Brevet FR2961739A1 — publié le 20111230

PROCEDE D'OBTENTION D'UNE PIECE EN MATERIAU COMPOSITE VISANT A LIMITER LES EFFETS DE BORD La présente invention se rapporte à un procédé d'obtention d'une pièce en matériau composite, plus précisément d'une pièce réalisée à partir de plis de fibres pré-imprégnées visant à limiter les effets de bord. Une pièce en matériau composite comprend des fibres noyées dans une matrice en résine. Selon un mode de réalisation connu, une pièce en matériau composite peut être réalisée à partir de plis de fibres pré-imprégnées de résine. Dans une première phase dite de drappage, les plis de fibres sont disposés dans un moule comportant d'une part une plaque permettant de conformer la surface de la pièce à son contact et d'autre part des cales de bordure en périphérie qui conforment les chants de la pièce. Après une phase de polymérisation visant à consolider la pièce en la soumettant à un cycle de température et de pression, la pièce est démoulée, puis contrôlée avant d'être usinée aux dimensions finales. Lors de la polymérisation, la résine tend à migrer vers la périphérie de la pièce si bien que la pièce a une hauteur qui tend à se réduire du milieu de la pièce vers les chants. Ce phénomène appelé effet de bord conduit à obtenir après polymérisation une pièce 10 comme illustré sur la figure 1. Cette pièce, sensée avoir une section rectangulaire aux dimensions finales, comprend après la polymérisation une partie centrale rectangulaire 12 avec en périphérie des bords avec un pan incliné 14 par rapport à la partie centrale si bien que les chants de la pièce ont une hauteur inférieure à celle de la partie centrale. Ainsi, la pièce obtenue après polymérisation comprend des zones périphériques 16 de section trapézoïdale avec une largeur X susceptible de varier en fonction de l'épaisseur de la pièce et des matériaux. Selon un premier mode opératoire, dans la mesure où la pièce obtenue après la polymérisation doit être usinée aux dimensions finales, il est possible de tenir compte de l'effet de bord et d'augmenter les dimensions de l'ébauche afin que la largeur X soit inférieure à la largeur A des zones à retirer au niveau des bords, comme illustré sur la figure 2. Toutefois, ce mode opératoire n'est pas satisfaisant car il conduit à augmenter la quantité de matière utilisée et plus particulièrement la quantité de matière usinée, ce qui tend à augmenter les coûts de matière première et les coûts de production en raison d'un temps de drappage plus long. Par ailleurs, il est nécessaire de modifier l'outillage afin d'augmenter leurs surfaces utiles pour conserver un temps d'usinage sensiblement équivalent à l'usinage d'une ébauche dont les dimensions ne tiennent pas compte de l'effet de bord. Enfin, ce mode opératoire va à l'encontre de l'évolution des procédés de fabrication qui visent à obtenir une ébauche dont les dimensions sont les plus proches possibles de celles de la pièce finie. Selon un autre mode opératoire illustré sur la figure 3, on réalise une ébauche dont les dimensions ne tiennent pas compte de l'effet de bord mais sont proches de celles de la pièce finie. Après polymérisation et usinage, on note que les bords de la pièce finie présentent des pans inclinées 14. Pour corriger ce défaut géométrique et/ou dimensionnel, on ajoute au moins un pli supplémentaire 18 au niveau du bord de manière à augmenter son épaisseur. Selon ce mode opératoire, le procédé comprend une première phase de drappage, une première polymérisation, une première phase de contrôle, une phase d'usinage, puis une seconde phase de drappage afin de déposer les plis supplémentaires, une seconde phase de polymérisation desdits plis supplémentaires afin de les consolider et de les relier au reste de la pièce puis une nouvelle phase de contrôle associée généralement à une procédure de dérogation. Ce mode opératoire n'est pas pleinement satisfaisant car il impacte nécessairement la pièce dans la mesure où elle subit deux phases de polymérisation. Par ailleurs, il conduit à des temps