Brevet FR2670153A1 — publié le 19920612

OUTILLAGE POUR LE MOULAGE DE PANNEAUX AUTORAIDIS EN MATE RIAU COMPOSITE. DESCRIPTION L'invention concerne un outillage conçu pour fabriquer par moulage des panneaux autoraidis en matériau composite à matrice thermodurdissable, thermoplastique, métallique ou autre. Dans l'ensemble du texte, on appelle panneaux autoraidis des panneaux formés d'une plaque de base munie de raidisseurs dont la section est de préférence en forme de I ou de L. L'invention s'applique à tous les secteurs industriels dans lesquels des panneaux autoraidis en matériau composite peuvent être utilisés, c'est-à-dire notamment aux industries aéronautique, spatiale, automobile, maritime et ferroviaire. Les panneaux autoraidis en matériau composite sont fabriqués en une seule pièce, par moulage. Pour cela, on utilise un outillage approprié, que l'on place dans une étuve ou dans un autoclave. Dans le document FR-A-88 14561 est décrit un outillage adapté à la fabrication par moulage de panneaux autoraidis en matériau composite à matrice thermodurcissable. Cet outillage comprend un marbre sur lequel est raccordé de façon étanche le bord périphérique d'une vessie d'étanchéité servant à appliquer sur la pièce, emprisonnée entre Le marbre et cette vessie, une pression parfaitement uniforme, même lorsque L'épaisseur de la pièce varie sous l'effet des variations de température. Cet outillage comprend de plus des pièces de calibrage qui sont placées à l'extérieur de la vessie, entre les raidisseurs, de façon à assurer le positionnement et la rectitude de ces derniers. Dans ce document, les pièces de calibrage sont des pièces monoblocs, usinées directement dans un bloc métallique. Cela conduit à différents inconvénients tels qu'un manque de souplesse d'utilisation et un coût élevé. De plus, le caractère massif des pièces de calibrage a pour conséquence que ces pièces présentent une forte inertie thermique, ce qui est défavorable à une bonne qualité du matériau composite final. En outre, le caractère monobloc des pièces de calibrage n'est pas adapté à la fabrication de matériaux composites à matrice thermoplastique ou métallique, dont les éléments constitutifs sont mis en place sous une forme solide, dite "réticulée", à la température ambiante, avant de prendre leur forme définitive après un échauffement à une température voisine de 4000C pour les thermoplastiques. L'invention a précisément pour objet un outillage destiné au moulage de panneaux autoraidis en matériau composite, dont l'utilisation présente une plus grande souplesse pour un coût réduit, cet outillage présentant en outre une plus faible masse permettant d'améliorer la qualité du matériau composite obtenu, et pouvant être utilisé indifféremment pour fabriquer des panneaux autoraidis en matériau composite à matrice thermodurcissable, thermoplastique, ou métallique. Conformément à l'invention, ce résultat est obtenu au moyen d'un outillage pour le moulage de panneaux autoraidis en matériau composite, formés d'une plaque de base munie de raidisseurs, comprenant un marbre, une vessie d'étanchéité dont un bord périphérique est raccordé de façon étanche sur le marbre, de façon à délimiter un volume étanche entre le marbre et la vessie, et des pièces de calibrage placées à l'extérieur du volume étanche, entre les raidisseurs d'un panneau à mouler reçu dans ce volume étanche, caractérisé par le fait que chacune des pièces de calibrage comprend deux profilés stables thermiquement et un système de liaison rigide sur lequel les profilés sont montés par des moyens de fixation démontables. Grâce à la structure modulaire des pièces de calibrage selon l'invention, il est possible d'utiliser les mêmes profilés avec des systèmes de liaison de longueurs différentes. Ces systèmes de liaison peuvent en outre être réalisés en des matériaux différents (métalliques ou non) et des cales de différentes épaisseurs peuvent être placées entre les profilés et les systèmes de liaison. Cette souplesse d'utilisation permise par l'invention, ainsi que la fabrication plus simple des pièces de calibrage permettent de réduire le coût de L'outillage. En outre, le caractère modulaire des pièces de calibrage permet d'en diminuer la masse, ce qui réduit l'inertie thermique de ces pièces et conduit, par conséquent, à améliorer la qualité du matériau composite obtenu. Par ailleurs, la possibilité de réaliser les profilés et les systèmes de liaison en des matériaux différents permet d'utiliser un matériau thermiquement stable pour fabriquer les profilés et un matériau rigide à grand coefficient de dilatation pour fabriquer les systèmes de liaison. Il devient ainsi possible, lorsque l'écartement entre les raidisseurs du panneau à fabriquer est supérieur ou égal à environ 80 mm, de fabriquer des panneaux en matériau composite à matrice thermoplastique haute performance ou à matrice métallique, en choisissant le matériau constituant les systèmes de liaison afin que l'allongement minimum de ces systèmes entre la température ambiante et une température d'environ 4000C correspondant à la fusion de la matrice thermoplastique soit au moins égal à environ 0,4 mm.Cette caractéristique permet en effet la mise en place de l'outillage alors que les éléments constitutifs du panneau à fabriquer sont encore sous forme rigide, tout en permettant d'assurer un écartement précis entre les raidisseurs lors de la fusion de la matrice thermoplastique. Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, chacun des systèmes de liaison comprend au moins deux organes de liaison internes, interposés entre les profilés. Chacun de ces organes de liaison comprend avantageusement des surfaces d'extrémité aptes à être plaquées contre les profilés par les moyens de fixation, qui traversent deux talons prolongeant chacune de ces surfaces, ainsi que les profilés. Un mode de réalisation préféré de l'invention va à présent être décrit, à titre d'exemple non limitatif, en se référant aux dessins annexés, dans lesquels - la figure 1 est une vue en perspective représentant de façon schématique un outillage pour le moulage de panneaux autoraidis en matériau composite, conforme à l'invention ; - la figure 2 est une vue en coupe transversale de L'outillage illustré sur la figure 1 ; - la figure 3 est une vue en coupe transversale comparable à la figure 2, illustrant à plus grande échelle l'une des pièces de calibrage placées entre deux raidisseurs consécutifs du panneau à fabriquer ; et - la figure 4 est une vue de dessus et en coupe de la partie de L'outillage illustrée sur la figure 3. Comme l'illustrent notamment les figures 1 et 2, l'outillage de moulage conforme à l'invention comprend un marbre 10 qui se présente sous la forme d'une plaque de faible épaisseur, par exemple métallique, prévue pour être disposée horizontalement. La face supérieure de ce marbre 10 présente une forme complémentaire de celle de la surface extérieure du panneau à mouler. Pour simplifier, cette face supérieure à été représentée plane sur la figure 2, mais on comprend aisément qu'elle peut aussi avoir une forme différente telle qu'une forme galbée, selon la nature du panneau réalisé. L'outillage de moulage comprend de plus une vessie d'étanchéité 12 dont les dimensions excèdent celles du panneau à fabriquer, de telle sorte qu'un bord périphérique (non représenté) de cette vessie 12 soit raccordé de façon étanche sur le marbre 10. Ce raccordement étanche du bord périphérique de La vessie sur le marbre peut être réalisé par tout moyen approprié tel qu'un cordon de mastic d'étanchéité. La vessie d'étanchéité 12 est prévue pour suivre les contours intérieurs du panneau à fabriquer, après que les matériaux destinés à former ce panneau aient été mis en place sur le marbre 10. La vessie d'étanchéité 12 délimite ainsi avec le marbre 10 un volume étanche dans lequel les matériaux constitutifs du panneau P à fabriquer sont placés, avant la fermeture du moule. Comme l'illustre notamment la figure 2, ce panneau P comprend une plaque de base P1, qui peut être plane ou galbée et dont l'épaisseur peut être constante ou variable, ainsi que des raidisseurs R qui font saillie sur la face interne de la plaque de base P1, selon une direction sensiblement perpendiculaire à celle-ci. En général, ces raidisseurs R sont parallèles entre eux et espacés d'un pas constant. L'outillage conforme à l'invention comprend en outre des pièces de calibrage 14, qui sont placées entre les raidisseurs R, à l'extérieur de la vessie étanche 12, lorsque cette dernière est placée sur les matériaux constitutifs du panneau P. Comme l'illustre en particulier la figure 1, chacun de ces raidisseurs 14 comprend deux profilés parallèles 16, réalisés en un métal tel que de l'acier, inoxydable ou non, du titane, ou tout autre matériau thermiquement stable. Ces profilés 16 sont reliés à intervalle régulier par des organes de liaison rigides 18 sur lesquels ils sont fixés de façon démontable. Il est à noter que les organes de liaison 18 peuvent être remplacés par tout système de liaison rigide, ce système pouvant être situé ou non entre les profilés 16. Les profilés 16 s'étendent sur toute La longueur et sur toute la hauteur des raidisseurs R adjacents, de telle sorte que leurs surfaces extérieures épousent les formes des flancs des raidisseurs R correspondants. Ainsi, chacun des profilés 16 présente, dans L'exemple représenté, une surface extérieure dont la partie correspondant au flanc des raidisseurs R est plane et dont la partie correspondant à la zone de raccordement de ces raidisseurs sur la plaque PI est incurvée