Brevet FR3062592A1 — publié le 20180810

Arrière-plan de l'invention L'invention se rapporte au domaine général des outils de coupe. Elle concerne plus particulièrement, mais non exclusivement, un outil de coupe comprenant un pli de fibres réfractaires unidirectionnelles densifié par une matrice pouvant être utilisé pour retirer un revêtement d'une pièce sans abîmer la surface cette dernière. Dans le domaine de la propulsion solide, certaines pièces du propulseur, comme les capots ou les carters, sont classiquement munies d'une protection thermique collée sur leur surface. Ces pièces peuvent être en matériau métallique ou encore en matériau composite. Les protections thermiques sont typiquement des revêtements élastomériques chargés, par exemple avec de la silice ou du liège. On connait par exemple les revêtements en Prosial (élastomère de silicone chargé avec des sphères de silice creuses) ou les mastiques d'étanchéité comme le mastique PR-1750 commercialisé par la société PPG Aerospace. Actuellement, lorsque les propulseurs sont en fin de vie ou subissent des opérations de maintenance, il faut retirer ces protections thermiques pour avoir accès à la pièce sous-jacente. Le retrait de ces protections thermiques est réalisé à l'aide d'outils coupant (lames, gouges, évidoirs, cloches, etc.) en polytétrafluoroéthylène (PTFE), en bois ou en verre PlexiglassC), afin de limiter les dommages sur la pièce. Toutefois, les outils disponibles actuellement présentent certains inconvénients. En effet, ces derniers présentent généralement une durée de vie limitée à cause de leur usure rapide, notamment au niveau de leur arête de coupe qui doit être affutée régulièrement. En outre, ces outils font toujours apparaître des rayures et des marques sur la pièce sous-jacente. De telles rayures ou marques sont très couteuses à réparer, notamment sur des pièces de propulseurs. Il existe donc un besoin pour un outil de coupe qui ne présente pas les inconvénients précités. Objet et résumé de l'invention La présente invention a donc pour but principal de pallier les inconvénients précités en proposant, selon un premier aspect, un outil de 3062592 2 coupe comprenant un support et un pli de fibres réfractaires unidirectionnelles densifié par une matrice à précurseur résine maintenu dans le support, une extrémité dudit pli formant une arête de coupe de l'outil, la direction d'orientation des fibres dudit pli faisant un angle non nul 5 avec l'arête de coupe. Par pli de fibres réfractaires « unidirectionnelles », on entend, de façon connue en soi, une couche de fibres réfractaires dont les fibres sont toutes orientées sensiblement dans la même direction. Les inventeurs ont observé de façon inattendue qu'un outil 10 selon l'invention permet de retirer efficacement des revêtements de protection thermique sur des pièces métalliques ou en matériau composite, sans provoquer de dommages à la pièce sous-jacente. En particulier, cet outil ne laisse pas de rayures ou marques à la surface de la pièce sous-jacente. Cet outil peut par exemple être utilisé pour retirer de 15 tels revêtements sur des pièces d'un propulseur. Un tel outil peut en outre être utilisé plus largement pour retirer des revêtements sur divers types de pièces. De manière générale, un outil selon l'invention peut être utilisé pour retirer un revêtement d'une pièce lorsque le revêtement présente une dureté plus faible que le matériau formant la pièce sous-jacente. 20 Dans un exemple de réalisation, les fibres du pli de fibres réfractaires unidirectionnelles peuvent être des fibres de carbone, des fibres de verre, ou des fibres d'aramide (par exemple en KevlarC)). Les fibres de carbone permettent d'obtenir un outil qui résiste mieux à l'usure que les fibres de verre ou d'aramide. 25 Dans un exemple de réalisation, le support peut comprendre au moins deux plis de fibres densifiés par une matrice à précurseur résine de part et d'autre du pli de fibres réfractaires unidirectionnelles. Lesdits plis de fibres peuvent être des tissus présentant un tissage bidimensionnel. Dans un exemple de réalisation, la direction d'orientation des 30 fibres du pli de fibres réfractaires unidirectionnelles fait un angle compris entre 45° et 900 avec l'arête de coupe. Dans tous le texte, il faut comprendre l'expression « compris entre ... et ... » comme incluant les bornes. Dans un exemple de réalisation, la résine peut être une résine 35 thermodurcissable, comprenant éventuellement des charges thermoplastiques. 