de cycles plus longs en raison des deux phases de polymérisation, de contrôle et des procédures de dérogation. Ainsi, selon ce mode opératoire, même si on peut limiter les effets de bord sur le plan dimensionnel et géométrique, ils ont nécessairement un effet sur la structure de la pièce obtenue et sur les temps des cycles de production. Aussi, la présente invention vise à proposer un procédé d'obtention d'une pièce en matériau composite qui tend à limiter les effets de bord sur le plan structurel de la pièce, tout en obtenant après polymérisation une ébauche dont les dimensions sont proches de celles de la pièce finie. A cet effet, l'invention a pour objet un procédé d'obtention d'une pièce en matériau composite constitué de fibres noyées dans une matrice de résine et comprenant une partie appelée corps qui jouxte un bord, ledit procédé comprenant une première étape consistant à empiler des plis de fibres suivie d'une étape de polymérisation desdits plis, caractérisé en ce qu'il consiste, préalablement à la polymérisation, à déposer au niveau de la surface du bord de la pièce susceptible de voir apparaitre un effet de bord au moins un pli supplémentaire de manière à compenser la migration de la résine vers la périphérie de la pièce lors de la polymérisation. Cet agencement permet de limiter les effets de bord sur le plan structurel dans la mesure où le ou les pli(s) supplémentaire(s) sont polymérisés en même temps que les autres plis de la pièce. Avantageusement, le procédé permet d'obtenir après la polymérisation une ébauche ayant au moins une dimension légèrement supérieure à celle de la pièce à obtenir et comprend après l'étape de polymérisation une étape consistant à retirer au moins une zone au niveau du bord de manière à obtenir une pièce finie. Dans ce cas, le procédé se caractérise en ce que ledit au moins un pli supplémentaire est disposé au niveau de la surface de la zone à retirer et a une largeur inférieure à la largeur de ladite zone à retirer. Cet agencement permet de réduire l'impact de l'ajout des plis supplémentaires sur le plan géométrique et dimensionnel de la pièce finie dans la mesure où lesdits plis font partie de la zone à retirer et ne sont pas présents sur la pièce finie. D'autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description qui va 10 suivre de l'invention, description donnée à titre d'exemple uniquement, en regard des dessins annexés sur lesquels: - la figure 1 est une coupe d'une pièce après polymérisation illustrant les effets de bord, - la figure 2 est une coupe d'une pièce après polymérisation illustrant un 15 premier mode opératoire selon l'art antérieur, - la figure 3 est une coupe d'une pièce après polymérisation illustrant un autre mode opératoire selon l'art antérieur, - la figure 4 est une coupe d'une pièce avant la polymérisation selon l'invention, 20 - la figure 5 est une vue de dessus d'une pièce avant la polymérisation selon l'invention, - la figure 6 est une coupe illustrant en détails un bord d'une pièce avant polymérisation selon l'invention, - la figure 7 est une coupe d'une pièce après polymérisation selon l'invention, 25 et - la figure 8 est une coupe d'une pièce après usinage selon l'invention. Sur la figure 4, on a représenté une pièce 20 en matériau composite comportant des fibres noyées dans une matrice de résine. La pièce comprend plusieurs plis de fibres empilés les uns sur les autres. A titre d'exemple, les fibres sont en carbone. Toutefois, l'invention n'est pas limitée à ce matériau et couvre tous les matériaux utilisables pour les fibres, toutes les résines et les différents agencements de fibres. De préférence, les fibres des plis sont pré-imprégnées. Toutefois, on pourrait envisager des fibres non imprégnées, la résine étant introduite par tous moyens appropriés, par exemple sous forme de films (solide) ou sous forme liquide ou pâteuse. Pour simplifier la description, l'invention est appliquée à une pièce finie avec en coupe une section sensiblement rectangulaire. Néanmoins, l'invention n'est pas limitée