WO2019043335A1 - Procede de mise en forme et procede d'impregnation d'une preforme fibreuse - Google Patents

Procede de mise en forme et procede d'impregnation d'une preforme fibreuse Download PDF

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WO2019043335A1
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fibrous texture
fibrous
impregnating
impregnation
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PCT/FR2018/052119
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Pauline Nathalie Six
Nicolas Cambyse Ashtari
Hubert Jean Marie Fabre
Jérémy Hellot
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Safran Aircraft Engines
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Definitions

  • the invention relates to the field of gas turbine casings, and more particularly retention casings for gas turbine blowers for aeronautical engines.
  • a fan case performs several functions. It defines the air intake duct in the engine, supports an abradable material facing the top of the blades of the fan, supports a possible sound wave absorption structure for acoustic treatment at the engine inlet and incorporates or supports a retention shield.
  • the latter is a trap holding debris, such as ingested objects or fragments of damaged blades, projected by centrifugation, to prevent them through the housing and reach other parts of the aircraft.
  • a tackifier for this purpose, it is known to use a tackifier to stick about a quarter of the first turn of the fibrous texture during its winding on the mandrel, thus allowing it to adhere to the tooling.
  • a solution requires a preparation of the product, leading to an increase in the time of manufacture of the housing.
  • the tackifier is also a chemical agent that can potentially affect the safety and health of operators.
  • clamps can be put in place to maintain the fibrous texture in the mandrel during the winding of the first turn of the fibrous texture. After this first turn, an overlap of the fibrous texture by itself then provides a compacting force sufficient to overcome the clamps and ensure good adhesion of the fibrous texture to the mold using the tackifier. The shaping time of the preform of the casing from the winding of the fibrous texture is therefore still elongated.
  • the present invention aims to overcome the aforementioned drawbacks. More specifically, the present invention is intended to provide a solution to overcome the use of a tackifier during the winding of the fibrous texture around the mandrel, reduce the manufacturing time of the housing obtained in from this fibrous texture and improve operator safety.
  • the invention proposes a process for shaping a fiber preform using an installation comprising a storage mandrel intended to store a fibrous texture in the form of a wound strip, an impregnation mandrel comprising an outer surface and an inner surface opposite to the outer surface, a device for conveying the fibrous texture between the mandrel of storage and the impregnation mandrel, inserted in at least one lumen extending between the outer and inner surfaces of the impregnation mandrel, and at least one removable holding device, the method comprising:
  • a fibrous texture having a strip shape extending in a longitudinal direction over a predetermined length between a proximal portion and a distal portion and having a three-dimensional or multi-layer weave between a plurality of warp yarn layers and a a plurality of layers of weft threads (30), the proximal portion of the fibrous texture comprising at least one fastening tab, each fastener tab having a thickness less than the thickness of the remainder of the fibrous texture,
  • the proximal portion comprises longitudinally a gradual increase in thickness between each fastening tab and the rest of the fibrous texture.
  • the width of each fastener tongue extends in a portion of constant thickness of the fibrous texture.
  • each fastening tab is formed by two-dimensional weaving.
  • each removable device comprises a fixing screw or a clamping device configured to maintain from the inside of the impregnation mandrel a fastening tongue against a surface of the impregnation mandrel.
  • each removable holding device is configured to hold a fastener tongue against a surface extending between the inner surface and the outer surface, or against the inner surface of the impregnation mandrel.
  • the fibrous texture comprises a plurality of fastening tabs respectively inserted into a plurality of lumens and a plurality of removable tab holding devices.
  • it further comprises the cutting of at least one woven layer extracted from the fibrous texture and distinct from each fixing tongue, before the insertion of each tongue into the corresponding light impregnation mandrel.
  • the invention also proposes a process for impregnating a fiber preform for producing a gas turbine casing made of composite material, implementing the steps of the shaping process of a fiber preform summarized above. the impregnation process further comprising for steps:
  • FIG. 1 is a schematic view of an installation for shaping a fiber texture according to one embodiment of the invention
  • FIG. 2 is a schematic perspective view of a loom showing three-dimensional weaving of a fibrous texture
  • FIG. 3 is a schematic perspective view showing the winding of a fibrous texture on an impregnating mandrel constituting the installation of FIG. 1 in accordance with one embodiment of the invention
  • FIG. 4 is a schematic perspective view of a fibrous texture according to an embodiment of the invention.
  • FIG. 5 is a schematic view showing an exemplary embodiment of a gradual decrease in thickness in the fibrous texture of FIG. 4 making it possible to obtain a bevel-shaped edge;
  • FIG. 6 is a partial view in radial section of the impregnation mandrel of FIG. 1, illustrating an example of a removable device ensuring the maintenance of the fibrous texture against the impregnation mandrel in accordance with one embodiment of the invention; ;
  • FIG. 7 is a partial view in radial section of the impregnation mandrel of FIG. 1, illustrating another example of a removable device ensuring the maintenance of the fibrous texture against the impregnation mandrel in accordance with an embodiment of the invention.
  • FIG. 8 is a partial view in radial section of the impregnation mandrel of FIG. 1, illustrating another example of a removable device ensuring the maintenance of the fibrous texture against the impregnation mandrel in accordance with one embodiment of the invention. invention;
  • FIG. 9 is a partial view in radial section of the impregnation mandrel of FIG. 1, illustrating another example of a removable device ensuring the maintenance of the fibrous texture against the impregnation mandrel in accordance with an embodiment of the invention. invention
  • FIG. 12 is a sectional view showing the positioning of injection sectors on the preform of the casing of FIG. 11;
  • FIG. 13 is a perspective view of an aeronautical engine according to one embodiment of the invention.
  • the invention generally applies to the production of fibrous preforms of revolution presenting in radial section an evolutive profile and which are capable of constituting fibrous reinforcements, these preforms being intended to be used for the manufacture of parts made of material composite shape of revolution also having an evolutive profile and / or a variable thickness, in particular in radial section.
  • the radial section corresponds to a plane defined by the axial direction and the radial direction of the mandrel on which the preform is shaped.
  • the axial direction D A and the radial direction D R are in particular indicated in FIG. 1.
  • the parts are obtained by winding a fibrous texture on an impregnating mandrel, injecting a fluid composition, such as a resin, in the fiber preform thus formed, and heat treatment of said composition to obtain the matrix.
  • FIG. 1 represents an installation 10 for shaping a fiber form preform in accordance with an embodiment of the invention.
  • the installation 10 includes a storage mandrel 300 for storing a fibrous texture 100 in the form of a wound strip.
  • a conveying device 200 is placed downstream of the storage mandrel 300 in the direction of travel of the fibrous texture 100.
  • An impregnation mandrel 600 also called an injection mold, is disposed downstream of the conveyor device 200.
  • the fibrous texture 100 present on the storage mandrel 300 is unrolled therefrom to be shaped by winding on the impregnating mandrel 600, the winding being under a controlled tension at the storage mandrel 300.
  • the routing device 200 is formed of two follower rollers 400 and 500. However, it is understood that any other device capable of conveying the fibrous texture 100 between the storage mandrel 300 and the impregnation mandrel 600 can be considered.
  • the device 200 may for example have a greater or smaller number of follower rollers.
  • the fibrous texture 100 is made in known manner by weaving by means of a Jacquard 700 loom on which a bundle of warp yarns 20 or strands in a plurality of layers has been arranged. the warp yarns being bound by weft yarns or strands 30.
  • the fiber texture 100 is made by three-dimensional weaving or by multilayer weaving.
  • three-dimensional weaving or “3D weaving” is meant here a weaving mode by which at least some of the weft yarns 30 bind warp yarns 20 on several layers of warp yarns or vice versa.
  • An example of three-dimensional weaving is so-called “interlock” weaving.
