WO2013140072A1 - Outillage de maintien pour traitement thermique de pieces metalliques - Google Patents
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Definitions
- At least one elastic element of spring type placed between the support structure and each first or second holding element so as to ensure the maintenance of the part throughout a heat treatment
- FIGS. 6A and 6B are schematic views of a tool for holding a workpiece in several planes oriented in different directions in accordance with one embodiment of the invention
- FIG. 7 is a schematic view of a tool for holding a workpiece in several planes oriented in different directions in accordance with another embodiment of the invention.
- FIGS. 8A and 8B are detailed views of parts of the holding tool of FIG. 7;
- FIG. 11 is a sectional view of the tool of FIG. 9.
- resilient spring-like elements are interposed between at least the outer face of one of the jaws of each pair of jaws and the corresponding vertical wall.
- elastic elements 130 to 134 are respectively interposed between the jaws 1161 to 1261 and the side walls 1140 to 1144, support plates (not shown) which can be further interposed between the spring elements and the jaws.
- Special tools for holding the elastic elements 130 to 134 respectively in maximum compression is used when mounting the workpiece and jaws in the tooling, the elastic members 130 to 134 then being released to exert a holding force on the jaws and on the workpiece in the tool housing .
- each jaw comprises on its outer face a guide engaged in a slide formed in the side wall opposite the jaw considered.
- the outer walls of the jaws 1161 to 1261 are respectively provided with a guide 1163 to 1263 while the outer walls of the jaws 1162 to 1262 are respectively provided with a guide 1164 to 1264.
- the guides 1163 to 1263 are respectively engaged in slides 1140a, 1140b, 1141a, 1141b, 1141c, 1142a, 1143a, 1143b, 1143c, 1144a, 1144b of the side walls 1140 to 1144.
- C / SiC carbon-carbon carbide
- UD Unidirectional web
- nD multidirectional webs
- thermostructural composite material such as C / C for spring-like elastic elements
- the advantage of using a thermostructural composite material such as C / C for spring-like elastic elements is to be able to maintain a predetermined cold stiffness during temperature rises.
- the force exerted by the holding element on the part thus remains almost constant, and this independently of temperature variations. In this way, the maintenance or conformation of the part in its final geometry is precisely controlled, even when the material of the piece is flowing under high temperatures.
- the support structure 510 differs from the support structure 110 described above in that it has a greater width at the end portions 511 and 512 in order to allow the integration of angular wedge pairs 540/541 and 542/543.
- the angular wedge 540 is attached to a side wall 5140 of the support structure while the wedge 541 is attached to the opposing side wall 5120.
- 5130 support provided with slides 5130a and 5130b to allow movement of the jaws is fixed on the angular wedge 541 with interposition of a spring element 530 ensuring the elastic holding of the workpiece.
- a spring element 530 ensuring the elastic holding of the workpiece.
- the part 690 is held on its opposite side to the spacing elements 620 to 625 by jaws 650 to 655 which respectively comprise lateral portions 6501 to 6551 and horizontal upper portions 6502 to 6552.
- the jaws 650 to 655 are mounted on the upper side. tooling by articulated spring links. More precisely, resilient elements of the spring type 660 to 665 are respectively interposed between the jaws 650 to 655 and the uprights 6120 to 6125.
- the elastic elements 660 to 665 are respectively connected to the jaws 650 to 655 by means of ball joints 6601 to 6651.
- the elastic elements 660 to 665 are also connected to the uprights 6120 to 6125 of the support structure by ball joints 6602 to 6652.
- the holding tool 600 is particularly suitable for holding large metal parts because it allows to support in a balanced and reliable way parts having a large mass.
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Abstract
L'invention concerne un outillage de maintien (100) pour au moins une pièce en matériau métallique (150) destinée à être traitée thermiquement ou conformée à chaud, ledit outillage comprenant : - une structure de support fixe (110) présentant une forme déterminée correspondant à la forme générale de chaque pièce en matériau métallique à maintenir, - des premiers éléments de maintien (1161-1261) disposés d'un côté de chaque pièce, - des deuxièmes éléments de maintien (1162-1262) disposés de l'autre côté de chaque pièce, - au moins un élément élastique de type ressort (130-134) placé entre la structure de support (110) et chaque premier ou deuxième éléments de maintien (1161-1261; 1162-1262) de manière à assurer le maintien de la pièce sur toute la durée d'un traitement thermique. La structure de support (110), les premier et deuxième éléments de maintien (1161-1261, 1162-1262) et le ou les éléments élastiques (130-134) sont en matériau composite thermostructural.
Description
Outillage de maintien pour traitement thermique de pièces métalliques
Arrière-plan de l'invention
La présente invention concerne les outillages de maintien utilisés pour maintenir des pièces métalliques lors de traitements thermiques de ces pièces tels que des recuits, brasages, conformations etc.
