Brevet FR3055576A1 — publié le 20180309

Dispositif de coupe pour tête de placement de fibres L'invention concerne le domaine technique des machines de placement de fibres composites comprenant une tête d'application de bandes de fibres pour la réalisation de pièces en matériaux composites. La présente invention concerne plus particulièrement un dispositif de coupe de bande de fibres utilisé dans les têtes d'application desdites machines de placement de fibres. Un matériau composite est un assemblage d'au moins deux composants non miscibles, mais ayant une forte capacité de pénétration, dont les propriétés se complètent. Dans les domaines aéronautique et automobile, on utilise communément des matériaux composites composés d'un assemblage de fibres et de résine. Pour la fabrication de pièces, on utilise des bandes ou bandelettes déjà constituées de fibres et de résine et emmagasinées en rouleau. Les industriels utilisent ces rouleaux de bande de fibres pour fabriquer des pièces plus importantes en assemblant des bouts de bandes de fibres, de dimensions différentes, les uns sur les autres. Pour automatiser cette fabrication, on utilise par exemple des robots ou des portiques sur lesquels on installe des têtes de placement de fibres. Le terme « fibres » peut aussi être utilisé dans le domaine technique pour désigner les bandes de fibres. Pour permettre d'acheminer et de placer les bouts de bandes de fibres au bon endroit sur la pièce à fabriquer, la tête de placement de fibres possède un ou des outils de coupe au plus près de l'application sur la pièce. Dans ce domaine, on connaît un certain nombre de techniques de coupe mises au point par différents fournisseurs de machines de placement de fibres. Les buts recherchés par ces techniques sont la précision de coupe et la réduction de l'encombrement du système de coupe pour une bonne agilité de la tête de placement de fibres. La composante économique n'est en revanche pas traitée par les techniques actuelles du marché. On connaît notamment des systèmes de coupe de bandes de fibres utilisant des lames de coupe pour chaque bande de fibres à couper. Ces lames sont mobiles et heurtent les bandes de fibres sur des enclumes pour les sectionner. Les lames sont changées régulièrement pour garantir une bonne coupe, car le tranchant des lames s'émousse rapidement sur les enclumes à l'usage. Leurs remplacements entraînent des pertes financières dues à l'indisponibilité de la machine de placement de fibres pour la production de pièces. De plus, les lames sont des éléments d'usures plus ou moins coûteux. 3055576 2 Une autre technique connue est d'utiliser des lames rotatives pour améliorer la coupe et la durée de vie des lames dans les outils de coupe. Cette technique présente l'inconvénient d'être difficile à mettre en oeuvre dans un espace réduit et nécessite la mise place d'une pince spéciale pour maintenir la bande sur la lame pendant la coupe. 5 Ainsi, un but de la présente invention est notamment de proposer un dispositif améliorant la fonction de coupe des bandes de fibres, tout en assurant une optimisation économique des éléments d'usure dudit dispositif. A cet effet, l'invention concerne un dispositif de coupe d'au moins une bande de fibres, le dispositif comprenant : 10 - un châssis, la bande de fibres étant destinée à circuler selon une direction de défilement par rapport au châssis, par exemple sur le châssis ; - une lame de coupe montée fixe par rapport au châssis et dotée d'au moins un bord tranchant ; et - au moins un élément mobile, mobile par rapport au châssis selon un mouvement 15 ayant au moins une composante perpendiculaire à la direction de défilement, l'élément mobile présentant une surface non tranchante destinée à pousser la bande de fibres contre le bord tranchant au cours dudit mouvement pour sectionner la bande de fibres, et adaptée pour percuter le bord tranchant. Selon des modes particuliers de réalisation, le dispositif comprend l'une ou 20 plusieurs des caractéristiques suivantes, prise(s) isolément ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles : - la lame de coupe s'étend dans un plan, la direction de défilement