3062592 3 Un outil selon l'invention peut constituer : une lame, une gouge, un évidoir, une spatule ou une cloche. L'invention vise aussi, selon un deuxième aspect, un procédé de fabrication d'un outil de coupe comprenant un support et un pli de fibres 5 réfractaires unidirectionnelles densifié par une matrice à précurseur résine maintenu dans le support, une extrémité dudit pli formant une arête de coupe de l'outil, la direction d'orientation des fibres dudit pli faisant un angle non nul avec l'arête de coupe, le procédé comprenant au moins les étapes suivantes : 10 - placement du pli de fibres unidirectionnelles dans le support, - traitement thermique du pli de fibres réfractaires unidirectionnelles préalablement imprégné de résine précurseur de matrice de façon à transformer la résine et obtenir une ébauche d'outil, et - affûtage de l'ébauche d'outil de façon à obtenir l'outil muni 15 d'une arête de coupe au niveau d'une extrémité du pli de fibres réfractaires unidirectionnelles. L'étape de traitement thermique du pli de fibres réfractaires unidirectionnelles peut être réalisée avant le placement du pli de fibres unidirectionnelles dans le support ou, en variante, après ce placement. 20 Dans un exemple de réalisation, le support peut comprendre au moins deux plis de fibres densifiés par une matrice à précurseur résine de part et d'autre du pli de fibres réfractaires unidirectionnelles, l'étape de placement du pli de fibres unidirectionnelles dans le support comprenant : - l'empilement du pli de fibres réfractaires unidirectionnelles et 25 des deux plis de fibres, les plis étant préalablement imprégnés de résine précurseur de matrice, et - le compactage et la mise en forme des plis ainsi empilés, l'étape de traitement thermique du pli de fibres réfractaires unidirectionnelles comprenant en outre le traitement thermique des plis 30 mis en forme de façon à transformer la résine et obtenir l'ébauche d'outil. Enfin, l'invention vise un procédé de retrait d'une protection thermique d'une pièce d'un propulseur ou d'un réservoir dans lequel on retire la protection thermique de ladite pièce à l'aide d'un outil tel que celui présenté précédemment. 35 Dans un exemple de réalisation, la pièce peut constituer un capot, un carter, une tuyère, un corps de propulseur. 3062 5 92 4 Brève description des dessins D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description faite ci-dessous, en référence aux dessins 5 annexés qui en illustrent un exemple de réalisation dépourvu de tout caractère limitatif. Sur les figures : - la figure 1 est une vue en perspective d'un outil selon un mode de réalisation de l'invention, - les figures 2A à 2C illustrent différentes étapes d'un procédé 10 de fabrication d'un outil selon un mode de réalisation de l'invention, et - la figure 3 montre schématiquement un outil selon l'invention au cours de son utilisation pour retirer une protection thermique d'une pièce de propulseur. 15 Description détaillée de l'invention La figure 1 montre un exemple d'outil 1 selon l'invention constituant ici une lame, par exemple une lame de cutter. L'outil 1 comprend une arête de coupe 2 ou fil de coupe, ici rectiligne. L'arête de coupe 2 est à l'intersection de deux faces 4. Dans l'exemple illustré, l'outil 20 1 est en matériau composite comprenant un renfort fibreux densifié par une matrice à précurseur résine. L'outil 1 comprend un support formé ici par quatre plis de fibres 6 présentant un tissage bidimensionnel. Conformément à l'invention, l'arête de coupe 2 de l'outil 1 est formée par l'extrémité d'un pli de fibres 25 réfractaires unidirectionnelles 8 dont la direction d'orientation des fibres fait un angle cc non nul avec l'arête de coupe 2 de l'outil 1. De préférence, l'angle a est compris entre 45° et 90°. Les fibres réfractaires du pli 8 peuvent être des fibres de carbone ou des fibres de verre, ou d'un autre matériau réfractaire, selon l'application envisagée de l'outil. L'angle de 30 coupe 13 de l'outil peut être compris entre 5° et 15°, par exemple égal à 