Les traitements thermiques de pièces en matériau métallique, comme le titane ou autre, sont réalisés à des températures élevées pouvant dépasser les 1000°C. Dans le cas de pièces en titane, par exemple, il est courant de faire subir à la pièce lors de sa fabrication un traitement thermique dit « recuit » à des températures où le titane devient mou. Dans ce cas, la pièce en titane se déforme (flue) sous l'effet de la simple gravité et reste déformée après refroidissement. La pièce peut également se vriller lors des descentes en température par libération de contraintes internes.
Aussi, des supports métalliques monobloc très lourds, réalisés par exemple en acier réfractaire, sont généralement utilisés pour maintenir la pièce lors du traitement thermique. Cependant, l'utilisation de tels supports présente plusieurs inconvénients.
Tout d'abord, ces supports sont le plus souvent très volumineux et lourds. Ils réduisent, par conséquent, la capacité de chargement du four utilisé pour les traitements thermiques tout en étant difficiles à manipuler. Ils présentent en outre une inertie thermique importante, ce qui entraîne des consommations d'énergie importantes pour la mise en température de l'outillage et demande un temps de refroidissement long réduisant la productivité de l'installation. En outre, cette inertie thermique importante limite les gradients thermiques nécessaires pour obtenir la microstructure recherchée. Ce type de support présente également un coefficient de dilatation thermique élevé, la plupart du temps différent de celui du matériau de la pièce à traiter, ce qui limite son utilisation à des pièces ayant des formes géométriques simples et impose de prévoir des reprises
d'usinage importantes sur les pièces afin de les conformer à leur géométrie définitive.
Enfin, ce type de support se déforme au cours des traitements thermiques en raison des chocs thermiques répétés.
Objet et résumé de l'invention
La présente invention a, par conséquent, pour but de proposer un nouvel outillage de maintien pour des pièces en matériau métallique destinées à être traitées thermiquement qui, en outre d'être plus léger, moins encombrant et de réduire l'inertie thermique dans le four, permet de respecter précisément les géométries des pièces, des plus simples au plus complexes, et ce même en cas de mouvements de ces dernières lors des variations de température. Un autre but de l'invention est de disposer d'un outillage qui ne flue pas lors des traitements thermiques et qui conserve ses caractéristiques mécaniques au cours du temps.
Il existe, en outre, un besoin de disposer d'un outillage capable de conformer à chaud une pièce qui était hors tolérance à froid.
A cet effet, l'invention propose un outillage de maintien comprenant :
- une structure de support fixe présentant une forme déterminée correspondant à la forme générale de chaque pièce en matériau métallique à maintenir,
- des premiers éléments de maintien disposés d'un côté de chaque pièce,
- des deuxièmes éléments de maintien disposés de l'autre côté de chaque pièce,
- au moins un élément élastique de type ressort placé entre la structure de support et chaque premier ou deuxième élément de maintien de manière à assurer le maintien de la pièce tout au long d'un traitement thermique,
la structure de support, les premier et deuxième éléments de maintien et les éléments ressorts étant en matériau composite thermostructural, par exemple un matériau composite carbone/carbone ou à matrice céramique (CMC).
L'outillage de l'invention met en œuvre un maintien élastique d'une pièce métallique dans un logement respectant la géométrie finale de la pièce, ce qui permet le maintien ou la mise en conformité de la pièce dans sa géométrie précise lors des traitements thermiques. La structure définissant le logement ainsi que les éléments du système de maintien étant en matériau composite thermostructural, c'est-à-dire un matériau ayant un coefficient de dilatation thermique très faible, l'outillage subit très peu de déformations lors des variations de température et les éléments ressorts présentent une raideur, et, par conséquent, une force d'appui sur les éléments de maintien, quasi-constante quelle que soit la température.
Grâce à la force de maintien élastique exercée sur la pièce de manière quasi-uniforme quelle que soit la température, il est possible de conformer cette dernière lors du traitement thermique et de corriger ainsi des déformations engendrées lors d'opérations préalables réalisées sur la pièce comme un pré-usinage au plus près de la côte finale. En effet, le principe du maintien élastique de la pièce dans l'outillage de l'invention permet de monter dans celui-ci une pièce relativement déformée qui ne sera pas au départ (i.e. à froid) en contact avec tous les éléments de maintien de référence mais qui, une fois en température, sera contrainte par les éléments ressorts et donc conformée à la géométrie désirée. Un tel conformage à chaud serait très difficile à mettre en œuvre avec un outillage métallique.
Grâce au matériau composite thermostructural utilisé pour la réalisation des éléments constitutifs de l'outillage de l'invention, celui-ci est bien moins encombrant et lourd que les outillages en acier réfractaire habituellement utilisés. L'outillage de l'invention permet ainsi d'augmenter la capacité de chargement de pièces métalliques à traiter dans un même four, ce qui permet de diminuer les coûts des traitements thermiques. Il permet aussi de réduire le nombre de manipulations et de traitements pour un nombre de pièces donné, ce qui permet de diminuer significativement les coûts de traitements thermiques.
