Brevet FR2767844A1 — publié le 19990305

i La présente invention concerne un procédé de réali- sation d'une structure fibreuse pour une pièce de matière composite fibres-matrice, ainsi que la structure fibreuse réalisée par la mise en oeuvre de ce procédé. On sait qu'une pièce de matière composite est cons- tituée d'une structure fibreuse, noyée dans une matrice durcie. Il en résulte donc que la forme de la structure fibreuse est liée directement à la forme désirée pour la- dite pièce de matière composite. Aussi, lorsque cette dernière présente une forme complexe, il est diffi- cile --et parfois impossible-- de donner à la structure fibreuse la forme optimale pour la pièce de matière com- posite à obtenir, et ceci d'autant plus que ladite struc- ture fibreuse est naturellement souple. La présente invention a pour objet de remédier à cet inconvénient et de permettre la réalisation de struc- tures fibreuses, pour pièces de matière composite, de formes complexes. A cette fin, selon l'invention, le procédé de réa- lisation d'une structure fibreuse pour une pièce de ma- tière composite fibres-matrice, est remarquable en ce que: a) on commence par réaliser une ébauche fibreuse, souple et poreuse d'une pièce fibreuse représentant au moins une partie de ladite structure fibreuse; b) on imprègne ladite ébauche poreuse d'un liquide conge- lable; c) on refroidit ladite ébauche, ainsi imprégnée de liquide congelable, jusqu'à obtenir la congélation dudit li- quide congelable imprégné dans ladite ébauche et, par voie de conséquence, la rigidification de ladite ébau- che; d) on usine au moins partiellement ladite ébauche ainsi rigidifiée à la forme désirée pour ladite pièce fi- breuse; et e) après décongélation dudit liquide imprégné dans ladite ébauche usinée, on élimine ledit liquide de façon à ob- tenir ladite pièce fibreuse. Ainsi, grâce au fait que selon la présente inven- tion, ladite ébauche est rigidifiée par le liquide conge- lé qui l'imprègne, on peut usiner cette ébauche, par exemple par fraisage, tournage, détourage, limage, per- çage, etc..., pour obtenir une pièce fibreuse de forme complexe. Une telle ébauche peut être constituée par une pièce de feutre, une pièce de tissage, une pièce de tres- sage, une pièce de fils entrelacés, une pièce constituée par dépose de fils ou de bandes fibreuses, etc... ou bien par assemblage de telles pièces. La principale par- ticularité de cette ébauche est de devoir être poreuse pour pouvoir être imprégnée d'une quantité de liquide congelable appropriée à la rigidification et à l'usinage de cette ébauche. Selon une première forme de mise en oeuvre du pro- cédé conforme à la présente invention, ladite pièce fi- breuse obtenue par usinage de l'ébauche représente la to- talité de ladite structure fibreuse. Dans ce cas, pour obtenir ladite pièce de matière composite, il suffit donc de procéder aux opérations usuelles connues d'imprégna- tion de ladite pièce fibreuse par la matière de la ma- trice, puis de durcissement de celle-ci. En revanche, selon une seconde forme de mise en oeuvre du procédé de l'invention, ladite pièce fibreuse obtenue par usinage de l'ébauche peut ne représenter qu'une partie de ladite structure fibreuse totale de la pièce de matière composite. Dans ce cas, pour obtenir la- dite structure fibreuse, il est nécessaire de solidariser ladite pièce fibreuse usinée à au moins une pièce fi- breuse additionnelle. La ou les pièces fibreuses addi- tionnelles peuvent elles-mêmes être obtenues par un usi- nage d'une ébauche, conformément à la présente invention ou par tout autre moyen. Cette seconde forme de mise en oeuvre du procédé de l'invention permet ainsi de réaliser les parties de forme complexe de la structure fibreuse par usinage et les par- ties de forme simple de ladite structure par tout autre moyen