Brevet FR3017321A1 — publié le 20150814

Arrière-plan de l'invention La présente invention se rapporte au domaine général de la réalisation par un procédé de moulage par injection de résine liquide RTM 5 (pour « Resin Transfert Molding ») de pièces en matériau composite ayant une partie fermée en forme de caisson. Un exemple d'application est celui de la fabrication des plateformes d'aubes de soufflante en matériau composite pour soufflante de turbomachine aéronautique. 10 Les plateformes d'aube de soufflante de turbomachine, notamment de turboréacteur, sont disposées entre les aubes de la soufflante dans le prolongement du cône d'entrée de celle-ci. Elles permettent notamment de délimiter, du côté intérieur, la veine annulaire d'entrée d'air dans la soufflante, cette veine étant délimitée du côté 15 extérieur par un carter. On connaît du document WO 2013/160584 un procédé de réalisation d'une ébauche fibreuse tissée en une seule pièce par tissage tridimensionnel (3D) pour la fabrication d'une plateforme d'aube de soufflante munie d'un caisson fermé sous la base de la plateforme servant 20 à délimiter, du côté intérieur, la veine annulaire d'entrée d'air dans la soufflante. La présence d'un caisson fermé permet ainsi de renforcer la résistance mécanique de la plateforme d'aube. Une fois réalisée, une telle ébauche fibreuse est mise en forme pour obtenir une préforme fibreuse. La préforme fibreuse est alors 25 positionnée dans la cavité d'un moule d'injection avec un noyau (ou mandrin) placé à l'intérieur du caisson fermé de la préforme. Une résine époxy vient remplir la cavité du moule d'injection de façon à imprégner la préforme. La résine est polymérisée puis, à la fin de l'injection de la résine, la température du moule est abaissée pour démouler la pièce. 30 De manière générale, l'étape de démoulage de la pièce est importante et délicate à réaliser puisqu'il faut prévoir dans la conception de l'outillage d'injection des moyens facilitant le démoulage de la pièce qui soient adaptés à la géométrie de celle-ci. Dans le cas de l'application à la fabrication d'une plateforme d'aube de soufflante, la difficulté principale 35 du démoulage de la pièce obtenue réside dans l'extraction du noyau qui est placé à l'intérieur du caisson de la préforme. En effet, la dimension de la section d'ouverture du caisson par lequel le noyau est extrait est plus petite que la section maximale du noyau positionné à l'intérieur du caisson. Compte tenu de cette différence de sections, l'extraction du noyau hors du caisson de la pièce n'est pas possible. Objet et résumé de l'invention Il existe donc un besoin de pouvoir disposer d'un noyau de moule d'injection pour la réalisation d'une pièce en matériau composite ayant un caisson fermé qui ne présente pas les inconvénients précités. A cet effet, l'invention a pour objet un noyau de moule d'injection ayant une forme de cale destinée à être insérée à l'intérieur d'un caisson fermé d'au moins une préforme fibreuse à injecter, le noyau présentant une section droite d'ouverture par laquelle le noyau est destiné à être démoulé du caisson de la préforme une fois celle-ci injectée et une section droite maximale de plus grande dimension que la section droite d'ouverture, le noyau comprenant au moins trois éléments distincts assemblés entre eux, chaque élément de noyau présentant une section droite maximale de plus petite dimension que la section d'ouverture. Le noyau selon l'invention est remarquable en ce qu'il consiste 20 en un assemblage de trois éléments distincts suffisamment rigide pour permettre sa mise en place à l'intérieur du caisson fermé de la préforme à injecter et pour résister aux différents efforts de décadrage et de rabats des flancs du caisson. Chacun de ces éléments présente une section droite maximale de plus faible dimension que la section d'ouverture du noyau de 25 sorte qu'après l'étape d'injection de résine dans le moule, le noyau peut être extrait du moule en retirant les éléments les uns après les autres. Le noyau selon l'invention permet également d'assurer l'alignement du caisson dans le moule d'injection. Selon un mode de réalisation, les éléments du noyau s'étendent 30 dans le sens de la longueur du noyau et sont assemblés entre eux par des queues d'aronde. Le recours à des queues d'aronde pour solidariser les éléments du noyau entre eux est d'une grande facilité de mise en oeuvre et de nettoyage et permet d'assurer une protection efficace contre l'infiltration de résine. 