  • interlock weaving is meant herein a weave weave in which each layer of weft threads 30 binds several layers of warp yarns 20 with all the yarns of the same weft column having the same movement in the plane of the weave. 'armor.
  • multilayer weaving is meant here a 3D weave with several layers of yarn of warp 20 whose basic armor of each layer is equivalent to a conventional 2D fabric weave, such as a linen, satin or twill type armor, but with certain points of the weave that bind the warp layers between they or vice versa.
  • the production of the fibrous texture 100 by 3D or multilayer weaving makes it possible to obtain a bond between the layers, and thus to have a good mechanical strength of the fibrous texture 100 and the composite material part obtained.
  • the fibrous texture 100 may in particular be woven from carbon fiber yarns, ceramic such as silicon carbide, glass, or aramid.
  • a weave in the form also called “contour weaving", which consists of calling a length different from warp yarns 20 as a function of their position over the width of the fibrous texture 100 woven into web form.
  • call rollers at the exit of the loom 700 which have, on their axial width, defined in a direction D A , a variable radius defining an external surface with a raised profile making it possible to call on different lengths of warp yarn depending on their position over the width of the fibrous texture 100, a longer length of warp being called by the part or parts of a roll of call having a greater radius than the rest of the roll.
  • Differential calls made by the call rollers echo into the weaving cell of the loom 700 by pulling the correct length of warp threads 20 before inserting the next weft column 30.
  • the thus woven texture is wound on the storage mandrel 300, also called "take-up" mandrel, located downstream of the call rollers.
  • the fibrous texture 100 is thus stored for subsequent shaping on the impregnating mandrel 600.
  • the fiber preform is winding by shaping on the impregnation mandrel 600 of the fiber fabric 100.
  • the fiber fabric 100 forms a strip having in the axial direction D
  • a scalable profile is that is a variation in shape and / or thickness in cross-section.
  • the impregnating mandrel 600 has in radial section a profile corresponding to that of the piece to realize that corresponds in the example described here to an aircraft engine fan casing.
  • the impregnation mandrel 600 has an outer surface 601 whose relief profile corresponds to the inner surface of the casing to be produced, and an inner surface 602 opposite to the outer face 601. By its winding on the mandrel 600 impregnation, the fibrous texture 100 matches the profile of it.
  • the impregnating mandrel 600 also comprises two flanges 620 and 630 for forming fiber preform portions corresponding to the flanges of the casing to be manufactured.
  • the impregnation mandrel 600 may be rotated in the direction of rotation S O OO, for example by an electric motor (not shown), while the fiber fabric 100 is turned between the storage mandrel 300 and the mandrel impregnation 600.
  • the routing device 200 may be driven by the fibrous texture 100 respectively S 4 oo and S 50 o directions of rotation shown in Figure 1. They have their axial width, defined in the direction D A , a variable radius so as to define respectively external surfaces 401, 501 having a raised profile corresponding to the target profile for the fibrous preform to be produced.
  • the storage mandrel 300 can be driven mainly in rotation in the direction of rotation S300 and also has a variable radius over its axial width so as to define an external surface 301 having a raised profile corresponding to the target profile for the fibrous preform so to limit the deformation of the fibrous texture 100 during storage.
  • the storage mandrel 300 ensuring the tensioning of the fibrous texture 100 during its winding, it is possible that the rotation thereof is momentarily stopped or reversed relative to the direction of rotation S 30 o in order to maintain the tension on the texture during its winding on the impregnation mandrel 600.
  • the fibrous texture 100 may during its winding around the impregnating mandrel 600 present a risk of slippage.
  • the fibrous texture 100 can be made as illustrated in FIG. 4.
  • the fibrous texture 100 has a strip shape which extends in length in a longitudinal direction D x corresponding to the direction of travel of the warp yarns or strands 20 and in width or transversely in the direction D A between the first and second lateral edges 101 and 102, the lateral direction D A corresponding to the direction of the son or weft strands 30.
  • the fibrous texture 100 extends longitudinally over a determined length Uoo in the direction D x between a proximal portion 110 for forming the beginning of the winding of a fiber preform on a forming tool, here the impregnating mandrel 600, and a distal portion 120 for forming the end of the winding of the preform fibrous, the proximal and distal portions overlapping in the coil.
  • the fiber fabric 100 also has a central region 130 extending over a predetermined width li 30 in the direction D A, the central zone 130 is intended to form the drum or the shell of the casing.
  • the central zone 130 is delimited between two lateral zones 140 and 150 each extending over a determined width Iwo, liso in the direction D A and on a length determined in the direction D x , the lateral zones 140 and 150 being intended at least for part to form the annular flanges of the housing.
  • the proximal portion 110 of the fibrous texture 100 comprises at least one attachment tongue 111, three in the example shown, a larger or smaller number of tab can be envisaged.
  • Each fastener tongue 111 may have a thickness less than the thickness of the rest of the fibrous texture 100, and is for example made from a drop zone of the fibrous texture 100 which has been woven additionally.
  • the width in the direction D A of each fastener tongue 111 may possibly, but not necessarily, extend in a portion of constant thickness of the fibrous texture 100.
  • the proximal portion 110 of the fibrous texture 100 may optionally comprise, in the longitudinal direction D x, a gradual increase in thickness between each fastening tab. 111 and the rest of the fibrous texture 100.
  • the proximal portion 110 of the fibrous texture 100 may comprise a beveled shape 112, also called “scarf", which allows to gradually reduce the thickness of the texture fibrous 100 until a minimum thickness corresponding to the thickness of each fastening tongue 111 is obtained.
  • FIG. 5 illustrates an embodiment of a bevel shape
  • the fiber fabric 100 comprises four layers of warp Chi son 0.4 linking together four weft son layers TL C T -C 4- weaving the fiber fabric 100 is changed at the time the output of the layers to allow the extraction of a warp layer with the corresponding weft thread layer.
  • the weaving of the warp yarns belonging to the warp yarn layer Chi changes from a three-dimensional weave to a two-dimensional weave with the weft yarn layer i at the exit point Si from which the warp yarn layer C h i and Qi weft son layer is extracted from the fibrous texture, these layers are cut at the output point of Si.
  • the same change of weaving is made between the Ch2 layers and O 2, Q13 and Ct3, and C H 4 and respectively at the exit points S 2 S 3 and S 4 from which the layers C h 2 and O 2, Ch 3 and C 4, and Ch 4 and C T 4 are extracted from the fibrous texture 100.
  • the first fastening tab 111 is then formed by two-dimensional weaving of the layers Q, and 4.
  • the use of a two-dimensional weave for each fastening tab 111 facilitates a subsequent cutting thereof.
  • the realization of a three-dimensional weave for each fastening tongue 111 is nevertheless possible.
  • the bevel 112 can be obtained by cutting at least one woven layer extracted from the texture fibrous 100, this layer being distinct from the fastening tabs 111.
  • Each fixing tongue 111 can then be woven in the extension of the minimum thickness of the bevel 112 so as to have a minimized number of layers, to facilitate its cutting.
  • the impregnating mandrel 600 comprises one or more lumens 610.
  • Each lumen 610 extends between the outer surface 601 and the inner surface 602 of the impregnating mandrel 600 and is made to allow the insertion of a corresponding fastening lug 111 therethrough.
  • the installation 10 further comprises one or more removable devices 80-1, 80-2 for holding the fastening tabs 111.
  • Each removable device 80-1, 80-2 is configured to hold from the inside of the impregnation mandrel. 600 a fastening tab 111, inserted in a corresponding slot 610, against a surface of the impregnating mandrel 600.
  • Fixing 111 may be the inner surface 602 of the mandrel. This first example has the advantage of proposing a maintenance of the fixing tongues 111 independent of the width of the light 610.
