Brevet FR3008917A1 — publié le 20150130

Domaine de l'invention La présente invention se rapport à un outil pour fabri- quer des pièces en des matières composites de fibres notamment de fibres de carbone et de résine composé d'une matrice et un poinçon, entre lesquels est fermée une cavité qui représente la forme de la pièce à réaliser. En d'autres termes, l'invention se rapporte à un procédé amélioré de fabrication de pièces en matières composites de fibres. Ces pièces sont en règle générale formées de fibres de carbone et d'une ré- sine thermodurcissable. Mais l'invention s'applique également à d'autres matières composites avec d'autres fibres et/ou d'autres résines. Pour faciliter la description de l'invention, il sera fait référence à la terminologie suivante : Une platine est une pièce découpée, par exemple une pièce en tôle, une pièce en matière plastique, une plaque ou un panneau découpé. A partir de cette platine on fabrique alors la pièce proprement dite par le procédé de transformation. L'expression platine représente un avant-produit ou ébauche de produits qui sont fabriqués à partir d'un produit semi-fini en forme de plaque en matière plastique ou en métal. Etat de la technique Dans le domaine de la technique de transformation, il est connu selon le document DE 101 20 880 A 1 de serrer une platine de positionnement dans les régions du bord, au cours de l'opération de transformation et de réaliser dans l'étape suivant par transformation, les cavités dans la platine pour pouvoir mieux positionner la platine en cours d'une opération de découpe ultérieure. Selon le document DE 102 52 150 A 1 il est connu de contrôler la position de pièces à l'aide d'un capteur travaillant sans contact. Selon le document DE 10 2006 035 151 Al il est connu de bloquer la position les pièces séparées d'une construction soudée, avant de les souder en utilisant des broches de positionnement. L'expression « ébauche » désigne dans le présent contexte de l'invention, une structure ou un avant-produit qui contient les fibres de la future pièce composite de fibres, avant la réunion des fibres et de la résine. Cette ébauche peut être découpée par exemple dans un non- tissé ou dans un tissé. Il est également possible de réaliser une telle ébauche en plaçant sur un non-tissé très mince (et qui ne peut être que faiblement sollicité) des fibres résistantes et de bloquer avec des points de couture grossiers. Les fibres recevront alors dans la future pièce, les contraintes de traction ; ces fibres sont fixées au non-tissé pour que leur tracé corresponde au mieux aux contraintes qui seront appliquées ultérieurement. On peut également envisager des combinaisons de tels produits de départ. C'est ainsi que par exemple on peut appliquer sur le tissu de fibres de carbone, des cordons de fibres, séparés pour renforcer de manière complémentaire et réaliser une résistance anisotrope à la traction de l'ébauche et de la future pièce qui sera réalisée. Une difficulté dans la réalisation de pièces composites de fibres est que l'ébauche souvent ne se positionne que difficilement dans la matrice de l'outil de formage. Une autre difficulté est que pendant l'opération de fabri- cation, l'ébauche n'est pas positionnée de manière définie et reproductible. Il en résulte alors que la fabrication de la pièce composite de fibres ne sera pas optimale et/ou non sécurisée. En particulier, on peut rencontrer des difficultés lorsqu'on introduit la résine dans la cavité de l'outil dans laquelle se trouve l'ébauche. But de l'invention L'invention a pour but de développer un outil, une ébauche et un procédé de fabrication de pièce en matière composite de fibres permettant de remédier aux inconvénients des solutions connues. Exposé et avantages de l'invention A cet effet, l'invention a pour objet un outil de fabrication de pièces en matière composite de fibres comprenant une matrice et un poinçon avec une cavité formée entre la matrice et le poinçon, cavité qui représente la forme de la pièce à réaliser, cet outil étant caractérisé en ce qu'il comporte au moins un moyen de positionnement d'une ébauche de pièce. Cela signifie qu'il est possible de positionner exactement l'ébauche dans ou sur l'outil de façon que même au cours du procédé de fabrication proprement dit, l'ébauche reste en place. Cela permet d'arriver à des coefficients de rebus réduits et notamment cela permet de fabriquer pour la première fois de telles pièces en série. L'outil selon l'invention permet ainsi pour la première fois de réaliser certaines pièces compliquées en matière composite de fibres, d'une manière garantie et avec une qualité reproductible. Selon un développement avantageux de l'invention, les moyens de positionnement se composent de plusieurs goujons ou broches accrochés dans la matrice ou au