Brevet FR2971195A1 — publié le 20120810

Outillage de moulage pour la réalisation d'une pièce en matériau composite au moyen d'une préforme souple composée d'une peau et de préformes profilées solidarisées sur la dite peau. L'invention concerne un outillage de moulage pour la s réalisation d'une pièce en matériau composite par enrobage, au moyen d'une matrice, d'une préforme souple composée d'une peau à structure fibreuse et, solidarisées sur la dite peau, de préformes souples profilées à structure fibreuse comportant chacune une âme, disposées de façon que les dites âmes délimitent, au dessus de la peau, une pluralité de mailles tridimensionnelles de io formes polyédriques. Les matériaux composites composés, à titre principal, de préformes 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 ls nombreuses industries et notamment dans l'industrie aéronautique et spatiale. La fabrication des pièces en matériaux composites nécessite, en premier lieu, de réaliser des préformes profilées de section et/ou formes plus ou moins complexes, au moyen de préformes élémentaires découpées puis conformées et/ou assemblées mécaniquement en vue de 20 l'obtention du profil désiré. De tels profilés sont ensuite fréquemment solidarisés sur des peaux à structure fibreuse, de façon à réaliser des panneaux en matériaux composites comportant des éléments structurels de renfort. De façon usuelle, les différents profilés et la peau sont 25 ensuite compactés avant d'être installés dans un outillage de moulage dans lequel ils sont ensuite assemblés par enrobage au moyen d'une matrice. Ces assemblages ne sont toutefois pas aptes à résister à des efforts d'arrachement conséquents, de sorte que de tels efforts d'arrachement imposent de renforcer les assemblages au moyen d'organes 30 d'assemblage supplémentaires, consistant classiquement en des organes d'assemblage mécanique du type rivets... Par conséquent, la réalisation de panneaux composites susceptibles de résister à des efforts d'arrachements impose plusieurs étapes successives (compactage, moulage, assemblage mécanique...). La présente invention vise à pallier ces inconvénients et a pour principal objectif de fournir un outillage de moulage permettant d'enrober, par une matrice, des préformes souples non préalablement compactées. A cet effet, l'invention vise un outillage de moulage pour la s réalisation d'une pièce en matériau composite par enrobage, au moyen d'une matrice, d'une préforme souple composée d'une peau à structure fibreuse et, solidarisées sur la dite peau, de préformes souples profilées à structure fibreuse, dites profilés, comportant chacune une âme, disposées de façon que les dites âmes délimitent, au dessus de la peau, une pluralité de mailles io tridimensionnelles de formes polyédriques. Selon l'invention, cet outillage de moulage comprend : - un moule doté d'une semelle, dite semelle inférieure, adaptée pour supporter la peau de la préforme, et d'une ceinture périphérique délimitant un volume adapté pour loger la dite préforme, ls - pour chaque maille tridimensionnelle délimitée par des profilés, une pièce monobloc de remplissage du volume de la maille, formée par l'assemblage : ^ d'une pluralité de cales adaptées pour être imbriquées et former une paroi de doublage des âmes des profilés, délimitant 20 un volume central libre à l'intérieur de la maille tridimensionnelle, ^d'une pièce de blocage adaptée pour s'insérer dans le volume central libre de la maille tridimensionnelle et pour assurer un blocage relatif de la dite pièce de blocage et des cales, - et un contre-moule doté d'une semelle, dite semelle 25 supérieure, de fermeture du moule, - le moule et le contre-moule étant réalisés en un matériau présentant au moins sensiblement le même coefficient de dilatation que la structure fibreuse de la préforme, - et les cales et les pièces de blocage étant réalisées en 30 un matériau conçu pour réaliser une pièce monobloc présentant un coefficient de dilatation adapté pour obtenir un compactage prédéterminé de la peau et des profilés, pour une température prédéterminée correspondant à la température de polymérisation de la matrice. Selon l'invention, l'outillage