Brevet FR3100737A1 — publié le 20210319

Procédé de fermeture d’un moule d’injection utilisant des plis sacrificiels anti-pincement Un Procédé de fermeture d’un moule d’injection (100) pour la fabrication d'une pièce de révolution en matériau composite, le moule comprenant un mandrin (110) supportant une préforme fibreuse (20) et une pluralité de secteurs angulaires (120) comprenant une base annulaire (121) destinée à venir en contact de la texture fibreuse (20), la base annulaire s’étendant entre des premier et deuxième bords latéraux (124, 125) suivant une direction circonférentielle (D C ). Le procédé comprend le positionnement et la fixation successifs des secteurs angulaires (120) sur le mandrin (110), la base annulaire (121) de chaque secteur compactant la portion de préforme fibreuse présente en vis-à-vis, les bords latéraux (124, 125) de la base annulaire (121) de chaque secteur angulaire (120) étant en contact avec les bords latéraux (124, 125) de la base annulaire (121) des secteurs adjacents. Avant le positionnement et la fixation des secteurs angulaires sur le mandrin, des plis fibreux sacrificiels (200) sont placés sur la surface exposée de la préforme fibreuse (20), chaque pli fibreux sacrificiel (200) couvrant une zone de la préforme fibreuse située en regard d’une zone de jonction entre deux bords latéraux (124, 125) de la base annulaire (121) de deux secteurs angulaires adjacents 120). Figure pour l’abrégé : Fig. 4. Procédé de fermeture d’un moule d’injection utilisant des plis sacrificiels anti-pincement La présente invention se rapporte au domaine général de la fabrication de pièces de révolution telles que des carters de turbine à gaz. Dans le domaine aéronautique, on cherche à réduire la masse des composants des moteurs tout en maintenant à un haut niveau leurs propriétés mécaniques. Par exemple, dans une turbomachine aéronautique, le carter de soufflante définissant le contour de la veine d'entrée d'air du moteur et à l'intérieur duquel est logé le rotor supportant les aubes de la soufflante est maintenant réalisé en matériau composite. La fabrication d'un carter de soufflante en matériau composite débute par la mise en place par enroulement d'un renfort en fibres sur un mandrin dont le profil épouse celui du carter à réaliser. Le renfort fibreux peut être réalisé, par exemple, par tissage tridimensionnel ou multicouche comme cela est décrit dans le brevet US 8 322 971. Ce renfort fibreux est mis en forme pour constituer une seule pièce comprenant une portion tubulaire et des flasques correspondant aux brides du carter. La fabrication se poursuit par la densification de la préforme fibreuse par une matrice polymère qui consiste à imprégner la préforme par une résine et à polymériser cette dernière pour obtenir la pièce finale. L'invention concerne plus particulièrement le mode de fabrication où l'imprégnation de la préforme fibreuse est réalisée par le procédé de moulage par injection dit RTM (pour Resin Transfert Moulding). Selon ce procédé, on enferme la préforme fibreuse dans un moule rigide de géométrie figée comprenant un mandrin ou tambour sur lequel la préforme fibreuse est enroulée et un contre-moule que l'on vient déposer sur la préforme fibreuse et dont la forme correspond à la pièce de révolution que l'on souhaite obtenir, et on injecte la résine sous pression et température contrôlée à l'intérieur du moule après avoir rapproché les parois des deux parties de moule et y avoir fait le vide le cas échéant. Une fois la résine injectée, on procède à sa polymérisation par chauffage du moule et après l'injection et la polymérisation, la pièce finale est démoulée puis détourée pour enlever les excès de résine et les chanfreins sont usinés pour obtenir la pièce souhaitée, par exemple un carter. Comme la préforme est foisonnée au moment de son enroulement sur le mandrin, c’est-à-dire qu’elle présente une surépaisseur par rapport à l’épaisseur théorique de la pièce finie, la fermeture du moule assure aussi la fonction de compactage définitif de la préforme pour l’amener à son épaisseur finale. La figure 1 illustre un moule d’injection RTM 300 composé d’un tambour ou mandrin 310 sur lequel est enroulée une préforme fibreuse 30 et d’un contre-moule formé par une pluralité de secteur angulaires 320. La fermeture du moule est réalisée par les secteurs angulaires 320 qui assurent le