poinçon de l'outil. Les moyens de positionnement peuvent également com- as porter une ou plusieurs cavités réalisées également dans la matrice et/ou dans le poinçon. Ces deux modes de réalisation des moyens de position- nement sont simples à réaliser pour le constructeur de l'outil. Ces moyens peuvent, le cas échéant être remplacés ou modifiés et ils ne gé- 20 nèrent pas de coûts supplémentaires d'outillage. L'outil selon l'invention convient tout particulièrement pour la fabrication de pièces en matière composite de fibres, notamment de fibres de carbone et de résine. L'invention a également pour objet une ébauche pour la 25 fabrication d'une pièce en matière composite de fibres caractérisée en ce que l'ébauche porte un moyen pour être fixée à un outil. Ces moyens peuvent être des pattes ou une cuvette imprimée. La patte qui comporte en son milieu un orifice permet de 30 la mettre sur un goujon de l'outil et de fixer ainsi l'ébauche à cet endroit. L'ébauche est de préférence fabriquée en une nappe de fibres, un non-tissé, un tissé ou du feutre et les moyens de fixation sont des pattes ou des boucles. De façon générale, on réalise les pattes ou les bossages dans la même matière et le même matériau que l'ébauche. Il est néanmoins possible de réaliser des moyens de fixation en une autre matière ou matériau avec d'autres épaisseurs ou d'autres qualités de matière pour avoir des propriétés spécifiques pour les pattes qui diffèrent de celles de l'ébauche. L'invention a également pour objet un procédé de fabrica- tion d'une pièce à partir d'une ébauche, consistant à placer une ébauche dans une cavité d'un moule, fixer l'ébauche à l'outil et fermer le moule. Comme l'ébauche est fixée ou a été fixée déjà, selon l'invention, à la matrice ou au poinçon de l'outil avant le procédé de fabrication proprement dit qui se fait après la fermeture de l'outil, le procédé de fabrication sera garanti avec les mouvements relatifs maximums limités, définis entre d'une part l'ébauche et d'autre part l'outil. On augmente ainsi la sécurité du procédé et on améliore la qualité des pièces. Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'exemples de réalisation d'une ébauche et de l'outil selon l'invention pour la mise en oeuvre du procédé, représentés dans les dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 montre un premier exemple de réalisation d'une ébauche selon l'invention, - la figure 2 montre un second exemple de réalisation d'une ébauche selon l'invention, - la figure 3 montre un exemple de réalisation d'une platine selon l'invention, - la figure 4 montre un outil selon l'invention en position ouverte dans lequel est placée une ébauche, - la figure 5 est une coupe suivant la ligne A-A de la figure 4, et - la figure 6 est une coupe selon la ligne B-B de la figure 4.35 Description de modes de réalisation de l'invention Les figures 1 et 2 montre deux exemples de réalisation d'une ébauche selon l'invention servant de produit de départ pour réaliser des pièces en des matières composites, ces exemples étant schéma- tisés en vue de dessus. Selon le premier exemple, l'ébauche 1 proprement dite est constituée par un tissu rectangulaire 3, tissé avec des fibres qui transmettront ultérieurement les efforts. Il peut s'agir par exemple de fibres de carbone, de fibres de verre ou autres fibres. Il est également possible d'utiliser à la place du tissu 3, un non-tissé ou un produit analogue pour la fabrication de l'ébauche 1. Le choix et la nature des fibres avec lesquelles on confectionne l'ébauche (tissu, non tissé, feutre) se répercutent de manière importante sur les efforts agissant ultérieurement sur la pièce terminée. Selon l'invention, le tissu 3 comporte quatre boucles ou pattes 5. Les boucles 5 sont engagées lors de la mise en place de l'ébauche 1 dans l'outil, sur des goujons de positionnement appropriés de l'outil de façon à tenir ou fixer ainsi l'ébauche 1, c'est-à-dire le tissu 3 d'une manière précise et sans équivoque. Cela sera décrit de manière détaillée à l'aide des figures 4 à 6. Il est important dans tous les cas que l'ébauche 1 selon l'invention comporte au moins un moyen pour être fixé dans un outil. Dans l'exemple représenté, on a plusieurs boucles 5 ou pattes. La figure 2 montre un autre exemple de réalisation d'une ébauche 1 selon l'invention. Dans cet exemple, on utilise un non-tissé 5 dont le bord est indiqué par un trait interrompu et qui constitue en quelque sorte une couche de support. Sur le non-tissé 7 on place alors des faisceaux de fibres 9 et pour améliorer la fixation on les coud avec une couture grossière au non-tissé 7. Selon la figure 2, les faisceaux de fibres 9 forment deux boucles 5 en des endroits pratiquement opposés. A l'intérieur des boucles 5, il y a un passage 11 dans le non-tissé pour que cette