est donc conçu pour réaliser 35 une pièce en matériau composite par enrobage d'une préforme souple, c'est-à- dire une préforme n'ayant pas subi de compactage préalable à l'opération de moulage. Ce compactage, est en effet, réalisé selon l'invention grâce à la conception de pièces monoblocs à dilatation contrôlée, qui s permettent de compacter les différentes pièces à structure fibreuse directement dans l'outillage, avant enrobage de ces dernières au moyen d'une matrice. Grâce à cet outillage, les diverses préformes (peau, profilés...) peuvent donc être assemblées par des lignes de couture avant d'être enrobées, et de telles lignes de couture conduisent à l'obtention de io panneaux composites aptes à résister à des efforts d'arrachement. Selon un mode réalisation avantageux, les cales de chaque maille tridimensionnelle comprennent des cales d'angle adaptées pour être disposées dans chaque angle de la dite maille tridimensionnelle, et des cales en forme de coin adaptées pour assujettir les cales d'angle. ls De plus, les cales de chaque maille tridimensionnelle délimitent avantageusement un volume central présentant la forme générale d'un tronc de pyramide de section décroissante en direction de la semelle supérieure du moule, la pièce de blocage consistant en une pièce en forme de coin conjuguée de celle du dit volume central. 20 Ces dispositions facilitent, en effet, les opérations de mise en place et de retrait des cales et conduisent également à former une pièce monobloc de grande rigidité. Par ailleurs, lorsque la pièce en matériau composite comporte des profilés dotés d'une semelle dans le prolongement de l'âme, les 25 cales et les pièces de blocage des mailles tridimensionnelles sont avantageusement adaptées, selon l'invention, pour délimiter des faces planes de support des dites semelles. De plus, le contre-moule comporte alors avantageusement une semelle supérieure adaptée pour plaquer les semelles sur les dites faces planes de support. 30 Selon une autre caractéristique avantageuse de l'invention, la pièce de blocage de chaque maille tridimensionnelle présente une hauteur adaptée pour former une extension dans le prolongement du volume central correspondant, le contre-moule présentant, pour chacune des dites mailles tridimensionnelles, un évidement de forme adaptée pour loger la dite 35 extension de la pièce de blocage. Selon une autre caractéristique avantageuse de l'invention visant la réalisation d'une pièce en matériau composite comportant au moins un profilé périphérique doté d'une semelle dans le prolongement de l'âme, le moule intègre, pour chacun des dits profilés périphériques avec semelle, une s cale amovible de butée latérale du dit profilé conçue pour pouvoir être retirée après solidification de la semelle. Par ailleurs, une des applications avantageuses de l'outillage selon l'invention consiste dans la réalisation d'une pièce en matériau composite comportant une paroi incurvée. io En vue de cette réalisation, et de façon avantageuse selon l'invention, le moule présente une semelle inférieure incurvée et chaque cale est constituée de deux cales superposées : - une cale, dite cale inférieure, dotée d'une face inférieure incurvée de forme conjuguée de la semelle supérieure du moule, ls - une cale, dite cale supérieure, dotée d'une face supérieure plane de support d'une semelle, - chaque paire de cales inférieure et supérieure présentant des faces de jonction de dépouille par rapport aux portions équivalentes de la surface supérieure de la maille tridimensionnelle. 20 Un tel outillage permet donc, de façon très simple, de compacter et de mouler des préformes souples présentant des contre-dépouilles. En effet, la division de chaque cale en deux cales spécifiques complémentaires autorise de retirer successivement chacune des deux cales de la paire de cales malgré l'existence de contre-dépouilles, et par conséquent 25 permet de démonter les différents éléments des pièces monoblocs. De plus, de façon avantageuse, les cales inférieures de chaque maille tridimensionnelle définissent une face supérieure de forme générale concave, les cales supérieures définissant une face inférieure de forme générale convexe conjuguée de la dite face supérieure concave. 