Brevet FR2691922A1 — publié le 19931210

i Procédé et dispositif de moulage de pièce en matériau composite constituée de deux secteurs. La présente invention concerne un procédé et un dispositif pour la réa- lisation de pièces de révolution en matériau composite à matrice organique Elle est particulièrement appropriée à la réalisation par moulage d'une pièce de révolu- tion de grand diamètre, constituée de deux secteurs séparables réunis par des ner- vures longitudinales dont ils sont munis, notamment un canal de flux froid de post-combustion d'une turbomachine aéronautique. Actuellement, ce canal est réalisé en titane On comprend aisément que le fait de réaliser ce canal en matériau composite est important sur le gain de masse de cette pièce Mais la réalisation de cette pièce en matériau composite pose des problèmes, car, pour des raisons techniques d'accessibilité interne, le canal doit être réalisé en deux parties dont la valeur angulaire est de 240 ' environ pour la partie supérieure et de 120 environ pour la partie inférieure. FR-A-2 490 993 décrit un procédé de réalisation d'un corps creux en matière stratifiée au moyen d'un moule, constitué d'au moins deux coquilles, dont la cavité correspond à la forme extérieure du corps creux, et d'une vessie expansible dont la forme extérieure correspond à la forme intérieure du corps creux Le procédé consiste à recouvrir séparément chaque coquille du tissu pré- imprégné de résine ou que l'on imprègne de résine, à assembler les deux coquilles en interposant la vessie gonflée à l'intérieur, et à porter l'ensemble à température permettant ainsi la dilatation de la vessie et la compression du tissu imprégné sur la paroi du moule L'application citée concerne la réalisation de tuyauteries de formes complexes, mais, bien que le procédé permette de réaliser des pièces de révolution, il ne permet pas de réaliser une pièce constituée de deux secteurs séparables. Il serait évidemment possible de réaliser les deux secteurs dans des moules différents, mais, pour que les deux secteurs aient des caractéristiques iden- tiques, il est impératif que les deux secteurs soient fabriqués simultanément. Le but de la présente invention est de proposer un procédé et un outil- lage qui permettent de réaliser les deux secteurs constitutifs de la pièce en maté- riau composite à matrice organique en même temps pour que les deux secteurs aient des caractéristiques identiques. Un autre but de la présente invention est de mettre au point une technique de réalisation de pièces de révolution de grand diamètre qui ne néces- sitent pas des moyens industriels importants. L'invention a également pour but de réduire sensiblement les masses des turbomachines et de réduire les coûts de fabrication, car les outillages ne sont pas détruits et peuvent être récupérés et utilisés dans des fabrications en série. A ces fins, selon l'invention, le procédé de moulage de pièce de révo- lution en matériau composite à matrice organique, ladite pièce étant constituée de deux secteurs séparables réunis le long de nervures longitudinales dont ils sont munis, est caractérisé en ce que a) on utilise un moule constitué de deux coquilles que l'on peut assembler entre elles, chaque coquille comportant, sur ses bords longitudinaux, des brides qui s'étendent radialement vers l'extérieur et qui définissent avec l'évide- ment de ladite coquille une empreinte ayant la forme extérieure désirée du secteur correspondant, ledit moule présentant, lorsque lesdites coquilles sont réunies, des rainures longitudinales entre les brides en correspondance desdites coquilles, lesdites rainures ayant une largeur supérieure au double de l'épaisseur des nervures des secteurs, b) on drape simultanément et séparément les empreintes desdites coquilles de préimprégnés, c) on recouvre de film plastique et de tissus de drainage les imprégnés ainsi drapés, d) on assemble les deux coquilles en interposant des patins en silicone dans lesdites rainures entre les couches de préimprégnés recouvrant les parois intérieures des brides en correspondance desdites coquilles, e) on introduit un sac à vide à l'intérieur du moule, f) on place le moule dans un autoclave, g) on effectue le vide de manière que le sac à vide comprime les pré- imprégnés sur la paroi interne du moule et lesdits patins dans lesdites rainures, h) on porte le moule à la température nécessaire à la cuisson de la résine, i) on diminue la température pour effectuer le débridage du moule et le démoulage des secteurs. Le procédé permet une cuisson simultanée, sous la même poche, des deux secteurs de la pièce, d'o des conditions rigoureusement identiques de pres- sion et de cuisson. Pour la mise en oeuvre du procédé, on prévoit un dispositif comportant un moule constitué de deux coquilles que l'on peut assembler entre elles, chaque coquille comportant, sur ses bords longitudinaux, des brides qui s'étendent radialement vers l'extérieur et qui définissent avec l'évidement de ladite coquille une empreinte ayant la forme extérieure désirée du secteur correspondant, des moyens pour réunir lesdites coquilles, de telle manière que ledit moule présente entre les brides en correspondance desdites coquilles des rainures ayant une largeur supérieure au double de l'épaisseur des brides des secteurs, des patins en silicone destinés à être interposés dans lesdites rainures, un sac à vide s'adaptant à l'intérieur du moule, et des moyens pour réaliser le vide dans le sac à vide. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description suivante faite à titre d'exemple et en référence aux dessins annexés, dans lesquels: la figure 1 montre le moule de l'invention tel qu'il sera présenté dans l'autoclave, la figure 2 montre le même moule dans lequel les coquilles sont écartées l'une de l'autre, la figure 3 représente une coupe selon un plan perpendiculaire à l'axe du moule, montrant en détail la liaison des deux coquilles selon un premier mode de réalisation, la figure 4 représente une coupe selon un plan perpendiculaire à l'axe du moule, montrant en détail la liaison des deux coquilles selon un deuxième mode de réalisation, la figure 5 est une coupe d'une extrémité frontale d'une coquille selon un plan passant par l'axe du moule, et la figure 6 est une vue en coupe, selon un plan perpendiculaire à l'axe du moule, d'une variante de réalisation du patin en silicone. Les dessins montrent un dispositif de moulage destiné à réaliser une pièce de révolution de grand diamètre, en matériau composite à matrice organique, ladite pièce étant constituée de deux secteurs séparables réunis le long de nervures longitudinales dont sont munis lesdits secteurs, par des moyens de fixation. Le dispositif comporte essentiellement un moule 1 constitué de deux coquilles 2 et 3 La coquille inférieure 2, représentée sur le dessin, a un secteur angulaire de 240 ' environ et la coquille supérieure 3 a un secteur angulaire de 120 e. La coquille inférieure 2 est réalisée en deux parties 2 a, 2 b pour permettre le démoulage de la pièce Les deux parties 2 a et 2 b sont reliées au niveau de leur plan de joint 3 par des moyens de fixation connus avec interposition d'un joint d'étan- chéité non représenté sur les dessins. Les deux coquilles 2 et 3 présentent au voisinage de leur plan de joint, c'est-à-dire le long de leurs bords longitudinaux, des brides 4, 5 qui s'étendent radialement vers l'extérieur, et qui sont espacées l'une de l'autre de manière à délimiter entre elles deux rainures longitudinales 6 Elles présentent également, à chacune de leurs extrémités frontales, une bride annulaire 7 Des brides circonfé- rentielles supplémentaires 8 sont prévues pour rigidifier le moule 1. Des conduits sont ménagés dans les parois des coquilles 2 et 3 Ces conduits débouchent dans les rainures 6 et sur les faces frontales des coquilles 2, 3 par des orifices 9 Une ou plusieurs buses de prises d'air 10 sont prévues sur les brides annulaires 7 Ces buses de prises d'air 10 sont reliées à une source à vide extérieure non représentée sur les dessins. Selon un premier mode de réalisation, représenté sur la figure 3, les brides en correspondance 4 et 5 des deux coquilles 2 et 3 sont réunies entre elles par une pièce rapportée 11, ayant une section en U, dont les ailes lia et llb s'étendent vers l'extérieur La pièce rapportée 11 est fixée sur les brides 4 et 5 par des moyens de fixation connus Des joints d'étanchéité 12 sont interposés entre la pièce rapportée 11 et les brides 4, 5 pour assurer l'étanchéité au niveau du plan de joint des coquilles 2 et 3. Selon un deuxième mode de réalisation, représentée sur la figure 4, les brides en correspondance 4 et 5 comportent sur leur bord extérieur des cornières 13, 14 présentant des alésages 15 pour leur fixation par visécrou Un joint d'étanchéité 12 est prévu entre les cornières 13, 14. Les joints 12 sont de préférence en silicone. Sur les figures 3 et 4, on voit clairement les orifices 9 qui peuvent être avantageusement formés par des rainures longitudinales ménagées dans la pièce rapportée 11 ou les cornières 13, 14. L'évidement de chaque coquille 2, 3 délimite avec les brides 4, 5 une empreinte ayant la forme extérieure désirée du secteur correspondant De plus, la rainure 6 a une largeur supérieure au double de l'épaisseur des nervures longi- tudinales des secteurs à réaliser. Pour réaliser les deux secteurs constituant la pièce de révolution à réaliser, les deux coquilles 2, 3 sont séparées et disposées de telle manière que leurs évidements respectifs soient situés sur le côté supérieur desdites