Selon un mode de réalisation de l'invention, l'outillage comprend une pluralité de paires de mâchoires placées de chaque côté de la pièce métallique, chaque paire de mâchoires étant montée de façon coulissante sur la structure de support. Les déplacements de la pièce, lors des
montées ou descentes en température, peuvent être ainsi accompagnés par les mâchoires sans exercer de contrainte sur la pièce et tout en suivant la géométrie précise de celle-ci définie par la structure de support de l'outillage.
A cet effet, chaque mâchoire est munie d'au moins un guide coopérant avec une glissière ménagée dans la structure de support. Selon un mode de réalisation de l'invention, les parois latérales de la structure support comportent au moins une glissière destinée à recevoir un guide d'une mâchoire d'une paire de mâchoire, des éléments ressorts étant interposés entre au moins une mâchoire de chaque paire de mâchoires et les parois latérales de la structure support.
Selon une caractéristique de l'invention, la structure de support présente un logement comportant au moins une première partie s'étendant dans un premier plan et une deuxième partie s'étendant dans un deuxième plan formant un angle avec le premier plan. Il est ainsi possible de maintenir et de conformer une même pièce dans des plans différents formant entre eux des angles suivant une ou plusieurs directions.
Cette configuration d'outillage de maintien à géométrie planaire variable peut être également obtenue avec une structure support présentant un logement s'étendant dans un même premier plan et dont au moins une partie est munie de cales angulaires disposées entre une ou plusieurs paires de mâchoires et les parois latérales de la structure de support de manière à ce que la partie du logement présente entre les cales angulaires s'étende dans un deuxième plan formant un angle avec le premier plan.
Selon un autre mode de réalisation de l'invention, l'outillage comprend une pluralité d'éléments d'écartement interposés entre des première et deuxième pièces métalliques et une pluralité de mâchoires placées contre la première pièce métallique et des plaques d'appui placées contre la deuxième pièce métallique, les éléments ressorts étant interposés entre les mâchoires et la structure de support.
Selon une caractéristique de ce mode de réalisation, les éléments ressorts sont reliés aux mâchoires par des premières liaisons articulées et à la structure de support par des deuxièmes liaisons
articulées, les éléments d'écartement reposant sur des chariots mobiles sur la structure de support et les plaques d'appui étant maintenues contre des rouleaux solidaires de la structure de support. De cette manière, tous les éléments de maintien sont aptes à se déplacer avec les pièces métalliques par rapport à la structure de support fixe et peuvent, ainsi, accompagner les mouvements des pièces lors des variations de température.
Selon une caractéristique particulière de l'invention, la structure de support, les premier et deuxième éléments de maintien et chaque élément élastique de type ressort sont en matériau composite carbone/carbone.
Selon un aspect de l'invention, chaque élément élastique présente une raideur à froid prédéterminée qui définit la force de maintien appliquée par les mâchoires sur la pièce, et ce pour une plage de température étendue car l'élément ressort est réalisé en matériau composite thermostructural.
L'invention concerne également une installation de traitement thermique comprenant un four et un ou plusieurs outillages de maintien selon l'invention placés à l'intérieur du four.
Brève description des dessins
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description suivante de modes particuliers de réalisation de l'invention, donnés à titre d'exemples non limitatifs, en référence aux dessins annexés, sur lesquels :
- la figure 1 est une vue schématique en perspective d'une installation de traitement thermique comprenant des outillages de maintien conformément à l'invention,
- la figure 2 est une vue éclatée d'un outillage de maintien selon un mode de réalisation de l'invention ;
- la figure 3 est une vue schématique en perspective de l'outillage de maintien de la figure 2 une fois monté ;
- la figure 4 est une vue en coupe d'une partie de l'outillage de maintien de la figure 3 représenté sur la figure 5 ;
- la figure 5 est une vue de côté d'une partie de l'outillage de maintien de la figure 3 ;
- les figures 6A et 6B sont des vues schématiques d'un outillage de maintien d'une pièce suivant plusieurs plans orientés dans des directions différentes conformément à un mode de réalisation de l'invention ;
- la figure 7 est une vue schématique d'un outillage de maintien d'une pièce suivant plusieurs plans orientés dans des directions différentes conformément à un autre mode de réalisation de l'invention ;
- les figures 8A et 8B sont des vues de détail de parties de l'outillage de maintien de la figure 7 ;
- la figure 9 est une vue schématique en perspective d'un l'outillage de maintien selon un autre mode de réalisation de l'invention ;
- la figure 10 est une vue éclatée de l'outillage de maintien de la figure 9 ;
- la figure 11 est une vue en coupe de l'outillage de la figure 9.
Description détaillée d'un mode de réalisation
L'invention s'applique d'une manière générale aux outillages permettant de maintenir des pièces en matériau métallique suivant une géométrie précise lors de traitements impliquant des montées en température, tels que des recuits, trempes, revenus, maturations, conformations ou brasages à chaud ou tout autre traitement impliquant des variations de température. Un domaine particulier, mais non exclusif, d'application de l'invention est celui de la conformation à chaud de pièces en titane ou similaire de grande dimension et dont la géométrie doit être très précisément respectée ou reprise à chaud (conformage de pièces hors tolérance à froid).