30 Dans la même optique, l'invention permet la réalisation d'une pièce en matériau composite comportant au moins un profilé périphérique doté d'une semelle, sécant par rapport au plan de courbure. A cet effet, la cale amovible de butée latérale de ce profilé est avantageusement constituée de deux cales superposées, inférieure et supérieure. s lo 2971195 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 schématique d'un moule d'un outillage de moulage selon l'invention, - la figure 2 est une vue schématique en perspective du contre-moule de cet outillage, représenté dans une position inversée par rapport à sa position de fermeture du moule de la figure 1, - la figure 3 est une coupe longitudinale partielle selon un plan A de l'outillage selon l'invention dans la position fermée du moule et du contre-moule, - les figures 4a, 4b et 4c sont des vues en perspective représentant les divers éléments constitutifs d'une pièce monobloc selon ls l'invention, - la figure 5 est coupe longitudinale par un plan B de cette pièce monobloc représentée en mode assemblé, - la figure 6 est coupe longitudinale par un plan C de cette pièce monobloc représentée en mode assemblé. 20 L'outillage de moulage représenté à titre d'exemple aux figures est particulièrement destiné à la réalisation, par moulage d'une préforme souple Pr à structure fibreuse, d'une porte d'aéronef du type décrit notamment dans le brevet FR2928620, comportant tel que représenté aux figures annexées : un panneau en forme d'arceau consistant initialement en une peau 25 P, sur lequel sont positionnés, d'une part, six longerons d'un seul tenant L, L1, L2, dont deux longerons périphériques tels que L1, et quatre traverses telles que T dont deux traverses périphériques, divisées chacune en cinq tronçons s'étendant entre les longerons L. (II est à noter que dans la présente description les termes 30 longitudinaux, transversaux, longerons traverses... sont utilisés avec comme référence les axes longitudinaux et transversaux d'un aéronef équipé de la porte décrite.). En premier lieu, l'outillage comporte un moule 1 comprenant une semelle inférieure 2 sous laquelle s'étendent des longerons 35 tels que 3 et 4 de positionnement du dit moule sur un plateau de presse. Cette semelle supérieure 2 comporte une face supérieure concave destinée à la mise en place de la peau P de la préforme Pr, bordée par une nervure périmétrique 5 délimitant une feuillure périphérique 6. Dans la position déployée de la peau P et des traverses T s et longerons L, sur cette face concave, la préforme Pr comporte ainsi des mailles tridimensionnelles de forme parallélépipédique courbe, en l'exemple au nombre de quinze référencées 11 à 115, délimitées chacune par les âmes de deux traverses T et de deux longerons L, et dont la face supérieure est partiellement obturée, sur son pourtour, par les ailes prolongeant les dites lo âmes. Ce moule comprend, en outre, le long de chacun des côtés transversaux de la nervure 5, une cale transversale 7, 8 incurvée, de butée latérale de chacune des traverses périphériques T du panneau Pr. De plus, ce moule 1 comprend deux cales longitudinales ls positionnées de façon à s'étendre chacune entre un des tronçons d'extrémité des deux cales transversales 7, 8. Selon le principe de l'invention, chacune de ces cales longitudinales est en fait constituée de deux cales longitudinales superposées 9, 10 conçues pour former une cale pouvant notamment être glissée 20 latéralement sous l'aile externe d'un des longerons périmétriques L1 de la préforme Pr, et être retirée après polymérisation malgré la contre-dépouille que forme cette aile externe. A cet effet, ces deux cales inférieure 10 et supérieure 9 présentent des sections sensiblement trapézoïdales complémentaires, de façon 25 à former, une fois superposées, une cale dotée de faces supérieure et inférieure sensiblement parallèles. De plus, leurs faces de jonction sont inclinées par rapport aux faces supérieure et inférieure de façon à permettre de retirer la cale supérieure 9 sans exercer de contrainte sur la préforme polymérisée. 