connu, par exemple tissage, tressage, aiguilletage, etc... De plus, elle permet, en prévoyant plusieurs piè- ces fibreuses, d'optimiser les directions des fibres dans chacune desdites pièces fibreuses constituant la struc- ture fibreuse, afin de conférer à cette dernière des pro- priétés mécaniques appropriées. De préférence, d'une part pour limiter l'aire des surfaces de ladite ébauche à usiner et, d'autre part, pour réserver l'usinage aux surfaces de ladite ébauche qui doivent présenter les formes les plus complexes, on prévoit, préalablement à l'opération c) au cours de laquelle le liquide imprégné dans l'ébauche est congelé, de placer ladite ébauche dans un moule ouvert, dont l'em- preinte correspond au moins approximativement à une par- tie de la forme extérieure de ladite pièce fibreuse et de solidariser ladite ébauche audit moule, après quoi on procède à la suite des opérations c) à e), l'opération d'usinage portant alors uniquement sur la partie de la- dite ébauche accessible du côté ouvert du moule. Lorsque, comme cela est mentionné ci-dessus, la structure fibreuse comporte, en plus de ladite pièce fi- breuse usinée, au moins une pièce fibreuse additionnelle, il est avantageux que la surface, par laquelle ladite pièce fibreuse usinée est solidarisée à une pièce fi- breuse additionnelle, soit usinée au cours de l'opération d), décrite ci-dessus. Ainsi, non seulement ladite pièce fibreuse peut s'adapter au mieux à la forme de ladite pièce fibreuse additionnelle, mais encore ladite partie usinée se retrouve à l'intérieur de ladite structure fi- breuse. De préférence, lorsque l'usinage de l'ébauche fi- breuse se fait alors que celle-ci est maintenue dans un moule comme cela est décrit ci-dessus, la pièce fibreuse usinée résultant de l'usinage de ladite ébauche est main- tenue solidaire dudit moule, pendant l'opération de soli- darisation de ladite pièce fibreuse usinée à au moins une pièce fibreuse additionnelle. Ainsi, pendant cette opéra- tion de solidarisation, ladite pièce fibreuse usinée est maintenue à la forme du moule, ce qui favorise la réali- sation de cette opération et la précision de forme de la structure fibreuse. Pour assurer cette précision de forme, l'empreinte du moule doit bien entendu, en théorie, présenter une forme identique à celle de la surface extérieure de la partie correspondante de la pièce fibreuse usinée. Cepen- dant, dans certains cas, l'empreinte du moule peut être légèrement différente en forme de ladite surface exté- rieure, la forme exacte étant donnée à ladite surface ex- térieure par adaptation de la pièce fibreuse usinée à la- dite pièce fibreuse additionnelle, grâce à la souplesse de ladite pièce fibreuse usinée, lors de la solidarisa- tion desdites pièces fibreuses. Grâce à cette approxima- tion de la forme de l'empreinte du moule, il est parfois possible de simplifier l'opération d'usinage d), en sim- plifiant la forme de la surface usinée. De préférence, aussi bien la solidarisation entre ladite pièce fibreuse usinée et ladite pièce fibreuse ad- ditionnelle que la solidarisation entre ladite ébauche et ledit moule peuvent être obtenues par piquage ou moyen analogue. Cependant, la solidarisation entre l'ébauche et le moule peut résulter de l'usage de picots ou analogues, solidaires dudit moule et pénétrant dans ladite ébauche, tandis que la solidarisation entre la pièce fibreuse usi- née et la pièce fibreuse additionnelle peut être obtenue par des broches. Il va de soi que la présente invention concerne également les structures fibreuses constituées soit d'une unique pièce fibreuse usinée, soit de l'assemblage d'une ou de plusieurs pièces fibreuses usinées avec des pièces fibreuses additionnelles, dans lesquelles la ou les piè- ces usinées sont obtenues par la mise en oeuvre du procé- dé décrit ci-dessus. Les figures