La figure 1 illustre une installation 300 destinée à traiter thermiquement des pièces en matériau métallique dont la géométrie doit être précisément respectée tout au long du traitement. L'installation 300
comprend un four 200 et une pluralité d'outillages de maintien 100 reposant sur une embase 101.
Comme illustré sur les figures 2 et 3, chaque outillage de maintien 100 comprend une structure de support 110. Dans l'exemple décrit ici, la structure 110 est constituée d'un châssis 111, formé par deux traverses 1110 et 1111, et de parois latérales 1120 à 1124 et 1140 à 1144 maintenues au-dessus du châssis 111 par des montants 114. L'espace présent entre les parois latérales 1120 à 1124, d'une part, et les parois latérales 1140 à 1144, d'autre part, forme un logement 115 pour une pièce métallique 150 destinée à être traitée thermiquement. La forme du logement 115 correspond à la forme générale de la pièce métallique à traiter 150, à savoir ici une pièce présentant dans sa direction longitudinale une forme courbée.
L'outillage de maintien 100 comprend également une pluralité de paires de mâchoires, ici des paires de mâchoires 116 à 126, les mâchoires 1161 à 1261 situées d'un côté de la pièce 150 correspondant à tout ou partie des premiers éléments de maintien de l'outillage de l'invention et les mâchoires 1162 à 1262 situées de l'autre côté de la pièce correspondant à tout ou partie des deuxièmes éléments de maintien de l'outillage de l'invention. Chaque paire de mâchoires, comme la paire 119 illustrée sur la figure 4, est formée de deux mâchoires 1191 et 1192 entre lesquels la pièce métallique 150 est maintenue. A cet effet, les mâchoires de chaque paire, comme les mâchoires 1191 et 1192 de la paire 119, comporte chacune une face interne 1191a, 1192a dont la forme correspond à la géométrie de la partie de la pièce destinée à être maintenue à cet endroit de l'outillage.
Afin de maintenir une force de maintien sur la pièce dans l'outillage, des éléments élastiques de type ressort sont interposés entre au moins la face externe d'une des mâchoires de chaque paire de mâchoires et la paroi verticale correspondante. Dans l'exemple décrit ici, des éléments élastiques 130 à 134 sont respectivement interposés entre les mâchoires 1161 à 1261 et les parois latérales 1140 à 1144, des plaques d'appui (non représentées) pouvant être en outre interposées entre les éléments ressorts et les mâchoires. Un outillage spécial permettant de maintenir respectivement les éléments élastiques 130 à 134
en compression maximum est utilisé lors du montage de la pièce et des mâchoires dans l'outillage, les éléments élastiques 130 à 134 étant ensuite relâchés afin d'exercer une force de maintien sur les mâchoires et sur la pièce dans le logement de l'outillage.
Les éléments élastiques 130 à 134 sont chacun respectivement constitués par deux lames élastiques 1301/1302, 1311/1312, 1321/1322, 1331/1332 et 1341/1342 qui exercent un effort de maintien élastique sur chaque paire de mâchoires 116 à 126, et ce suivant la géométrie du logement 115 qui correspond à la géométrie précise de la pièce à respecter.
Par ailleurs, les mâchoires 1161/1162 à 1261/1262 des paires de mâchoires 116 à 126 sont montées de façon coulissante sur les parois latérales. A cet effet, chaque mâchoire comprend sur sa face externe un guide engagé dans une glissière ménagée dans la paroi latérale en regard de la mâchoire considérée. Dans l'exemple décrit ici, les parois externes des mâchoires 1161 à 1261 sont respectivement munies d'un guide 1163 à 1263 tandis que les parois externes des mâchoires 1162 à 1262 sont respectivement munies d'un guide 1164 à 1264. Les guides 1163 à 1263 sont respectivement engagés dans des glissières 1140a, 1140b, 1141a, 1141b, 1141c, 1142a, 1143a, 1143b, 1143c, 1144a, 1144b des parois latérales 1140 à 1144. De même, les guides 1164 à 1264 sont respectivement engagés dans des glissières 1120a, 1120b, 1121a, 1121b, 1121c, 1122a, 1123a, 1123b, 1123c, 1124a, 1124b des parois latérales 1120 à 1124.
Comme illustré sur la figure 5, la mâchoire 1191 de la paire de mâchoires 119 est maintenue sur la structure de support 110 au moyen du guide 1193 qui est engagé dans la glissière 1141b ménagée dans la paroi latérale 1141. La glissière 1141b présente la forme d'un trou oblong dans lequel le guide 1193 peut se déplacer entre une première position A correspondant à la position de l'élément de maintien à froid et une deuxième position B correspondant à la position de l'élément de maintien 1191 lorsque la pièce métallique 150 se dilate lors d'une montée en température. L'orientation du trou oblong de la glissière 1131b ainsi que sa position sur la paroi latérale 1131 orientée suivant la géométrie de la pièce dans la direction longitudinale, ici une forme courbée, permettent au
système de maintien constitué par les éléments de maintien associés aux éléments élastiques de suivre les déplacements de la pièce lors de sa dilatation et/ou rétractation en assurant une conservation de la géométrie dans le ou les plans de maintien définis par le logement de la structure de support.