formant avec le plan un angle inférieur ou égal à 90°, l'élément mcbile décrivant une trajectoire circulaire autour d'un axe pendant ledit mouvement, la surface formant de préférence un angle 25 sensiblement égal à 90° avec le plan lorsque la surface percute le bord tranchant ; - le châssis comprend un support de bande situé en amont de la lame de coupe selon la direction de défilement et sur lequel la bande de fibres est destinée à glisser, le support de bande étant apte à redresser la bande de fibre après la coupe ; - la surface est adaptée pour bloquer la bande de fibres sur le support de bande 30 par rapport au châssis ; - le mouvement de l'élément mobile comprend un coulissement linéaire par rapport à la lame de coupe, l'élément mobile définissant une ouverture dans laquelle la bande de fibres est destinée à circuler, la bande de fibres étant sectionnée lorsque la surface passe sous le bord tranchant ; 3055576 3 - l'élément mobile est adapté pour supporter la bande de fibres au niveau de l'ouverture au moins au début dudit mouvement ; - le dispositif comprend un élément mécanique pour déplacer l'élément mobile selon ledit mouvement ; 5 - l'élément mobile comprend une pièce haute et une pièce basse mobiles l'une par rapport à l'autre et définissant au moins en partie l'ouverture, la bande de fibres étant destinée à être pincée entre la pièce haute et la pièce basse avant d'être sectionnée ; et - le dispositif est adapté pour sectionner en outre au moins une deuxième bande de fibres, le dispositif comportant au moins un deuxième élément mobile, mobile par 10 rapport au châssis selon un mouvement ayant au moins une composante perpendiculaire à la direction de défilement, le deuxième élément mobile étant destiné à pousser la deuxième bande de fibres contre le bord tranchant au cours dudit mouvement pour sectionner la deuxième bande de fibres, et étant adapté pour percuter le bord tranchant. L'invention concerne également un ensemble d'un dispositif tel que décrit ci- 15 dessus et d'au moins une bande de fibres, la bande de fibres circulant selon la direction de défilement par rapport au châssis, la surface poussant la bande de fibres contre le bord tranchant au cours dudit mouvement pour sectionner la bande de fibres, et percutant le bord tranchant. L'invention concerne aussi un procédé de coupe d'au moins une bande de fibres, 20 le procédé comprenant les étapes suivantes : - circulation de la bande de fibres par rapport à un châssis, de préférence sur le châssis, selon une direction de défilement, - fourniture d'une lame de coupe montée fixe sur le châssis et dotée d'au moins un bord tranchant, et 25 - déplacement d'au moins un élément mobile par rapport au châssis selon un mouvement ayant au moins une composante perpendiculaire à la direction de défilement, l'élément mobile présentant une surface non tranchante poussant la bande de fibres contre le bord tranchant au cours dudit mouvement, sectionnant la bande de fibres, et percutant le bord tranchant. 30 Les caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple, et non limitative, en référence aux dessins annexés, sur lesquels : - la figure 1 est une vue schématique, en coupe, d'un dispositif selon un premier mode de réalisation de l'invention ; 3055576 4 - la figure 2 est une représentation schématique, en perspective, d'une variante du dispositif représenté sur la figure 1 ; - la figure 3 est une vue en coupe d'un dispositif selon un deuxième mode de réalisation de l'invention ; 5 - la figure 4 est une vue en coupe d'un dispositif selon un troisième mode de réalisation de l'invention ; et - la figure 5 est une vue en perspective et agrandie du dispositif représenté sur la figure 4, les éléments mobiles étant toutefois une variante de celui représenté sur la figure 4. 10 Les exemples de réalisation et de mise en oeuvre de l'invention donnés dans la présente description concernent la fabrication de pièces en composite par placement de fibres dans le secteur de l'aéronautique, mais ne sont en rien limitatifs. L'invention peut en effet s'appliquer à tous les secteurs industriels nécessitant la découpe de bande de fibres pour l'encollage de celles-ci afin de réaliser des pièces. L'invention s'applique par 15 exemple au secteur de l'automobile. En référence à la figure 1, on décrit un dispositif 1 selon un premier mode de réalisation de l'invention. Le dispositif 1 comprend un châssis 9 sur lequel sont fixés une lame de coupe 2 et un support de bande 5. 