compactage de la préforme. Un procédé de fermeture d’un tel moule est notamment décrit dans le document US 2018/370082. Toutefois, la fermeture du moule par de tels secteurs angulaires s’avère être une opération délicate. En effet, comme illustré sur la figure 2A, on place d’abord un secteur sur deux qui compacte chacun localement la préforme fibreuse. La préforme fibreuse 30 présente des boursouflures 31 au voisinage des extrémités de chaque secteur angulaire 320 car elle n’est plus compactée. La fermeture du moule se poursuit par le positionnement des secteurs angulaires restants entre les secteurs déjà positionnés comme illustré sur les figures 2B et 2C. Lors de la mise en place de ces secteurs, les boursouflures 31 sont repoussées contre les bords des secteurs déjà positionnés car la préforme est chassée du milieu du secteur par la compaction. En outre, la forme des secteurs et la direction de fermeture du moule font qu’il subsiste un espace entre les secteurs jusqu’au dernier moment de la fermeture du moule. Une partie des boursouflures 31 pénètrent alors dans cet espace pour être finalement pincée entre les bords des secteurs adjacents comme représenté sur la figure 2C. Les fibres de la préforme ainsi pincées entraînent la création de défauts dits « pinch fibers » sur la pièce finie. En effet, ces fibres pincées (« pinch fibers ») se retrouvent sur la pièce finie, c’est-à-dire après injection de la résine dans préforme et transformation de celle-ci en matrice, sous forme de boursouflures présentes sur la surface externe de la pièce. Afin d’avoir un état de surface satisfaisant, les boursouflures sont poncées, ce qui entraîne une rupture dans la continuité des fils ou torons dans la pièce et, par conséquent, un abattement important des propriétés mécaniques de cette dernière. L’invention a pour but de proposer une solution qui évite les inconvénients précités. Ce but est atteint notamment grâce à un procédé de fermeture d’un moule d’injection pour la fabrication d'une pièce de révolution en matériau composite, le moule comprenant : - un mandrin supportant une préforme fibreuse obtenue par enroulement d’une bande fibreuse, le mandrin comprenant une paroi annulaire dont le profil de la surface extérieure correspond à celui de la surface interne de la pièce à fabriquer, - une pluralité de secteurs angulaires comprenant une base annulaire destinée à venir en contact de la texture fibreuse, la base annulaire s’étendant entre des premier et deuxième bords longitudinaux suivant une direction axaiale et entre des premier et deuxième bords latéraux suivant une direction circonférentielle, le procédé comprenant le positionnement et la fixation successifs des secteurs angulaires sur le mandrin, la base annulaire de chaque secteur compactant la portion de préforme fibreuse présente en vis-à-vis, les bords latéraux de la base annulaire de chaque secteur angulaire étant en contact avec les bords latéraux de la base annulaire des secteurs adjacents, caractérisé en ce que, avant le positionnement et la fixation des secteurs angulaires sur le mandrin, des plis fibreux sacrificiels sont placés sur la surface exposée de la préforme fibreuse, chaque pli fibreux sacrificiel couvrant une zone de la préforme fibreuse située en regard d’une zone de jonction entre deux bords latéraux de la base annulaire de deux secteurs angulaires adjacents. Ainsi, selon le procédé de l’invention, la préforme fibreuse est mieux protégée des éventuels pincements entre deux secteur angulaires adjacents lors de la fermeture du moule. En effet, grâce à la présence de plis fibreux sacrificiels couvrant la préforme dans des zones correspondant aux zones de jonction entre les secteurs, ce sont les fibres de ces plis qui sont susceptibles d’être pincées entre deux secteurs. Par conséquent, on diminue grandement le risque de rupture de fibres appartenant à la préforme lors du retrait de défauts de type « pinch fibers » sur la pièce finie. Selon une caractéristique particulière du procédé de fermeture d’un moule d’injection de l’invention, chaque pli fibreux sacrificiel présente une épaisseur supérieure ou égale à 0,5 mm. Selon une autre caractéristique particulière du procédé de fermeture d’un moule d’injection de l’invention, les plis sacrificiels comprennent des fibres en un matériau ayant une couleur différente de la couleur des fibres de la