35 Dans ce cas, chaque queue d'aronde comprend de préférence un tenon à section en forme de trapèze porté par l'un des éléments du 3 0 1 73 2 1 3 noyau et une rainure de forme complémentaire portée par un autre élément du noyau. Lorsque le noyau comprend un élément supérieur, un élément central et un élément inférieur qui sont assemblés les uns sur les autres, 5 l'élément central porte, de préférence dans ce cas, à une extrémité longitudinale deux tenons coopérant avec des rainures portées par l'élément inférieur et l'élément supérieur, respectivement, et à une extrémité longitudinale opposée deux rainures coopérant avec des tenons portées par l'élément inférieur et l'élément supérieur, respectivement. 10 Selon un autre mode de réalisation, les éléments du noyau s'étendent dans le sens de la longueur du noyau et sont assemblés entre eux par des vis. Dans ce cas, le noyau peut comprendre deux vis traversant les trois éléments du noyau dans le sens de l'épaisseur de celui-ci. 15 Lorsque le noyau comprend un élément supérieur, un élément central et un élément inférieur qui sont assemblés les uns sur les autres, l'élément central porte, de préférence dans ce cas, deux rails à section rectangulaire qui s'étendent entre les deux extrémités longitudinales de l'élément intermédiaire et qui coopèrent avec des glissières de forme complémentaires portées par l'élément inférieur et l'élément supérieur, respectivement. Selon encore un autre mode de réalisation, le noyau comprend un élément supérieur, un élément inférieur et un élément de verrouillage, les éléments inférieur et supérieur étant assemblés entre eux le long d'un plan orienté suivant le sens de la longueur du noyau par l'intermédiaire d'un système à rainure et glissière, et l'élément de verrouillage étant assemblé à l'arrière des éléments inférieur et supérieur le long d'un plan incliné par rapport au plan d'assemblage des éléments inférieur et supérieur. Quelque soit le mode de réalisation, au moins deux des éléments peuvent comprendre à une extrémité longitudinale un taraudage destiné à coopérer avec un outil d'extraction. De plus, le noyau peut comprendre en outre des moyens pour fixer les trois éléments sur une plaque d'un moule d'injection. Alternativement, les trois éléments peuvent être destinés à être maintenus entre des parties hautes et basses d'un moule d'injection. 3 0 1 73 2 1 4 L'invention a également pour objet un moule d'injection pour la réalisation d'une pièce en matériau composite ayant un caisson fermé comprenant un noyau tel que défini précédemment. 5 Brève description des dessins D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description faite ci-dessous, en référence aux dessins annexés qui en illustrent des exemples de réalisation dépourvus de tout caractère limitatif. Sur les figures : 10 - la figure 1 est une vue en perspective d'un exemple de préforme fibreuse à laquelle s'applique l'invention ; - la figure 2 est une vue en perspective d'un noyau de moule d'injection selon un mode de réalisation de l'invention ; - les figures 3A et 3B sont des vues en coupe de la figure 2, 15 respectivement selon les plans de coupe A-A et B-B, respectivement ; - les figures 4 et 5 sont des vues en éclaté du noyau de la figure 2; - la figure 6 est une vue en perspective d'un noyau de moule d'injection selon un autre mode de réalisation de l'invention ; 20 - la figure 7 est une vue en coupe de la figure 6 selon le plan de coupe C-C ; et - la figure 8 est une vue en éclaté du noyau de la figure 6 ; et - les figures 9 et 10 sont des vues en perspective d'un noyau de moule d'injection selon encore un autre mode de réalisation de l'invention. 25 Description détaillée de l'invention L'invention s'applique à la fabrication par un procédé de moulage par injection de résine liquide RTM (pour « Resin Transfert Molding ») de toute pièce en matériau composite ayant une partie fermée 30 en forme de caisson, et notamment des plateformes d'aubes pour soufflante de turbomachine aéronautique. Les plateformes d'aubes de soufflante réalisées en matériau composite peuvent être fabriquées à partir d'une ébauche fibreuse tissée en une seule pièce par tissage 3D qui est mise en forme pour obtenir une 35 préforme fibreuse telle que celle illustrée par la figure 1, ou à partir d'un assemblage de deux ébauches fibreuses tissées 3D. On pourra se référer au document WO 2013/160584 qui décrit la réalisation d'une telle ébauche fibreuse en seule pièce obtenue par tissage 3D pour l'obtention d'une telle préforme fibreuse. Typiquement, cette préforme fibreuse 10 est notamment munie d'un caisson 12 dit « fermé » qui est positionné sous la base 14 de la plateforme servant à délimiter, du côté intérieur, la veine annulaire d'entrée d'air dans la soufflante. Plus précisément, le caisson 12 présente une forme de poche allongée centrale qui s'étend longitudinalement selon un axe X-X depuis une extrémité fermée 12a jusqu'à une extrémité ouverte 12b. La présence d'un tel caisson permet ainsi de renforcer la résistance mécanique de la plateforme d'aube. Après sa mise en forme, la préforme fibreuse 10 est positionnée dans la cavité d'un moule d'injection (non représenté) et une résine époxy vient remplir la cavité de façon à imprégner la préforme. La résine est polymérisée puis, à la fin de l'injection de la résine, la température du moule est abaissée pour démouler la pièce. Le moule d'injection utilisé comprend, au niveau de l'une de ses plaques, un noyau (également appelé mandrin) qui est destiné à venir se positionner à l'intérieur du caisson 12 de la préforme fibreuse 10. Un tel noyau s'étend longitudinalement selon un axe Y-Y (figure 2) qui correspond sensiblement à l'axe X-X du caisson 12 de la préforme fibreuse. Ce noyau a notamment pour fonction d'assurer l'alignement du caisson de la préforme fibreuse dans le moule d'injection. Lorsque les plateformes d'aubes sont obtenues à partir d'un assemblage de deux ébauches fibreuses tissées 3D, un tel assemblage est réalisé autour du noyau lorsque celui-ci est mis en position dans le moule d'injection. Comme représenté sur la figure 2, le noyau 100 se présente sous la forme générale d'une cale allongée ayant une épaisseur variable entre une première extrémité 102 dite d'introduction dans le caisson et une seconde extrémité 104 dite d'ouverture, et deux flancs longitudinaux sensiblement parallèles. On notera que ce noyau 100 présente la particularité que sa section droite d'ouverture (qui est schématisée par le trapèze 106 sur la figure 2 et qui correspond à sa section par laquelle le noyau est extrait du caisson de la préforme fibreuse une fois celle-ci consolidée par la résine) est de plus petite dimension que sa section droite maximale (schématisée par le trapèze 108). Par ailleurs, au niveau de son extrémité d'ouverture 104, le 5 noyau 100 est destiné à être fixé sur une plaque 200 d'un moule d'injection de la préforme fibreuse. Selon l'invention, le noyau 100 est constitué d'au moins trois éléments distincts qui s'étendent chacun sur toute la longueur du noyau et qui sont assemblés entre eux, à savoir un élément supérieur 110, un 10 élément inférieur 112 et un élément central 114 assemblé entre les éléments supérieur et inférieur (voir notamment la figure 4). Dans le mode de réalisation des figures 2 à 5, ces éléments 110, 112 et 114 du noyau sont plus précisément assemblés entre eux par des queues d'aronde. 15 Ainsi, la surface inférieure 110a de l'élément supérieur 110 du noyau est pourvue, au niveau de son extrémité correspondant à l'extrémité d'introduction 102 du noyau, d'un tenon 116 à section en forme de trapèze qui est destiné à coopérer avec une rainure 118 de forme complémentaire pratiquée dans la surface supérieure 114b de 20 l'élément central 114. De plus, au niveau de son extrémité correspondant à l'extrémité d'ouverture 104 du noyau, la surface inférieure 110a de l'élément supérieur 110 du noyau est pourvue d'une rainure 120 (figure 5) qui est destinée à coopérer avec un tenon 122 à section en forme de trapèze 25 réalisé sur la surface supérieure 114b de l'élément central 114. Par ailleurs, la surface inférieure 114a de l'élément central 114 du noyau est pourvue, au niveau de son extrémité correspondant à l'extrémité d'ouverture du noyau, d'un tenon 124 à section en forme de trapèze qui est destiné à coopérer avec une rainure 126 de forme 30 complémentaire pratiquée dans la surface supérieure 112b de l'élément inférieur 112. De même, au niveau de son extrémité correspondant à l'extrémité d'introduction du noyau, la surface inférieure 114a de l'élément central est pourvue d'une rainure 128 qui est destinée à coopérer avec un 35 tenon 130 à section en forme de trapèze réalisé sur la surface supérieure 112b de l'élément inférieur. Un tel agencement des queues d'aronde permet de réaliser l'assemblage entre eux des différents éléments 110, 112 et 114 du noyau, ainsi qu'une extraction de ces derniers hors du caisson de la préforme fibreuse (une fois celle-ci consolidée par la résine) dans un ordre bien précis en commençant par l'élément central 114. Celui-ci est en effet extrait du caisson de la préforme en exerçant un effort suivant