Conformément à la présente invention, les éléments constituant l'outillage de maintien de la présente invention comme la structure de support, les éléments de maintien de chaque paire et les éléments élastiques de type ressort sont réalisés en matériau composite thermostructural qui présente un faible coefficient de dilatation thermique en comparaison aux matériaux métallique tels que l'acier.
Les éléments constitutifs de l'outillage de maintien sont réalisés de préférence en matériau composite carbone/carbone (C/C) qui, de façon connue, est un matériau formé d'un renfort en fibres de carbone densifié par une matrice en carbone et qui peut éventuellement être muni d'un revêtement comme par exemple un dépôt céramique (exemple SiC). Ces éléments peuvent être également réalisés en matériau composite à matrice céramique (CMC) qui est un matériau formé d'un renfort en fibres de carbone ou céramique densifié par une matrice au moins partiellement céramique, comme les matériaux composite CMC suivants :
- carbone-carbone/carbure de silicium (C/C-SiC) correspondant à un matériau formé d'un renfort en fibres de carbone et densifié par une matrice comprenant une phase carbone et une phase carbure de silicium,
- carbone-carbure de silicium (C/SiC) qui est un matériau formé d'un renfort en fibres de carbone densifié par une matrice en carbure de silicium,
- carbure de silicium-carbure de silicium (SiC/SiC) correspondant à un matériau formé d'un renfort en fibres de carbure de silicium densifié par une matrice en carbure de silicium.
La fabrication de pièces en matériau composite constituées d'un renfort fibreux densifié par une matrice est bien connue. Elle comprend principalement la réalisation d'une structure fibreuse, ici en fibres de carbone ou céramique, la mise en forme de la structure dans une forme voisine de celle de la pièce à fabriquer (préforme fibreuse) et la densification de la préforme par la matrice.
La préforme fibreuse constitue le renfort de la pièce dont le rôle est essentiel vis-à-vis des propriétés mécaniques. La préforme est obtenue à partir de textures fibreuses en fibres de carbone ou céramique. Les textures fibreuses utilisées peuvent être de diverses natures et formes telles que notamment:
- tissu bidimensionnel (2D),
- tissu tridimensionnel (3D) obtenu par tissage 3D ou multicouches,
- tresse,
- tricot,
- feutre,
- nappe unidirectionnelle (UD) de fils ou câbles ou nappes multidirectionnelle (nD) obtenue par superposition de plusieurs nappes UD dans des directions différentes et liaison des nappes UD entre elles par exemple par couture, par agent de liaison chimique ou par aiguilletage.
On peut aussi utiliser une structure fibreuse formée de plusieurs couches superposées de tissu, tresse, tricot, feutre, nappes, câbles ou autres, lesquelles couches sont liées entre elles par exemple par couture, par implantation de fils ou d'éléments rigides ou par aiguilletage.
La mise en forme est réalisée par tissage, empilage, aiguilletage de strates bidimensionnelles/tridimensionnelles ou de nappes de câbles, etc.
La préforme fibreuse est ensuite densifiée, de façon bien connue, par voie liquide et/ou gazeuse.
La densification par voie liquide consiste à imprégner la préforme par une composition liquide contenant un précurseur du matériau de la matrice. Le précurseur se présente habituellement sous forme d'un polymère, tel qu'une résine, éventuellement dilué dans un solvant. La transformation du précurseur en carbone ou céramique est réalisée par traitement thermique, après élimination du solvant éventuel et réticulation du polymère. Plusieurs cycles d'imprégnation successifs peuvent être réalisés pour parvenir au degré de densification souhaité.
Une résine précurseur de carbone peut être par exemple une résine de type phénolique.
Une résine précurseur de céramique peut être par exemple une résine polycarbosilane précurseur de carbure de silicium (SiC), ou une résine polysiloxane précurseur de SiCO, ou une résine polyborocarbosilazane précurseur de SiCNB, ou une résine polysilazane (SiCN).
Les opérations d'imprégnation et de polymérisation de résine précurseur de carbone et/ou de résine précurseur de céramique peuvent être répétées plusieurs fois si nécessaire pour obtenir des caractéristiques mécaniques déterminées.
La densification de la préforme fibreuse peut-être également réalisée, de façon connue, par voie gazeuse par infiltration chimique en phase vapeur de la matrice (CVI). La préforme fibreuse correspondant à la structure à réaliser est placée dans un four dans lequel est admise une phase gazeuse réactionnelle. La pression et la température régnant dans le four et la composition de la phase gazeuse sont choisies de manière à permettre la diffusion de la phase gazeuse au sein de la porosité de la préforme pour y former la matrice par dépôt, au cœur du matériau au contact des fibres, d'un matériau solide résultant d'une décomposition d'un constituant de la phase gazeuse ou d'une réaction entre plusieurs constituants, contrairement aux conditions de pression et températures propres aux procédés CVD ("Chemical Vapor Déposition") qui conduisent exclusivement à un dépôt à la surface du matériau.
