Brevet FR2971196A1 — publié le 20120810

Dispositif de réalisation d'une préforme comportant au moins un tronçon longitudinal d'épaisseur décroissante, et dispositif de positionnement et de compactage de cette préforme L'invention concerne un procédé de réalisation d'une s préforme formée d'un empilage de couches de renfort à structure fibreuse et comportant au moins un tronçon longitudinal d'épaisseur décroissante. Elle s'étend à un dispositif de positionnement et de compactage d'une préforme de la mise en oeuvre de ce procédé. Les matériaux composites composés, à titre principal, de io préformes formées par des empilages de couches de renfort à structure fibreuse, et d'une matrice consistant généralement en une matière plastique (résine thermoplastique ou thermodurcissable) assurant la cohésion de la structure, sont d'un emploi de plus en plus fréquent dans de nombreuses industries et notamment dans l'industrie aéronautique et spatiale. ls Certaines de ces pièces en matériaux composites nécessitent de réaliser des préformes comportant au moins un tronçon longitudinal d'épaisseur décroissante. A cet effet, ces préformes sont formées d'un empilage de couches de renfort à structure fibreuse et chaque tronçon longitudinal d'épaisseur décroissante est obtenu en diminuant progressivement 20 le nombre de couches constituant le dit tronçon longitudinal. De plus, les préformes sont ensuite compactées à un niveau de compression adapté pour que chaque tronçon longitudinal présente une pente prédéterminée. Chaque tronçon longitudinal d'épaisseur décroissante de ces préformes consiste en un tronçon de liaison entre un tronçon de préforme 25 d'épaisseur supérieure et un tronçon de préforme d'épaisseur inférieure, et une des fonctions de ce tronçon de liaison consiste à permettre la transmission les efforts sollicitant le tronçon de section supérieure vers le tronçon de section inférieure. Une telle transmission d'effort impose de limiter la pente 30 des tronçons de liaison, et la règle actuellement en vigueur impose de limiter cette pente à une valeur d'environ 10 %. Une telle règle s'avère toutefois astreignante car elle conduit par exemple à : - limiter, pour un encombrement en longueur fixé et donc une valeur de pente fixée, le rapport maximal des sections supérieure et inférieure, - réaliser des tronçons de liaison de grande longueur et s donc d'un poids conséquent lorsque le rapport entre sections supérieure et inférieure est important. A l'heure actuelle, la seule solution proposée pour résoudre ces inconvénients consiste à renforcer ces préformes par utilisation de moyens mécaniques d'assemblage, tels que des rivets, mais cette solution io s'avère également très pénalisante en terme de poids ajouté. La présente invention vise à pallier ces inconvénients et a pour objectif principal de fournir un procédé de réalisation d'une préforme comportant au moins un tronçon longitudinal d'épaisseur décroissante, permettant d'augmenter de façon significative la valeur maximale admissible de ls la pente de tels tronçons, et conduisant à une réduction notable du poids des dits tronçons. A cet effet, l'invention vise un procédé de réalisation d'une préforme formée d'un empilage de couches de renfort à structure fibreuse et comportant au moins un tronçon longitudinal d'épaisseur décroissante, obtenue 20 par une diminution progressive du nombre de couches constituant le dit tronçon longitudinal, puis compactage de la préforme à un niveau de compression final adapté pour que le tronçon longitudinal présente une pente prédéterminée. Selon l'invention, ce procédé se caractérise en ce que : - on pré-compacte la préforme à un niveau de 25 compression prédéterminé intermédiaire du niveau de compression final, - on assemble les couches de chaque tronçon longitudinal d'épaisseur décroissante par des lignes de piquage formées sur la majeure partie de la surface du dit tronçon longitudinal, - et on compacte la préforme pré-compactée de façon à 30 obtenir le taux de compression final. Selon ce procédé, les propriétés mécaniques des tronçons d'épaisseur décroissante se trouvent augmentées par la présence de lignes de piquage (réalisées