  • the surface of the impregnating mandrel 600 against which the tongue is held fixing device 111 may be a surface 603 extending between the outer surface 601 and the inner surface 602, that is to say a surface 603 partially delimiting the light 610.
  • This second example has the advantage of being able to reduce the length each of the fixing tongue 111. For this second example, care is taken to adapt the width of the light 610 in order to allow the introduction of the removable device 80-1, 80-2 for holding the impregnation mandrel from the inside. 600.
  • the removable device 80-1 is of the screw / nut type and maintains, by means of a fixing screw 81, the tongue 111 respectively against the inner surface 602 or the surface 603 impregnation mandrel 600.
  • a fixing plate 82 may optionally be arranged PT / FR2018 / 052119
  • the plate 82 is able to be clamped against the tongue 111 by means of the fixing screw 81 , so as to exert a pinching force on the fixing tongue 111, this force being exerted between the inner surface 602 of the impregnation mandrel 600 and the plate 82.
  • FIGS. 1-10 In another example illustrated in FIGS.
  • the device removable 80-2 comprises a clamping device 83, such clamps bearing on at least one of the flanges 620, 630 of the impregnating mandrel 600 and coming by pinching the tongue 111 respectively against the inner surface 602 or the surface 603 of the impregnation mandrel 600.
  • Obtaining a fibrous preform 800 from the fibrous texture 100 is performed as follows.
  • the fibrous texture 100 is unwound from the storage mandrel 300 and conveyed to the impregnating mandrel 600 with the aid of the conveyor device 200.
  • Each fastening tab 111 of the fibrous texture 100 is then inserted into a light 610. corresponding to the impregnation mandrel 600.
  • each fixing tongue 111 is fixed against a surface of the impregnating mandrel 600, for example the inner surface 602 or the surface 603, by means of a removable device 80. 1, 80-2.
  • the fibrous texture 100 is then wound under tension around the impregnation mandrel 600, until a fibrous preform 800 is obtained, illustrated by way of example in FIG. 10.
  • each removable device 80-1, 80-2 is then removed from the inside of the mandrel.
  • the fastening screws 81, fastening plates 82 and / or gripping devices 83 are removed so as to leave each attachment tongue 111 inserted in each slot 610 free.
  • Each fastening tab 111 then protrudes towards the Inside the impregnating mandrel 600.
  • Each fixing tongue 111 then undergoes a cutting operation from the inside of the impregnating mandrel 600, for example with the aid of a cutter blade. This cutting operation is facilitated by the fact that the fixing tongues 111 have a smaller thickness compared with the rest of the fibrous texture 100.
  • a shutter 84 is inserted in each lumen 610 of the impregnating mandrel, so as to seal them.
  • FIG. 11 shows a sectional view of the fibrous preform 800 obtained after winding the fibrous texture 100 in several layers on the impregnating mandrel 600, the view showing the preform in the zone of overlap between the distal portion 120 and the portion
  • the number of layers or turns is a function of the desired thickness and the thickness of the fibrous texture 100. It is preferably at least equal to 2.
  • the preform 800 comprises four layers of fibrous texture 100.
  • a beveled shape 112 (“scarf") made at the proximal portion 110 of the fibrous texture 100, this bevel 112 having the advantage to avoid a too abrupt transition during the stacking of the first turns of the fibrous texture 100 on the proximal portion 110.
  • a fiber preform 800 is obtained with a central portion 810 and end portions 820, 830 of lesser thickness corresponding to the flanges of the housing to be produced.
  • the fiber preform 800 is then densified by a matrix.
  • the densification of the fibrous preform 800 consists in filling the porosity of the preform, in all or part of the volume thereof, with the constituent material of the matrix.
  • the matrix can be obtained in a manner known per se according to the liquid method.
  • the liquid process consists in impregnating the preform with a liquid composition containing an organic precursor of the matrix material.
  • the organic precursor is usually in the form of a polymer, such as a resin, optionally diluted in a solvent.
  • the fibrous preform 800 is placed in a mold, here on the impregnating mandrel 600, which can be sealed with a housing having the shape of the molded end piece.
  • the fibrous preform 800 is here placed between a plurality of sectors 650 forming a counter mold and the impregnating mandrel 600 forming a support, these elements having respectively the external shape and the internal shape of the casing to be produced. Then, the liquid matrix precursor is injected, for example a resin, throughout the housing to impregnate the entire fibrous portion of the preform.
  • the liquid matrix precursor is injected, for example a resin, throughout the housing to impregnate the entire fibrous portion of the preform.
  • the transformation of the precursor into an organic matrix is carried out by heat treatment, generally by heating the mold, after removal of the optional solvent and crosslinking of the polymer, the preform being always maintained in the mold having a shape corresponding to that of the piece to realize.
  • the organic matrix may in particular be obtained from epoxy resins, such as, for example, the high-performance epoxy resin sold, or liquid precursors of carbon or ceramic matrices.
  • the heat treatment consists in pyrolyzing the organic precursor to transform the organic matrix into a carbon or ceramic matrix according to the precursor used and the pyrolysis conditions.
  • liquid carbon precursors may be relatively high coke level resins, such as phenolic resins
  • liquid precursors of ceramics, in particular of SiC may be polycarbosilane type resins (PCS). or polytitanocarbosilane (PTCS) or polysilazane (PSZ).
  • PCS polycarbosilane type resins
  • PTCS polytitanocarbosilane
  • PSZ polysilazane
  • the densification of the fiber preform can be carried out by the well-known method of RTM ("Resin Transfer Molding") transfer molding.
  • RTM Resin Transfer Molding
  • the fiber preform is placed in a mold having the shape of the casing to be produced.
  • a thermosetting resin is injected into the internal space delimited between the piece of rigid material and the mold and which comprises the fibrous preform.
  • a pressure gradient is generally established in this internal space between the place where the resin is injected and the evacuation ports of the latter in order to control and optimize the impregnation of the preform with the resin.
  • the resin used may be, for example, an epoxy resin.
  • Suitable resins for RTM methods are well known. They preferably have a low viscosity to facilitate their injection into the fibers. The choice of the temperature class and / or the chemical nature of the resin is determined according to the solicitations thermomechanical to which the piece must be subjected. Once the resin is injected into the entire reinforcement, it is polymerized by heat treatment in accordance with the RTM method.
  • the casing 900 shown in Figure 13 is a housing of a This type of engine, as shown very schematically in FIG. 13, comprises, from upstream to downstream in the direction of flow of gas flow, a fan 1100 disposed at the inlet of the engine. motor, a compressor 1200, a combustion chamber 1300, a high-pressure turbine 1400 and a low-pressure turbine 1500.
  • the engine is housed inside a housing comprising several parts corresponding to different elements of the engine.
  • the fan 1000 is surrounded by the casing 900.

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Abstract

Un procédé de mise en forme d'une préforme fibreuse comprend : • - l'insertion de languettes de fixation (111) d'une texture fibreuse (100) dans une lumière (610) correspondante d'un mandrin d'imprégnation (600), chaque languette présentant une épaisseur inférieure à l'épaisseur du reste de la texture fibreuse, • - la fixation par un dispositif de maintien amovible (80-1) de chaque languette (111) insérée dans chaque lumière (610) contre une surface (602, 603) du mandrin d'imprégnation (600), • - l'enroulement sous tension de la texture fibreuse (100) sur le mandrin d'imprégnation (600) afin d'obtenir une préforme fibreuse. (Figure 6)

Description

Procédé de mise en forme et procédé d'imprégnation d'une préforme fibreuse Arrière-plan de l'invention
L'invention concerne le domaine des carters de turbine à gaz, et plus particulièrement des carters de rétention pour soufflante de turbine à gaz pour moteurs aéronautiques.
