Brevet FR2960470A1 — publié le 20111202

PROCEDE DE FABRICATION D'UN RAIDISSEUR EN MATERIAU COMPOSITE AVEC UNE SECTION EN OMEGA La présente invention se rapporte à un procédé de fabrication d'un raidisseur en matériau composite avec une section en oméga avec un profil rectiligne ou courbe. Selon une application, ce type de raidisseur peut constituer un renfort appelé lisse, rapporté sur la face intérieure d'une paroi formant la peau d'un fuselage d'un aéronef. Pour les tronçons du fuselage situés aux extrémités de l'aéronef, les lisses peuvent avoir un profil non rectiligne mais courbe de manière à suivre le profil du fuselage. Selon un autre aspect, ces raidisseurs peuvent comporter des discontinuités sur leurs longueurs par exemple des pentes de l'ordre de 10% sur quelques millimètres en raison notamment d'autres renforts présents sur la peau du fuselage. Sur le plan géométrique, la section de ce type de raidisseur comprend d'une part une partie centrale en U, en V avec au moins deux pans inclinés reliés éventuellement par une portion centrale, et d'autre part, de chaque côté des ailes (ou jambes) formant des surfaces d'appui. Selon un mode de réalisation, un raidisseur peut être obtenu par drappage de nappes ou de plis de fibres noyées dans une matrice de résine. Selon un premier mode opératoire, le raidisseur est réalisé entre un moule (ou poinçon) et un contre-moule (ou matrice). Préalablement, des nappes et des plis de fibres pré-imprégnées sont drappés à plat, les fibres étant orientées correctement en fonction notamment des contraintes qui seront appliquées au raidisseur. En suivant, on découpe des bandes en fonction des dimensions des raidisseurs. Pour chaque raidisseur, la bande correspondante est chauffée à une température de l'ordre de 80°C puis déposée entre le moule et le contre-moule qui sont montés sur une presse chauffante. Le moule et le contre-moule sont alors fermés de manière à former le raidisseur. Après une phase de compactage à chaud visant à obtenir d'une part un dégazage optimum de la préforme sans aspirer le produit apte à former la matrice, et d'autre part un défoisonnement de la préforme, le moule et le contre-moule sont ouverts de manière à extraire le raidisseur formé. Cette solution peut permettre d'obtenir des raidisseurs partiellement polymérisés et de terminer la polymérisation après l'application des raidisseurs sur la peau à renforcer de manière à obtenir une liaison par co-cuisson entre lesdits raidisseurs et ladite peau. Selon ce mode opératoire, la précision dimensionnelle du raidisseur découle de la précision dimensionnelle du moule et du contre-moule. Compte tenu de ce fait, ce mode opératoire peut ne pas convenir pour les raidisseurs de grandes longueurs dans la mesure où il est difficile d'obtenir et de conserver un outillage de grandes dimensions avec des précisions dimensionnelles requises. Selon un autre aspect, il est nécessaire d'utiliser un contre-moule et/ou un moule ne se dilatant pas avec la température, par exemple en un matériau à base de carbone, pour permettre le démoulage de la pièce ce qui conduit à augmenter significativement le coût de l'outillage. En effet, le contre-moule ou le moule aurait tendance à serrer la pièce en raison d'un phénomène de contraction lors de la phase de refroidissement s'il était métallique. Pour pallier à cette problématique, le document FR-2.936.3735 prévoit un contre-moule ou un moule en au moins deux parties. Selon un autre mode opératoire décrit par exemple dans le document US-2009/0081443, le raidisseur est obtenu à partir de bandes de fibres qui sont déroulées sur un moule qui comprend une forme en creux ou une forme en saillie et le long duquel peut se déplacer selon une direction correspondant à la longueur du raidisseur un chariot comportant une série d'éléments, notamment des galets permettant de déformer progressivement les bandes de fibres de manière à les plaquer contre le moule et obtenir la forme du raidisseur. Cette solution permet d'obtenir des raidisseurs de grandes longueurs avec une précision dimensionnelle satisfaisante. Toutefois, selon ce mode opératoire, il peut être difficile d'obtenir certaines orientations pour les fibres. Selon un autre point, pour obtenir une déformation des bandes en limitant les risques d'apparition de plissements, notamment au niveau des rayons