selon la technique connue sous le nom de « tufting ») formées de façon à assembler les couches de renfort. De plus, ces lignes de piquage sont réalisées, selon l'invention, après pré-compactage de la préforme, de sorte que le plissement des fils de piquage intervient uniquement lors de la phase de compactage final et se trouve par conséquent très limité. Ainsi, ces fils, destinés à travailler en s tension, présentent une réactivité très importante garantissant notamment contre tout risque de propagation de fissures. Dans la pratique, un tel procédé permet d'augmenter de façon significative la valeur maximale admissible de la pente de tels tronçons, et, par conséquent, de réduire de façon notable le poids de ces tronçons. io A titre indicatif, la valeur admissible de la pente des tronçons réalisés selon le procédé de l'invention est de l'ordre de 20 %. Selon un mode de mise en oeuvre avantageux de l'invention, on pré-compacte la préforme à un niveau de compression sensiblement compris entre 60 % et 70 % du niveau de compression final. ls De plus, les lignes de piquage sont avantageusement réalisées sensiblement orthogonalement à la pente de chaque tronçon longitudinal. Ces lignes de piquage sont, en outre avantageusement réalisées au moyen de fils présentant une haute résistance à la traction, tels 20 que des fils en « Kevlar ® » ou des fils en carbone. Par ailleurs, selon un autre mode de mise en oeuvre avantageux de l'invention : - on pré-compacte chaque tronçon longitudinal au moyen de réglettes de compactage parallèles s'étendant sensiblement 25 perpendiculairement à la pente du dit tronçon longitudinal, - on réalise une première série de lignes de piquage formées après retrait d'une réglette de compactage sur deux, - et on réalise une seconde série de lignes de piquage après remise en place des réglettes de compactage préalablement retirées et 30 retrait des réglettes de compactage préalablement utilisées. Ainsi, seules des bandes de largeur restreinte sont dégagées simultanément en vue de la réalisation des lignes de piquage, de sorte que la préforme ne subit pas de « décompression » lors de ces opérations de piquage. De plus, on utilise avantageusement des réglettes de compactage adaptées pour qu'un intervalle de largeur prédéterminé soit ménagé entre les réglettes de compactage voisines. Tel qu'on le comprendra mieux plus loin, une telle mise en s oeuvre permet de réaliser un nombre supérieur de lignes de piquage par unité de surface sans nuire à l'uniformité du pré-compactage. Par ailleurs, on effectue avantageusement le compactage final de chaque tronçon longitudinal au moyen de paires de réglettes de compactage comportant une réglette de compactage identique à celles utilisée io lors du pré-compactage, et une réglette de compactage de largeur égale à la largeur des réglettes de compactage utilisées lors du pré-compactage additionnée de la largeur de l'intervalle séparant deux réglettes de compactage lors du dit pré-compactage. L'invention s'étend à un dispositif de positionnement et de ls compactage d'une préforme formée d'un empilage de couches de renfort à structure fibreuse et comportant au moins un tronçon longitudinal d'épaisseur décroissante, comprenant : - deux plateaux définissant des surfaces conjuguées de chacune des faces de la préforme, au moins un des dits plateaux comportant, 20 pour chaque tronçon longitudinal d'épaisseur décroissante de la préforme, des éléments amovibles d'obturation de fenêtres, adaptés pour permettre de réaliser des lignes de piquage dans les portions de surface de la préforme dégagées lors du retrait des dits éléments amovibles, - et des moyens de déplacement relatif des deux plateaux. 