coquilles. On drape simultanément et séparément les empreintes des deux coquilles 2, 3 de préimprégnés qui, après compression et cuisson, donneront naissance aux deux secteurs 16, 17 de la pièce à réaliser On recouvre ensuite de film plastique et de tissus de drainage les préimprégnés ainsi drapés. On retourne enfin la coquilles 3 qui a la plus petite dimension, et on Passemble à la coquille 2 en interposant des patins en silicone 18, dans les rainures 6, entre les couches de préimprégnés 19, 20 qui recouvrent les parois intérieures des brides 4 et 5 et qui deviendront les nervures longitudinales des secteurs 16, 17 après compression et cuisson. Les patins en silicone 18 épousent les formes intérieures des secteurs 16, 17 au voisinage des rainures 6 La propriété du silicone est de gonfler lorsque la température s'élève, ce qui permet de mettre en compression le matériau composite, au niveau des rainures 6, pendant la cuisson, afin de le compacter. L'assemblage des parties du moule 1 se fait par des vis et des goupilles coniques de centrage. La figure 5 montre en coupe la bride annulaire 7 d'une coquille 2, 3. On y voit clairement l'orifice 9 communiquant avec la buse de prise d'air 10 Cet orifice 9 est avantageusement formé par une rainure circulaire ménagée dans la face frontale de la bride annulaire 7. Le bord extérieur de la bride annulaire 7 présente sur la face frontale 22 du moule 1 un bourrelet 21 Un ressaut 23 ayant une épaisseur inférieure à l'épaisseur du bourrelet 21 est prévu sur la face frontale 22 du moule 1 entre le bourrelet 21 et la paroi intérieure 24 des coquilles 2, 3. Après avoir réuni les deux coquilles 2 et 3, on dispose un sac à vide 24 à l'intérieur du moule 1 Ce sac à vide 24 est constitué d'un manchon de révolution dont les extrémités ouvertes 25 sont fixées de manière étanche autour des brides annulaires 7, comme on le voit clairement sur la figure 5 Le sac à vide s'applique contre les tissus de drainage et les patins en silicone 18 On place le moule 1 dans un autoclave On effectue le vide dans l'espace délimité par les coquilles 2, 3 et le sac à vide 24, de telle manière que le sac à vide 24 comprime, à la cuisson, les préimprégnés sur la paroi intérieure du moule 1, et les patins 18 dans les rainures 6. On porte ensuite le moule 1 à une température de cuisson du préimprégné qui est de 315-C environ, enfin, on descend la température à 180 'C pour effectuer le débridage du moule 1 puis le démoulage des secteurs 16 et 17. La résine du préimprégné fige à 250 'C environ, c'est-à-dire que l'on obtient les cotes finales de la pièce à réaliser à cette température Les cotes de l'outillage sont donc calculée pour être à la géométrie de la pièce à 250 C en tenant compte de la dilatation thermique du moule 1. Naturellement, l'intérieur du moule 1 peut contenir des évidements de manière à réaliser des bossages sur l'extérieur des secteurs 16, 17 de la pièce. Comme on le voit sur la figure 5, la pièce à réaliser comporte des brides frontales 26 Le bourrelet 21 est utile pour la réalisation de la bride frontale 26 En effet, lors de la mise en pression isostatique, pour éviter que le matériau composite ne plisse au niveau de l'arrondi de la bride 26, il est nécessaire de tirer sur le composite comme l'indique la flèche F La présence du bourrelet 21, recouvert de la poche à vide 24, remplit cette fonction La pression P exercée sur la poche à vide 24 dans l'autoclave tend la poche à vide 24 et celle-ci a tendance à tirer sur le matériau en composite dans le sens de la flèche F Un dégagement est prévu sur la face frontale 22 entre le bourrelet 21 et la bride frontale 26 Ce dégagement est séparé en deux parties 27 et 28 par le ressaut 23 La partie 27 sert de réceptacle aux résidus, solvant, résine, qui s'écoulent lors de la mise en pression La partie 28 est un réceptable de sécurité dans le cas o une partie des résidus franchirait le ressaut 23 Ces réceptables 27, 28 sont nécessaires pour empêcher l'obstruction des voies de vide 9, 10 par les résidus. La figure 6 montre une variante de réalisation dans laquelle le patin de silicone 18 est creux, sa cavité interne 29 étant reliée à l'extérieur du moule 1 par une buse 30 Dans cette variante, le compactage du stratifié dans la rainure 1 n'est plus assuré par la dilatation du patin 18 et l'appui procuré par la pression P sur la face intérieure du patin 8, mais par le gonflement du patin 18 suite à la pression P régnant dans la cavité 29 Cette variante présente de plus l'avantage d'une plus grande facilité de positionnement du patin 18 puisqu'il peut être fixé de façon rigide au moule 1 par l'intermédiaire de la buse 30 et de la pièce rapportée 11 Elle permet également une plus grande capacité de compactage du fait de la pression P qui est