à cet exemple. Ainsi, la pièce pourrait se présenter sous la forme d'une cornière ou de tout autre forme. De manière générale, la pièce 20 comprend une partie 22 qui sera par la suite appelée corps qui jouxte au moins un bord 24. Généralement, le bord 24 s'étend sur toute la périphérie de la pièce. La pièce obtenue après la polymérisation est appelée ébauche et comprend au moins une dimension supérieure ou égale à celle de la pièce finie. Ainsi, l'ébauche comprend une zone 26 à retirer au niveau du bord, notamment par usinage. Sur les différentes figures, la pièce finie est représentée grisée alors que la zone 26 à retirer est représentée hachurée. Avantageusement, la largeur X de la zone 26 doit être la plus faible possible. (idéalement, on doit tendre à ce qu'elle soit nulle). Elle est déterminée par l'homme du métier afin de ternir compte notamment des fluctuations et imprécisions géométriques et dimensionnelles induites par le procédé de polymérisation. Dans une première phase de réalisation conforme à l'art antérieur, les fibres sont disposées dans un moule comprenant d'une part une surface d'appui 28 permettant de conformer la surface de la pièce à son contact et d'autre part au moins une cale de bordure 30 en périphérie. Ainsi, la pièce 20 comprend une surface inférieure 32 conformée par la surface d'appui 28, une surface supérieure 34 et des chants 36 en périphérie conformés par la ou les cale(s) de bordure 30. Par expérience, l'homme du métier sait que théoriquement un effet de bord risque d'apparaître au niveau du bord 24 et que l'épaisseur de la pièce 20 va tendre à se réduire au niveau du bord 24 du corps 22 vers le chant 36. En fonction notamment de l'épaisseur et des matériaux utilisés pour réaliser la pièce, l'homme du métier peut évaluer la largeur A sensée être théoriquement impactée au niveau du bord 24. Cette largeur A peut être supérieure à la largeur X de la zone 26 à retirer. Selon l'invention, préalablement à la polymérisation de la pièce, on dispose au niveau de la surface du bord 24 de la pièce susceptible de voir apparaître un effet de bord au moins un pli supplémentaire 38. Cet agencement permet de compenser la migration de la résine et de limiter voire de supprimer les effets de bord sur la pièce finie comme illustré sur la figure 8. Avantageusement, on dispose plusieurs plis supplémentaires 38 superposés les uns sur les autres. Le nombre de plis est ajusté en fonction de l'épaisseur et du matériau utilisé. Selon un mode de réalisation, les plis supplémentaires 38 comprennent des fibres de même nature que celles du reste de la pièce. Avantageusement les fibres des plis supplémentaires 38 sont pré-imprégnées avec la même résine que les autres fibres du reste de la pièce. De préférence, ce ou ces pli(s) supplémentaire(s) se présente(nt) chacun sous forme d'une bande, délimitée par deux côtés latéraux, dont la longueur est adaptée à celle du bord et qui ont une largeur inférieure à la largeur X de la zone 26 à retirer de manière à ce que chaque pli supplémentaire soit disposé au droit de la zone 26 à retirer et distant de la limite entre la pièce finie et la zone 26 à retirer. Avantageusement, les plis supplémentaires 38 sont déposés sur la surface du bord 24 selon une technique dite de lâcher de plis, les côtés des plis disposés au niveau du chant de la pièce étant sensiblement superposés alors que les côtés des plis orientés vers le corps 22 étant décalés de manière à former des marches. Ainsi, si le pli n est recouvert par un pli n+1 lui-même recouvert par un pli n+2, le pli n étant le plus proche de la surface de la pièce avant drappage des plis supplémentaires, la largeur du pli n est supérieure à la largeur du pli n+1 qui est elle-même supérieure à celle du pli n+2. Cet agencement contribue à limiter les risques d'ondulations des plis. Le bord périphérique peut comprendre plusieurs plis supplémentaires disposés bout à bout ou légèrement chevauchant en fonction notamment de la géométrie dudit bord. Après la dépose des plis supplémentaires au