25 De plus, les éléments amovibles d'obturation des fenêtres comportent avantageusement, selon l'invention, pour chaque tronçon longitudinal de la préforme, des réglettes de compactage s'étendant sensiblement perpendiculairement à la pente du dit tronçon longitudinal. De plus, de façon avantageuse selon l'invention le 30 dispositif comporte deux jeux de réglettes d'obturation des fenêtres : - un premier jeu de réglettes de compactage adaptées pour ménager un intervalle de largeur prédéterminé entre chacune des dites réglettes de compactage, - et un second jeu de réglettes de compactage composé 35 de paires de réglettes de compactage comportant une réglette de compactage 2971196 s identique à celles du premier jeu de réglettes de compactage, et une réglette de compactage de largeur égale à la largeur des réglettes de compactage du premier jeu additionnée de la largeur de l'intervalle séparant les dites réglettes de compactage du premier jeu. s D'autres caractéristiques buts et avantages de l'invention ressortiront de la description détaillée qui suit en référence aux dessins annexés qui en représentent à titre d'exemple non limitatif un mode de réalisation préférentiel. Sur ces dessins : - la figure 1 est une vue en perspective, en mode éclaté, io d'un dispositif de positionnement et de compactage selon l'invention et de la préforme destinée à être assemblée et compactée au moyen du dit dispositif, - les figures 2 à 6 sont des vues en perspective représentant des étapes successives de fermeture du dispositif de positionnement et de compactage selon l'invention, et de pré-compactage et ls compactage d'une préforme positionnée dans le dit dispositif, - et la figure 7 est une vue en perspective d'une préforme réalisée au moyen du dispositif de positionnement et de compactage selon l'invention. (A des fins de simplification de la description, le dispositif 20 de positionnement et de compactage selon l'invention est décrit, ci-dessous, disposé sur un support horizontal et les termes définissant l'orientation des divers éléments constitutifs, tels que horizontal, vertical... sont utilisés en référence à une telle disposition). Le procédé selon l'invention est illustré en prenant comme 25 exemple la réalisation d'une préforme P telle que décrite dans la demande de brevet FR 2 928 620, formant une des pièces d'extrémité des longerons d'une porte de cabine d'avion, formée de la juxtaposition de deux préformes élémentaires identiques P1, P2. Chacune de ces préformes élémentaires P1, P2 est formée d'un empilage de couches de renfort à structure fibreuse et 30 présente une première portion rectangulaire 1 d'épaisseur constante, prolongée latéralement d'une seconde portion rectangulaire 2 d'épaisseur décroissante, présentant, le long de son bord de jonction avec la première portion 1, une épaisseur maximale supérieure à celle de la dite première portion, formant un épaulement 3 avec cette dernière. Une fois superposées, ces deux préformes élémentaires P1, P2 sont adaptées, tel que représenté à la figure 7, pour former une préforme P comportant un premier tronçon composé des premières portions 1 des préformes élémentaires P1, P2 délimitant un évidement 4, et un second s tronçon composé des secondes portions rectangulaires 2 et présentant la forme d'une pointe de section triangulaire isocèle. Le dispositif de positionnement et de compactage selon l'invention représenté aux figures 1 à 6 comprend deux flasques verticaux 5a, 5b entre lesquels s'étend, en premier lieu, une plaque support 6 de forme io rectangulaire conjuguée de celle du premier tronçon 1, 4 de la préforme P, adaptée pour supporter ce dernier. Cette plaque support 6 est montée de façon à pouvoir être déplacée verticalement, et, à cet effet, elle est prolongée longitudinalement, de part et d'autre, de deux pions tels que 7, 8 logés dans des rainures verticales ls telles que 9 ménagées dans les flasques 5a, 5b. De plus, cette plaque support 6 est percée, sensiblement au niveau de chacun de ses sommets, d'un orifice tel que 10, 11 dans le prolongement de chacun desquels est solidarisé, en sous face de la dite plaque support, un écrou 12 de diamètre interne conjugué des dits orifices. 