas la tenue mécanique ou les dimensions de la pièce finie.
On pourra également découper plusieurs couches en même temps, si l'on doit déposer sur le mandrin un renfort d'épaisseur importante.
De préférence, le laser est monté en extrémité d'un bras manipulateur disposé à proximité de la tresseuse pour pouvoir effectuer des découpes directement sur le mandrin alors que celui-ci est monté sur le chariot de la tresseuse .
L'invention n'est pas limitée à ce qui vient d'être décrit, mais englobe au contraire toute variante entrant dans le cadre défini par les revendications.
En particulier, bien que l'on ait indiqué que le procédé de l'invention était particulièrement adapté pour produire des pièces d'épaisseurs non constante, on pourra également utiliser le procédé de l'invention pour effectuer des réparations ou des renforts externes sur des pièces déjà produites, celle-ci jouant alors le rôle du mandrin .
Bien que les découpes illustrées soient des découpes qui s'étendent autour du mandrin selon un cercle, on pourra bien sûr effectuer des découpes selon un trajet quelconque. En outre, bien que les renforts illustrés soient annulaires ce qui leur permet de tenir naturellement autour du mandrin, on pourra effectuer des découpes ne laissant qu'une portion de la couche tressée ne faisant pas le tour de la pièce, cette portion constituant alors une sorte de patch local . Il conviendra alors de prévoir des moyens pour faire tenir ce patch sur le reste de la préforme. A cet effet, on pourra pulvériser sur la préforme de la résine avant tressage de la couche qui sera coupée, de sorte que les patchs resteront en place après découpe de la couche. Ce procédé est particulièrement adapté pour renforcer localement la préforme au niveau par exemple d'une partie proéminente de la pièce qui doit être percée pour recevoir un axe d' articulation .
Bien que l'on ait indiqué que la deuxième couche recouvrait tout le mandrin, on pourra se contenter le cas échéant d'un tressage local, ne recouvrant que la partie du mandrin recevant les renforts.
Avantageusement, la couche inférieure et la couche supérieure seront continues, ce qui améliore la résistance de la pièce à l'impact et aux frottements.
En variante, deux couches sont successivement tressées puis simultanément découpées pour former le renfort local tressé.
En variante encore, plusieurs couches continues peuvent être tressées successivement avant que ne soient tressés une ou plusieurs couches à découper.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de fabrication d'une pièce en matériau composite notamment une bielle, comprenant des opérations successives d'application de couches de fibres renforçantes (7, 14, 26 ; 14a, 14b, 14c) tressées autour d'un mandrin (6) et sur tout ou partie de la longueur de ce mandrin en étant superposées les unes aux autres, comportant une étape de découpage d'une couche intermédiaire de fibres renforçantes (14 ; 14a, 14b, 14c) après son application, une étape de retrait d'une partie découpée (19) avant application de la couche tressée suivante (26 ; 14b, 14c) , pour constituer localement au niveau de chaque partie de couche découpée restée en place (18, 20), une surépaisseur de fibres renforçantes constituant un renforcement local de la pièce, et dans lequel on injecte ensuite de la résine dans les différentes couches tressées avant de polymériser cette résine pour constituer une ébauche.
2. Procédé selon la revendication 1, comprenant avant application de chaque couche intermédiaire à découper (14 ; 14a, 14b, 14c) l'application d'une bande protectrice (12, 13) disposée selon le contour de découpe (16, 17) afin de protéger la couche tressée appliquée précédemment (7) durant l'opération de découpe de la couche intermédiaire (14 ; 14a, 14b, 14c) .
3. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la découpe est assurée avec un équipement (23) comportant des moyens (22) d'émission d'un faisceau laser (24).
4. Procédé selon la revendication 1, dans lequel on applique un produit de type colle ou résine avant application de chaque couche intermédiaire (14 ; 14a, 14b, 14c) à découper pour assurer que la portion découpée de la couche intermédiaire qui reste en place (19) soit maintenue en position au cours des opérations suivantes.
5. Procédé selon la revendication 1, comportant une opération de découpe de plusieurs couches intermédiaires qui ont été déposées successivement.
6. Procédé selon la revendication 1, dans lequel on réalise successivement des couches découpées et des couches couvrant intégralement le mandrin.
7. Procédé selon la revendication 1, de fabrication d'une bielle en matériau composite comprenant un ou des paliers et/ou une ou des chapes, et dans lequel les zones de renforcement sont situées au niveau de chaque palier et/ou de chaque chape.
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