Dans un moteur aéronautique à turbine à gaz, un carter de soufflante remplit plusieurs fonctions. Il définit la veine d'entrée d'air dans le moteur, supporte un matériau abradable en regard du sommet des aubes de la soufflante, supporte une structure éventuelle d'absorption d'ondes sonores pour le traitement acoustique en entrée du moteur et incorpore ou supporte un bouclier de rétention. Ce dernier constitue un piège retenant les débris, tels que des objets ingérés ou des fragments d'aubes endommagées, projetés par la centrifugation, afin d'éviter qu'ils traversent le carter et atteignent d'autres parties de l'aéronef.
La réalisation d'un carter de rétention de soufflante en matériau composite a déjà été proposée. On pourra par exemple se référer au document EP 1,961,923 qui décrit la fabrication d'un carter en matériau composite à épaisseur évolutive comprenant la formation d'un renfort fibreux par des couches superposées d'une texture fibreuse et la densification du renfort fibreux par une matrice. Selon cette invention, la texture fibreuse est réalisée par tissage tridimensionnel avec épaisseur évolutive et est enroulée en plusieurs couches superposées sur un mandrin de profil correspondant à celui du carter à fabriquer. La préforme fibreuse ainsi obtenue est maintenue sur le mandrin et une imprégnation par résine est réalisée avant polymérisation. L'enroulement sur un mandrin d'une texture fibreuse d'épaisseur évolutive comme décrit dans ce document permet de disposer directement d'une préforme tubulaire ayant le profil désiré avec épaisseur variable.
En pratique, la mise en œuvre de ce procédé pose le problème du maintien de la préforme fibreuse lors de son enroulement sur le mandrin. Lors de cet enroulement, il convient en effet d'exercer un effort de traction suffisant sur chaque couche de texture fibreuse pour assurer un compactage efficace de celles-ci. Cela nécessite en particulier que la première couche de texture fibreuse qui est enroulée sur le mandrin soit correctement arrimée à celui-ci avant d'enrouler les couches suivantes.
A cet effet, il est connu d'utiliser un tackifiant pour coller environ un quart du premier tour de la texture fibreuse au cours de son enroulement sur le mandrin, permettant ainsi de la faire adhérer à l'outillage. Une telle solution nécessite cependant une préparation du produit, conduisant à une augmentation du temps de fabrication du carter. Le tackifiant est en outre un agent chimique pouvant potentiellement nuire à la sécurité et à la santé des opérateurs. Par ailleurs, malgré l'application d'un tackifiant on peut éventuellement envisager le risque que la texture fibreuse puisse, au cours de l'enroulement de son premier tour, glisser par rapport au mandrin. Un tel risque de glissement est impossible à détecter ou mesurer une fois les autres couches de la texture fibreuse enroulées sur le mandrin. Pour parer un tel risque, en complément du tackifiant, des pinces de fixation (clamps) peuvent être mises en place pour maintenir la texture fibreuse au mandrin durant l'enroulement du premier tour de la texture fibreuse. Après ce premier tour, un recouvrement de la texture fibreuse par elle-même fournit alors un effort de compaction suffisant pour s'affranchir des clamps et assurer une bonne adhésion de la texture fibreuse sur le moule à l'aide du tackifiant. Le temps de mise en forme de la préforme du carter à partir de l'enroulement de la texture fibreuse s'en voit donc encore allongé.
Objet et résumé de l'invention
La présente invention a pour but de remédier aux inconvénients précités. Plus précisément, la présente invention a notamment pour but de proposer une solution permettant de s'affranchir de l'utilisation d'un tackifiant au cours de l'enroulement de la texture fibreuse autour du mandrin, réduire le temps de fabrication du carter obtenu à partir de cette texture fibreuse et améliorer la sécurité des opérateurs.
A cet effet, l'invention propose un procédé de mise en forme d'une préforme fibreuse mettant en œuvre une installation comprenant un mandrin de stockage destiné à stocker une texture fibreuse en forme de bande enroulée, un mandrin d'imprégnation comprenant une surface extérieure et une surface intérieure opposée à la surface extérieure, un dispositif d'acheminement de la texture fibreuse entre le mandrin de stockage et le mandrin d'imprégnation, insérée dans au moins une lumière s'étendant entre les surfaces extérieure et intérieure du mandrin d'imprégnation, et au moins un dispositif amovible de maintien, le procédé comprenant :
- la réalisation d'une texture fibreuse présentant une forme de bande s'étendant dans une direction longitudinale sur une longueur déterminée entre une partie proximale et une partie distale et présentant un tissage tridimensionnel ou multicouche entre une pluralité de couches de fils de chaîne et une pluralité de couches de fils de trame (30), la partie proximale de la texture fibreuse comprenant au moins une languette de fixation, chaque languette de fixation présentant une épaisseur inférieure à l'épaisseur du reste de la texture fibreuse,
- l'insertion de chaque languette de fixation de la texture fibreuse dans une lumière correspondante du mandrin d'imprégnation, la texture fibreuse étant déroulée à partir du mandrin de stockage et acheminée par le dispositif d'acheminement entre le mandrin de stockage et le mandrin d'imprégnation,
- la fixation par chaque dispositif de maintien amovible de chaque languette insérée dans chaque lumière contre une surface du mandrin d'imprégnation,
- l'enroulement sous tension de la texture fibreuse sur le mandrin d'imprégnation afin d'obtenir la préforme fibreuse.
La réalisation d'une ou plusieurs languettes de fixation au niveau de la partie proximale de la texture fibreuse permet la fixation de la texture fibreuse sur le mandrin d'imprégnation. Cette fixation est réalisée via l'insertion des languettes dans des lumières respectives ménagées dans le mandrin d'imprégnation et par l'utilisation de dispositifs amovibles de maintien des languettes. Avantageusement, ceci permet de parer tout risque de glissement de la texture fibreuse lors de son enroulement autour du mandrin d'imprégnation. Par ailleurs, une telle solution permet de s'affranchir de toute utilisation de tackifiant. Le temps de préparation de l'installation en vue de l'enroulement de la texture fibreuse se voit donc réduit, ainsi que le temps de mise en forme de la préforme. L'absence d'utilisation de tackifiant permet en outre de préserver la santé des opérateurs. 2018/052119
Selon un aspect du procédé de l'invention, la partie proximale comprend longitudinalement une augmentation progressive d'épaisseur entre chaque languette de fixation et le reste de la texture fibreuse.
Selon un autre aspect du procédé de l'invention, la largeur de chaque languette de fixation s'étend dans une partie d'épaisseur constante de la texture fibreuse.
Selon un autre aspect du procédé de l'invention, chaque languette de fixation est formée par tissage bidimensionnel.
Selon un autre aspect du procédé de l'invention, chaque dispositif amovible comprend une vis de fixation ou un dispositif de pincement configuré pour maintenir depuis l'intérieur du mandrin d'imprégnation une languette de fixation contre une surface du mandrin d'imprégnation.
Selon un autre aspect du procédé de l'invention, chaque dispositif amovible de maintien est configuré pour maintenir une languette de fixation contre une surface s'étendant entre la surface intérieure et la surface extérieure, ou contre la surface intérieure du mandrin d'imprégnation.
Selon un autre aspect du procédé de l'invention, la texture fibreuse comprend une pluralité de languettes de fixation insérées respectivement dans une pluralité de lumières et une pluralité de dispositifs amovibles de maintien des languettes.
Selon un autre aspect du procédé de l'invention, celui-ci comprend en outre la découpe d'au moins une couche tissée extraite de la texture fibreuse et distincte de chaque languette de fixation, avant l'insertion de chaque languette dans la lumière correspondante du mandrin d'imprégnation.