pour donner à cette zone une section de forme arrondie. Les organes de liaison 18 sont des blocs de forme sensiblement parallélépipédique, et de relativement faibles dimensions, qui sont régulièrement répartis sur toute la longueur des profilés 16 et dont le nombre dépend de cette longueur. Comme l'illustrent plus précisément les figures 3 et 4, chacun des organes de liaison 18 comporte, dans sa partie en contact avec chacun des profilés 16, deux talons 20 qui font saillie de part et d'autre de l'organe 18, dans le sens longitudinal des profilés 16. Chacun de ces talons 20 permet de fixer les profilés 16 de façon démontable sur les organes de liaison 18, au moyen d'un boulon 22 et d'une broche 24 traversant à la fois chacun des talons 20 et le profilé 16 correspondant, sans faire saillie sur la face extérieure de ce dernier. Pour cette raison, chaque boulon 22 comprend une vis à tête fraisée, et cette tête est Logée en totalité dans l'épaisseur du profilé 16 correspondant, comme le montre la figure 4. Les boulons 22 permettent de plaquer des surfa ces d'extrémité planes formées sur les organes de liaison 18 contre des surfaces planes en vis-à-vis usinées sur les profilés 16. On comprend aisément que ces moyens de fixation démontables peuvent être remplacés par tout moyen de fixation équivalent, sans sortir du cadre de l'invention. En se référant à nouveau aux figures 1 et 2, on voit que l'outillage de moulage conforme à l'invention comporte de plus au moins deux séries de chaînons 26 qui relient entre eux au moins deux séries d'organes de liaison 18, alignés selon une direction perpendiculaire aux raidisseurs R de la pièce à réaliser et aux profilés 16. De préférence, deux séries de charnons 26 relient au moins les organes de liaison 18 les plus proches des extrémités des profilés 16, comme le montre la figure 1. Comme l'illustre plus précisément la figure 2, chacun des chaînons 26 est relié à la face supérieure de L'organe de liaison 18 correspondant par une colonne verticale 28, dont les extrémités sont fixées respectivement sur L'organe 18 et sur le chaînon 26 par des moyens de fixation appropriés, tels que des vis (non représentées). Les chaînons 26 présentent des extrémités complémentaires qui permettent de les reLier les uns aux autres, par exemple au moyen de deux broches 30. Les séries de chaînons 26 permettent de réaliser un positionnement relatif précis entre les pièces de calibrage 14. Ce positionnement relatif est avantageusement complété par un positionnement de l'ensemble par rapport au marbre 10, qui est assuré par des potences (non représentées) reliant l'un des chaînons 26 d'extrémité de chacune des séries de chaînons au marbre 10. Il est à noter que ces potences sont retirées avant l'introduction de l'outillage dans l'étuve ou dans l'autoclave assurant la montée en température de la pièce, afin d'éviter qu'une dilatation différentielle entre le matériau constituant la pièce et le matériau constituant les potences ne conduise à un mauvais positionnement des renforts R de celles-ci. La réalisation modulaire des pièces de calibrage 14 conforme à L'invention permet de réaliser des panneaux dans lesquels l'écartement entre les raidisseurs R est différent, en utilisant les mêmes profilés 16 et en ne changeant que les organes de liaison 18. De plus, ce caractère modulaire permet d'ajuster avec précision l'écartement entre les raidisseurs successifs du panneau, en plaçant, si nécessaire, des cales 32 entre certains des profilés 16 et les organes de liaison 18 correspondants, comme on l'a illustré sur la figure 3. La structure modulaire des pièces de calibrage 14 facilite également la fabrication de ces pièces, ce qui contribue à en diminuer le coût. De plus, le remplacement d'une partie de liaison massive par des systèmes de liaison espacés réduit le poids de ces pièces et, par conséquent, l'inertie thermique de l'outillage. Le cycle de température suivi par la pièce proprement dite peut donc être contrôlé avec une meilleure précision, ce qui contribue à en améliorer la qualité. Enfin, il devient possible grâce à cet agencement d'utiliser un matériau différent pour réaliser les profilés 16 et les organes de liaison 18. Cette caractéristique permet de choisir, pour les profilés 16 un matériau thermiquement stable garantissant le respect des formes des flancs des raidisseurs R, tout en utilisant pour réaliser Les organes de liaison 18 un matériau rigide présentant un grand coefficient de dilatation facilitant la mise en place de la pièce à l'intérieur de l'outillage. A titre d'exemple et comme on l'a déjà mentionné, on peut réaliser les profilés 16 en acier ordinaire ou inoxydable, en titane, etc.. Les organes de liaison 18 peuvent être réalisés quant à eux en aluminium, en acier, en céramique à haute