l'axe longitudinal Y-Y vers l'arrière (c'est-à-dire dans un sens correspondant au sens depuis l'extrémité fermée 12a du caisson jusqu'à son extrémité ouverte 12b). Cette extraction peut être aidée au moyen d'un outil d'extraction (non représenté sur les figures) qui coopère avec un taraudage 132 (figure 5) pratiqué à l'arrière de l'élément central (c'est-à-dire du côté de son extrémité correspondant à l'extrémité d'ouverture 104 du noyau). Une fois l'élément central 114 du noyau extrait du caisson de la préforme fibreuse, on procède à l'extraction des deux autres éléments 110, 112 du noyau, éventuellement à l'aide d'un même outil d'extraction coopérant avec des taraudages 134, 136 pratiqués à l'arrière respectivement des éléments 110, 112, c'est-à-dire au niveau de l'extrémité proximale du noyau (i.e. la plus rapprochée de sa section d'ouverture 106). On notera que ces taraudages 132, 134, 136 peuvent également être utilisés pour assurer un montage du noyau sur une plaque 200 du moule d'injection, notamment par l'intermédiaire de vis 138 (voir la figure 5). Alternativement, le noyau peut être maintenu fermement et directement entre les parties hautes et basses du moule d'injection, sans recours à un montage sur une telle plaque. Les figures 6 à 8 représentent un noyau 100' selon un autre mode de réalisation de l'invention dans lequel les différents éléments 110, 112 et 114 du noyau sont assemblés entre eux par des vis. Plus précisément, comme représenté sur la figure 8, deux vis 140 viennent traverser de part en part dans le sens de l'épaisseur (c'est-à- dire perpendiculairement à l'axe longitudinal Y-Y du noyau) les éléments inférieur 112 et central 114 du noyau 100' au niveau de son extrémité d'ouverture 104' (figure 6). Ces vis 140 viennent se visser dans l'élément supérieur 110 du noyau et permettent ainsi de solidariser les trois éléments du noyau entre eux. 301 7 3 2 1 8 De plus, l'élément central 114 du noyau 100' porte, sur chacune des surface inférieure 114a et surface supérieure 114b, un rail 142 à section rectangulaire qui s'étend entre ses deux extrémités longitudinales et qui coopère avec des glissières 144 de forme complémentaires portées, 5 d'une part par la surface inférieure 110a de l'élément supérieur 110, et d'autre part par la surface supérieure 112b de l'élément inférieur 112, respectivement. L'extraction du noyau 100' hors du caisson de la préforme fibreuse (une fois celle-ci consolidée par la résine) se déroule de la même 10 façon que pour le précédent mode de réalisation, à savoir que l'élément central 114 est retiré en premier, puis suivent les deux autres éléments. Par ailleurs, comme pour le précédent mode de réalisation, l'extraction des éléments du noyau peut être facilitée au moyen d'un outil d'extraction venant coopérer avec des taraudages 132, 134, 136 pratiqués 15 à l'arrière des éléments. Ces taraudages peuvent également servir par l'intermédiaire de vis 138 au montage du noyau sur une plaque 200 du moule d'injection. Alternativement, le noyau peut être maintenu fermement et directement entre les parties hautes et basses du moule d'injection, sans recours à un montage sur une telle plaque. 20 Enfin, certains au moins de ces taraudages peuvent recevoir des joints d'étanchéité 146 destinés à éviter toute infiltration de résine dans les taraudages (figure 6 et 8). Les figure 9 et 10 représentent un noyau 100" selon encore un autre mode de réalisation de l'invention. 25 Dans ce mode de réalisation, le noyau comprend un élément supérieur 210, un élément inférieur 212 et un élément de verrouillage 214. Les éléments supérieur 210 et inférieur 212 sont assemblés entre eux le long d'un plan P1 qui est orienté suivant le sens de la 30 longueur du noyau. Cet assemblage est par exemple réalisé par l'intermédiaire d'une glissière 216 portée par une surface supérieure 212b de l'élément inférieur 212 et coopérant avec une rainure 218 pratiquée dans une surface inférieure 210a de l'élément supérieur 210. Bien entendu, la disposition de la rainure et de la glissière pourrait être 35 inversée. 