ébauche ainsi composée du non-tissé 7 et des faisceaux de fibres 9 puisse être engagée sur deux goujons d'un outil non représenté pour être ainsi positionnée ou fixée. Du fait de la multiplicité des possibilités d'utilisation et des options de fabrication de pièces en matières composites de fibres, les deux exemples de réalisation présentés ci-dessus doivent être considérés seulement comme des exemples. L'application de l'invention con- sistant à fixer l'ébauche 1 à l'aide, par exemple, de boucles ou de pattes dans l'outil est sans limite. La figure 3 montre un exemple de réalisation très simple d'une platine selon l'invention qui est constituée par une pièce en tôle découpée. Cette pièce est vue de dessus et de côté. Dans la partie gauche de la platine 13 on a deux coupelles 15 qui constituent un mode de réalisation des moyens de fixation de l'invention. L'extrémité droite de la platine 13 comporte une patte 17 avec un passage 19. On imagine facilement qu'à l'aide des coupelles 15 ou du passage 19, on pourra fixer la platine 13 selon l'invention d'une manière définie et de façon bloquée en position dans un outil approprié. Il est également possible de réaliser un passage 19 sous la forme d'un trou oblong pour qu'il limite le mouvement relatif entre la platine 13 et l'outil (l'outil n'est pas représenté). Cela constitue une caractéristique importante de l'invention car cela permet d'influencer le procédé de transformation proprement dit de façon sure et reproductible en l'influençant ponctuellement. La figure 4 est une vue de dessus d'une matrice 21 d'un outil encore appelé outil-moule selon l'invention. La matrice 21 comporte un goujon 23 ou broche 23 pour recevoir les pattes 5 de l'ébauche 1 de la figure 1. L'ébauche 1 est représentée avec son tissu 3 et ses quatre pattes 5 à la figure 4. Cette situation est présentée en vue en coupe selon la ligne A-A à la figure 5 et à la figure 6 par une coupe selon la ligne B-B. Ces coupes combinées à la vue de dessus à la figure 4 montrent que l'ébauche 1 est fixée, c'est-à-dire qu'elle est bloquée d'une manière non définie et fixe dans la matrice 21. L'ébauche prend également cette posi- tion lorsque l'outil est fermé en ce qu'un poinçon non représenté, descend par le dessus dans la matrice 21. Ainsi l'ébauche 1 reste précisément dans la position représentée lorsque l'outil est fermé. En conclusion on constate que l'outil selon l'invention et l'ébauche ainsi que le procédé de l'invention permettent une fabrication garantie et de qualité même pour des pièces compliquées, que cela se fasse par transformation ou emboutissage profond ou mise en forme de pièces composites de fibres. 10 NOMENCLATURE DES ELEMENTS PRINCIPAUX 1 Ebauche 3 Tissu 5 Patte 7 Non tissé 9 Faisceau de fibres 13 Platine 15 Coupelle 17 Patte 19 Passage 21 Matrice 23 Broche, goujon15 REVENDICATIONS1°) Outil pour fabriquer des pièces en des matières composites de fibres notamment de fibres de carbone et de résine comprenant une matrice (21) et un poinçon, formant une cavité entre la matrice (21) et le poin- s çon qui représentent la forme de la pièce à réaliser, outil caractérisé en ce qu' il comprend des moyens pour positionner une ébauche (1). 2°) Outil selon la revendication 1, 10 caractérisé en ce que les moyens pour positionner comprennent un ou plusieurs goujons (23) accrochés dans la matrice (21) ou dans le poinçon. 3°) Outil selon la revendication 1, 15 caractérisé en ce que les moyens de positionnement comprennent une ou plusieurs cavités dans la matrice (21) et/ou dans le poinçon. 4°) Ebauche pour fabriquer une pièce en une matière composite de 20 fibres, caractérisée en ce que l'ébauche (1) comporte des moyens pour être fixée dans un outil. 5°) Ebauche selon la revendication 4, 25 caractérisée en ce que l'ébauche (1) est constituée par une nappe de fibres, un non-tissé, un tissé ou un feutre. 6°) Ebauche selon les revendications 4 et 5, 30 caractérisée en ce que les moyens de fixation sont réalisés sous la forme de pattes (5, 17) et/ou de coupelles (15). 7°) Ebauche selon les revendications 4 à 6, 35 caractérisée en ceque les moyens de fixation sont réalisés dans la même matière que la platine (13) et/ou l'ébauche (1). 8°) Procédé de fabrication d'une pièce à partir d'une ébauche (1) com- prenant les étapes de procédé suivantes consistant à : - placer une ébauche (1) selon l'une des revendications 4 à 7 dans une cavité d'un outil, - fixer l'ébauche (1) à l'outil, et - fermer l'outil. 9°) Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que pour l'outil fermé, l'ébauche (1) se trouve dans une cavité de l'outil. 10°) Procédé selon les revendications 8 ou 9, caractérisé en ce que lorsque l'outil est fermé, on imprègne l'ébauche (1) avec de la résine pour remplir complètement la cavité avec la résine.20