Brevet FR2677412A1 — publié le 19921211

OUTILLAGE POUR LE COLLAGE D'ORGANES DE REVETEMENT ELEC TRIQUEMENT CONDUCTEURS DANS LES ZONES DE FIXATION D'UNE PIECE EN MATERIAU COMPOSITE. DESCRIPTION L'invention concerne un outillage conçu pour être utilisé lors du collage d'organes de revêtement électriquement conducteurs dans des zones de fixation d'une pièce en matériau composite prévue pour être assemblée par boulonnage ou par rivetage. De façon plus précise, l'invention concerne un outillage spécifique permettant de coller dans chacun des frai sages prévus pour recevoir la tête d'un boulon ou d'un rivet d'assemblage un organe de revêtement électriquement conducteur, apte à établir après assemblage un contact électrique entre chaque boulon ou chaque rivet et une couche de revêtement métallique déposée sur la surface extérieure de la pièce. Bien que d'autres applications puissent être envisagées, l'invention est particulièrement adaptée à la fabrication des structures utilisées en construction aéronautique. On utilise de plus en plus fréquemment en construction aéronautique des éléments de structure formés par assemblage de pièces en matériau composite. Afin de protéger ces pièces contre les effets de la foudre, il est connu de prévoir sur la surface extérieure des pièces une couche de revêtement électriquement conductrice qui assure l'écoulement des courants électriques lorsque cette surface est frappée par la foudre. Cette couche de revêtement électriquement conductrice peut notamment être constituée par un tissu métallique, comme l'illustre le document US-A-3 755 713, ou par un tissu de fibres de graphite revêtues de nickel, comme L'illustre le document US-A-4 479 163. Elle est habituellement intégrée à la pièce lors de sa fabrication, par exemple au cours de l'opération de drapage qui précède la cuisson du matériau composite. Les têtes des boulons ou des rivets servant à L'assemblage des différentes pièces sont généralement encastrées dans des fraisages, afin que la surface extérieure de la structure soit lisse. Par conséquent, si les trous de passage des boulons ou des rivets sont usinés dans la pièce comportant la couche de revêtement métallique, il n'y a pas de contact électrique entre les boulons ou les rivets et cette couche de revêtement métallique. Dans ces conditions, si la foudre frappe la tête d'un boulon ou d'un rivet, les courants électriques de forte densité qui traversent le matériau composite ne peuvent s'écouler par la couche de revêtement métallique et engendrent un champ électrique intense autour du boulon ou du rivet.Un délaminage entre couches peut alors se produire dans le matériau composite, mettant en péril la résistance mécanique de la structure à l'emplacement où se trouve le boulon ou le rivet frappé par la foudre. Pour remédier à cet inconvénient, on a prévu dans le document FR-A-2 626 629 de rapporter dans chacun des fraisages prévus pour recevoir les têtes des boulons ou des rivets d'assemblage un organe annulaire électriquement conducteur, constitué par exemple par un morceau de clinquant ou de grillage métallique. Cet organe annulaire peut notamment être collé à la surface de la pièce et ses dimensions sont telles qu'il est en contact avec la couche de revêtement métallique formée sur la surface extérieure de la pièce ainsi qu'avec la tête du boulon ou de rivet, lorsque ce dernier est mis en place pour réaliser L'assemblage. Dans la pratique, le collage des organes annulaires électriquement conducteurs dans chacun des fraisages des pièces en matériau composite, conformément aux enseignements du document FR-A-2 626 629, pose certains problèmes. Ces problèmes découlent notamment de la nécessité d'appliquer les organes annulaires avec une pression déterminée contre la surface de la pièce, indépendamment les uns des autres, lors du collage. Ainsi, ce résultat peut être obtenu au moyen d'un outillage constitué par un ensemble de pions non reliés les uns aux autres, placés dans chacun des trous destinés à recevoir les boulons ou les rivets. Cependant, cela implique des opérations de mise