La formation d'une matrice carbone peut être obtenue avec des gaz hydrocarbures tels que méthane et/ou propane donnant le carbone par craquage tandis qu'une matrice SiC peut être obtenue avec du méthyltrichlorosilane (MTS) donnant du SiC par décomposition du MTS.
Dans le cas d'un matériau C/C-SiC, la première phase carbone peut être formée avec des gaz hydrocarbures donnant le carbone par craquage, la deuxième phase SiC étant ensuite déposée sur la première phase carbone, par exemple par décomposition du MTS.
Une densification combinant voie liquide et voie gazeuse peut être également utilisée pour faciliter la mise en œuvre, limiter les coûts et les cycles de fabrication tout en obtenant des caractéristiques satisfaisantes pour l'utilisation envisagée.
Les éléments, comme les parois latérales de la structure de support, sont ensuite usinés afin de former dans ceux-ci les glissières et éventuellement des lumières permettant d'alléger l'ensemble de la structure et réduire son inertie thermique. De même, des lumières peuvent être usinées dans les autres éléments constitutifs de la structure de support afin d'en alléger encore la masse et d'en réduire l'inertie thermique.
L'avantage de l'utilisation d'un matériau composite thermostructural tel que le C/C pour les éléments élastiques de type ressort est de pouvoir conserver une raideur prédéfinie à froid lors des montées en température. La force exercée par l'élément de maintien sur la pièce reste ainsi quasiment constante, et ce indépendamment des variations de température. De cette façon, on contrôle de façon précise le maintien ou la conformation de la pièce dans sa géométrie finale, et ce même lorsque le matériau de la pièce flue sous des températures élevées.
Par ailleurs, les éléments de maintien de la pièce métallique étant montés de façon coulissante sur la structure de support, ceux-ci s'adaptent aux dilatations et rétractations de la pièce lors des montées et descentes en température au cours des traitements thermiques en suivant les déplacements de cette dernière tout en respectant sa géométrie car les déplacements se font suivant la géométrie de logement de la structure de support.
Le maintien et la conformation de la pièce métallique dans l'outillage de l'invention peuvent être réalisés dans un même plan comme c'est le cas avec l'outillage de maintien 100 décrit ci-avant qui comporte un logement 115 s'étendant dans un même plan sur toute la longueur du logement, c'est-à-dire sur toute la longueur de la pièce métallique 150.
Toutefois, l'outillage de maintien selon l'invention peut également permettre le maintien et la conformation d'une pièce métallique dans plusieurs plans orientés différemment. A cet effet, selon une première variante de réalisation, on utilise un outillage de maintien dont la structure de support définit un logement non rectiligne créant ainsi des portions s'étendant suivant des angles différents. A titre d'exemple, comme représentée de façon schématique sur la figure 6A, un outillage de maintien 400 comprend une structure de support (non représentée sur la
figure 6A) qui définit un logement 415 comprenant une première portion centrale 415a et des deuxième et troisième portions d'extrémités 415b et 415c s'étendant dans des plans différents de celui de la portion centrale 415a. Plus précisément, la portion centrale 415a s'étend suivant un plan PI parallèle à des directions de référence X et Z. La portion d'extrémité 415b s'étend suivant un plan P2 formant un angle al par rapport au plan PI dans la direction X. La portion d'extrémité 415c s'étend suivant un plan P3 formant un angle a2 par rapport au plan PI dans la direction X.
Dans l'exemple décrit ici, les portions d'extrémité 415b et 415c sont « twistées » par rapport à la portion centrale 415a, c'est-à-dire que les plans P2 et P3 de ces portions s'étendent en outre dans la direction Y en formant respectivement des angles βΐ et β2 avec le plan PI de la portion central 415a (figure 6B).
Selon une deuxième variante de réalisation illustrée sur la figure 7, le maintien et la conformation d'une pièce métallique 550, suivant la géométrie planaire variable illustrée sur les figures 6A et 6B précédemment décrites, peuvent être réalisés en adaptant un outillage de maintien comportant un logement s'étendant dans un même plan comme l'outillage 100 décrit ci-avant. A cet effet, comme illustrée sur la figure 7, on utilise un outillage de maintien 500 dont la structure de support 510 s'étend dans une direction longitudinale suivant un même plan. Des paires de cales angulaires complémentaires 540/541 et 542/543 sont disposées au niveau des portions d'extrémité 511 et 512 de la structure support 510 de manière à définir un logement 515 comportant une portion centrale 515a s'étendant suivant un plan identique au plan PI décrit ci-avant en relation avec les figures 6A et 6B et deux portions d'extrémité 515b et 515c s'étendant respectivement suivant des plans identiques aux plans P2 et P3 décrits précédemment avec les figures 6A et 6B. De même que pour l'outillage 400, l'outillage de maintien 500 permet de maintenir, au niveau des portions d'extrémité 511 et 512 de la structure support 510, la pièce métallique 550 suivant des plans formant un ou plusieurs angle vis-à-vis d'autres portions de maintien de l'outillage.