20 Une bande de fibres 3 défile sur le support de bande 5 selon une direction de défilement D dans une position de défilement. La bande de fibres 3 passe au-dessus de ou devant la lame de coupe 2, et glisse sur le support de bande 5. Dans la présente demande, « haut » et « bas », de même que « au dessus » et « en dessous », doivent s'entendre en rapport avec le haut et le bas de la figure à laquelle 25 il est fait référence. Le support de bande 5 est avantageusement flexible et permet de positionner la bande de fibre 3 au-dessus du châssis 9 de sorte qu'elle puisse reprendre son chemin dans la direction de défilement D sans percuter ledit châssis 9 ou la lame 2, même après la coupe. 30 Un élément mobile 4 est positionné au-dessus ou en vis-à-vis d'un bord tranchant 21 de la lame de coupe 2, la bande de fibres 3 passant entre la lame de coupe 2 et l'élément mobile 4. Cet élément mobile 4 est composé d'un corps 40 et d'une enclume 42. L'enclume 42 présente au bord tranchant 21 une surface 41 qui recouvre la largeur de la bande de fibres 3 au niveau de la lame de coupe 2 et peut rentrer en contact 35 avec le support de bande 5 lors des phases de coupe de la bande de fibres 3. 3055576 5 La surface 41 est non tranchante. Elle peut être plane, concave ou convexe. La lame de coupe 2 est fixée sur le châssis 9 par un dispositif de blocage 6, notamment une vis ou tout autre dispositif de blocage mécanique (ressort, aimants etc...). De manière avantageuse, la lame de coupe 2 possède deux bords tranchants 21 et 21' 5 opposés l'un à l'autre. La lame de coupe 2 s'étend selon un plan Z perpendiculaire à la direction de défilement D dans cet exemple. Lorsque le bord tranchant 21 est émoussé par la frappe répétée de l'enclume 42, il est possible de changer le sens de la lame de coupe 2 pour présenter à l'enclume le deuxième bord tranchant 21' en bon état. 10 Pour augmenter encore la durée de vie de la lame de coupe 2, selon un mode de réalisation particulier de l'invention, la lame de coupe 2 est déplacée selon une direction transversale T d'au moins une largeur de bande de fibres 3, afin de présenter une partie non émoussée du bord tranchant 21, 21' au niveau de la frappe de l'enclume 42. Ainsi la partie émoussée de la lame de coupe 2 n'est plus sous la bande de fibres 3 à couper. 15 La direction transversale T est par exemple orthogonale à la direction de défilement D. L'enclume 42 est constituée d'une matière compatible avec la coupe de la bande de fibres 3. C'est une pièce d'usure, mais elle est moins chère et plus durable que la lame de coupe 2. Dans une variante de réalisation de l'invention, l'enclume 42 peut aussi être 20 utilisée dans au moins deux sens pour allonger sa durée de vie. Un des avantages de l'élément mobile 4 portant l'enclume 42 est d'obtenir un effet de masse ou de coup de marteau qui améliore la rapidité du sectionnement de la bande de fibres 3. L'élément mobile 4 est actionné directement ou indirectement par élément 25 mécanique 7, par exemple un piston, qui lui donne un mouvement en direction de la lame de coupe 2, à partir d'une position initiale représentée sur la figure 1. Le mouvement possède une composante perpendiculaire à la direction de défilement D. Le mouvement est par exemple sensiblement perpendiculaire à la direction de défilement. Le mouvement est avantageusement perpendiculaire au bord tranchant 21. 30 L'enclume 42 percute la bande de fibres 3 et la pousse contre le bord tranchant 21 de la lame 2. Selon un mode de réalisation particulier de l'invention, si l'enclume 42 est assez large selon la direction de défilement D, elle peut également coincer la bande de fibres 3 contre le support de lame 5 puis continuer sa course jusqu'au bord tranchant 21. La bande de fibres 3 est arrêtée temporairement pendant la coupe. 