importante Sur cette figure 6, on voit clairement la disposition du film plastique 31 et des tissus de drainage 32. REVENDICATIONS 1 Procédé de moulage de pièce de révolution en matériau composite à matrice organique, ladite pièce étant constituée de deux secteurs séparables ( 16, 17) réunis le long de nervures ( 19, 20) longitudinales, dont ils sont munis, caracté- risé en ce que a) on utilise un moule ( 1) constitué de deux coquilles ( 2, 3) que l'on peut assembler entre elles, chaque coquille ( 2, 3) comportant, sur ses bords longi- tudinaux, des brides ( 4, 5) qui s'étendent radialement vers l'extérieur et qui définissent, avec l'évidement de ladite coquille, une empreinte ayant la forme extérieure désirée du secteur correspondant ( 16, 17), ledit moule ( 1) présentant, lorsque lesdites coquilles ( 2, 3) sont réunies, des rainures ( 6) longitudinales entre les brides ( 4, 5) en correspondance desdites coquilles ( 2, 3), lesdites rainures ( 6) ayant une largeur supérieure au double de l'épaisseur des nervures ( 19, 20) des secteurs ( 16, 17), b) on drape simultanément et séparément les empreintes desdites coquilles ( 2, 3) de préimprégnés, c) on recouvre de film plastique et de tissus de drainage les préimprégnés ainsi drapes, d) on assemble les deux coquilles ( 2, 3) en interposant des patins en silicone ( 18) dans lesdites rainures entre les couches ( 19, 20) de préimprégnés recouvrant les parois intérieures des brides ( 4, 5) en correspondance desdites coquilles ( 2, 3), e) on introduit un sac à vide ( 24) à l'intérieur du moule ( 1), i) on place le moule ( 1) dans un autoclave, g) on effectue le vide de manière que le sac à vide ( 24) comprime les préimprégnés sur la paroi intérieure du moule ( 1) et lesdits patins ( 18) dans lesdites rainures ( 6), h) on porte le moule ( 1) à la température nécessaire à la cuisson de la résine, i) on descend la température pour effectuer le débridage du moule ( 1) et le démoulage des secteurs ( 16, 17). 2 Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte: un moule ( 1) constitué de deux coquilles ( 2, 3) que l'on peut assembler entre elles, chaque coquille ( 2, 3) comportant sur ses bords Iongitudinaux des brides ( 4, 5) qui s'étendent radialement vers l'extérieur et qui définissent avec l'évidement de ladite coquille ( 2, 3) une empreinte ayant la forme extérieure désirée du secteur correspondant ( 16, 17), des moyens pour réunir lesdites coquilles ( 2, 3), de telle manière que ledit moule ( 1) présente entre les brides ( 4, 5) en correspondance desdites coquilles ( 2, 3) des rainures ( 6) ayant une largeur supérieure au double de l'épaisseur des brides ( 19, 20) des secteurs ( 16, 17), des patins en silicone ( 18) destinés à être interposés dans lesdites rainures ( 6), un sac à vide ( 24) s'adaptant à l'intérieur du moule, et des moyens pour réaliser le vide dans le sac à vide ( 24). 3 Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens pour réaliser le vide dans le sac à vide ( 24) comportent des conduits ( 9) ménagés dans lesdites coquilles et débouchant, d'une part, sur les faces frontales des coquilles et, d'autre part, dans les rainures ( 6). 4 Dispositif selon l'une des revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que les moyens pour réunir lesdites coquilles ( 2, 3) comportent une pièce rapportée ( 11) interposée entre les brides ( 4, 5) et fixée à celles-ci par des moyens de fixation. 5 Dispositif selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que les moyens pour réunir lesdites coquilles ( 2, 3) sont formés par des cornières ( 13, 14) fixées sur le bord extérieur desdites brides ( 4, 5) et réunies par des moyens de fixation. 6 Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les patins en silicone ( 18) épousent les formes intérieures des secteurs ( 16, 17) au voisinage des rainures ( 6). 7 Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que les patins en silicone ( 18) sont creux, leur cavité ( 29) interne étant reliée à l'extérieur du moule ( 1) par une buse ( 30). 8 Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que les patins en silicone ( 18) sont fixés au moule ( 1). 9 Dispositif selon l'une des revendications 2 à 8, caractérisé en ce que l'une des coquilles ( 3) permet de conformer un secteur ( 17) de 120 ' environ, l'autre coquille ( 2) permet de conformer un secteur ( 16) de 240 environ et est réalisée en deux parties ( 2 a, 2 b) pour permettre le démoulage de ce secteur ( 16) de 240 '. dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 9, carac- térisé en ce que le moule ( 1) présente sur ses faces frontales des brides annulaires ( 7) munies d'un bourrelet ( 21) et en ce que le sac à vide ( 24) comporte des extrémités ouvertes ( 25) fixées de manière étanche autour des brides annulaires ( 7).