L'invention propose également un procédé d'imprégnation d'une préforme fibreuse pour la réalisation d'un carter de turbine à gaz en matériau composite, mettant en oeuvre les étapes du procédé de mise en forme d'une préforme fibreuse résumé ci-dessus, le procédé d'imprégnation comprenant en outre pour étapes:
- le retrait de chaque dispositif amovible de maintien suite à l'enroulement de la texture fibreuse sur le mandrin d'imprégnation,
- la découpe de chaque languette de fixation de la texture fibreuse insérée dans chaque lumière, - l'insertion d'un obturateur dans chaque lumière du mandrin d'imprégnation de sorte à obturer chaque lumière suite à la découpe de chaque languette de fixation,
- l'imprégnation de la préforme fibreuse par une résine.
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 d'une installation pour la mise en forme d'une texture fibreuse conformément à un mode de réalisation de l'invention ;
- la figure 2 est une vue schématique en perspective d'un métier à tisser montrant le tissage tridimensionnel d'une texture fibreuse ;
- la figure 3 est une vue schématique en perspective montrant l'enroulement d'une texture fibreuse sur un mandrin d'imprégnation constitutif de l'installation de la figure 1 conformément à un mode de réalisation de l'invention ;
- la figure 4 est une vue schématique en perspective d'une texture fibreuse conformément à un mode de réalisation de l'invention ;
- la figure 5 est une vue schématique montrant un exemple de réalisation d'une diminution progressive d'épaisseur dans la texture fibreuse de la figure 4 permettant d'obtenir un bord en forme de biseau ;
- la figure 6 est une vue partielle en coupe radiale du mandrin d'imprégnation de la figure 1, illustrant un exemple de dispositif amovible assurant le maintien de la texture fibreuse contre le mandrin d'imprégnation conformément à un mode de réalisation de l'invention ;
- la figure 7 est une vue partielle en coupe radiale du mandrin d'imprégnation de la figure 1, illustrant un autre exemple de dispositif amovible assurant le maintien de la texture fibreuse contre le mandrin d'imprégnation conformément à un mode de réalisation de l'invention ; - la figure 8 est une vue partielle en coupe radiale du mandrin d'imprégnation de la figure 1, illustrant un autre exemple de dispositif amovible assurant le maintien de la texture fibreuse contre le mandrin d'imprégnation conformément à un mode de réalisation de l'invention ;
- la figure 9 est une vue partielle en coupe radiale du mandrin d'imprégnation de la figure 1, illustrant un autre exemple de dispositif amovible assurant le maintien de la texture fibreuse contre le mandrin d'imprégnation conformément à un mode de réalisation de l'invention ;
- la figure 10 est une vue partielle en coupe radiale du mandrin d'imprégnation de la figure 1, montrant une préforme mise en forme à partir de l'enroulement de la texture fibreuse autour du mandrin conformément à un mode de réalisation de l'invention ; - la figure 11 est une demi-vue en coupe axiale d'une préforme de carter obtenue par enroulement de la texture fibreuse sur le mandrin d'imprégnation conformément à un mode de réalisation de l'invention ;
- la figure 12 est une vue en coupe montrant le positionnement de secteurs d'injection sur la préforme du carter de la figure 11 ;
- la figure 13 est une vue en perspective d'un moteur aéronautique conformément à un mode de réalisation de l'invention.
Description détaillée de modes de réalisation
L'invention s'applique d'une manière générale à la réalisation de préformes fibreuses de révolution présentant en coupe radiale un profil évolutif et qui sont aptes à constituer des renforts fibreux, ces préformes étant destinées à être utilisées pour la fabrication de pièces en matériau composite de forme de révolution présentant également un profil évolutif et/ou une épaisseur variable notamment en section radiale. La section radiale correspond à un plan défini par la direction axiale et la direction radiale du mandrin sur lequel la préforme est mise en forme. La direction axiale DA et la direction radiale DR sont notamment indiquées sur la figure 1. Les pièces sont obtenues par enroulement d'une texture fibreuse sur un mandrin d'imprégnation, injection d'une composition fluide, telle qu'une résine, dans la préforme fibreuse ainsi constituée, puis traitement thermique de ladite composition afin d'obtenir la matrice.
La figure 1 représente une installation 10 pour la mise en forme d'une préforme fibreuse à forme évolutive conformément à un mode de réalisation de l'invention.
L'installation 10 comprend un mandrin de stockage 300 destiné à stocker une texture fibreuse 100 en forme de bande enroulée. Un dispositif d'acheminement 200 est placé en aval du mandrin de stockage 300 selon le sens de défilement de la texture fibreuse 100. Un mandrin d'imprégnation 600, encore appelé moule d'injection, est disposé en aval du dispositif d'acheminement 200. La texture fibreuse 100 présente sur le mandrin de stockage 300 est déroulée à partir de celui-ci pour être mise en forme par enroulement sur le mandrin d'imprégnation 600, l'enroulement se faisant sous une tension contrôlée au niveau du mandrin de stockage 300.
Dans l'exemple illustré, le dispositif d'acheminement 200 est formé de deux rouleaux suiveurs 400 et 500. Cependant, il est entendu que tout autre dispositif apte à acheminer la texture fibreuse 100 entre le mandrin de stockage 300 et le mandrin d'imprégnation 600 peut être envisagé. Le dispositif 200 peut par exemple présenter un nombre supérieur ou inférieur de rouleaux suiveurs.
Comme représentée sur la figure 2, la texture fibreuse 100 est réalisée de façon connue par tissage au moyen d'un métier à tisser de type jacquard 700 sur lequel on a disposé un faisceau de fils de chaîne 20 ou torons en une pluralité de couches, les fils de chaîne étant liés par des fils ou torons de trame 30. La texture fibreuse 100 est réalisée par tissage tridimensionnel ou par tissage multicouche.
Par « tissage tridimensionnel » ou « tissage 3D », on entend ici un mode de tissage par lequel certains au moins des fils de trame 30 lient des fils de chaîne 20 sur plusieurs couches de fils de chaîne ou inversement. Un exemple de tissage tridimensionnel est le tissage dit à armure « interlock ». Par tissage « interlock », on entend ici une armure de tissage dans laquelle chaque couche de fils de trame 30 lie plusieurs couches de fils de chaîne 20 avec tous les fils d'une même colonne de trame ayant le même mouvement dans le plan de l'armure. Par "tissage multicouche", on désigne ici un tissage 3D avec plusieurs couches de fils de chaîne 20 dont l'armure de base de chaque couche est équivalente à une armure de tissu 2D classique, tel qu'une armure de type toile, satin ou sergé, mais avec certains points de l'armure qui lient les couches de chaîne entre elles ou inversement.
La réalisation de la texture fibreuse 100 par tissage 3D ou multicouche permet d'obtenir une liaison entre les couches, donc d'avoir une bonne tenue mécanique de la texture fibreuse 100 et de la pièce en matériau composite obtenue. La texture fibreuse 100 peut être notamment tissée à partir de fils de fibres de carbone, de céramique telle que du carbure de silicium, de verre, ou encore d'aramide.
De manière connue, afin de réaliser une texture fibreuse adaptée 100 à la forme évolutive de la préforme fibreuse à former sur le mandrin d'imprégnation 600, on utilise un tissage en forme, encore appelé « contour weaving », qui consiste à appeler une longueur différente de fils de chaîne 20 en fonction de leur position sur la largeur de la texture fibreuse 100 tissée sous forme de bande. A cet effet, on utilise un ou plusieurs rouleaux d'appel en sortie du métier à tisser 700 qui présentent sur leur largeur axiale, définie selon une direction DA, un rayon variable définissant une surface externe à profil en relief permettant d'appeler des longueurs de fils de chaîne 20 différentes en fonction de leur position sur la largeur de la texture fibreuse 100, une plus grande longueur de fil de chaîne étant appelée par la ou les parties d'un rouleau d'appel ayant un rayon plus important que le reste du rouleau. Les appels différentiels réalisés par les rouleaux d'appel se répercutent jusque dans la cellule de tissage du métier à tisser 700 en tirant la bonne longueur de fils de chaîne 20 avant l'insertion de la colonne de fils de trame 30 suivante. La texture ainsi tissée est enroulée sur le mandrin de stockage 300, encore appelé mandrin « take-up », situé en aval des rouleaux d'appel. La texture fibreuse 100 est ainsi stockée en vue de sa mise en forme ultérieure sur le mandrin d'imprégnation 600.