niveau du ou des bords, l'ensemble pièce 20 et plis supplémentaires 38 est polymérisé. Le ou les cycles de polymérisation ne sont pas plus détaillés car ils sont connus de l'homme du métier et peuvent être identiques à ceux de l'art antérieur. Après polymérisation et démoulage, on obtient une pièce monolithique comme 20 illustré sur la figure 7. Après les phases de contrôle et le retrait des zones 26, on obtient une pièce finie comme illustré sur la figure 8 dont la structure n'est pas altérée par l'ajout des plis supplémentaires dans la mesure où ils sont polymérisés en même temps que le reste de la pièce. Selon un autre point, cet ajout de plis supplémentaires 25 n'a pas d'impact sur le plan dimensionnel ou géométrique dans la mesure où lesdits plis 38 ont une largeur inférieure à la zone 26 retirée. Cet aspect permet de supprimer les procédures de dérogation. Enfin, ce nouveau procédé allie les avantages des procédés de l'art antérieur tout en supprimant leurs inconvénients dans la mesure où il tend à optimiser la quantité de matière à retirer après la polymérisation comme le second mode opératoire de l'art antérieur et tend à diminuer significativement les temps des cycles de production par rapport au premier mode opératoire de l'art antérieur. REVENDICATIONS1. Procédé d'obtention d'une pièce (20) en matériau composite constitué de fibres noyées dans une matrice de résine et comprenant une partie (22) appelée corps qui jouxte un bord (24), ledit procédé comprenant une première étape consistant à empiler des plis de fibres suivie d'une étape de polymérisation desdits plis, caractérisé en ce qu'il consiste, préalablement à la polymérisation, à déposer au niveau de la surface du bord (24) de la pièce susceptible de voir apparaitre un effet de bord au moins un pli supplémentaire (38) de manière à compenser la migration de la résine vers la périphérie de la pièce lors de la polymérisation. 2. Procédé selon la revendication 1 permettant d'obtenir après la polymérisation une ébauche, ledit procédé comprenant après l'étape de polymérisation une étape consistant à retirer au moins une zone (26) au niveau du bord de ladite ébauche de manière à obtenir une pièce finie, ladite ébauche ayant au moins une dimension légèrement supérieure à celle de ladite pièce finie, caractérisé en ce que ledit au moins un pli supplémentaire (38) est disposé au niveau de la surface de la zone (26) à retirer et a une largeur inférieure à la largeur de ladite zone (26) à retirer. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit au moins un pli supplémentaire (38) est écarté de la limite entre la pièce finie et la zone (26) à retirer. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il consiste à déposer plusieurs plis supplémentaires (38) et en ce que lesdits plis supplémentaires (38) ont des largeurs qui diminuent de façon à ce que chaque pli supplémentaire (38) a une largeur supérieure à celle du pli supplémentaire (38) qui le recouvre. 5. Ebauche en matériau composite ayant au moins une dimension légèrement supérieure à celle d'une pièce finie en matériau composite, ladite ébauche comportant une zone (26) à retirer de manière à obtenir ladite pièce finie, caractérisée en ce qu'elle comprend au niveau de la surface de la zone (26) à retirer au moins un pli supplémentaire (38) avec une largeur inférieure à la largeur de ladite zone (26) à retirer. 6. Ebauche selon la revendication 5, caractérisée en ce que ledit au moins un pli supplémentaire (38) est écarté de la limite entre la pièce finie et la zone (26) à retirer. 7. Ebauche selon la revendication 5 ou 6, caractérisée en ce qu'elle comprend plusieurs plis supplémentaires (38) et en ce que lesdits plis supplémentaires (38) ont des largeurs qui diminuent de façon à ce que chaque pli supplémentaire (38) a une largeur supérieure à celle du pli supplémentaire (38) qui le recouvre. 8. Pièce en matériau composite obtenue à partir du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 et de l'ébauche selon l'une quelconque des revendications 5 à 7.