en place et de dépose des pions particulièrement longues et fastidieuses, compte tenu du grand nombre de trous de fixation qui sont habituellement formés dans les pièces en matériau composite. Par ailleurs, l'utilisation d'un outil rigide constitué par exemple par une tôle comportant un embrèvement au droit de chacun des fraisages supprime l'in- convénient précédent mais présente d'autres défauts importants. Ainsi, la présence d'accidents de surface sur la face extérieure de la pièce conduit à une mauvaise application de la pression sur certains des organes annulaires à coller et, par conséquent, à un mauvais collage de ces organes. De plus, il est pratiquement inévitable, compte tenu des tolérances de fabrication, que certains décalages se produisent entre les embrèvements formés dans la tôle et les frai sages dans lesquels doivent être appliqués les organes annulaires. Cela conduit, là encore, à un collage de qualité médiocre. L'invention a précisément pour objet un outillage d'un type nouveau, conçu pour être utilisé lors du collage d'organes de revêtement électriquement conducteurs dans des frai sages répartis sur la surface d'une pièce en matériau composite, dont la conception originale lui permet de remédier aux différents inconvénients mentionnés précédemment et en particulier d'assu rer un collage efficace de chacun des organes annulaires sans pénaliser le temps de mise en place et de dépose de l'outillage. Conformément à l'invention, ce résultat est obtenu au moyen d'un outillage pour le collage d'organes de revêtement électriquement conducteurs dans des fraisages répartis sur la surface d'une pièce en matériau composite, caractérisé par le fait qu'il comprend : - un tapis souple muni d'une armature assurant une sta bilité dimensionnelle du tapis dans son plan, ce tapis étant apte à être appliqué sur la surface de la pièce - des pions rigides supportés de façon flottante par le tapis souple selon une répartition identique à celle des fraisages sur ladite surface, la forme de chacun des pions étant complémentaire de celle de chacun des fraisages. Dans un outillage ainsi conçu, les pions rigides se comportent comme des pions totalement indépendants, puisqu'ils sont supportés de façon flottante par l'armature du tapis. Cependant, le tapis souple et armé qui porte les pions permet de Les mettre en place et de les ôter en une seule opération. De plus, le caractère souple de ce tapis permet de s'affranchir de légers accidents de géométrie qui peuvent exister sur la surface de la pièce, sans que cela nuise à la qualité du collage. Avantageusement, chacun des pions est fixé sur le tapis souple par un moyen de fixation démontable, ce qui facilite notamment le nettoyage des pions, par exemple lorsque des bavures de résine se sont déposées sur certains des pions. Selon un mode de réalisation préféré de l'in- vention, le tapis souple comprend deux feuilles en un matériau souple tel qu'un élastomère, entre lesquelles est placée L'armature, cette dernière étant formée avantageusement d'un tissu en fibres de carbone. Le caractère flottant du montage des pions sur l'armature du tapis peut notamment être obtenu en montant chacun des pions avec un jeu prédéterminé dans un trou circulaire formé dans l'armature. 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 coupe longitudinale schématique représentant une partie d'un outillage conforme à l'invention, avant la mise en place de cet outillage sur une pièce en matériau composite percée de trous de fixation, préalablement au collage d'organes annulaires dans des fraisages formés à l'entrée de chacun de ces trous ; - la figure 2 est une vue en coupe longitudinale illustrant à plus grande échelle le montage de l'un des pions de l'outillage illustré sur la figure 1 sur le tapis souple ; et - la figure 3 est une vue en coupe longitudinale illustrant le collage sous pression d'organes annulaires dans des fraisages formés dans une pièce en matériau composite, à l'aide de L'outillage selon l'invention. Sur la figure 1, la référence 10 désigne une pièce en matériau composite