3055576 6 La flexibilité du support de bande 5 permet de remonter la bande de fibres 3 au-dessus de la lame de coupe 2 lorsque l'élément mobile 4 remonte vers la position initiale. En référence à la figure 2, on décrit un dispositif 100 constituant une variante du dispositif 1 représenté sur la figure 1. 5 Le dispositif 100 est analogue au dispositif 1. Il diffère uniquement par le fait qu'il comprend trois supports de bande 5, 5', 5" permettant de supporter trois bandes de fibres 3, 3', 3" à couper indépendamment. Le dispositif 100 comprend aussi trois éléments mobiles 4 (non représentés). La figure 3 représente un dispositif 200 selon un deuxième mode de réalisation de 10 l'invention. Le dispositif 200 est analogue au dispositif 1 représenté sur la figure 1. Seules les différences seront décrites ci-après. L'actionneur de l'élément mobile 4 est déporté pour permettre de gagner de la place au niveau de la tête d'application de la machine de placement de fibres. Pour cela, 15 l'élément mobile 4 est monté sur un élément mécanique 7, telle qu'une bielle. La bielle 7 est mise en rotation autour d'un axe 71 par au moins un actionneur. Cette configuration permet de faire décrire un arc de cercle F à l'enclume 42. La lame de coupe 2 est inclinée par rapport à la direction de défilement d'un angle a inférieur ou égal à 90°. 20 La lame de coupe 2 est percutée par la surface 41 de l'enclume 42 selon un angle 13 sensiblement égal à 90° lorsque la bielle 7 pivoteautour de l'axe 71. Grâce à ce mouvement, la surface 41 pousse la bande de fibres 3 vers la lame de coupe 2 qui la sectionne au contact de son bord tranchant 21. Dans un mode particulier de mise en oeuvre de l'invention, la surface 41 peut coincer la bande de fibres 3 contre le 25 support de bande 5 dans le même mouvement de coupe. A la remontée de l'enclume 42, le support de bande 5 remonte la bande de fibres 3 dans la position de défilement. Des dispositifs de blocage 6 maintiennent la lame de coupe 2 par rapport au châssis 9. 30 Selon un mode de réalisation particulier (figure 2), la lame de coupe 2 sectionne plusieurs bandes de fibres grâce à plusieurs éléments mobiles 4 et plusieurs bielles 7. Les figures 4 et 5 représentent un dispositif 300 selon un troisième mode de réalisation de l'invention. Le dispositif 300 est analogue au dispositif 200 montré sur la figure 3. Seules les différences seront décrites ci-après. 3055576 7 Le dispositif 300 comporte par exemple deux élément mobiles 4, 4' (figure 5) permettant de couper deux bandes de fibres 3 sur une même lame de coupe 2. Les éléments mobiles 4, 4' sont entraînés par deux bielles 7, 7'. Les éléments mobiles 4, 4' étant analogues entre eux, seul l'élément mobile 4 et son fonctionnement seront décrits. 5 La bielle 7 est actionnée par au moins un piston (non représenté) pour pivoter autour de son axe 71. L'élément mobile 4 est traversant et laisse passer la bande de fibres 3 par une ouverture 44. L'élément mobile 4 coulisse le long de la lame de coupe 2 dont le bord tranchant 21 est en contact avec l'élément mobile 4. L'élément mobile 4 a un mouvement 10 sensiblement perpendiculaire à la direction de défilement D. La lame de coupe 2 est maintenue en position par des éléments 6 de maintien pour garantir le contact du bord tranchant 21 avec l'élément mobile 4. L'ouverture 44 comprend une surface 41 qui se trouve à l'opposé de la lame de coupe 2 par rapport à la bande de fibre 3 engagée dans l'ouverture. L'ouverture 44 est 15 avantageusement plus haute du côté de l'entrée de la bande de fibres 3 selon la direction de défilement D, pour éviter un coincement de la bande de fibres entre le châssis 9 et l'élément mobile 4 lors du coulissement. En variante (non représentée), le châssis 9 est chanfreiné du côté de l'entrée des bandes de fibres 3 selon la direction de défilement D pour aboutir au même résultat, c'est- 20 à-dire éviter un coincement de la bande de fibres 3 entre le châssis 9 et l'élément mobile 4. La partie haute de l'orifice de sortie de l'ouverture 44 peut prendre différentes géométries pour optimiser la coupe de la bande de fibres 3. Elle peut par exemple mettre la bande de fibres 3 en contact avec la lame de coupe 2 