dilatation, etc.. Cette dernière propriété, qui résulte du caractère modulaire des pièces de calibrage, permet d'utiliser L'outillage selon l'invention aussi bien pour fabriquer des panneaux autoraidis en matériau composite à matrice thermodurcissable que pour réaliser des panneaux autoraidis en matériau composite à matrice thermoplastique haute performance, ou à matrice métallique, que l'on ne savait pas fabriquer auparavant. En effet, Les matériaux qui sont utilisés pour fabriquer des pièces en matériau composite à matrice thermoplastique se présentent à température ambiante sous la forme de blocs rigides. Grâce aux pièces de calibrage modulaires 14, il est possible de réaliser les organes de liaison 18 en un matériau présentant un coefficient de dilatation suffisamment élevé pour que la longueur de ces organes 18 permette la mise en place des blocs réticulés destinés à former les raidisseurs R à température ambiante, tout en assurant un allongement suffisant de ces organes de liaison pour que les profilés 16 assurent le maintien des flancs des raidisseurs R, à la température de fusion de la matrice, généralement voisine de 4000C dans le cas d'une matrice thermoplastique. Dans la pratique, cela signifie que la longueur des organes de liaison 16 et le coefficient de dilatation du matériau constituant ces organes provoque un allongement minimum d'environ 0,4 mm de cet organe, lorsque la température passe de la température ambiante à environ 4000C. Ce résultat peut notamment être obtenu, pour un écartement entre les raidisseurs d'environ 100 mm, soit en utilisant de l'acier (allongement d'environ 0,5 mm) soit en utilisant un alliage d'aluminium (allongement d'environ 1 mm). Bien entendu, l'outillage selon l'invention permet également de fabriquer des panneaux autoraidis en matériau composite à matrice thermodurcissable, selon une technique analogue à celle qui est décrite dans le document FR-A-88 14561. On se reportera également à ce dernier document pour plus de détails concernant les éléments complémentaires qui sont placés de façon classique entre la pièce à fabriquer, la vessie et le marbre, et qui n'ont pas été représentés sur les figures annexées, pour en faciliter la lecture. Ces éléments complémentaires comprennent notamment des films séparateurs, des tissus de drainage, ainsi que des tapis en matériau élastomère, des tissus à délaminer, des films démoulants et des cales. On se reportera également à ce document FR-A88 14561 pour la fabrication de panneaux autoraidis en matériau composite à matrice thermodurcissable, qui reste inchangée Lorsqu'on utilise l'outillage selon l'inven t ion. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation qui vient d'être décrit à titre d'exemple, mais en couvre toutes les variantes. En particulier, les moyens de fixation des profilés 16 sur les organes de liaison 18 peuvent être différents de ceux qui ont été décrits, et les organes de liaison 18 peuvent être remplacés par des systèmes de liaison de structure différente, non situés entre les profilés 16. REVENDICATIONS 1. Outillage pour le moulage de panneaux autoraidis (P) en matériau composite, formés d'une plaque de base (P1) munie de raidisseurs (R), comprenant un marbre (10), une vessie d'étanchéité (12) dont un bord périphérique est raccordé de façon étanche sur le marbre, de façon à délimiter un volume étanche entre le marbre et la vessie, et des pièces de calibrage (14) placées à l'extérieur du volume étanche, entre les raidisseurs d'un panneau à mouler reçu dans ce volume étanche, caractérisé par le fait que chacune des pièces de calibrage (14) comprend deux profilés (16) stables thermiquement et un système de liaison rigide (18) sur lequel les profilés sont montés par des moyens de fixation démontables (22,24). 2. Outillage selon la revendication 1, caractérisé par Le fait que chaque système de liaison comprend au moins deux organes de liaison internes (18), interposés entre les profilés (16). 3. Outillage selon la revendication 2, caractérisé par le fait que les organes de liaison (18) présentent une longueur et un coefficient de dilatation tels qu'un échauffement de ces systèmes de la température ambiante à une température d'environ 4000C provoque un allongement minimum d'environ 0,4 mm. 4. Outillage selon l'une quelconque des revendications 2 et 3, caractérisé par le fait qu'il comprend des cales (32) aptes à être montées entre les profilés (16) et les organes de liaison (18). 5. Outillage selon L'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé par le fait que chacun des systèmes de liaison (18) comprend des surfaces d'extrémité aptes à être plaquées contre les profilés (16) par lesdits moyens de fixation (22,24), qui traversent deux talons (20) prolongeant chacune de ces surfaces, ainsi que les profilés.