de la section du raidisseur, il est nécessaire d'opérer à une température relative faible pour permettre aux bandes de glisser les unes par rapport aux autres sans risque d'adhésion entre bandes. Cette température relativement faible ne permet pas d'obtenir un compactage satisfaisant des bandes. A contrario si on augmente la température de mise en oeuvre, on obtient un compactage satisfaisant mais dans ce cas, les bandes ont tendance à adhérer entre elles et à former des plissements. Par conséquent, la présente invention propose une solution alternative au mode opératoire de l'art antérieur permettant d'obtenir un raidisseur de grande longueur, avec une précision dimensionnelle requise, le procédé selon l'invention permettant de le compacter de manière satisfaisante tout limitant le risque d'apparition de défaut. Selon un autre objectif, le procédé selon l'invention permet de maîtriser l'orientation des fibres et d'obtenir un raidisseur partiellement polymérisé 25 susceptible d'être co-cuit avec la peau sur laquelle il est rapporté. A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de fabrication d'un raidisseur en matériau composite comprenant une partie centrale avec de part et d'autre des ailes telles que lorsque les ailes sont en appui contre un élément à renforcer ladite partie centrale est écartée dudit élément à renforcer, ledit procédé consistant à réaliser une bande à plat comportant au moins une couche de fibres, à la disposer sur un moule comportant au moins une forme en creux correspondant à la partie centrale du raidisseur à réaliser, à chauffer ladite bande et à la déformer de manière à lui faire épouser les formes dudit moule, caractérisé en ce qu'il consiste à exercer une traction transversale sur la bande lors de la déformation de ladite bande. D'autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description qui va suivre de l'invention, description donnée à titre d'exemple uniquement, en regard 10 des dessins annexés sur lesquels : - La figure 1 est une vue en perspective d'un raidisseur, - La figure 2 est une vue en perspective d'une bande plate illustrant les différents plis la constituant avant d'être déformée, - La figure 3 est une vue en perspective d'un moule selon l'invention, 15 - La figure 4 est une coupe d'un moule avec des moyens de maintien d'une bande à déformer selon un premier mode de réalisation, - La figure 5 est une coupe d'un moule avec des moyens de maintien d'une bande à déformer selon un autre mode de réalisation, - La figure 6 est une coupe illustrant la déformation de la bande, 20 - La figure 7 est une coupe illustrant le défoisonnement de la bande, - La figure 8 est une vue en perspective d'un outil permettant la déformation de la bande, et - La figure 9 est un schéma illustrant les déplacements de l'outil illustré sur la figure 8. 25 Sur la figure 1, on a représenté un raidisseur 10 comportant une partie centrale 12 non plate avec de part et d'autre des ailes 14 susceptibles de servir de surface d'appui lorsque ledit raidisseur est rapporté sur un élément à renforcer, ladite partie centrale étant écartée dudit élément à renforcer. Selon une application, ce raidisseur est susceptible d'être rapporté au niveau de la face intérieure d'une peau formant le fuselage d'un aéronef. Toutefois, l'invention n'est pas limitée à cette application. A titre d'exemple, la partie centrale 12 est en forme de U avec des branches évasées. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée à cette forme de raidisseurs. A titre indicatif, le raidisseur peut avoir une épaisseur de l'ordre de 2 mm, une base du U de l'ordre de 12 mm, des branches du U de l'ordre de 20 mm, des ailes de l'ordre de 30 mm, les branches du U formant avec la base un angle de l'ordre de 120°. Pour la suite de la description, on entend par direction longitudinale, la direction qui correspond à la longueur du raidisseur. Si le raidisseur est courbe, la direction longitudinale correspond à la tangente en un point de la courbe qui correspond au rayon de courbure du raidisseur selon sa longueur. Par direction transversale, on entend une direction perpendiculaire à la direction longitudinale et parallèle aux ailes du raidisseur. Le raidisseur comprend au moins un pli ou une nappe de fibres pré-imprégnées. La nature des fibres et la résine peuvent varier en fonction des