20 Le dispositif selon l'invention comporte également deux plateaux rectangulaires 13, 14, dits inférieur et supérieur, articulés autour d'un axe horizontal 15 s'étendant entre les deux flasques 5a, 5b, et solidarisé à ces derniers. Chacun de ces plateaux 13, 14 présente la forme d'un 25 cadre dont les montants longitudinaux sont reliés par des traverses telles que 20 délimitant trois fenêtres identiques 17-19 sensiblement carrées. De plus, chacun de ces plateaux 13, 14 présente une feuillure 16, la feuillure du plateau inférieur 13 étant adaptée pour coopérer avec une feuillure (non représentée) de la plaque support 6 de façon que 30 l'ensemble plaque support 6 / plateau inférieur 13 présente une face supérieure en forme de dièdre adaptée pour supporter la préforme élémentaire P1. Le dispositif selon l'invention comporte également un profilé intermédiaire 21 en forme de T adapté pour s'étendre entre les deux flasques 5a, 5b et pour être solidarisé à ces derniers. Chacune de ces profilés 21 comporte une âme 22 de forme adaptée pour se positionner dans l'évidement 4 de la préforme P, et une aile 23 de rigidification, les dites âme et aile étant percées longitudinalement d'alésages borgnes taraudés tels que 24 pour leur fixation aux flasques 5a, 5b s au moyen de boulons tels que 25. De plus, l'âme 22 est également percée, sensiblement au niveau de chacun de ses sommets, d'un orifice tel que 26, 27 ménagé de façon à s'étendre axialement avec l'orifice 10, 11 ménagé en vis-à-vis dans la plaque support 6. lo Le dispositif de positionnement et de compactage comprend, en outre, une plaque supérieure 28 de forme rectangulaire conjuguée de celle du premier tronçon 1, 4 de la préforme P, adaptée pour recouvrir ce dernier. Cette plaque supérieure 28 est montée de façon à ls pouvoir être déplacée verticalement, et, à cet effet, elle est prolongée longitudinalement, de part et d'autre, de deux pions tels que 29, 30 logés dans des rainures verticales 31, 32 ménagées dans les flasques 5a, 5b. De plus, cette plaque supérieure 28 est également percée, sensiblement au niveau de chacun de ses sommets, d'un orifice tel que 34, 35 20 ménagé de façon à s'étendre axialement avec les orifices 10, 11, 26, 27 ménagés en vis-à-vis dans la plaque support 6 et le profilé intermédiaire 21. Cette plaque supérieure 28 présente, enfin une feuillure 33 adaptée pour coopérer, tel que représenté sur la vue de détail de la figure 2, avec la feuillure 16 du plateau supérieur 14 dans la position de ce dernier 25 refermée sur le plateau inférieur 13, de façon que l'ensemble plaque supérieure 28 / plateau supérieur 14 présente une face inférieure en forme de dièdre adaptée pour recouvrir la préforme élémentaire P2. En vue d'engendrer un déplacement simultané de la plaque support 6 et de la plaque supérieure 28 tendant à rapprocher ces 30 dernières et à entraîner un pivotement simultané des deux plateaux 13, 14, le dispositif comporte des boulons tels que 36, 37 adaptés pour s'étendre dans les orifices 10, 11, 26, 27, 34 , 35 et pour coopérer avec les boulons 12 fixés en sous face de la plaque support 6. Bien que les moyens de déplacement décrits ci-dessus, 35 sont strictement à commande manuelle, il est évident que ce déplacement peut également être engendré par des moyens de déplacement motorisés à commande manuelle ou à commande numérique... En dernier lieu, le dispositif selon l'invention comporte des réglettes de compactage adaptées pour s'étendre dans les fenêtres 17-19 des s deux plateaux 13, 14 et pour être fixées sur les traverses 20 des dits plateaux au moyen de vis telles que 41 de fixation des réglettes de compactage dans des alésages taraudés ménagés dans les dites traverses. Deux jeux de réglettes de compactage sont prévus selon l'invention, destinés à réaliser respectivement une première action de pré-compactage et une action finale de compactage. Le premier jeu de réglettes de compactage représenté aux figures 1 à 5 est constitué de réglettes de même largeur 38-40 adaptées pour qu'un intervalle de largeur constante soit ménagé entre les réglettes de compactage voisines. ls Le second jeu de réglettes de compactage représenté à la figure 6 est constitué de paires de réglettes de compactage comportant une réglette de compactage 38-40 identique à celles du premier jeu de réglettes de compactage, et une réglette de compactage 42-44 de largeur égale à la largeur des réglettes de compactage 38-40 du premier jeu additionnée de la largeur de 20 l'intervalle séparant les dites réglettes de compactage du premier jeu. Ce second jeu de réglettes de compactage est donc