La structure de support 510 diffère de la structure de support 110 décrite précédemment en ce qu'elle présente une largeur plus importante au niveau des portions d'extrémité 511 et 512 afin de
permettre l'intégration des paires de cales angulaires 540/541 et 542/543. Au niveau de la portion d'extrémité 511 telle que représentée sur la figure 8A, la cale angulaire 540 est fixée sur une paroi latérale 5140 de la structure de support tandis que la cale 541 est fixée sur la paroi latérale opposée 5120. Une plaque d'appui 5130 munie de glissières 5130a et 5130b pour permettre le déplacement des mâchoires est fixée sur la cale angulaire 541 avec interposition d'un élément ressort 530 assurant le maintien élastique de la pièce. De même au niveau de la portion d'extrémité 512 telle que représentée sur la figure 8B, la cale angulaire 543 est fixée sur une paroi latérale 5144 de la structure de support tandis que la cale 542 est fixée sur la paroi latérale opposée 5124. Une plaque de d'appui 5134 munie de glissières 5134a et 5134b pour permettre le déplacement des mâchoires est fixée sur la cale angulaire 543 avec interposition d'un élément ressort 534 assurant le maintien élastique de la pièce.
En fonction de la géométrie planaire du logement de l'outillage de maintien et/ou de l'angle, de la disposition et du nombre des cales angulaires utilisées, l'outillage peut maintenir et conformer une pièce métallique dans deux ou plusieurs plans orientés suivant des angles différents. Conformément à l'invention, les cales angulaires sont également réalisées en matériau composite thermostructural, de préférence en matériau composite carbone/carbone.
Les figures 9 à 11 illustrent un outillage de maintien conformément à un autre mode de réalisation qui diffère de celui décrit ci- avant principalement en ce que les déplacements (dilatation/rétractation) de la pièce lors des variations de températures sont accompagnés par des éléments de maintien qui sont montés sur l'outillage par l'intermédiaire de liaisons mobiles de type rotules ou rouleaux.
Plus précisément, dans ce mode de réalisation, l'outillage de maintien 600 comprend une structure de support 610 constituée d'un châssis 6100 supportant, d'un côté de l'outillage, une paroi latérale 6110 munie de rouleaux 6111 à 6116 et, de l'autre côté de l'outillage, des montants 6120 à 6125. Une paroi centrale 6130 comportant des platines 6131 à 6136 est en outre montée sur le châssis 6100 entre la paroi latérale 6110 et les montants 6120 à 6125 (figure 10).
L'outillage 600 est destiné à maintenir simultanément deux pièces métalliques 680 et 690 de même géométrie finale. A cet effet, les pièces 680 et 690 sont placées l'une en regard de l'autre au moyen d'éléments d'écartement 620 à 625 chacun montés respectivement sur un chariot 630 à 635. Les chariots 630 à 635 comprennent chacun un rouleau, respectivement 6300 à 6350, qui repose sur une platine, respectivement 6131 à 6136 de la paroi centrale 6130.
La pièce 680 est en outre maintenue sur son côté opposé aux éléments d'écartement 620 à 625 par des plaques d'appui 640 à 645 chacune respectivement en appui sur un des rouleaux 6111 à 6116 de la paroi latérale 6110.
La pièce 690 est maintenue de son côté opposé aux éléments d'écartement 620 à 625 par des mâchoires 650 à 655 qui comportent respectivement des portions latérales 6501 à 6551 et des portions supérieures horizontales 6502 à 6552. Les mâchoires 650 à 655 sont montées sur l'outillage par des liaisons à ressort articulées. Plus précisément, des éléments élastiques de type ressort 660 à 665 sont respectivement interposés entre les mâchoires 650 à 655 et les montants 6120 à 6125. En outre, les éléments élastiques 660 à 665 sont reliés respectivement aux mâchoires 650 à 655 par des rotules 6601 à 6651. Les éléments élastiques 660 à 665 sont également reliés aux montants 6120 à 6125 de la structure support par des rotules 6602 à 6652. De cette manière, les éléments ressorts 650 à 655 et les rotules 6601 à 6651 et 6602 à 6652 forment des liaisons élastiques articulées qui permettent d'exercer une force de maintien à la fois latérale et verticale sur les pièces 680 et 690. En effet, comme illustrées sur la figure 11 pour la mâchoire 653, les portions latérales 6531 de la mâchoire 653 exercent, sous la pression de l'élément ressort 663, une force de maintien latérale Fi sur les pièces 680 et 690 tandis que les portions supérieures horizontales 6532 de la mâchoire 653 exercent, sous la pression de l'élément ressort 663, une force de maintien verticale Fv sur les pièces 680 et 690.