301 7 3 2 1 9 Quant à l'élément de verrouillage 214, il est assemblé à l'arrière des éléments supérieur 210 et inférieur 212 (c'est-à-dire au niveau de l'extrémité proximale de ces éléments qui est la plus rapprochée de la section d'ouverture du noyau) le long d'un plan P2 qui est incliné par 5 rapport au plan P1 d'assemblage des éléments inférieur et supérieur. De plus, cet élément de verrouillage 214 est assemblé, d'une part sur l'élément supérieur 210 par l'intermédiaire d'une glissière 220 coopérant avec une rainure 222 réalisée sur la surface inférieure 210a de l'élément supérieur, et d'autre part sur l'élément inférieur 212 par 10 l'intermédiaire d'une rainure 224 coopérant avec une glissière 226 réalisée sur la surface inférieure 212a de l'élément inférieur. Par ailleurs, comme pour les précédents modes de réalisation, l'extraction des éléments supérieur 210 et inférieur 212 du noyau peut être facilitée au moyen d'un outil d'extraction venant coopérer avec un 15 taraudage (non représenté) pratiqué à l'arrière de l'élément inférieur et d'un autre outil d'extraction venant coopérer avec la rainure 222 réalisée sur la surface inférieure 210a de l'élément supérieur à l'arrière de celui-ci. REVENDICATIONS1. Noyau (100 ; 100' ; 100") de moule d'injection pour la réalisation d'une pièce en matériau composite ayant un caisson fermé, le noyau ayant une forme de cale destinée à être insérée à l'intérieur d'un caisson fermé (12) d'au moins une préforme fibreuse (10) à injecter, le noyau présentant une section droite d'ouverture (106) par laquelle le noyau est destiné à être démoulé du caisson de la préforme une fois celle-ci injectée et une section droite maximale (108) de plus grande dimension que la section droite d'ouverture, le noyau comprenant au moins trois éléments distincts (110, 112, 114) assemblés entre eux, chaque élément de noyau présentant une section droite maximale de plus petite dimension que la section d'ouverture. 2. Noyau selon la revendication 1, dans lequel les éléments du noyau s'étendent dans le sens de la longueur du noyau et sont assemblés entre eux par des queues d'aronde. 3. Noyau selon la revendication 2, dans lequel chaque queue d'aronde comprend un tenon (116, 122, 124, 130) à section en forme de trapèze porté par l'un des éléments du noyau et une rainure (118, 120, 126, 128) de forme complémentaire portée par un autre élément du noyau. 4. Noyau selon la revendication 3, dans lequel le noyau comprend un élément supérieur (110), un élément central (114) et un élément inférieur (112) qui sont assemblés les uns sur les autres, l'élément central portant à une extrémité longitudinale deux tenons coopérant avec des rainures portées par l'élément inférieur et l'élément supérieur, respectivement, et à une extrémité longitudinale opposée deux rainures coopérant avec des tenons portées par l'élément inférieur et l'élément supérieur, respectivement. 5. Noyau selon la revendication 1, dans lequel les éléments du 35 noyau s'étendent dans le sens de la longueur du noyau et sont assemblés entre eux par des vis (140). 301 7 3 2 1 11 6. Noyau selon la revendication 5, comprenant deux vis traversant les trois éléments du noyau dans le sens de l'épaisseur de celui-ci. 5 7. Noyau selon l'une des revendications 5 ou 6, dans lequel le noyau comprend un élément supérieur (110), un élément central (114) et un élément inférieur (112) qui sont assemblés les uns sur les autres, l'élément central portant deux rails (142) à section rectangulaire qui 10 s'étendent entre les deux extrémités longitudinales de l'élément central et qui coopèrent avec des glissières (144) de forme complémentaires portées par l'élément inférieur et l'élément supérieur, respectivement. 8. Noyau selon la revendication 1, dans lequel le noyau 15 comprend un élément supérieur (210), un élément inférieur (212) et un élément de verrouillage (214), les éléments inférieur et supérieur étant assemblés entre eux le long d'un plan (P1) orienté suivant le sens de la longueur du noyau par l'intermédiaire d'un système à rainure (218) et glissière (216), et l'élément de verrouillage étant assemblé à l'arrière des 20 éléments inférieur et supérieur le long d'un plan (P2) qui est incliné par rapport au plan d'assemblage des éléments inférieur et supérieur. 9. Noyau selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, comprenant en outre des moyens (138) pour fixer les trois éléments sur 25 une plaque (200) d'un moule d'injection. 10. Noyau selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel les trois éléments sont destinés à être maintenus entre des parties hautes et basses d'un moule d'injection. 30 11. Noyau selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, dans lequel au moins deux des éléments comprennent à une extrémité longitudinale un taraudage (132, 134, 136) destiné à coopérer avec un outil d'extraction.35 12. Moule d'injection pour la réalisation d'une pièce en matériau composite ayant un caisson fermé, comprenant un noyau selon l'une quelconque des revendications 1 à 11.