adapté pour que les réglettes de compactage obturent totalement les fenêtres 17-19 dans lesquelles elles sont disposées. En vue de la mise en oeuvre du procédé selon l'invention, 25 le premier jeu de réglettes de compactage 38-40 est fixé dans les fenêtres des deux plateaux 13, 14, puis successivement : - la préforme P1 est positionnée sur l'ensemble plaque support 6 / plateau inférieur 13, dans la position ouverte du plateau supérieur 14, 30 - le profilé intermédiaire 21 est fixé entre les flasques 5a, 5b, - la préforme P2 est mise en place sur l'ensemble profilé intermédiaire 21 / préforme P1, dans la position ouverte du plateau supérieur 14, - le plateau supérieur 14 est refermé sur le plateau inférieur 13, et la plaque supérieure 28 mise en place par introduction des pions 29, 30 dans les rainures 31, 32 (figure 2), - et les boulons 36, 37 sont positionnés dans les orifices s 10, 11, 26, 27, 34, 35 jusqu'à coopérer avec les écrous 12. Une fois ces opérations préliminaires effectuées, la première étape consiste en une étape de pré-compactage représentée à la figure 3, obtenue par vissage des boulons 36, 37 d'un nombre de pas déterminé adapté pour compacter la préforme P à un niveau de compression io sensiblement compris entre 60 % et 70 % du niveau de compression final. L'étape suivante consiste, tel que représenté à la figure 5, à retirer une réglette de compactage 38-40 sur deux en vue de libérer, dans les deux plateaux 13, 14, des bandes de largeur dans lesquelles sont réalisées des lignes de piquage. ls L'étape suivante consiste ensuite à réaliser une seconde série de lignes de piquage après remise en place des réglettes de compactage 38-40 préalablement retirées et retrait des réglettes de compactage préalablement laissées en place. Toutes ces lignes de piquage peuvent, en outre, être 20 traversantes, lors de l'assemblage d'un nombre de couches de renfort inférieur à un nombre de couches fonction de la nature du matériau formant les couches, de l'épaisseur de ces couches..., ou non traversantes lors de l'assemblage d'un nombre de couches de renfort supérieur à ce nombre de couches. La dernière étape consiste enfin à remplacer une réglette de compactage 38-40 du premier 25 jeu de réglettes sur deux, par une réglette de compactage 42-44 de grande largeur du second jeu de réglettes, puis à compacter la préforme P de façon à obtenir le taux de compression final. Par ailleurs, à titre d'exemple destiné à mettre en lumière l'intérêt de réaliser deux jeux de réglettes de compactage selon l'invention, le 30 premier jeu peut être constitué de réglettes de compactage 38-40 d'une largeur de 10 mm espacées d'un intervalle de 5 mm. Le second jeu est quant à lui constitué de réglettes de compactage 38-40 d'une largeur de 10 mm et de réglettes de compactage 42-44 d'une largeur de 15 mm. s 2971196 lo De tels jeux de réglette permettent, en effet, de réaliser des lignes de piquage espacées de 5 mm sans risque de « décompression » de la préforme P lors des opérations de piquage, et sans risque de « collision » entre l'aiguille de piquage et les réglettes de compactage. Un tel dispositif selon l'invention permet donc d'augmenter de façon significative la valeur maximale admissible de la pente des tronçons longitudinaux d'épaisseur décroissante des préformes et conduit ainsi, notamment, à une réduction notable du poids et de l'encombrement des dits tronçons. lo 20 2s 30 REVENDICATIONS1/ Procédé de réalisation d'une préforme (P) formée d'un empilage de couches de renfort à structure fibreuse et comportant au moins un tronçon longitudinal (2) d'épaisseur décroissante, obtenue par une diminution s progressive du nombre de couches constituant le dit tronçon longitudinal, puis compactage de la préforme à un niveau de compression final adapté pour que le tronçon longitudinal (2) présente une pente prédéterminée, le dit procédé étant caractérisé en ce que : - on pré-compacte la préforme (P) à un niveau de io compression prédéterminé intermédiaire du niveau de compression final, - on assemble les couches de chaque tronçon longitudinal d'épaisseur décroissante (2) par des lignes de piquage formées sur la majeure partie de la surface du dit tronçon longitudinal, - et on compacte la préforme (P) pré-compactée de façon ls à obtenir le taux de compression final. 