sur toute sa largeur selon la 25 direction transversale T simultanément, ou commencer par un côté de la bande de fibres ou encore commencer par les extrémités transversales de la bande de fibres 3 pour aller vers le centre de la bande de fibres. La bielle 7 coopère avec l'élément mobile 4, directement ou par l'intermédiaire d'une pièce mécanique 72 afin de limiter les frottements sur l'élément mobile 4, par 30 exemple un roulement. Le mouvement de rotation de la bielle 7 autour de l'axe 71 est ainsi transformé en mouvement de l'élément mobile 4, ici une translation rectiligne. Le haut de l'élément mobile 4, qui est en contact par exemple avec le roulement 72, est avantageusement incliné par rapport à la direction de défilement D pour que la bielle 7 puisse exercer une force vers la lame de coupe 2 garantissant un meilleur contact 35 du bord tranchant 21 avec l'élément mobile 4. 3055576 8 Lors de l'actionnement de la bielle 7 par un actionneur, la bielle pivote autour de l'axe 71 et pousse l'élément mobile 4 vers le bas, en direction du châssis 9. La surface 41 rentre en contact avec la bande de fibre 3 et la pousse vers le bord tranchant 21 de la lame de coupe 2 entraînant son sectionnement par effet guillotine. 5 Lorsque la bielle 7 revient à sa position initiale, l'élément mobile 4 remonte et endosse le rôle de support de bande pour repositionner la bande de fibres 3 dans la position de défilement. L'élément mobile 4 peut remonter de différentes manières, notamment par l'action d'un ressort 8 situé sous l'élément mobile 4 ou par une liaison entre l'élément mobile 4 et 10 la bielle 7. Selon une variante du dispositif 300 représentée uniquement sur la figure 5, les éléments mobiles 4, 4' sont en au moins deux parties. Une partie haute 45 et une partie basse 46 délimitent l'ouverture 44. Les partie haute 45 et la partie basse 46 sont mobiles l'une vers l'autres, de sorte que, lorsqu'on 15 exerce une pression sur la partie haute 45 de l'élément mobile 4 par la bielle 7, les parties referment l'ouverture 44 et bloquent la bande de fibres 3. L'élément mobile 4 continue à descendre, entraînant la bande de fibres 3 sur le bord tranchant 21 de la lame de coupe 2 pour obtenir le cisaillement par effet guillotine. Lorsque la bielle 7 remonte, l'élément mobile 4 remonte et les deux parties se 20 séparent pour définir à nouveau l'ouverture 44. La partie haute 45 et la partie basse 46 peuvent coulisser l'une dans l'autre pour réaliser ce mouvement de l'une vers l'autre, ou réalisent toute autre construction permettant de fermer l'ouverture 44 sur la bande de fibres 3 lorsque la bielle 7 actionne l'élément mobile 4. Grâce aux caractéristiques décrites ci-dessus, les dispositif 1, 100 et 200, ainsi 25 que leurs variantes, améliorent la fonction de coupe des bandes de fibres et présentent un encombrement réduit, tout en assurant une optimisation économique des éléments d'usure dudit dispositif. L'effet massue, apporté par l'élément mobile 4, est plus important lorsque c'est la massue qui se déplace entraînant une coupe de la bande de fibres 3 plus nette et plus 30 rapide. L'utilisation d'une lame de coupe 2 unique pour couper plusieurs bandes de fibres avec plusieurs éléments mobiles 4 a l'avantage de faciliter la maintenance et d'être plus économique à l'achat. La lame 2 se remplace ou se retourne en une seule opération permettant le retour en service de la machine de placement de fibres plus rapidement 35 qu'en utilisant une multitude de lames. REVENDICATIONS1.- Dispositif (1 ; 100 ; 200 ; 300) de coupe d'au moins une bande de fibres (3), le dispositif (1 ; 100 ; 200 ; 300) comprenant : - un châssis (9), la bande de fibres (3) étant destinée à circuler selon une direction de défilement (D) par rapport au châssis (9), par exemple sur le châssis (9), - une lame de coupe (2) montée fixe par rapport au châssis (9) et dotée d'au moins un bord tranchant (21), et - au moins un élément mobile (4), mobile par rapport au châssis (9) selon un mouvement ayant au moins une composante perpendiculaire à la direction de défilement (D), l'élément mobile (4) présentant une surface (41) non tranchante destinée à pousser la bande de fibres (3) contre le bord tranchant (21) au cours dudit mouvement pour sectionner la bande de fibres (3), et adaptée pour percuter le bord tranchant (21). 