caractéristiques recherchées. Selon un mode opératoire, on réalise un drappage à plat des différents plis nécessaires à l'obtention du raidisseur. Cette dépose des différents plis peut être réalisée de manière automatique grâce à une machine de drappage. Ce mode opératoire permet d'orienter les fibres selon des directions déterminées. De même, cette solution permet de faire varier le nombre de plis sur la longueur du raidisseur de manière à obtenir par exemple des zones renforcées. Avantageusement, on réalise un empilage des différents plis puis on découpe des bandes, chaque bande correspondant à un raidisseur. Sur la figure 2, on a représenté une bande 16 utilisée pour obtenir un raidisseur 10. Cette bande a une longueur légèrement supérieure à celle du raidisseur fini et a une largeur légèrement supérieure à la largeur développée du raidisseur fini. Selon un mode de réalisation, cette bande 16 comprend au moins une couche de fibres de carbone 18 et au moins sur une des faces supérieure ou inférieure une couche de fibres de verre. Ces différentes couches sont de préférence pré-imprégnées. La bande 16 comprend une couche de fibres de verre 20 au niveau de la face 10 inférieure et avantageusement une couche de fibres de verre 22 au niveau de la face supérieure. Comme illustré sur la figure 2, la couche de verre 20 a une longueur supérieure à celle de la ou des couches de fibres de carbone 18 de manière à se prolonger au-delà desdites couches 18 à chaque extrémité, pour une raison qui sera explicitée 15 ultérieurement. Avantageusement, la bande 16 comprend sur ses faces supérieure et inférieure des films protecteurs 24 en matière plastique. Pour obtenir la mise en forme, on utilise un dispositif de mise en forme comportant un moule 26 avec une forme centrale 28 en creux correspondant à la 20 partie centrale 12 du raidisseur et de part et d'autre des surfaces d'appui 30, 30' correspondant aux ailes 14 du raidisseur. Le moule a des formes qui correspondent aux formes de l'une des faces du raidisseur. Le dispositif de mise en forme comprend des moyens pour chauffer la bande. De préférence, la bande est mise en température par le chauffage du moule. 25 De préférence, le moule comprend au moins un canal 32 qui s'étend sur la totalité du moule dans lequel peut circuler de l'air chaud de manière à ce que la surface du moule 26 en contact avec la bande 16 soit à une température de l'ordre de 80°C. Cette température permet d'obtenir une polymérisation partielle (ce qui permet une co-cuisson ultérieure) et un défoisonnement satisfaisant. Selon un mode de réalisation, le moule a une section creuse sensiblement rectangulaire, le côté supérieur comportant une forme en creux ou en saillie. Pour assurer la reprise des efforts, le moule comprend une cloison centrale 34 délimitant la section creuse en deux canaux 32. Le moule comprend à chaque extrémité des moyens pour le raccorder à un circuit d'air chaud. Ce circuit ainsi que les moyens pour générer un flux d'air chaud ne sont pas plus détaillés car ils sont connus de l'homme du métier. Selon un mode de réalisation, le moule pourra être réalisé en carbone. Sur la figure 3, le moule a un profilé sensiblement rectiligne pour simplifier la représentation. Toutefois, le profilé du moule peut être courbe selon le profil du raidisseur à réaliser. Selon une caractéristique importante de l'invention, le dispositif de mise en forme de la bande comprend d'une part des moyens 36 pour maintenir les deux bords latéraux 38, 38' de la bande 16, et d'autre part, des moyens 40 de déformation permettant la mise en forme de la partie centrale du raidisseur. Les moyens 36 de maintien des deux bords latéraux 38, 38' permettent d'exercer une traction sur la bande selon une direction transversale. Cet agencement permet de limiter les plissements des couches formant la bande 16. Selon un autre aspect, dans le cas d'une déformation progressive opérée pas à pas, les moyens 36 maintiennent la forme de la bande entre deux déformations successives et l'empêche de reprendre sa forme avant ladite déformation. De préférence, les moyens 36 maintiennent la bande tant qu'elle n'est pas soumise à un effort de traction supérieur ou égal à un seuil de l'ordre de 30 daN/m, cet effort se répartissant à la fois dans la couche rapportée contre la face supérieure de la ou des couches de