Comme illustrée sur la figure 3, la préforme fibreuse est mise en forme par enroulement sur le mandrin d'imprégnation 600 de la texture fibreuse 100. La texture fibreuse 100 forme une bande présentant selon la direction axiale DA un profil évolutif, c'est-à-dire une variation de forme et/ou d'épaisseur en coupe transversale. Le mandrin d'imprégnation 600 présente en section radiale un profil correspondant à celui de la pièce à réaliser qui correspond dans l'exemple décrit ici à un carter de soufflante de moteur aéronautique.
A cet effet, le mandrin d'imprégnation 600 présente une surface extérieure 601 dont le profil en relief correspond à la surface interne du carter à réaliser, et une surface intérieure 602 opposée à la face extérieure 601. Par son enroulement sur le mandrin d'imprégnation 600, la texture fibreuse 100 épouse le profil de celui-ci. Le mandrin d'imprégnation 600 comporte également deux flasques 620 et 630 pour former des parties de préforme fibreuse correspondant aux brides du carter à fabriquer. Le mandrin d'imprégnation 600 peut être entraîné en rotation suivant le sens de rotation SÔOO, par exemple par un moteur électrique (non représenté), tandis que la texture fibreuse 100 est mise sous tension entre le mandrin de stockage 300 et le mandrin d'imprégnation 600.
Dans l'exemple illustré, les premier et deuxième rouleaux suiveurs
400 et 500 formant le dispositif d'acheminement 200 peuvent être entraînés par la texture fibreuse 100 suivant respectivement des sens de rotation S4oo et S50o indiqués sur la figure 1. Ils présentent sur leur largeur axiale, défini selon la direction DA, un rayon variable de manière à définir respectivement des surfaces externes 401, 501 ayant un profil en relief correspondant au profil visé pour la préforme fibreuse à réaliser.
Le mandrin de stockage 300, peut être entraîné principalement en rotation suivant le sens de rotation S300 et présente également sur sa largeur axiale un rayon variable de manière à définir une surface externe 301 ayant un profil en relief correspondant au profil visé pour la préforme fibreuse afin de limiter la déformation de la texture fibreuse 100 lors de son stockage. Le mandrin de stockage 300 assurant la mise sous tension de la texture fibreuse 100 lors de son enroulement, il se peut que la rotation de celui-ci soit momentanément stoppée ou inversée par rapport au sens de rotation S30o afin de maintenir la tension sur la texture lors de son enroulement sur le mandrin d'imprégnation 600.
Comme exposé au cours de la partie introductive, la texture fibreuse 100 peut au cours de son enroulement autour du mandrin d'imprégnation 600 présenter un risque de glissement. Pour parer ce risque, la texture fibreuse 100 peut être réalisée comme illustrée sur la figure 4. Comme illustrée sur cette figure, la texture fibreuse 100 présente une forme de bande qui s'étend en longueur dans une direction longitudinale Dx correspondant à la direction de défilement des fils ou torons de chaîne 20 et en largeur ou transversalement dans la direction DA latérale entre un premier et un deuxième bords latéraux 101 et 102, la direction DA latérale correspondant à la direction des fils ou torons de trame 30. La texture fibreuse 100 s'étend longitudinalement sur une longueur déterminée Uoo dans la direction Dx entre une partie proximale 110 destinée à former le début de l'enroulement d'une préforme fibreuse sur un outillage de mise en forme, ici le mandrin d'imprégnation 600, et une partie distale 120 destinée à former la fin de l'enroulement de la préforme fibreuse, les parties proximale et distale se chevauchant dans l'enroulement. La texture fibreuse 100 présente en outre une zone centrale 130 s'étendant sur une largeur déterminée li30 dans la direction DA, la zone centrale 130 étant destinée à former le fût ou la virole du carter. La zone centrale 130 est délimitée entre deux zones latérales 140 et 150 s'étendant chacune sur une largeur déterminée Iwo, liso dans la direction DA et sur longueur déterminée dans la direction Dx, les zones latérales 140 et 150 étant destinées au moins en partie à former les brides annulaires du carter.
Conformément à l'invention, la partie proximale 110 de la texture fibreuse 100 comporte au moins une languette de fixation 111, trois dans l'exemple illustré, un nombre supérieur ou inférieur de languette pouvant être envisagé. Chaque languette de fixation 111 peut présenter une épaisseur inférieure à l'épaisseur du reste de la texture fibreuse 100, et est par exemple réalisée à partir d'une zone chutée de la texture fibreuse 100 qui a été tissée en supplément. Comme il sera exposé plus loin, le fait que chaque languette de fixation 111 présente une épaisseur inférieure au reste de la texture fibreuse 100 permettra de faciliter une découpe ultérieure de celles-ci. Toujours en vue de faciliter leur découpe, la largeur selon la direction DA de chaque languette de fixation 111 peut éventuellement, mais non-nécessairement, s'étendre dans une partie d'épaisseur constante de la texture fibreuse 100.
La partie proximale 110 de la texture fibreuse 100 peut éventuellement comprendre dans la direction longitudinale Dx une augmentation progressive d'épaisseur entre chaque languette de fixation 111 et le reste de la texture fibreuse 100. En d'autres termes, la partie proximale 110 de la texture fibreuse 100 peut comprendre une forme en biseau 112, encore appelé « scarf », qui permet de réduire progressivement l'épaisseur de la texture fibreuse 100 jusqu'à obtenir une épaisseur minimale correspondant à l'épaisseur de chaque languette de fixation 111.
La figure 5 illustre un exemple de réalisation de forme de biseau
112 pour la texture fibreuse 100. La forme de biseau 112 est obtenue en réalisant des sorties de couches progressives dans la texture fibreuse 100 et en découpant chacune des couches extraites de la texture fibreuse. Plus précisément, sur la figure 5 la texture fibreuse 100 comporte 4 couches de fils de chaîne Chi à 0,4 liant entre elles 4 couches de fils de trame CTL à CT4- Le tissage de la texture fibreuse 100 est modifié au moment de la sortie des couches afin de permettre l'extraction d'une couche de fil de chaîne avec la couche de fils de trame correspondante. Le tissage des fils de chaîne appartenant à la couche de fils de chaîne Chi passe d'un tissage tridimensionnel à un tissage bidimensionnel avec la couche de fils de trame i au niveau du point de sortie Si à partir duquel la couche de fils de chaîne Chi et la couche de fils de trame Qi sont extraites de la texture fibreuse, ces couches étant découpées au niveau du point de sortie Si. La même modification du tissage est réalisée entre les couches Ch2 et O2, Q13 et Ct3, et CH4 et au niveau respectivement des points de sortie S2 S3 et S4 à partir desquels les couches Ch2 et O2, Ch3 et CQ, et Ch4 et CT4 sont extraites de la texture fibreuse 100. Les points de sorties Si à S4 étant décalés les uns par rapport aux autres dans la direction Dx, on réalise ainsi une diminution d'épaisseur progressive permettant d'obtenir un bord longitudinal en forme de biseau 112. Cette forme en biseau 112 permet d'éviter une transition trop abrupte lors de l'empilement des premiers tours de la texture fibreuse 100 sur la partie proximale 110. Chaque languette de fixation 111 est alors formée par tissage bidimensionnel des couches Q, et 4. Avantageusement, l'utilisation d'un tissage bidimensionnel pour chaque languette de fixation 111 permet de faciliter une découpe ultérieure de celles-ci. La réalisation d'un tissage tridimensionnel pour chaque languette de fixation 111 demeure néanmoins possible. Ainsi, plus généralement, le biseau 112 peut être obtenu par la découpe d'au moins une couche tissée extraite de la texture fibreuse 100, cette couche étant distincte des languettes de fixation 111. Chaque languette de fixation 111 peut alors être tissée dans le prolongement de l'épaisseur minimale du biseau 112 de manière à présenter un nombre minimisé de couches, en vue de faciliter sa découpe.