du dessin annexé feront bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. Sur ces figures, des références identiques désignent des éléments sembla- bles. La figure 1 illustre en perspective un exemple de structure fibreuse à réaliser conformément au procédé de la présente invention. La figure 2 illustre, également en perspective, une première pièce fibreuse pour la réalisation de la struc- ture de la figure 1. Les figures 3A, 3B et 3C illustrent schématiquement la mise en oeuvre du procédé conforme à la présente in- vention pour l'obtention d'une seconde pièce fibreuse, destinée à la réalisation de la structure de la figure 1. La figure 4 illustre schématiquement la solidarisa- tion desdites première et seconde pièces fibreuses, pour l'obtention de la structure fibreuse de la figure 1. Pour illustrer le procédé conforme à la présente invention, on a choisi de décrire ci-après la réalisation de la structure fibreuse 1, montrée par la figure 1. Cette structure fibreuse 1 comporte un élément fi- breux plat 2 (voir également la figure 2) portant un bourrelet fibreux 3 à l'une de ses extrémités. Ledit élément fibreux plat 2 est délimité par deux sections d'extrémité 2A et 2B, ainsi que par une surface supérieure bombée 2S et une surface inférieure bombée 2I se rejoignant en deux lignes latérales 4 et 5. Il peut être réalisé, de façon connue, par tissage. Par exemple, ce tissage comporte plusieurs niveaux superposés de fils de trame et les fils de chaîne passent autour de fils de trame de niveaux différents. Le bourrelet fibreux 3 s'étend sur toute la largeur de l'élément fibreux plat 2 et il est délimité: - par deux faces latérales d'extrémité 3G et 3D; - par une face arrière 3R à l'aplomb de la face d'extré- mité 2B de l'élément 2 et en saillie par rapport à la surface supérieure 2S de celui-ci; - par une face supérieure bombée 3S s'abaissant, depuis le bord supérieur 6 de la face arrière 3R, jusqu'à la face supérieure 2S de l'élément 2, qu'elle coupe sui- vant la ligne d'intersection courbe 7; et - par une face inférieure 3I, comprenant ladite ligne 7 et présentant une forme complémentaire de celle de la surface supérieure 2S de l'élément 2, pour pouvoir s'y adapter. Ainsi, le bourrelet 3 présente la forme générale d'un prisme triangulaire curviligne. Pour obtenir ce bourrelet 3, on commence par en réaliser une ébauche fibreuse, souple et poreuse 8. Dans l'exemple de réalisation de la figure 3A, cette ébauche 8 est constituée par l'empilement d'une pluralité de cou- ches 9, 10, 11 liées entre elles par des lignes de pi- quage 12. Toutes les couches 9, 10, 11 ont la même lon- gueur qui correspond à celle du bourrelet 3 et, de plus, elles sont alignées latéralement et longitudinalement, de manière à définir, pour l'ébauche 8, deux faces latérales d'extrémité 8G et 8D (correspondant aux faces latérales d'extrémité 3G et 3D du bourrelet 3) et une face arrière 8R (correspondant à la face arrière 3R du bourrelet 3). En revanche, la largeur des couches 9, 10, 11 dé- croît de la couche inférieure 9 à la couche supérieure 11, de sorte que la face supérieure 8S de l'ébauche 8 est formée de la face plane supérieure 11S de la couche 11 et de gradins 13, opposés à la face arrière 8R. La face in- férieure 8I de l'ébauche 8 est formée par la face plane inférieure 9I de la couche 9. Chaque couche 9, 10, 11 est souple, fibreuse et po- reuse. Elle est par exemple constituée d'une structure tissée, de type semblable à celle de l'élément fibreux 2. Comme l'illustre la figure 3B, l'ébauche 8 est mise en place sur un moule ouvert rigide 14, dont l'empreinte 15 a la forme de la face supérieure bombée 3S du bourre- let 3. L'ébauche 8 est appliquée contre l'empreinte 15 par sa face inférieure 8I, qui se déforme en se confor- mant à cette empreinte 15 du fait de la souplesse