carbone et dans la couche rapportée contre la face inférieure de la ou des couches de carbone. Ainsi, la bande est déformée tout en maintenant des contraintes de traction à la fois au niveau de la couche rapportée contre la face supérieure de la ou des couches de carbone et de la couche rapportée contre la face inférieure de la ou des couches de carbone. Avantageusement, les moyens 36 de maintien exercent un effort de compression des bords latéraux 38, 38' contre les surfaces d'appui 30, 30' tel que la bande peut glisser entre lesdits moyens 36 et le moule lorsque les moyens 40 de déformation exercent un effort supérieur à un certain seuil correspondant au seuil de traction précédemment précisé. Selon un mode de réalisation illustré sur la figure 4, les moyens 36 de maintien se présentent sous la forme de deux cornières 42, 42' avec une section en L (également appelées serre flancs), une pour chaque bord latéral 38, 38', dont le profil est ajusté à celui du moule, susceptibles de se translater vers les surfaces d'appui 30, 30' du moule 26 de manière à ce que les bords latéraux soient pincés entre les cornières et le moule. En complément, le dispositif de mise en forme comprend des moyens pour plaquer les cornières sur le moule qui permettent d'ajuster l'effort de compression des bords latéraux de la bande et donc de contrôler le glissement desdits bords. Selon un autre mode de réalisation illustré sur la figure 5, les moyens 36 de maintien comprennent des boudins 44, 44' pneumatiques, s'étendant sur la longueur du raidisseur, intercalés entre la bande et des cornières 42, 42' sensiblement analogues aux cornières de la variante précédente avec des moyens pour maintenir lesdits boudins 44, 44' sous forme de logements 46, 46'. Avantageusement, le dispositif comprend des moyens pour réguler la pression à l'intérieur des boudins. Selon cette variante, la pression exercée par les moyens 36 de maintien est ajustée en régulant la pression à l'intérieur des boudins 44, 44'. Avantageusement, on peut prévoir une cale 48 entre chaque cornière 42, 42' ou chaque boudin 44, 44' et la bande de manière à favoriser le glissement de la bande par rapport auxdites cornières. Selon un mode de réalisation, ces cales 48 s'étendent sur la longueur du raidisseur et sont en polytétrafluoroéthylène. Selon une autre caractéristique de l'invention, la bande 16 comprend au moins une couche 18 en fibres d'une première nature notamment en carbone disposée entre deux couches protectrices. Selon les cas, une couche protectrice peut être une couche spécifique à la mise en forme qui est pelée ultérieurement à la manière des films protecteurs 24 ou être une couche formant le raidisseur comme par exemple une couche de fibres de verre. Ainsi, lors de la déformation, les couches de carbone glissent entre elles sans risque de plissements puisqu'elles sont disposées entre deux couches protectrices entre lesquelles il n'y a que des contraintes de traction. Avantageusement, le dispositif de mise en forme comprend des moyens pour exercer sur la bande 16 un effort de traction selon la direction longitudinale (correspondant à la longueur du raidisseur) à chaque extrémité de ladite bande. A cet effet, en présence d'une couche en fibres de verre au niveau de la surface inférieure de la bande en contact avec le moule, la traction longitudinale sera exercée à chaque extrémité de ladite couche de fibres de verre qui s'étendent au-delà des extrémités des couches de fibres de carbone. Selon un mode de réalisation, les moyens pour exercer un effort de traction longitudinal peuvent se présenter sous la forme de mâchoires. Toutefois, d'autres solutions peuvent être envisagees. Différentes solutions peuvent être envisagées pour les moyens 40 de déformation. Par exemple, on pourrait envisager une série de galets à la manière du document US-2009/0081443. Selon un autre mode de réalisation illustré sur les figures 6, 8, 9, les moyens 40 de déformation comprennent au moins un patin 50 susceptible de se déplacer au moins selon une direction verticale et d'exercer un effort sur la bande au niveau de sa partie centrale de manière à la déformer progressivement de manière à lui faire épouser la forme en creux du moule 26. Selon un mode de réalisation, ce patin 50 est en élastomère. Selon un autre point, il a une largeur sensiblement égale à la