Comme illustré sur les figures 3, 6, 7, 8 et 9 le mandrin d'imprégnation 600 comprend une ou plusieurs lumières 610. Chaque lumière 610 s'étend entre la surface extérieure 601 et la surface intérieure 602 du mandrin d'imprégnation 600 et est réalisée de manière à permettre l'insertion d'une languette de fixation 111 correspondante au travers celle-ci.
L'installation 10 comprend en outre un ou plusieurs dispositifs amovibles 80-1, 80-2 de maintien des languettes de fixation 111. Chaque dispositif amovible 80-1, 80-2 est configuré pour maintenir depuis l'intérieur du mandrin d'imprégnation 600 une languette de fixation 111, insérée dans une lumière correspondante 610, contre une surface du mandrin d'imprégnation 600. Dans un premier exemple illustré sur les figures 6 et 8, la surface du mandrin d'imprégnation 600 contre laquelle est maintenue la languette de fixation 111 peut être la surface intérieure 602 du mandrin. Ce premier exemple présente pour avantage de proposer un maintien des languettes de fixation 111 indépendant de la largeur de la lumière 610. Dans un deuxième exemple illustré sur les figures 7 et 9, la surface du mandrin d'imprégnation 600 contre laquelle est maintenue la languette de fixation 111 peut être une surface 603 s'étendant entre la surface extérieure 601 et la surface intérieure 602, c'est-à-dire une surface 603 délimitant en partie la lumière 610. Ce deuxième exemple présente pour avantage de pouvoir réduire la longueur de chaque languette de fixation 111. Pour ce deuxième exemple, on veille à adapter la largeur de la lumière 610 afin de permettre la mise en place du dispositif amovible 80-1, 80-2 de maintien par l'intérieur du mandrin d'imprégnation 600.
Divers dispositifs amovibles 80-1, 80-2 de maintien peuvent être envisagés. Dans l'exemple illustré sur les figures 6 et 7, le dispositif amovible 80-1 est de type vis/écrou et maintient à l'aide d'une vis de fixation 81 la languette 111 respectivement contre la surface intérieure 602 ou la surface 603 du mandrin d'imprégnation 600. Afin d'améliorer ce maintien, une plaque de fixation 82 peut éventuellement être disposée P T/FR2018/052119
entre une face intérieure (c'est-à-dire en regard du mandrin) de la languette de fixation 111 et la vis de fixation 81. La plaque 82 est apte à être serrée contre la languette 111 au moyen de la vis de fixation 81, de sorte à exercer un effort de pincement sur la languette de fixation 111, cet effort étant exercé entre la surface intérieure 602 du mandrin d'imprégnation 600 et la plaque 82. Dans un autre exemple illustré sur les figures 8 et 9, le dispositif amovible 80-2 comprend un dispositif de pincement 83, tel des pinces prenant appui sur au moins un des flasques 620, 630 du mandrin d'imprégnation 600 et venant maintenir par pincement la languette 111 respectivement contre la surface intérieure 602 ou la surface 603 du mandrin d'imprégnation 600.
L'obtention d'une préforme fibreuse 800 à partir de la texture fibreuse 100 est réalisée comme suit. La texture fibreuse 100 est déroulée à partir du mandrin de stockage 300 et acheminée vers le mandrin d'imprégnation 600 à l'aide du dispositif d'acheminement 200. Chaque languette de fixation 111 de la texture fibreuse 100 est alors insérée dans une lumière 610 correspondante du mandrin d'imprégnation 600. Après insertion, chaque languette de fixation 111 est fixée contre une surface du mandrin d'imprégnation 600, par exemple la surface intérieure 602 ou la surface 603, à l'aide d'un dispositif amovible 80-1, 80-2. La texture fibreuse 100 est ensuite enroulée sous tension autour du mandrin d'imprégnation 600, jusqu'à obtention d'une préforme fibreuse 800, illustrée à titre d'exemple sur la figure 10.
Une fois l'ensemble des couches de texture fibreuse 100 enroulées sur le mandrin d'imprégnation 600, chaque dispositif amovible 80-1, 80-2 est ensuite retiré depuis l'intérieur du mandrin. A cet effet, les vis de fixation 81, plaques de fixation 82 et/ou dispositifs de pincement 83 sont retirés de manière à laisser libre chaque languette de fixation 111 insérée dans chaque lumière 610. Chaque languette de fixation 111 fait alors saillie vers l'intérieur du mandrin d'imprégnation 600. Chaque languette de fixation 111 subit ensuite une opération de découpe depuis l'intérieur du mandrin d'imprégnation 600, par exemple à l'aide d'une lame de cutter. Cette opération de découpe est facilitée par le fait que les languettes de fixation 111 présentent une épaisseur inférieure vis-à-vis du reste de la texture fibreuse 100. Comme illustré sur la figure 10, une fois la découpe de chaque languette de fixation 111 effectuée, un obturateur 84 est inséré dans chaque lumière 610 du mandrin d'imprégnation, de sorte à obturer celles-ci.
La figure 11 montre une vue en coupe de la préforme fibreuse 800 obtenue après enroulement de la texture fibreuse 100 en plusieurs couches sur le mandrin d'imprégnation 600, la vue montrant la préforme dans la zone de chevauchement entre la partie distale 120 et la partie proximale 110 de la texture fibreuse 100. Le nombre de couches ou spires est fonction de l'épaisseur désirée et de l'épaisseur de la texture fibreuse 100. Il est de préférence au moins égal à 2. Dans l'exemple illustré sur la figure 10, la préforme 800 comprend quatre couches de texture fibreuse 100. On observe de plus sur cette figure une forme en biseau 112 (« scarf ») réalisée au niveau de la partie proximale 110 de la texture fibreuse 100, ce biseau 112 présentant pour avantage d'éviter une transition trop abrupte lors de l'empilement des premiers tours de la texture fibreuse 100 sur la partie proximale 110.
On obtient une préforme fibreuse 800 avec une partie centrale 810 et des parties d'extrémité 820, 830 d'épaisseur moindre correspondant aux brides du carter à réaliser.
On procède ensuite à la densification de la préforme fibreuse 800 par une matrice. La densification de la préforme fibreuse 800 consiste à combler la porosité de la préforme, dans tout ou partie du volume de celle-ci, par le matériau constitutif de la matrice.
La matrice peut être obtenue de façon connue en soi suivant le procédé par voie liquide.
Le procédé par voie liquide consiste à imprégner la préforme par une composition liquide contenant un précurseur organique du matériau de la matrice. Le précurseur organique se présente habituellement sous forme d'un polymère, tel qu'une résine, éventuellement dilué dans un solvant. La préforme fibreuse 800 est placée dans un moule, ici sur le mandrin d'imprégnation 600, pouvant être fermé de manière étanche avec un logement ayant la forme de la pièce finale moulée.