telle qu'un panneau de structure d'un aéronef. La face de cette pièce 10 prévue pour être tournée vers L'extérieur est revêtue d'une couche 12 de revêtement métallique. Cette couche, qui se présente par exemple sous la forme d'un tissu métallique, est habituellement incorporée à la pièce 10 lors de la fabrication de celle-ci par drapage, puis polymérisation de la résine contenue dans le matériau composite. Pour permettre la fixation de la pièce 10 sur une autre pièce de structure de l'aéronef, cette pièce est traversée par des trous 14 qui sont usinés après la fabrication de la pièce. Ces trous 14 débouchent sur la face extérieure de la pièce 10 par des fraisages 16 destinés à recevoir les têtes des boulons ou rivets de fixation de la pièce 10 sur une autre pièce de la structure. Il est à noter que le mot "fraisage" est utilisé dans l'ensemble du texte pour désigner une partie en creux de forme complémentaire de la forme de la tête de l'organe de fixation (boulon ou rivet), quelle que soit cette forme (tronc de cône, embrèvement cylindrique, etc.). Etant donné que l'usinage des trous 14 comportant les fraisages 16 est effectué après la fabrication de la pièce 10, les surfaces de ces trous et de ces fraisages ne comportent pas de revêtement électriquement conducteur. Par conséquent, afin d'assurer un contact électrique entre les boulons ou rivets de fixation et la couche 12 de revêtement métallique, un organe annulaire métallique 18, présentant initialement la forme d'un disque annulaire, est rapporté par collage au droit de chacun des trous 14, afin que sa partie intérieure recouvre la surface du frai sage 16 et que sa partie extérieure soit en contact avec La couche 12 de revêtement métallique, autour du frai sage 16. Conformément à L'invention, chacun des organes annulaires 18 est encollé et appliqué sur la surface extérieure de la pièce 10 au moyen d'un outillage, désigné de façon générale par la référence 20, qui recouvre cette surface extérieure de préférence en totalité. L'outillage 20 recouvre au moins les parties de la surface extérieure de la pièce 10 dans lesquelles sont formés des trous 14. L'outillage 20 permettant d'assurer le collage des organes annulaires 18 sur la surface extérieure de la pièce 10 comporte un tapis souple 22, prévu pour être appliqué sur la surface extérieure de la pièce 10, et des pions rigides 24 qui sont montés sur le tapis souple 22 selon une répartition identique à celle des trous 14 dans la pièce 10. Plus précisément, les pions rigides 24 sont fixés sur le tapis souple 22, de façon à faire saillie sur une même face de ce tapis prévue pour être appliquée sur la face extérieure de La pièce 10. Par conséquent, lorsque les pions 24 sont placés au droit de chacun des trous 14, chaque pion pénètre dans le trou correspondant. Par ailleurs, chacun des pions 24 présente une surface extérieure complémentaire des trous 14 formés dans la pièce 10. En d'autres termes, chaque pion 24 comporte une extrémité cylindrique dont le diamètre extérieur correspond au diamètre intérieur des trous 14 et une embase dont les dimensions sont complémentaires de celles du fraisage 16. Ainsi, lorsque le fraisage est tronconique comme l'illustre la figure 1, L'embase du pion 24 est également tronconique. L'application de l'outillage 20 sur la pièce 10 a donc pour effet d'appliquer fermement La partie intérieure de chacun des organes annulaires 18 contre le fraisage 16 correspondant grâce à la pression exercée par les embases de chacun des pions 24. Par ailleurs, le montage des pions 24 sur le tapis souple 22 est réalisé de façon flottante, de telle sorte qu'un éventuel décalage d entre les axes de l'un quelconque des pions 24 et du trou 14 correspondant est automatiquement compensé par un léger déplacement du pion 24 sur le tapis 22 lorsque ce dernier est appliqué sur la pièce 10. Ce déplacement du pion 24 est schématisé par la flèche F sur la figure 1. Afin de lui conférer une stabilité dimensionnelle dans son plan, le tapis souple 22 est équipé d'une armature 26 qui peut notamment être constituée d'un tissu