En outre de cette liaison articulée au niveau des mâchoires permettant de suivre les mouvements des pièces métalliques lors des variations de températures, les éléments d'écartement 620 à 625 ainsi que les plaques d'appui 640 à 645 sont eux aussi aptes à accompagner les
mouvements des pièces pendant leur maintien dans l'outillage. En effet, les éléments d'écartement 620 à 625 sont associés aux charriots 630 à 635 qui reposent chacun sur une des platines 6131 à 6136 de la paroi centrale 6130 de manière à être mobile dans la direction longitudinale des pièces. De même, les plaques d'appui 640 à 645 sont maintenues contre les rouleaux 6111 à 6116 de la paroi latérale 6110 et peuvent, par conséquent, suivre les mouvements des pièces dans l'outillage.
L'outillage 600 comprend ainsi des moyens de maintien permettant de maintenir et/ou de conformer à chaud des pièces métalliques suivant une géométrie précise tout en s'adaptant aux dilatations et rétractations des pièces lors des variations de température.
Les éléments constitutifs de l'outillage 600 et en particulier la structure de support 610, les éléments d'écartement 620 à 625, les chariots 630 à 635, les plaques d'appui 640 à 645, les rouleaux 6111 à 6116, les mâchoires 650 à 655 et les éléments élastiques 660 à 665 sont réalisés en matériau composite.
L'outillage de maintien 600 est particulièrement adapté pour le maintien de pièces métalliques de grande dimension car il permet de supporter de façon équilibrée et fiable des pièces ayant une masse importante.
Claims
1. Outillage de maintien (100) pour au moins une pièce en matériau métallique (150) destinée à être traitée thermiquement ou conformée à chaud, ledit outillage comprenant :
- une structure de support fixe (110) présentant une forme déterminée correspondant à la forme générale de chaque pièce en matériau métallique à maintenir,
- des premiers éléments de maintien (1161-1261) disposés d'un côté de chaque pièce,
- des deuxièmes éléments de maintien (1162-1262) disposés de l'autre côté de chaque pièce,
- au moins un élément élastique de type ressort (130-134) placé entre la structure de support (110) et chaque premier ou deuxième éléments de maintien (1161-1261 ; 1162-1262) de manière à assurer le maintien de la pièce sur toute la durée d'un traitement thermique,
la structure de support (110), les premier et deuxième éléments de maintien (1161-1261, 1162-1262) et le ou les éléments élastiques (130-134) étant en matériau composite thermostructural.
2. Outillage selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend une pluralité de paires (116-126) de mâchoires (1161-1261 ; 1162-1262) placées de chaque côté de la pièce métallique (150), chaque mâchoire étant montée de façon coulissante sur la structure de support.
3. Outillage selon la revendication 2, caractérisé en ce que chaque mâchoire (1161 ; 1162) est munie d'au moins un guide (1163 ; 1164) coopérant chacun avec une glissière (1140a ; 1120a) ménagée dans la structure de support.
4. Outillage selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que chaque mâchoire (1191) comporte une face interne (1191a) destinée à venir en contact avec une partie de la pièce métallique (150), ladite face présentant une forme correspondant à la géométrie de ladite partie de la pièce.
5. Outillage selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la structure de support présente un logement (415) comportant au moins une première partie (415a) s'étendant dans un premier plan (PI) et une deuxième partie (415b) s'étendant dans un deuxième plan (P2) formant un angle avec le premier plan (PI).
6. Outillage selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la structure de support (510) présente un logement (515) s'étendant dans un même premier plan et en ce qu'elle comprend au moins une partie (511) munie de cales angulaires (540, 541) disposées entre une ou plusieurs paires de mâchoires et les parois latérales de la structure de support de manière à ce que la partie du logement (515b) présente entre les cales angulaires (540, 541) s'étende dans un deuxième plan formant un angle avec le premier plan.
7. Outillage selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend une pluralité d'éléments d'écartement (620-625) interposés entre des première et deuxième pièces métalliques (690, 680) et en ce qu'il comprend en outre une pluralité de mâchoires (650-655) placées contre la première pièce métallique (690) et des plaques d'appui (640- 645) placées contre la deuxième pièce métallique (680), les éléments élastiques de type ressort (660-665) étant interposés entre les mâchoires (650-655) et la structure de support (610).
8. Outillage selon la revendication 7, caractérisé en ce que les éléments élastiques (660-665) sont reliés aux mâchoires (650-655) par des premières liaisons articulées (6601-6651) et à la structure de support par des deuxièmes liaisons articulés (6601-6651), les éléments d'écartement (620-625) reposant sur des chariots mobiles (630-635) sur la structure de support (610) et les plaques d'appui (640-645) étant maintenues contre des rouleaux (6111-6116) solidaires de la structure de support.
9. Outillage selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la structure de support, les premier et deuxième éléments de maintien et chaque élément élastique de type ressort sont en matériau composite carbone/carbone ou en matériau composite à matrice céramique
10. Outillage selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que chaque élément élastique de type ressort présente une raideur à froid prédéterminée.
11. Installation de traitement thermique (300) comprenant un four (200) et un ou plusieurs outillages de maintien (100) selon l'une quelconque des revendication 1 à 10 placés à l'intérieur du four.
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