de l'ébauche 8. De plus, ladite ébauche est solidarisée du moule 14, par exemple par des points de piqûre 16, tra- versant des canaux 17 prévus à cet effet dans ledit moule 14. Une telle solidarisation pourrait également être ob- tenue par des pointes ou picots (non représentés) soli- daires dudit moule 14 et pénétrant dans ladite ébauche 8. Après fixation, la face supérieure déformée 8S de l'ébau- che 8, c'est-à-dire la face supérieure 11S et les gradins 13, apparaît à l'extérieur de l'empreinte 15. Ensuite, l'ébauche poreuse 8, ainsi solidarisée du moule 14, est soumise à une opération d'imprégnation par un liquide congelable, par exemple de l'eau, de façon que ce liquide pénètre dans les pores de l'ébauche 8, après quoi l'ébauche 8 imprégnée et le moule 14 solidaire de l'ébauche 8 sont soumis à un refroidissement suffisant pour congeler le liquide d'imprégnation et, par voie de conséquence, pour rigidifier ladite ébauche. Cette opéra- tion de rigidification de l'ébauche 8 peut être effectuée dans un congélateur (non représenté). Après congélation et rigidification appropriées, l'ensemble de l'ébauche 8 et du moule 14 est sorti dudit congélateur et l'ébauche 8 est fraisée pour conférer à la face supérieure 8S de l'ébauche 8 la forme de la face in- férieure 3I du bourrelet 3, c'est-à-dire la forme complé- mentaire de la face supérieure 2S de l'élément 2. Sur la figure 3B, le fraisage est schématisé par la ligne 18 en traits mixtes. Après usinage de la face supérieure 3I, l'ébauche 8 est devenue le bourrelet 3 et l'ensemble du bourrelet 3 et du moule 14 est réchauffé (par chauffage ou par ré- chauffement naturel ambiant) et le liquide d'imprégnation décongelé est éliminé. Comme l'illustre la figure 3C, le bourrelet 3, maintenu en forme par le moule 14 duquel il reste soli- daire, est appliqué par sa face inférieure 3I à l'empla- cement approprié de la face supérieure 2S de l'élément 2 et rendu solidaire de ce dernier par des points de piqû- res 19, par exemple réalisés à partir de la face 2I de l'élément 2. Une telle solidarisation pourrait être éga- lement obtenue grâce à des broches (non représentées) in- sérées dans les canaux 17. Après cette solidarisation, on obtient la structure fibreuse 1, qui peut alors être séparée du moule 14 par coupure des portions 16A des fils 16 extérieures à ce dernier (voir la figure 4). On voit ainsi que, dans le bourrelet 3 réalisé se- lon le mode opératoire décrit ci-dessus: - les faces latérales d'extrémité 3G et 3D et la face ar- rière 3R proviennent respectivement des faces corres- pondantes 8G, 8D et 8R de l'ébauche 8; - la face supérieure 3S provient de la face inférieure 8I (9I) conformée par le moule 14; et - la face inférieure 3I est réalisée par usinage. Bien entendu, la structure fibreuse 1 de la figure 4 peut maintenant subir toutes les opérations complémen- taires appropriées pour la réalisation de la pièce compo- site correspondante. Elle peut également être renforcée par des points de piqûre supplémentaires 20. Dans la description précédente, on a indiqué que la forme de l'empreinte 15 du module 14 correspondait exac- tement à celle de la face supérieure 3S, tandis que l'usinage 18 conférait à la face supérieure 8S la forme exacte de la face inférieure 3I. Cependant, il peut être avantageux de profiter de la souplesse du bourrelet 3 fabriqué à partir de l'ébau- che 8 pour simplifier l'usinage 18. Par exemple, il est avantageux que la face bombée 3I puisse être obtenue par un usinage plan et non plus concave (ou convexe). A cette fin: - on peut donner à l'empreinte 15 une forme légèrement différente de celle de la face supérieure 3S, de sorte que l'on obtiendra un bourrelet 3' ayant une face supé- rieure 3S' différente de la face supérieure exacte 3S; -on peut donner à la face supérieure 8S, par usinage 18, une