largeur de la base du U du raidisseur 10 et est positionné par rapport au moule de façon à exercer un effort sensiblement centré par rapport à la forme en creux du moule 26. Selon une première variante non représentée, le patin peut avoir une longueur correspondant à celle du raidisseur à réaliser. Dans ce cas, il est fixé sur un porte-outil susceptible de se translater verticalement. La vitesse de progression du patin doit être relativement lente pour optimiser la déformation, de l'ordre de 1 mm/s. Selon une autre variante, plus adaptée pour réaliser des raidisseurs de grandes longueur, le patin a une longueur inférieure à celle du raidisseur. Dans ce cas, le dispositif de mise en forme comprend un porte-outil 52 susceptible de se translater perpendiculairement au moule de manière à déformer la bande 16 mais également selon la direction longitudinale du raidisseur. Dans ce cas, l'opération de déformation est réalisée pas à pas comme illustré sur la figure 9, le pas correspondant à la longueur de la surface dite active du patin 50 susceptible d'être en contact avec la bande 16. Selon cette variante la déformation totale de la bande est réalisée en plusieurs passes, à chaque passe la bande étant déformée sur une faible hauteur de l'ordre de 2 mm de manière à ne pas engendrer trop de contraintes entre la zone déformée et la zone adjacente déformée au pas suivant. La vitesse de déformation est relativement lente pour optimiser la déformation, de l'ordre de 1 mm/s. Le porte-outil et les différents actionneurs susceptibles de générer ses mouvements ne sont pas plus décrits car ils peuvent prendre différentes configurations et sont à la portée de l'homme du métier. Lorsque la bande arrive en contact avec le moule au niveau de sa partie centrale, le patin 50 est utilisé pour exercer un effort de compression et compacter les couches de la bande et obtenir le défoisonnement efficace du raidisseur. Lorsque la partie creuse du moule comprend une partie centrale et des pans inclinés, il est possible de prévoir au moins un second patin 54 (illustré sur la figure 7) de manière à compacter la portion de la bande en contact avec lesdits pans inclinés. Ce second patin 54 a un profil identique à celui d'une portion de la section du raidisseur qui couvre l'une des branches du U 56 et la zone de jonction 58 entre ladite branche et l'aile correspondante. Cette phase de défoisonnement d'au moins une portion de la section du raidisseur peut s'opérer pas à pas à la manière de la déformation de la partie centrale afin de réaliser le défoisonnment sur toute la longueur du raidisseur alors que le second patin a une longueur inférieure à celle du raidisseur. Avantageusement, ce second patin 54 se translate selon une direction oblique 60 de manière à obtenir des efforts de compression et à limiter les efforts de cisaillement au niveau du raidisseur. Il est possible de prévoir plusieurs seconds patins 54 chacun destiné à une portion de la section du raidisseur. Selon un mode de réalisation, le ou les second(s) patin(s) est ou sont en élastomère. Après le défoisonnement, le raidisseur est refroidi. Selon une variante, on réalise 25 un refroidissement forcé du raidisseur de manière à baisser sa température rapidement. Si nécessaire, le contour du raidisseur est découpé aux côtes souhaitées. Avantageusement, cette opération de détourage est réalisée en serrant le raidisseur contre le moule avec les moyens 36 de maintien. Selon un mode opératoire, on peut utiliser un couteau à ultrasons monté sur un effecteur pour réaliser le détourage. Préalablement ou après la découpe, on retire la ou les couches protectrices 5 rapportées au niveau de la surface du raidisseur qui n'est pas en contact avec le moule. Il est possible d'utiliser le dispositif de mise en forme pour amener et déposer le raidisseur à sa place sur la paroi à renforcer en ayant au préalable disposé un noyau dans la partie creuse du raidisseur. De plus, ce dispositif peut être utilisé 10 comme une partie de l'outillage de polymérisation de la paroi renforcée. REVENDICATIONS1. Procédé de fabrication d'un raidisseur en matériau composite comprenant une partie centrale (12) avec de part et d'autre des ailes (14) telles que lorsque les ailes sont en appui contre un élément à renforcer ladite partie centrale est écartée dudit élément à renforcer, ledit procédé consistant à réaliser une bande (16) à plat comportant au moins une couche de fibres (18), à la disposer sur un moule (26) comportant au moins une forme en creux correspondant à la partie centrale (12) du raidisseur à réaliser, à chauffer ladite bande (16) et à la déformer de manière à lui faire épouser les formes dudit moule (26), caractérisé en ce qu'il consiste à exercer une traction transversale sur la bande (16) lors de la déformation de ladite bande. 