2.- Dispositif (200) selon la revendication 1, dans lequel la lame de coupe (2) s'étend dans un plan (Z), la direction de défilement (D) formant avec le plan (Z) un angle (a) inférieur ou égal à 90°, l'élément mobile (4) décrivant une trajectoire (F) circulaire autour d'un axe (71) pendant ledit mouvement, la surface (41) formant de préférence un angle ((3)sensiblement égal à 90° avec le plan (Z) lorsque h surface (41) percute le bord tranchant (21). 3.- Dispositif (1 ; 100 ; 200 ; 300) selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le châssis (9) comprend un support de bande (4 ; 5) situé en amont de la lame de coupe (2) selon la direction de défilement (D) et sur lequel la bande de fibres (3) est destinée à glisser, le support de bande (5) étant apte à redresser la bande de fibre (3) après la coupe. 4.- Dispositif (1 ; 100 ; 200 ; 300) selon l'une quelconques des revendications 1 à 3, dans lequel la surface (41) est adaptée pour bloquer la bande de fibres (3) sur le support de bande (4 ; 5) par rapport au châssis (9). 5.- Dispositif (300) selon la revendication 1, dans lequel le mouvement de l'élément mobile (4) comprend un coulissement linéaire par rapport à la lame de coupe (2), l'élément mobile (4) définissant une ouverture (44) dans laquelle la bande de fibres (3) est destinée à circuler, la bande de fibres (3) étant sectionnée lorsque la surface (41) passe sous le bord tranchant (21). 6.- Dispositif (300) selon la revendication 5, dans lequel l'élément mobile (4) est adapté pour supporter la bande de fibres (3) au niveau de l'ouverture (44) au moins au début dudit mouvement. 3055576 10 7.- Dispositif (1 ; 100 ; 200 ; 300) selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, comprenant en outre un élément mécanique (7) pour déplacer l'élément mobile (4) selon ledit mouvement. 8.- Dispositif (1 ; 300) selon la revendication 7, dans lequel l'élément mobile (4) 5 comprend une pièce haute (45) et une pièce basse (46) mobiles l'une par rapport à l'autre et définissant au moins en partie l'ouverture (44), la bande de fibres (3) étant destinée à être pincée entre la pièce haute (45) et la pièce basse (46) avant d'être sectionnée. 9.- Dispositif (100 ; 200 ; 300) selon l'une quelconque des revendications précédentes, adapté pour sectionner en outre au moins une deuxième bande de fibres 10 (3'), le dispositif (100 ; 200 ; 300) comportant au moins un deuxième élément mobile (4'), mobile par rapport au châssis (9) selon un mouvement ayant au moins une composante perpendiculaire à la direction de défilement (D), le deuxième élément mobile (4') étant destiné à pousser la deuxième bande de fibres (3') contre le bord tranchant (21) au cours dudit mouvement pour sectionner la deuxième bande de fibres (3'), et étant adapté pour 15 percuter le bord tranchant (21). 10.- Ensemble d'un dispositif (1 ; 100 ; 200 ; 300) selon l'une quelconque des revendications 1 à 9 et d'au moins une bande de fibres (3), la bande de fibres (3) circulant selon la direction de défilement (D) par rapport au châssis (9), la surface (41) poussant la bande de fibres (3) contre le bord tranchant (21) au cours dudit mouvement pour 20 sectionner la bande de fibres (3), et percutant le bord tranchant (21). 11.- Procédé de coupe d'au moins une bande de fibres (3), le procédé comprenant les étapes suivantes : - circulation de la bande de fibres (3) par rapport à un châssis (9), de préférence sur le châssis (9), selon une direction de défilement (D), 25 - fourniture d'une lame de coupe (2) montée fixe sur le châssis (9) et dotée d'au moins un bord tranchant (21), et - déplacement d'au moins un élément mobile (4) par rapport au châssis (9) selon un mouvement ayant au moins une composante perpendiculaire à la direction de défilement (D), l'élément mobile (4) présentant une surface (41) non tranchante poussant 30 la bande de fibres (3) contre le bord tranchant (21) au cours dudit mouvement, sectionnant la bande de fibres (3), et percutant le bord tranchant (21).