30 Le moule 1 comprend, par, ailleurs, une cale verrou longitudinale 11, de forme adaptée pour être positionnée entre chaque cale longitudinale 9-10 et le côté longitudinal correspondant de la nervure 5. L'outillage selon l'invention comprend également, pour chaque maille tridimensionnelle 11-115, une pièce monobloc de remplissage du volume de cette maille, démontable en une pluralité d'éléments de base conçus pour pouvoir : - être assemblés « in situ » en vue du montage de cette pièce monobloc préalablement à l'opération de moulage, s - être désassemblés, après moulage, en vue de permettre le retrait de la pièce monobloc malgré les contre-dépouilles que forment les ailes polymérisées des traverses T et longerons L. Les figures 4a à 4c représentent, à titre d'exemple, les divers éléments constitutifs de la pièce monobloc adaptée pour se loger dans la io maille 11 de la préforme Pr. Ces éléments comportent, en premier lieu, une première série de huit cales adaptées pour reposer sur la peau P par leur face inférieure et pour former le palier inférieur Cinf1 d'une paroi de doublage des âmes des profilés L, T, délimitant un volume central libre 28 présentant la forme d'un tronc ls de pyramide de section décroissante en direction du moule 1. Ces huit cales consistent en quatre cales d'angle 12-15 adaptées pour être disposées dans chaque angle de la maille tridimensionnelle, et le long de chacune des quatre âmes des profilés T, L, une cale 16-19 en forme de coin adaptée pour assujettir les cales d'angle 12-15. 20 Les éléments de la pièce monobloc comportent également une seconde série de huit cales 20-27 adaptées pour reposer chacune sur la face supérieure, telle que 12a, 17a, 18a, de l'une des cales 12-19 de la première série par leur face inférieure telle que 20b, 26b, et pour former le palier supérieur Csup1 de la paroi de doublage des âmes des profilés L, T. 25 Ces huit cales 20-27 comportent, en outre, une face supérieure plane telle que 20a, 22a, de support de l'aile du profilé adjacent, les dites faces supérieures étant bordées d'une nervure périphérique interne 47. Comme les précédentes, ces huit cales 20-27 délimitent un volume central libre 29, ce dernier étant divisé en deux tronçons superposés 30 séparés par un épaulement radial 29c : - un tronçon inférieur 29a s'étendant dans la continuité du volume central 28 du palier inférieur Cinf, - et un tronçon supérieur 29b de forme parallélépipédique rectangle de dimensions supérieures à celles du tronçon inférieur 29a, bordé 35 sur son pourtour par la nervure 47. De même que précédemment, ces huit cales 20-27 consistent en quatre cales d'angle 20-23 adaptées pour être disposées dans chaque angle de la maille tridimensionnelle, e1 le long de chacune des quatre âmes des profilés T, L, une cale 24-27 en forme de coin adaptée pour assujettir s les cales d'angle 20-24. Tel que représenté aux figures 4a à 4c, chaque paire de cales inférieures 12-19 et supérieures 20-27 présente des faces de jonction respectivement supérieures telles que 12a, 17a, 18a, et inférieures telles que 20b, 26b, de dépouille par rapport aux portions équivalentes de la surface io supérieure de la maille tridimensionnelle. Ainsi, chaque cale supérieure 20-27 peut être retirée après polymérisation malgré la contre-dépouille que forment les ailes des profilés L, T, les cales inférieures 12-19 pouvant par la suite être également retirées sans aucun problème. ls La pièce monobloc comporte enfin une pièce de blocage 40 comprenant, d'un seul tenant : - un bloc inférieur 41 présentant la forme générale d'un tronc de pyramide adapté pour s'insérer dans le volume central en forme de tronc de pyramide 28, 29a de la maille tridimensionnelle et pour assurer un 20 blocage relatif de la dite pièce de blocage et des cales 12-19, 20-27, - un bloc supérieur ou chapeau Ch1 constitué de deux tronçons superposés de formes parallélépipédique rectangle : ^un tronçon inférieur 48 adapté pour se loger dans le tronçon supérieur 29b du volume central 29 délimité par les cales 20-27, 25 ^et un tronçon supérieur 49 adapté pour reposer sur la nervure 47 et s'étendre dans le prolongement supérieur des