10°. Dans l'exemple illustré, le pli de fibres réfractaires unidirectionnelles 8 est enserré de part et d'autre par deux plis de fibres 6. En d'autres termes, le pli de fibres réfractaires unidirectionnelles 8 est 35 placé au milieu des plis 6. Le pli de fibres unidirectionnelles 8 est ici au contact de deux plis de fibres 6 qui lui sont adjacents. Les plis de fibres 6 3062 592 5 jouent ainsi le rôle de support dans lequel le pli de fibres réfractaires unidirectionnelles 8 est maintenu. Les plis 6 et 8 sont densifiés par une matrice à précurseur résine. La résine peut être identique dans les plis 6 et 8 ou, en variante, 5 être différente. Une résine thermoplastique peut être utilisée pour former la matrice. Des plis 6, 8 pré imprégnés de résine peuvent être utilisés. La résine peut être une résine thermodurcissable, par exemple une résine époxy, comprenant éventuellement des charges thermoplastiques. De tels plis pré imprégnés peuvent être des plis de la gamme HexPlyC) M21 10 prepregs commercialisés par la société Hexcel, et notamment le pli commercialisé sous la référence M21/340/0/UD194/IMA-12K-G600. Un procédé de fabrication de l'outil 1 décrit précédemment va maintenant être décrit en lien avec les figures 2A à 2C. Tout d'abord, on place le pli de fibres réfractaires 15 unidirectionnelles 8 pré imprégné d'une résine précurseur de matrice dans ce qui constituera le support de l'outil 1. Dans l'exemple illustré ici, le support comprend les plis de fibres 6. Pour placer le pli de fibres réfractaires unidirectionnelles 8 dans le support, on empile tout d'abord directement deux plis de fibres 6 pré imprégnés de résine l'un sur l'autre, 20 puis on empile directement le pli de fibres réfractaires unidirectionnelles 8 sur les deux plis de fibres 6 déjà empilés, et on empile enfin directement les deux derniers plis de fibres 6 pré imprégnés de résine sur le pli de fibres réfractaires unidirectionnelles 8 (figure 2A). Une étape de compactage et de mise en forme des plis 6, 8 25 (figure 2B) peut ensuite être réalisée pour finaliser le placement du pli de fibres réfractaires unidirectionnelles 8 dans le support. La mise en forme des plis permet ensuite d'obtenir la forme désirée pour l'outil, le cas échéant. Puis, on traite thermiquement le pli de fibres unidirectionnelles 8 30 pour transformer la résine et densifier le pli. Dans l'exemple illustré, où le support comprend également des plis de fibres 6 pré imprégnés, le traitement thermique peut aussi permettre de transformer la résine des plis de fibres 6 afin de les densifier. Dans l'exemple illustré, on obtient après cette première étape une ébauche d'outil 1' prenant la forme d'une 35 plaquette (figure 2B). On notera que l'on peut d'abord traiter thermiquement le pli de fibres réfractaires unidirectionnelles 8, puis 3062592 6 l'empiler avec les plis de fibres 6, et traiter thermiquement l'ensemble des plis pour transformer la résine des plis de fibres 6. Lors de l'utilisation d'un pli pré imprégné tel que celui dont la référence a été donnée plus haut, le traitement thermique peut être réalisé dans un autoclave et comprendre 5 une montée en température pendant une durée d'1,5 heures jusqu'à 1800, suivie d'un maintien à 180° pendant 3h, puis d'une baisse de la température jusqu'à la température ambiante pendant une durée d'1,5 heures. Durant ce traitement thermique, la résine thermodurcissable polymérise et on obtient la matrice. 10 Dans une dernière étape, on réalise l'affûtage de l'ébauche d'outil 1' de telle sorte que l'arête de coupe 2 soit située à une extrémité du pli de fibres réfractaires unidirectionnelles 8 (figure 2C). Après affûtage, on obtient l'outil 1 prêt à être utilisé. L'affûtage peut être réalisé par fraisage dans une machine-outil à l'aide d'un outil en carbure, ou 15 manuellement à l'aide d'une pierre à affûter. L'outil selon l'invention peut constituer une lame, comme dans l'exemple illustré sur les figures, ou, en variante, une gouge, un évidoir, une spatule ou une cloche. D'autres outils sont bien entendu envisageables sans sortir du cadre de la présente invention. Selon l'outil 20 envisagé, on mettra en forme différemment les plis de fibres au moment de la fabrication de l'outil, et on affûtera ce dernier en conséquence. La