Comme illustré sur la figure 12, la préforme fibreuse 800 est ici placée entre une pluralité de secteurs 650 formant contre-moule et le mandrin d'imprégnation 600 formant support, ces éléments présentant respectivement la forme extérieure et la forme intérieure du carter à réaliser. Ensuite, on injecte le précurseur liquide de matrice, par exemple une résine, dans tout le logement pour imprégner toute la partie fibreuse de la préforme.
La transformation du précurseur en matrice organique, à savoir sa polymérisation, est réalisée par traitement thermique, généralement par chauffage du moule, après élimination du solvant éventuel et réticulation du polymère, la préforme étant toujours maintenue dans le moule ayant une forme correspondant à celle de la pièce à réaliser. La matrice organique peut être notamment obtenue à partir de résines époxydes, telle que, par exemple, la résine époxyde à hautes performances vendue, ou de précurseurs liquides de matrices carbone ou céramique.
Dans le cas de la formation d'une matrice carbone ou céramique, le traitement thermique consiste à pyrolyser le précurseur organique pour transformer la matrice organique en une matrice carbone ou céramique selon le précurseur utilisé et les conditions de pyrolyse. A titre d'exemple, des précurseurs liquides de carbone peuvent être des résines à taux de coke relativement élevé, telles que des résines phénoliques, tandis que des précurseurs liquides de céramique, notamment de SiC, peuvent être des résines de type polycarbosilane (PCS) ou polytitanocarbosilane (PTCS) ou polysilazane (PSZ). Plusieurs cycles consécutifs, depuis l'imprégnation jusqu'au traitement thermique, peuvent être réalisés pour parvenir au degré de densification souhaité.
Selon un aspect de l'invention, la densification de la préforme fibreuse peut être réalisée par le procédé bien connu de moulage par transfert dit RTM ("Resin Transfert Moulding"). Conformément au procédé RTM, on place la préforme fibreuse dans un moule présentant la forme du carter à réaliser. Une résine thermodurcissable est injectée dans l'espace interne délimité entre la pièce en matériau rigide et le moule et qui comprend la préforme fibreuse. Un gradient de pression est généralement établi dans cet espace interne entre l'endroit où est injecté la résine et les orifices d'évacuation de cette dernière afin de contrôler et d'optimiser l'imprégnation de la préforme par la résine.
La résine utilisée peut être, par exemple, une résine époxyde. Les résines adaptées pour les procédés RTM sont bien connues. Elles présentent de préférence une faible viscosité pour faciliter leur injection dans les fibres. Le choix de la classe de température et/ou la nature chimique de la résine est déterminé en fonction des sollicitations thermomécaniques auxquelles doit être soumise la pièce. Une fois la résine injectée dans tout le renfort, on procède à sa polymérisation par traitement thermique conformément au procédé RTM.
Après l'injection et la polymérisation, la pièce est démoulée. Au final, la pièce est détourée pour enlever l'excès de résine et les chanfreins sont usinés pour obtenir un carter 900 présentant une forme de révolution comme illustré sur la figure 13. Le carter 900 représenté sur la figure 13 est un carter d'une soufflante de moteur aéronautique à turbine à gaz 1000. Un tel moteur, comme montré très schématiquement par la figure 13 comprend, de l'amont vers l'aval dans le sens de l'écoulement de flux gazeux, une soufflante 1100 disposée en entrée du moteur, un compresseur 1200, une chambre de combustion 1300, une turbine haute- pression 1400 et une turbine basse pression 1500. Le moteur est logé à l'intérieur d'un carter comprenant plusieurs parties correspondant à différents éléments du moteur. Ainsi, la soufflante 1000 est entourée par le carter 900.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de mise en forme d'une préforme fibreuse (800) mettant en œuvre une installation (10) comprenant un mandrin de stockage (300) destiné à stocker une texture fibreuse (100) en forme de bande enroulée, un mandrin d'imprégnation (600) comprenant une surface extérieure (601) et une surface intérieure (602) opposée à la surface extérieure (601), un dispositif d'acheminement (200) de la texture fibreuse (100) entre le mandrin de stockage (300) et le mandrin d'imprégnation (600), insérée dans au moins une lumière (610) s'étendant entre les surfaces extérieure (601) et intérieure (602) du mandrin d'imprégnation (600), et au moins un dispositif amovible (80-1, 80-2) de maintien, le procédé comprenant :
- la réalisation d'une texture fibreuse (100) présentant une forme de bande s'étendant dans une direction longitudinale (Dx) sur une longueur déterminée entre une partie proximale (110) et une partie distale (120) et présentant un tissage tridimensionnel ou multicouche entre une pluralité de couches de fils de chaîne (20) et une pluralité de couches de fils de trame (30), la partie proximale (110) de la texture fibreuse (100) comprenant au moins une languette de fixation (111), chaque languette de fixation (111) présentant une épaisseur inférieure à l'épaisseur du reste de la texture fibreuse (100),
- l'insertion de chaque languette de fixation (111) de la texture fibreuse (100) dans une lumière (610) correspondante du mandrin d'imprégnation (600), la texture fibreuse (100) étant déroulée à partir du mandrin de stockage (300) et acheminée par le dispositif d'acheminement (200) entre le mandrin de stockage (300) et le mandrin d'imprégnation (600),
- la fixation par chaque dispositif de maintien amovible (80-1, 80-2) de chaque languette (111) insérée dans chaque lumière (610) contre une surface (602, 603) du mandrin d'imprégnation (600),
- l'enroulement sous tension de la texture fibreuse (100) sur le mandrin d'imprégnation (600) afin d'obtenir la préforme fibreuse (800). 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la partie proximale
(110) comprend longitudinalement une augmentation progressive d'épaisseur entre chaque languette de fixation (111) et le reste de la texture fibreuse.
3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel la largeur de chaque languette de fixation (111) s'étend dans une partie d'épaisseur constante de la texture fibreuse (100).
4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel chaque languette de fixation (111) est formée par tissage bidimensionnel.
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel chaque dispositif amovible (80-1, 80-2) comprend une vis de fixation (81) ou un dispositif de pincement (83) configuré pour maintenir depuis l'intérieur du mandrin d'imprégnation (600) chaque languette de fixation (111) contre une surface (602, 603) du mandrin d'imprégnation.
6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel chaque dispositif amovible (80-1, 80-2) de maintien est configuré pour maintenir une languette de fixation (111) contre une surface (603) s'étendant entre la surface intérieure (602) et la surface extérieure (601), ou contre la surface intérieure (602) du mandrin d'imprégnation (600).
7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel la texture fibreuse (100) comprend une pluralité de languettes
(111) insérées respectivement dans une pluralité de lumières (610), l'installation comprenant en outre une pluralité de dispositifs amovible (80- 1, 80-2) de maintien des languettes. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, comprenant en outre la découpe d'au moins une couche tissée (CM, Chz, Qtf) extraite de la texture fibreuse (800) et distincte de chaque languette de fixation (111), avant l'insertion de chaque languette (111) dans la lumière (610) correspondante du mandrin d'imprégnation (600).
9. Procédé d'imprégnation d'une préforme fibreuse (800) pour la réalisation d'un carter (900) de turbine à gaz en matériau composite, mettant en uvre les étapes du procédé de mise en forme d'une préforme fibreuse selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, le procédé d'imprégnation comprenant en outre pour étapes:
- le retrait de chaque dispositif amovible (80-1, 80-2) de maintien suite à l'enroulement de la texture fibreuse (100) sur le mandrin d'imprégnation (600),
- la découpe de chaque languette de fixation (111) de la texture fibreuse (100) insérée dans chaque lumière (610),
- l'insertion d'un obturateur (84) dans chaque lumière (610) du mandrin d'imprégnation (600) de sorte à obturer chaque lumière (610) suite à la découpe de chaque languette (111),
- l'imprégnation de la préforme fibreuse (800) par une résine.
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