faces supérieures des cales 20-27. En dernier lieu, le chapeau Ch1 présente une face supérieure dans laquelle est ménagé un logement d'indexation 39 de forme 30 générale ovoïde. Les autres mailles 12-115 sont associées à des pièces monoblocs de même conception que celle ci-dessus décrite, de sorte que la face supérieure du moule 1 équipée de telles pièces monoblocs se présente, tel que représenté à la figure 1, sous la forme d'une pluralité de chapeaux tels que 35 Ch7, Ch13 formant des saillies par rapport aux ailes des profilés L, T. En dernier lieu, l'outillage comporte un contre-moule 50 de fermeture du moule 1, doté d'une semelle supérieure 51, de fermeture des mailles tridimensionnelles de la préforme Pr, sur laquelle s'étendent des chandelles telles que 52 de positionnement du dit contre-moule 50 sur un plateau de presse. Cette semelle supérieure 51 comporte une face inférieure complémentaire de la face supérieure du moule 1 équipé des pièces monoblocs, ceinturée par une bordure 53 adaptée pour se loger dans la feuillure 6 du moule 1. io A cet effet, cette face inférieure comporte des bandes de surface planes 54, 55, 56, 57 de formes et dispositions identiques à celles des faces supérieures des profilés T, L, adaptées pour se positionner sur ces dernières, entre lesquelles sont ménagés des évidements tels que Lg3, Lg8, Lg14 adaptés pour loger chacun le tronçon supérieur 49 d'un chapeau Chi, 15 Ch13..., et dans chacun desquels fait saillie un organe de centrage 58 de forme adaptée pour se loger dans le logement d'indexation 39 du chapeau en vis-à-vis. En dernier lieu, le moule 1 et le contre-moule 50 sont réalisés en un matériau tel que de l'« Invar ®» présentant au moins 20 sensiblement le même coefficient de dilatation que la structure fibreuse de la préforme Pr. Les cales 12-19 et 20-27 et les pièces de blocage Co1-Ch1...sont quant à elles réalisées en un matériau tel que de l'aluminium, et sont calculées de façon que chaque pièce monobloc présente un coefficient de 25 dilatation adapté pour obtenir un compactage prédéterminé de la peau et des profilés, pour une température prédéterminée correspondant à la température de polymérisation de la matrice. L'outillage selon l'invention est donc conçu pour réaliser une pièce en matériau composite par enrobage d'une préforme souple, c'est-à- 30 dire une préforme n'ayant pas subi de compactage préalable à l'opération de moulage. Ce compactage, est en effet, réalisé selon l'invention grâce à la conception de pièces monoblocs à dilatation contrôlée parfaitement indexées par rapport à un référentiel fixe. 35 REVENDICATIONS1/ Outillage de moulage pour la réalisation d'une pièce en matériau composite par enrobage, au moyen d'une matrice, d'une préforme souple (Pr) composée d'une peau (P) à structure fibreuse et, solidarisées sur la s dite peau, de préformes souples profilées (L, T) à structure fibreuse, dites profilés, comportant chacune une âme, disposées de façon que les dites âmes délimitent, au dessus de la peau, une pluralité de mailles tridimensionnelles (11-115) de formes polyédriques, le dit outillage de moulage étant caractérisé en ce qu'il comprend : lo - un moule (1) doté d'une semelle (2), dite semelle inférieure, adaptée pour supporter la peau (P) de la préforme(Pr), et d'une ceinture périphérique (5) délimitant un volume adapté pour loger la dite préforme, - pour chaque maille tridimensionnelle (11-115) délimitée ls par des profilés (L, T), une pièce monobloc de remplissage du volume de la dite maille, formée par l'assemblage : ^d'une pluralité de cales (12-27) adaptées pour être imbriquées et former une paroi de doublage des âmes des profilés (L, T), délimitant un volume central libre (28, 29) à l'intérieur de la maille 20 tridimensionnelle (11-115), ^d'une pièce de blocage (40) adaptée pour s'insérer dans le volume central libre (28, 29) de la maille tridimensionnelle (11-115) et pour assurer un blocage relatif de la dite pièce de blocage et des cales (12-27), - et un contre-moule (50) doté d'une semelle (51), dite 25 semelle supérieure, de fermeture du moule (1), - le moule (1) et le contre-moule (50) étant réalisés en un matériau présentant au moins sensiblement le même coefficient de dilatation que la structure fibreuse de la préforme (Pr), - et les cales (12-27) et les pièces de blocage (40) étant 30 réalisées en un matériau conçu pour réaliser une pièce monobloc présentant un coefficient de dilatation adapté pour obtenir un compactage prédéterminé de la peau (P) et des profilés, (L, T) pour une température prédéterminée correspondant à la température de polymérisation de la matrice. 