préforme fibreuse. Cela permet de confirmer que seul un pli sacrificiel a été pincé entre deux secteurs adjacents ou de détecter un éventuel pincement d’une portion de la préforme avec un pli sacrificiel. Selon une autre caractéristique particulière du procédé de fermeture d’un moule d’injection de l’invention, la préforme fibreuse comprend des fibres de carbone tandis que les plis fibreux sacrificiels comprennent des fibres de verre. En outre de présenter une couleur blanche par rapport à la couleur noire des fibres de carbone, les fibres de verre ont un faible coût d’approvisionnement. Selon une autre caractéristique particulière du procédé de fermeture d’un moule d’injection de l’invention, les plis fibreux sacrificiels correspondent à une texture fibreuse choisie parmi : un tissu bidimensionnel, une strate unidirectionnelle, une strate multiaxiale, un mat non tissé. Chaque pli fibreux sacrificiel peut correspondre en particulier à un tissu bidimensionnel comprenant des torons ayant un titre similaire à celui des fils de la préforme fibreuse, ce qui facilite le pincement seul des plis sacrificiels. Selon une autre caractéristique particulière du procédé de fermeture d’un moule d’injection de l’invention, des secteurs angulaires sont d’abord positionnés et fixés sur le mandrin à une distance déterminée les uns des autres de manière à ménager un espace entre deux secteurs angulaires, les secteurs angulaires restants étant ensuite positionnés et fixés sur le mandrin dans les espaces ménagés entre les secteurs angulaires déjà fixés. Selon une autre caractéristique particulière du procédé de fermeture d’un moule d’injection de l’invention, chaque secteur angulaire comporte des première et deuxième rainures présentes respectivement sur les première et deuxième faces latérales, les rainures s’étendant suivant la direction axiale, un joint d’étanchéité étant logé à la fois dans la première rainure d’une première face latérale d’un secteur angulaire et dans la deuxième rainure d’une deuxième face latérale d’un secteur angulaire adjacent. L’invention a également pour objet un procédé de fabrication d'une pièce de révolution en matériau composite comprenant: - la réalisation par tissage tridimensionnel ou multicouche d’une texture fibreuse sous forme d’une bande, - l’enroulement de la texture fibreuse sur plusieurs tours superposés sur un mandrin d’un moule d’injection de manière à former une préforme fibreuse, le moule d’injection comprenant une pluralité de secteurs angulaires, - la fermeture du moule d’injection conformément à l’invention, - la densification de la préforme fibreuse par une matrice de manière à obtenir une pièce de révolution en matériau composite comprenant un renfort fibreux densifié par une matrice, - le démoulage de la pièce en matériau composite Selon une caractéristique particulière du procédé de fabrication selon l’invention, celui-ci comprend en outre, après le démoulage de la pièce en matériau composite, le retrait d’une ou des boursouflures présentes à la surface externe de la pièce et formées par un ou des plis fibreux sacrificiels. La figure 1 est une vue schématique en perspective d’un moule d’injection selon l’art antérieur, La figure 2A est une vue partielle en coupe radiale montrant une étape de fermeture du moule de la figure 1, La figure 2B est une vue partielle en coupe radiale montrant une autre étape de fermeture du moule de la figure 1, La figure 2C est une vue partielle en coupe radiale montrant une autre étape de fermeture du moule de la figure 1, La figure 3 est une vue schématique en perspective d’un carter de soufflante en matériau composite, La figure 4 est une vue schématique en perspective d’un moule d’injection conformément à un mode de réalisation de l’invention, La figure 5 est une vue schématique en perspective montrant un secteur angulaire du moule de la figure 4, La figure 6 est une autre vue schématique en perspective montrant un secteur angulaire du moule de la figure 4, La figure 7A est une vue partielle en coupe radiale montrant le début de positionnement d’un secteur angulaire lors de la fermeture du moule de la figure 4, La figure 7B est une vue partielle en coupe radiale montrant le moule de la figure 4 fermé. Procédé de fermeture d’un moule d’injection (100) pour la fabrication d'une pièce de révolution en matériau composite, le moule comprenant : - un mandrin (110) supportant une préforme fibreuse (20) obtenue par enroulement d’une bande fibreuse, le mandrin comprenant une paroi annulaire (111) dont le profil de la surface extérieure correspond à celui de la surface interne (14) de la pièce à fabriquer, - une pluralité de secteurs angulaires (120) comprenant une base annulaire (121) destinée à venir en contact de la texture fibreuse (20), la base annulaire s’étendant entre des premier et deuxième bords longitudinaux (122, 123) suivant une direction axiale (D A ) et entre des premier et deuxième bords latéraux (124, 125) suivant une direction circonférentielle (D C ) , le procédé comprenant le positionnement et la fixation successifs des secteurs angulaires (120) sur le mandrin (110), la base annulaire (121) de chaque secteur compactant la portion de préforme fibreuse présente en vis-à-vis, les bords latéraux (124, 125) de la base annulaire (121) de chaque secteur angulaire (120) étant en contact avec les bords latéraux (124, 125) de la base annulaire (121) des secteurs adjacents, caractérisé en ce que, avant le positionnement et la fixation des secteurs angulaires sur le mandrin, des plis fibreux sacrificiels (200) sont placés sur la surface exposée de la préforme fibreuse (20), chaque pli fibreux sacrificiel (200) couvrant une zone de la préforme fibreuse située en regard d’une zone de jonction entre deux bords latéraux (124, 125) de la base annulaire (121) de deux secteurs angulaires adjacents 120). Procédé selon la revendication 1, dans lequel chaque pli fibreux sacrificiel (200) présente une épaisseur supérieure ou égale à 0,5 mm. Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel les plis sacrificiels (200) comprennent des fibres en un matériau ayant une couleur différente de la couleur des fibres de la préforme fibreuse. Procédé selon la revendication 3, dans lequel la préforme fibreuse (20) comprend des fibres de carbone tandis que les plis fibreux sacrificiels (200) comprennent des fibres de verre. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel les plis fibreux sacrificiels (200) correspondent à une texture fibreuse choisie parmi : un tissu bidimensionnel, une strate unidirectionnelle, une strate multiaxiale, un mat non tissé. Procédé selon la revendication 5, dans lequel chaque pli fibreux sacrificiel (200) correspond à un tissu bidimensionnel comprenant des torons ayant un titre similaire à celui des fils de la préforme fibreuse. Procédé selon la revendication 6, dans lequel des secteurs angulaires (120) sont d’abord positionnés et fixés sur le mandrin (110) à une distance déterminée les uns des autres de manière à ménager un espace entre deux secteurs angulaires, les secteurs angulaires (120) restants étant ensuite positionnés et fixés sur le mandrin (110) dans les espaces ménagés entre les secteurs angulaires déjà fixés. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel chaque secteur angulaire (120) comporte des première et deuxième rainures (1242, 1252) présentes respectivement sur les première et deuxième faces latérales (1241, 1251), les rainures s’étendant suivant la direction axiale (D A ), un joint d’étanchéité (150) étant logé à la fois dans la première rainure (1242) d’une première face latérale d’un secteur angulaire et dans la deuxième rainure (1252) d’une deuxième face latérale d’un secteur angulaire adjacent. Procédé de fabrication d'une pièce de révolution en matériau composite (30) comprenant: - la réalisation par tissage tridimensionnel ou multicouche d’une texture fibreuse sous forme d’une bande, - l’enroulement de la texture fibreuse sur plusieurs tours superposés sur un mandrin (110) d’un moule d’injection (100) de manière à former une préforme fibreuse (20), le moule d’injection comprenant une pluralité de secteurs angulaires (120), - la fermeture du moule d’injection (100) conformément à l’une des revendications 1 à 7, - la densification de la préforme fibreuse (20) par une matrice de manière à obtenir une pièce de révolution en matériau composite (30) comprenant un renfort fibreux densifié par une matrice, - le démoulage de la pièce en matériau composite. Procédé selon la revendication 9, comprenant, après le démoulage de la pièce en matériau composite (30), le retrait d’une ou des boursouflures présentes à la surface externe de la pièce et formées par un ou des plis fibreux sacrificiels (200).