en fibres de carbone. Dans le mode de réalisation illustré plus en détail sur la figure 2, cette armature 26 est placée entre deux feuilles 28 réalisées en un matériau souple tel qu'un élastomère. Dans ce cas, le tissu de fibres de carbone constituant L'armature 26 est imprégné de résine compatible avec l'élastomère avant d'être placé entre les feuilles 28 en élastomère non siliconé. Le tapis souple 22 forme ainsi un tout lorsqu'il a été soumis à un cycle thermique approprié. Ce cycle thermique permet d'assurer La polymérisation de la résine d'imprégnation du tissu de fibres de carbone constituant l'armature 26 et la vulcanisation de l'élastomère constituant chacune des feuilles 28, sans détériorer cet élastomère. Afin que les surfaces extérieures des feuilles 28 du tapis souple 22 soient lisses et non adhérentes, ces surfaces sont revêtues d'un film solide 30, lors de la fabrication du tapis. Pour permettre un démontage et un remplacement éventuels de certains des pions 24 après l'utilisation de l'outillage 22, notamment pour faciliter le nettoyage de ces pions, chacun d'entre eux est fixé sur le tapis souple 22 par un moyen de fixation démontable comprenant une vis 32 dans le mode de réalisation illustré sur la figure 2. Chacune des vis 32 traverse le tapis souple 22 et son extrémité est vissée dans un trou borgne taraudé 34 usiné dans Le pion 24 correspondant, selon l'axe de ce dernier. La tête de la vis 32 prend appui sur la face du tapis souple 22 opposée au pion 24, par l'intermédiaire d'une rondelle 36. Chacune des vis 32 traverse les feuilles souples 28 du tapis 22 par des trous dont le diamètre intérieur est sensiblement égal au diamètre extérieur des vis. En revanche, les trous circulaires 38 formés dans l'armature 26 au droit de chacune des vis 32 présentent un diamètre sensiblement supérieur au diamètre extérieur de ces vis, de façon à ménager un jeu annulaire prédéterminé entre les vis 32 et l'armature 26. Ce jeu assure le montage flottant des pions 24 sur le tapis souple 22, qui permet de compenser un éventuel décalage d entre les axes de certains des pions 24 et les axes des trous 14 correspondants formés dans la pièce 10, comme on l'a décrit précédemment en se référant à la figure 1. Cette structure particulière de L'outillage 20 conforme à l'invention est obtenue en perçant les trous 38 dans le tissu de fibres de carbone constituant L'armature 26 avant que les feuilles 28 d'élastomère non siliconé soient appliquées de part et d'autre de ce tissu. Les trous formés au droit des trous 38 dans les feuilles 28 sont usinés après que Le tapis souple 22 ait été soumis au cycle thermique permettant d'assurer la vulcanisation de l'élastomère et la polymérisation de la résine d'imprégnation du tissu formant l'armature 26. Les différents perçages réalisés dans l'armature 26, puis dans le tapis souple 22 sont réalisés à L'aide de gabarits de perçage, selon des techniques classiques. Un exemple de mise en oeuvre de l'outilla- ge 20 conforme à L'invention pour réaliser le collage des organes annulaires 18 dans les frai sage 16 d'une pièce 10 va à présent être décrit en se référant à la figure 3. Dans cet exemple, le collage est réalisé sur le plateau inférieur 40 d'une presse comportant également un plateau supérieur 42. Dans le cas où la longueur des pions 24 est supérieure à l'épaisseur de la pièce 10, on place sur le plateau inférieur 40 une plaque d'adaptation 46 comportant un évidement 48 au droit de chacun des pions 24. On place ensuite sur la plaque d'adaptation 46 la pièce 10, puis on dispose un organe annulaire métallique 18 au-dessus de chacun des fraisages 16, après L'avoir encollé. On met ensuite en place au-dessus de la face extérieure de la pièce 10 l'outillage 20 conforme à L'invention, en prenant soin de disposer chacun des pions 24 à la verticale des trous 14 formés dans la pièce 10. Au cours de cette mise en place, les pions 24 pénètrent dans les trous 14 en se recentrant automatiquement grâce au jeu annulaire existant entre les vis de fixation 32 et les trous circulaires 38 formés dans