2/ Outillage de moulage selon la revendication 1 35 caractérisé en ce que les cales (12-27) de chaque maille tridimensionnelle (11-Il 115) comprennent des cales d'angle (12-15, 20-23) adaptées pour être disposées dans chaque angle de la dite maille tridimensionnelle, et des cales en forme de coin (16-19, 24-27) adaptées pour assujettir les cales d'angle. 3/ Outillage de moulage selon l'une des revendications 1 s ou 2 caractérisé en ce que les cales (12-27) de chaque maille tridimensionnelle (11-115) délimitent un volume central (28' 29) présentant la forme générale d'un tronc de pyramide de section décroissante en direction de la semelle supérieure (2) du moule (1), la pièce de blocage (40) consistant en une pièce en forme de coin conjuguée de celle du dit volume central. io 4/ Outillage de moulage selon l'une des revendications 1 à 3 pour la réalisation d'une pièce en matériau composite comportant des profilés (L, T) dotés d'une semelle dans le prolongement de l'âme, caractérisé en ce que les cales (12-27) et les pièces de blocage (40) des mailles tridimensionnelles (11-115) sont adaptées pour délimiter des faces planes de ls support des dites semelles, le contre-moule (50) comportant une semelle supérieure (51) adaptée pour plaquer les dites semelles sur les dites faces planes de support. 5/ Outillage de moulage selon la revendication 4 caractérisé en ce que la pièce de blocage (40) de chaque maille 20 tridimensionnelle (11-115) présente une hauteur adaptée pour former une extension (Ch1-Ch15) dans le prolongement du volume central (28, 29) correspondant, le contre-moule (50) présentant, pour chacune des dites mailles tridimensionnelles, un évidement (Lg1-Lg15) de forme adaptée pour loger la dite extension de la pièce de blocage. 25 6/ Outillage de moulage selon l'une des revendications 4 ou 5 pour la réalisation d'une pièce en matériau composite comportant au moins un profilé périphérique (L1) doté d'une semelle dans le prolongement de l'âme, caractérisé en ce que le moule (1) intègre, pour chacun des dits profilés périphériques avec semelle, une cale amovible (9, 10) de butée latérale du dit 30 profilé. 7/ Outillage de moulage selon l'une des revendications 4 à 6 dont le moule (1) présente une semelle supérieure (2) incurvée pour la réalisation d'une pièce en matériau composite comportant une paroi incurvée, caractérisé en ce que chaque cale est constituée de deux cales superposées :- une cale (12-19), dite cale inférieure, dotée d'une face inférieure incurvée de forme conjuguée de la semelle supérieure (2) du moule (1), - une cale (12-19, 20-27), dite cale supérieure, dotée s d'une face supérieure plane (20a, 22a) de support d'une semelle, - chaque paire de cales inférieure (12-19) et supérieure (20-27) présentant des faces de jonction (12a, 17a, 18a, 20b, 26b) de dépouille par rapport aux portions équivalentes de la surface supérieure de la maille tridimensionnelle (11-115). io 8/ Outillage de moulage selon la revendication 7 caractérisé en ce que les cales inférieures (12-19) de chaque maille tridimensionnelle (11-115) définissent une face supérieure (12a, 17a, 18a) de forme générale concave, les cales supérieures définissant une face inférieure (20b, 26b) de forme générale convexe conjuguée de la dite face supérieure ls concave. 9/ Outillage de moulage selon la revendication 6 et l'une des revendications 7 ou 8 prises ensemble pour la réalisation d'une pièce en matériau composite comportant au moins un profilé périphérique doté d'une semelle, sécant par rapport au plan de courbure, caractérisé en ce que la cale 20 amovible de butée latérale du dit profilé est constituée de deux cales superposées, inférieure (10) et supérieure (9).