2/ Procédé de réalisation d'une préforme selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'on pré-compacte la préforme (P) à un niveau de compression sensiblement compris entre 60°/° et 70°/° du niveau de compression final. 3/ Procédé de réalisation d'une préforme selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'on réalise des lignes de piquage sensiblement orthogonales à la pente de chaque tronçon longitudinal (2). 4/ Procédé de réalisation d'une préforme selon la revendication 3 caractérisé en ce que : - on pré-compacte chaque tronçon longitudinal (2) au moyen de réglettes de compactage parallèles (38-40) s'étendant sensiblement perpendiculairement à la pente du dit tronçon longitudinal, - on réalise une première série de lignes de piquage formées après retrait d'une réglette de compactage (38-40) sur deux, - et on réalise une seconde série de lignes de piquage après remise en place des réglettes de compactage (38-40) préalablement retirées et retrait des réglettes de compactage (38-40) préalablement utilisées. 5/ Procédé de réalisation d'une préforme selon la revendication 4 caractérisé en ce que l'on utilise des réglettes de compactage(38-40) adaptées pour qu'un intervalle de largeur prédéterminé soit ménagé entre les réglettes de compactage voisines. 6/ Procédé de réalisation d'une préforme selon la revendication 5 caractérisé en ce que l'on effectue le compactage final de s chaque tronçon longitudinal (2) au moyen de paires de réglettes de compactage comportant une réglette de compactage (38-40) identique à celles utilisée lors du pré-compactage, et une réglette de compactage (42-44) de largeur égale à la largeur des réglettes de compactage (38-40) utilisées lors du pré-compactage additionnée de la largeur de l'intervalle séparant deux réglettes de io compactage (38-40) lors du dit pré-compactage. 7/ Procédé de réalisation d'une préforme selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que l'on réalise les lignes de piquage au moyen de fils présentant une haute résistance à la traction, tels que des fils en « Kevlar ® » ou des fils en carbone. ls 8/ Dispositif de positionnement et de compactage d'une préforme formée d'un empilage de couches de renfort à structure fibreuse et comportant au moins un tronçon longitudinal (2) d'épaisseur décroissante, caractérisé en ce qu'il comprend : - deux plateaux (6, 13, 14, 28) définissant des surfaces 20 conjuguées de chacune des faces de la préforme (P), au moins un des dits plateaux comportant, pour chaque tronçon longitudinal d'épaisseur décroissante (2) de la préforme (P), des éléments amovibles (38-40, 42-44) d'obturation de fenêtres (17-19), adaptés pour permettre de réaliser des lignes de piquage dans les portions de surface de la préforme (P) dégagées lors du 25 retrait des dits éléments amovibles, - et des moyens de déplacement relatif (12, 36, 37) des deux plateaux (6, 13, 14, 28). 9/ Dispositif de positionnement et de compactage selon la revendication 8 caractérisé en ce que les éléments amovibles d'obturation des 30 fenêtres (17-19) comportent, pour chaque tronçon longitudinal (2) de la préforme (P), des réglettes de compactage (38-40, 42-44) s'étendant sensiblement perpendiculairement à la pente du dit tronçon longitudinal. 10/ Dispositif de positionnement et de compactage selon la revendication 9 caractérisé en ce qu'il comporte deux jeux de réglettes 35 d'obturation des fenêtres (17-19) :- un premier jeu de réglettes de compactage (38-40) adaptées pour ménager un intervalle de largeur prédéterminé entre chacune des dites réglettes de compactage, - et un second jeu de réglettes de compactage (38-40, 42- 44) composé de paires de réglettes de compactage comportant une réglette de compactage (38-40) identique à celles du premier jeu de réglettes de compactage (38-40), et une réglette de compactage (42-44) de largeur égale à la largeur des réglettes de compactage (38-40) du premier jeu additionnée de la largeur de l'intervalle séparant les dites réglettes de compactage du premier jeu.