l'armature 26. De plus, la souplesse du tapis 22 lui permet de s'adapter à d'éventuels accidents de géométrie de la surface extérieure de la pièce 10 sans que la pénétration des pions 24 dans les trous 14 soit entravée. En outre, le caractère unitaire de L'outillage 20 favorise sa mise en place en un temps particulièrement court. Lorsque L'outillage 20 a été mis en place, on interpose entre cet outillage et le plateau supérieur 42 une vessie gonflable 50. Cette vessie, qui prend appui sur le plateau supérieur 42, a pour effet lors de son gonflage d'exercer sur toute la surface supérieure de l'outillage 20 une pression uniforme dont la valeur dépend de la pression de gonflage de la vessie. Compte tenu du caractère souple du tapis 22 et du caractère rigide des pions 24 supportés de façon flottante par le tapis, on applique ainsi une pression uniforme sur chacun des organes annulaires métalliques 18. La presse dans laquelle est placée la pièce 10 et l'outallage 20 comporte par ailleurs des moyens de chauffage (non représentés) qui ont pour effet d'élever la température de la colle disposée entre les organes annulaires 18 et les surfaces correspondantes de la pièce 10. La température de chauffage et la pression exercée à l'ai de de la vessie gonflable 50 sont choisies de façon à assurer le collage de chacun des organes 18 dans les fraisages 16 et sur les parties de la surface extérieure de la pièce 10 qui entourent ces fraisages. Bien entendu, les moyens permettant d'appliquer avec une pression contrôlée l'outillage 20 contre la surface extérieure de la pièce 10 peuvent être différents de ceux qui viennent d'être décrits en se référant à la figure 3, la vessie 50 pouvant notamment être remplacée par une vessie sous vide dont le bord périphérique est raccordé de façon étanche au plateau inférieur 40. Par ailleurs, l'outillage selon l'invention peut subir différentes modifications sans sortir du cadre de L'invention. Ainsi, les pions 24 peuvent aussi être fixés à demeure sur le tapis souple ou par des moyens de fixation démontables différents de ceux qui ont été décrits, tels que des écrous vissés sur des tiges filetées solidaires des pions et traversant le tapis souple. Enfin, dans le cas de lignes de liaisons, Les organes annulaires métalliques 18 peuvent être remplacés par une bande de clinquant ou de grillage comportant des trous pour le passage des pions. REVENDICATIONS 1. Outillage pour le collage d'organes (18) de revêtement électriquement conducteurs dans des fraisages (16) répartis sur la surface d'une pièce (10) en matériau composite, caractérisé par le fait qu'il comprend : - un tapis souple (22) muni d'une armature (26) assurant une stabilité dimensionnelle du tapis dans son plan, ce tapis étant apte à être appliqué sur La surface de la pièce ; - des pions rigides (24) supportés de façon flottante par le tapis souple selon une répartition identique à celle des fraisages sur ladite surface, la forme de chacun des pions étant complémentaire de celle de chacun des fraisages. 2. Outillage selon la revendication 1, caractérisé par le fait que chacun des pions (24) est fixé sur le tapis souple (22) par un moyen de fixation démontable (32). 3. Outillage selon la revendication 2, caractérisé par le fait que chaque moyen de fixation démontable comprend une vis (32) traversant le tapis souple (22), apte à être vissée dans un trou taraudé (34) formé dans Le pion rigide (24). 4. Outillage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le tapis souple (22) comprend deux feuilles (28) en un matériau souple, entre lesquelles est placée L'armature (26). 5. Outillage selon la revendication 4, caractérisé par le fait que chacune des feuilles (28) du tapis souple est réalisée en élastomère. 6. Outillage selon 11 une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que l'ar- mature (26) est un tissu en fibres de carbone imprégné de résine. 7. Outillage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que chacun des pions rigides (24) est monté avec un jeu prédéterminé dans un trou circulaire (38) formé dans l'armature.