Brevet FR2962679A1 — publié le 20120120

La présente invention a pour objet un procédé de fabrication d'une âme de bielle en matériau composite, ainsi que l'âme de bielle obtenue. L'utilisation de matériaux composites pour la fabrication de bielle est essentiellement dictée par le besoin d'un gain de poids, en sorte qu'elle intéresse particulièrement l'industrie aéronautique. On connaît déjà beaucoup de bielles réalisées en matériaux composites, elles comportent de manière générale une âme interposée entre des éléments comprenant un oeilleton permettant une liaison articulée. L'assujettissement de ces éléments peut être réalisé de différentes manières, que ce soit par vissage comme dans le document FR 2 895 041, par blocage par insertion en force à l'intérieur d'une sangle comme dans le document DE 103 25 190, ou bien encore par maintien dans un enroulement comme dans le document WO 2009/138660. Il a été constaté que, pour la plupart, les bielles existantes présentent une résistance bien supérieure à celle requise par le cahier des charges. Cette résistance résulte principalement de la conception de l'âme, laquelle constitue également la partie la plus lourde de la bielle. La présente invention a pour but de proposer un procédé de fabrication d'une âme de bielle en matériau composite, permettant de répondre au cahier des charges en ce qui concerne la résistance de la bielle obtenue, tout en réduisant considérablement le poids de cette dernière. Le procédé de fabrication d'une âme de bielle en matériau composite selon l'invention, se caractérise essentiellement en ce qu'il consiste à réaliser les étapes suivantes : - fabriquer en des dimensions choisies trois barreaux de matériau composite, comprenant des fibres de renforts noyées dans une matrice thermodurcissable ou thermoplastique, - fabriquer en des dimensions choisies, deux barreaux en mousse, - assembler et coller lesdits barreaux de manière que les trois barreaux de matériau composite forment une structure de section transversale en H, et que lesdits barreaux en mousse s'insèrent dans les espaces délimités par lesdits barreaux de matériau composite, en sorte d'obtenir un bloc composite, - lacer ledit bloc composite par enroulement de fils de renfort, puis enduire de résine et mettre sous pression jusqu'à polymérisation. Selon une caractéristique additionnelle du procédé selon l'invention, les barreaux de matériau composite sont réalisés par drapage de plis de tissu carbone pré imprégné, puis polymérisation par cuisson sous pression. Selon une autre caractéristique additionnelle du procédé selon l'invention, les plis de tissu carbone pré imprégné sont orientés en sorte que les fibres de renfort soient parallèles ou sensiblement parallèles à l'axe du barreau, lequel est destiné à être parallèle à l'axe principal de l'âme qui est aussi celui de la bielle. Selon une autre caractéristique additionnelle du procédé selon l'invention, après leur fabrication, la longueur et ou la largeur des barreaux est rectifiée par une opération d'usinage. Selon une autre caractéristique additionnelle du procédé selon l'invention, les barreaux de mousse sont fabriqués par des opérations d'usinage de blocs de mousse. Selon une autre caractéristique additionnelle du procédé selon l'invention, l'assemblage des barreaux entre eux est 25 réalisé par collage à froid sous pression. Selon une autre caractéristique additionnelle du procédé selon l'invention, le laçage consiste à enrouler un ou plusieurs fils de renfort en tournant autour du bloc composite, tout en réalisant un déplacement dans le sens axial. 30 La présente invention a également pour objet une âme de bielle en matériau composite qui se caractérise en ce qu'elle est obtenue par le procédé tel que défini précédemment. Les avantages et les caractéristiques du procédé selon l'invention, ressortiront plus clairement de la description qui 35 suit et qui se rapporte au dessin annexé, lequel en représente un mode de réalisation non limitatif. Dans le dessin annexé : - la figure 1 représente une vue schématique en coupe d'une étape du procédé de fabrication d'une âme de bielle en matériau composite. - les figures 2a et 2b représentent des vues schématiques en perspective en et en éclaté de deux autres étapes du même procédé. - la figure 3 représente une vue schématique en coupe d'une autre étape du même procédé. - la figure 4 représente une vue schématique en coupe transversale du produit obtenu après la phase du procédé illustrée sur la figure 3. - la figure 5 représente une vue schématique en perspective d'une étape suivante du procédé selon l'invention. - la figure 6 représente une vue schématique en coupe transversale d'une âme de bielle obtenue par le même procédé. En référence à la figure 1, on peut voir un dispositif de moule 1 équipé d'un piston 10, destiné à permettre la fabrication de barreaux en matériau composite, constitués d'une superposition de plis 2 de tissu de fibres de renfort, du carbone, pré-imprégnés de résine, non limitativement phénolique ou époxy par exemple. Les plis 2 sont arrangés, en sorte que les fibres soient orientées préférentiellement dans une direction parallèle ou sensiblement parallèle à l'axe longitudinal du barreau à fabriquer, lequel correspond à l'axe longitudinal de la bielle à fabriquer. Après arrangement des plis 2 dans la cavité 11 du moule 1, on réalise la polymérisation de l'arrangement de plis 2 par une opération de cuisson sous une pression P exercée par le piston 10. Cette première étape du procédé selon l'invention permet de fabriquer des barreaux de matériau