figure 3 montre schématiquement un exemple d'utilisation d'un outil 1 selon l'invention. On dispose ici d'une pièce 10, par exemple un capot ou un carter de propulseur, sur laquelle est présente une couche 25 de protection thermique 12, par exemple obtenue par projection de Prosial sur une sous-couche d'accrochage (non représentée). Pour retirer la couche protection thermique 12, on racle la pièce 10 à l'aide de l'outil 1 (on parle également de « desquamation ») afin de mettre à nu la surface 14 de la pièce 10 sous-jacente. En utilisant un outil selon l'invention sur 30 une pièce 10 métallique, la surface de la pièce 10 mise à nu est préservée des marques et rayures qui pouvaient être formées avec les outils de l'art antérieur. D'autres formes d'outils 1 pourront bien entendu être utilisées pour retirer la couche 12 lorsque la pièce 10 présente des géométries plus 35 complexes, par exemple en présence de moyens de fixation sur la pièce, etc. REVENDICATIONS1. Outil de coupe (1) comprenant un support et un pli de fibres réfractaires unidirectionnelles (8) densifié par une matrice à précurseur résine maintenu dans le support, une extrémité dudit pli formant une arête de coupe (2) de l'outil, la direction d'orientation des fibres dudit pli faisant un angle (a) non nul avec l'arête de coupe. 2. Outil selon la revendication 1, dans lequel les fibres du pli de fibres réfractaires unidirectionnelles (8) sont des fibres de carbone, des fibres de verre, ou des fibres d'aramide. 3. Outil selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, dans lequel le support comprend au moins deux plis de fibres (6) densifiés par une matrice à précurseur résine de part et d'autre du pli de fibres réfractaires unidirectionnelles (8). 4. Outil selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 dans lequel la direction d'orientation des fibres du pli de fibres réfractaires unidirectionnelles fait un angle (a) compris entre 45° et 90° avec l'arête de coupe (2). 5. Outil selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel la résine est une résine thermodurcissable. 6. Outil selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, l'outil constituant : une lame, une gouge, un évidoir, une spatule ou une cloche. 7. Procédé de fabrication d'un outil de coupe (1) comprenant un support et un pli de fibres réfractaires unidirectionnelles (8) densifié par une matrice à précurseur résine maintenu dans le support, une extrémité dudit pli formant une arête de coupe (2) de l'outil, la direction d'orientation des fibres dudit pli faisant un angle (a) non nul avec l'arête de coupe, le procédé comprenant au moins les étapes suivantes : - placement du pli de fibres unidirectionnelles (8) dans le support, 3062592 8 - traitement thermique du pli de fibres réfractaires unidirectionnelles (8) préalablement imprégné de résine précurseur de matrice de façon à transformer la résine et obtenir une ébauche d'outil (1'), et 5 - affûtage de l'ébauche d'outil (1') de façon à obtenir l'outil (1) muni d'une arête de coupe (2) au niveau d'une extrémité du pli de fibres réfractaires unidirectionnelles (8) 8. Procédé selon la revendication 7, dans lequel le support 10 comprend au moins deux plis de fibres (6) densifiés par une matrice à précurseur résine de part et d'autre du pli de fibres réfractaires unidirectionnelles (8), l'étape de placement du pli de fibres unidirectionnelles dans le support comprenant : - l'empilement du pli de fibres réfractaires unidirectionnelles (8) 15 et des deux plis de fibres (6), les plis (6, 8) étant préalablement imprégnés de résine précurseur de matrice, et - le compactage et la mise en forme des plis (6, 8) ainsi empilés, l'étape de traitement thermique du pli de fibres réfractaires 20 unidirectionnelles (8) comprenant le traitement thermique des plis (6, 8) mis en forme de façon à transformer la résine et obtenir l'ébauche d'outil (1'). 9. Procédé de retrait d'une protection thermique (12) d'une 25 pièce (10) d'un propulseur ou d'un réservoir dans lequel on retire la protection thermique de ladite pièce à l'aide d'un outil selon l'une quelconque des revendications 1 à 6. 10. Procédé selon la revendication 9, dans lequel la pièce (10) 30 constitue un capot, un carter, une tuyère ou un corps de propulseur.