forme plane 3I', donc différente de la forme courbe 3I, à la condition toutefois que, grâce à la souplesse du bourrelet 3' ainsi obtenu, ce bourrelet 3' se déforme, lorsque sa face plane 3I' est appliquée sur la face supé- rieure 2S et est amenée à se déformer pour épouser par- faitement celle-ci, de façon que la face supérieure 3S' prenne, par déformation, la forme exacte de la face supé- rieure 3S. REVENDICATIONS 1. Procédé de réalisation d'une structure fibreuse (1) pour une pièce de matière composite fibres-matrice, caractérisé en ce que: a) on commence par réaliser une ébauche fibreuse (8), sou- ple et poreuse d'une pièce fibreuse (3) représentant au moins une partie de ladite structure fibreuse (1); b) on imprègne ladite ébauche poreuse (8) d'un liquide congelable; c) on refroidit ladite ébauche (8), ainsi imprégnée de li- quide congelable, jusqu'à obtenir la congélation dudit liquide congelable imprégné dans ladite ébauche et, par voie de conséquence, la rigidification de ladite ébau- che; d) on usine (en 18) au moins partiellement ladite ébauche (8) ainsi rigidifiée à la forme désirée pour ladite pièce fibreuse (3); et e) après décongélation dudit liquide imprégné dans ladite ébauche usinée, on élimine ledit liquide de façon à ob- tenir ladite pièce fibreuse. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite pièce fibreuse (3), usinée, représente la totalité de ladite structure fibreuse (1). 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite pièce fibreuse (3), usinée, ne représente qu'une partie de ladite structure fibreuse (1) et est solidarisée à au moins une pièce fibreuse ad- ditionnelle (2) pour former ladite structure. 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que, préalablement à l'opération c) au cours de laquelle le liquide imprégné dans l'ébauche (8) est congelé, on place ladite ébauche dans un moule ouvert (14), dont la forme de l'empreinte correspond au moins approximativement à la surface extérieure (35) d'une par- tie de ladite pièce fibreuse (3), et on solidarise ladite ébauche (8) audit moule (14), après quoi on procède à la suite des opérations c) à e), l'opération d'usinage por- tant alors uniquement sur la partie (8S) de ladite ébau- che (8) accessible du côté ouvert du moule (14). 5. Procédé selon l'une des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce que la surface (3I), par laquelle la- dite pièce fibreuse usinée (3) est solidarisée à une pièce fibreuse additionnelle (2), est usinée au cours de l'opération d). 6. Procédé selon les revendications 3, 4 et 5, caractérisé en ce que ladite pièce fibreuse usinée (3) est maintenue solidaire dudit moule (14), pendant l'opé- ration de solidarisation de ladite pièce fibreuse usinée (3) à au moins une pièce fibreuse additionnelle (2). 7. Procédé selon l'une des revendications 4 et 5, caractérisé en ce que l'empreinte (15) dudit moule est conformée, d'une part, pour simplifier l'opération d'usi- nage d) et, d'autre part, pour que ladite pièce fibreuse usinée présente ladite forme extérieure appropriée lors- qu'elle est appliquée, grâce à sa souplesse, par sa sur- face de solidarisation contre la ou les pièces fibreuses additionnelles. 8. Procédé selon l'une des revendications 3 à 7, caractérisé en ce que la solidarisation entre ladite pièce fibreuse usinée (3) et ladite pièce fibreuse addi- tionnelle (2) est obtenue par piquage ou analogue. 9. Procédé selon l'une des revendications 4 à 7, caractérisé en ce que la solidarisation entre ladite ébauche (8) et ledit moule (14) est obtenue par piquage ou analogue. 10. Structure fibreuse pour une pièce de matière composite fibresmatrice, caractérisée en ce qu'elle comporte au moins une pièce fibreuse usinée (3), obtenue par la mise en oeuvre du procédé spécifié sous l'une quelconque des revendications 1 à 9.