composite de forme parallélépipédique rectangle dont trois sont représentés sur la figure 2a, à savoir deux barreaux 3 identiques, et un barreau 4 de même longueur que les barreaux 3 mais, non limitativement, de largeur et d'épaisseur différentes. Après démoulage, les barreaux 3 et 4 sont calibrés par une opération d'usinage. Les barreaux 3 et 4 sont destinés à être assemblés, les deux barreaux 3 étant positionnés parallèlement l'un à l'autre, tandis que le barreau 4 est intercalé entre ceux-ci, en sorte de former une structure 5 de section transversale en forme de H, comme cela est visible sur la figure 2b. Parallèlement à la fabrication des barreaux 3 et 4, le procédé selon l'invention comprend une phase de fabrication de barreaux 6 en mousse, obtenus par usinage d'un bloc de mousse, afin de leur donner des dimensions choisies, à savoir une longueur égale à celle des barreaux 3 et 4, et des dimensions transversales correspondant à celles de chacun des espaces 50 ménagés dans la structure 5, entre les barreaux 3 et 4. Le matériau utilisé consiste, de préférence mais non limitativement, en une mousse polyuréthane rigide à cellules fermées. Chacun des barreaux en mousse 6 est destiné à être placé dans un espace 50. L'assemblage des barreaux 3, 4 et 6 est associé à une opération de collage au moyen d'une colle polymérisante à la température ambiante sous pression, par exemple, non limitativement, une colle epoxy structurale bi- composants. Le collage est donc effectué à froid dans un outillage identique à celui utilisé pour la fabrication des barreaux 3 et 4, à savoir un moule 1 et un piston 10 comme cela est représenté sur la figure 3. Ainsi, on place dans la cavité 11 du moule 1, un barreau 3, puis les deux barreaux en mousse 6 et le barreau 4, puis le second barreau 3, et enfin on ferme la cavité 11 au moyen du piston 10, et on exerce une pression P'. Après polymérisation, on démoule et on obtient un bloc 7, tel que représenté sur la figure 4, de forme parallélépipédique rectangle, comprenant intérieurement la structure 5 de section transversale en forme de H, constituée des barreaux 4 et 3, complétée par les barreaux de mousse 6. Le procédé de fabrication d'une âme de bielle selon l'invention se poursuit par une opération de laçage, illustrée à 5 la figure 5. Cette opération de laçage consiste à enrouler autour du bloc 7, des fils de renfort, du carbone par exemple, tout le long de ce bloc 7. En l'occurrence on utilise une machine 8 qui comporte 10 d'une part un mandrin 80 auquel le bloc 7 est assujetti par l'une de ses extrémités, et d'autre part une bobine 81 de fils 82, associée à des moyens de guidage 83. En associant la rotation du bloc 7 autour de son axe longitudinal, avec son déplacement relatif par rapport aux 15 moyens de guidage 83 selon le même axe, on obtient l'enroulement des fils 82. Après enroulement, on applique sur le bloc 7 lacé une résine, et on met sous pression, dans un outil 1 par exemple. Après polymérisation on ajuste la longueur du bloc par usinage, 20 afin d'obtenir une âme 9 de bielle, telle que représentée sur la figure 6, à savoir comprenant une structure 5 de section transversale en forme de H, constituée des barreaux 4 et 3, complétée par les barreaux de mousse 6, et une enveloppe externe 90 faite d'un laçage en fils de renfort. 25 REVENDICATIONS1) Procédé de fabrication d'une âme (9) de bielle en matériau composite, caractérisé en ce qu'il consiste à réaliser les étapes suivantes : - fabriquer en des dimensions choisies trois barreaux (3, 4) de matériau composite, comprenant des fibres de renforts noyées dans une matrice thermodurcissable ou thermoplastique, - fabriquer en des dimensions choisies, deux barreaux (6) en mousse, - assembler et coller lesdits barreaux de manière que les trois barreaux (3, 4) de matériau composite forment une structure (5) de section transversale en H, et que lesdits barreaux en mousse (6) s'insèrent dans les espaces (50) délimités par lesdits barreaux (3, 4) de matériau composite, en sorte d'obtenir un bloc composite (7), - lacer ledit bloc composite (7) par enroulement de fils de renfort (82), puis enduire de résine et mettre sous pression jusqu'à polymérisation. 2) Procédé de fabrication selon la revendication 1, caractérisé en ce que les barreaux (3, 4) de matériau composite sont réalisés par drapage de plis de tissu carbone pré imprégné, puis polymérisation par cuisson sous pression. 3) Procédé de fabrication selon la revendication 2, caractérisé en ce que les plis de tissu carbone pré imprégné sont orientés en sorte que les fibres de renfort soient parallèles ou sensiblement parallèles à l'axe du barreau (3, 4), lequel est destiné à être parallèle à l'axe principal de l'âme (9) 4) Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que après leur fabrication, la longueur et/ou la largeur des barreaux (3, 4) est rectifiée par une opération d'usinage. 5) Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les barreaux de mousse (6) sont fabriqués par des opérations d'usinage de blocs de mousse. 6) Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'assemblage des barreaux (3, 4, 6) entre eux est réalisé par collage à froid sous pression. 7) Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le laçage consiste à enrouler un ou plusieurs fils de renfort (82) en tournant autour du bloc composite (7), tout en réalisant un déplacement relatif dans le sens axial. 8) Ame de bielle en matériau composite (9), caractérisée 15 en ce qu'elle est obtenue par le procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications 1 à 7.