2. Procédé de fabrication d'un raidisseur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à utiliser des moyens (36) de maintien qui exercent un effort de compression des bords latéraux (38, 38') contre le moule (26). 3. Procédé de fabrication d'un raidisseur selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens (36) de maintien empêchent un glissement des bords latéraux (38, 38') de la bande lorsque la déformation n'engendre pas un effort de traction supérieur ou égal à un seuil de l'ordre de 30 daN/m. 4. Procédé de fabrication d'un raidisseur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la bande comprend au moins une couche de fibres (18) disposée entre deux couches protectrices. 5. Procédé de fabrication d'un raidisseur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la température de la bande (16) est de l'ordre de 80°C lors de la déformation. 6. Procédé de fabrication d'un raidisseur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on exerce sur la bande (16) un effort de traction selon la direction longitudinale. 7. Procédé de fabrication d'un raidisseur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la déformation est opérée à l'aide d'un patin dont la longueur est inférieure à celle du raidisseur et en ce que la déformation est réalisée pas à pas en plusieurs passes. 8. Procédé de fabrication d'un raidisseur selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'à chaque passe la bande est déformée sur une faible 10 hauteur de l'ordre de 2 mm. 9. Procédé de fabrication d'un raidisseur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'après déformation, la bande est comprimée contre le moule de manière à obtenir un défoisonnement. 10. Dispositif de mise en forme d'un raidisseur en matériau composite 15 comprenant une partie centrale (12) avec de part et d'autre des ailes (14) telles que lorsque les ailes sont en appui contre un élément à renforcer ladite partie centrale est écartée dudit élément à renforcer, ledit dispositif comprenant un moule (26) avec au moins une forme en creux correspondant à la partie centrale (12) du raidisseur à réaliser et des moyens (40) de déformation 20 permettant la mise en forme d'une bande (16) à plat en raidisseur, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (36) de maintien des bords latéraux (38, 38') de ladite bande qui empêchent un glissement desdits bords latéraux (38, 38') de la bande lorsque la déformation n'engendre pas un effort de traction supérieur ou égal à un seuil déterminé. 25 11. Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que les moyens (36) de maintien se présentent sous la forme de deux éléments (42, 42'), un pour chaque bord latéral (38, 38'), susceptibles de se translater vers lemoule (26) de manière à ce que les bords latéraux (38, 38') soient pincés entre lesdits éléments (42, 42') et le moule. 12. Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce que les moyens (36) de maintien comprennent des boudins (44, 44') pneumatiques et des moyens pour réguler la pression à l'intérieur desdits boudins afin d'ajuster l'effort de compression des bords latéraux (38, 38') de la bande. 13. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 10 à 12, caractérisé en ce que les moyens (40) de déformation comprennent un patin (50) monté sur un porte-outil susceptible de se translater perpendiculairement au moule (26) de manière à déformer la bande (16) mais également selon la direction longitudinale du raidisseur. 14. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 10 à 13, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un patin (50, 54) pour comprimer la bande contre le moule et assurer un défoisonnement. 15. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 10 à 14, caractérisé en ce que le moule comprend au moins un canal (32) qui s'étend sur la totalité du moule dans lequel peut circuler de l'air chaud.