Brevet FR3109107A1 — publié le 20211015

Procédé de fabrication d’un profilé par extrusion et forgeage , profilé ainsi obtenu L'invention a pour objet un procédé de fabrication d’un profilé combinant une étape d’extrusion d’une ébauche (40) suivie d’une étape de forgeage de l’ébauche (40) pour obtenir le profilé. Cette solution permet d’obtenir un profilé qui présente une plus grande dimension finale supérieure à la valeur maximale autorisée par un dispositif d’extrusion. L’invention a également pour objet un profilé obtenu à partir de ce procédé. Figure 5 Procédé de fabrication d’un profilé par extrusion et forgeage, profilé ainsi obtenu La présente demande se rapporte à un procédé de fabrication d’un profilé par extrusion et forgeage ainsi qu’à un profilé obtenu à partir dudit procédé. Dans le domaine aéronautique, certaines pièces allongées et métalliques sont obtenues par extrusion et appelées profilés. Comme illustré sur les figures 1 et 2, pour obtenir un profilé 10 par extrusion, une matière 12, sous forme de billes, est poussée à travers une filière 14 présentant une section déterminée en fonction de la section transversale souhaitée pour le profilé 10. Selon un premier mode de réalisation visible sur la figure 1, un dispositif d’extrusion direct comprend un réservoir 16 cylindrique, dans lequel est positionnée la matière 12 à extruder, ainsi qu’un piston 18 mobile en translation entre une première extrémité 16.1 et une deuxième extrémité 16.2 du réservoir 16. Ce dernier comprend une paroi transversale 20 fixe, située au niveau de la première extrémité 16.1, au niveau de laquelle est positionnée la filière 14. Le piston 18 est accouplé à une presse (non représentée) pour assurer son mouvement en translation. En fonctionnement, le piston 18 est initialement écarté de la première extrémité 16.1, la matière 12 est introduite entre le piston 18 et la paroi transversale 20, puis le piston 18 se translate en direction de la première extrémité 16.1 pour pousser la matière 12 à travers la filière 14 et obtenir le profilé 10. Lors de l’extrusion, des phénomènes de friction (représentés en pointillés) apparaissent au niveau des surfaces du réservoir 16, du piston 18 et de la paroi transversale 20 en contact avec la matière 12. Compte tenu, entre autres, de la capacité maximale de la presse et des phénomènes de friction, le profilé 10 présente une section transversale, visible sur la figure 3, dont la plus grande dimension est limitée à une valeur maximale. Selon un deuxième mode de réalisation visible sur la figure 2, un dispositif d’extrusion indirect comprend un réservoir 16’ cylindrique, dans lequel est positionnée la matière 12 à extruder, ainsi qu’un piston 18’ mobile entre une première extrémité 16.1’ et une deuxième extrémité 16.2’ du réservoir 16’. Ce dernier comprend une paroi transversale 20’ fixe, située au niveau de la deuxième extrémité 16.2’. Selon ce deuxième mode de réalisation, la filière 14 est positionnée au niveau du piston 18’. Ce dernier est accouplé à une presse (non représentée) pour assurer son mouvement en translation. En fonctionnement, le piston 18’ est initialement écarté de la deuxième extrémité 16.2’, la matière 12 est introduite entre le piston 18’ et la paroi transversale 20’, puis le piston 18’ se translate en direction de la deuxième extrémité 16.2’ pour provoquer le passage de la matière 12 à travers la filière 14 et obtenir le profilé 10. Lors de l’extrusion, des phénomènes de friction (représentés en pointillés) apparaissent seulement au niveau des surfaces du piston 18’ et de la paroi transversale 20’ en contact avec la matière 12. Même si selon le deuxième mode de réalisation, les phénomènes de friction sont réduits, compte tenu de la capacité maximale de la presse, le profilé 10 présente une section transversale dont la plus grande dimension est limitée à une valeur maximale. Quel que soit le mode de réalisation, la plus grande dimension D de la section transversale du profilé 10 ne peut pas dépasser une valeur maximale de l’ordre de 74 cm (29 inches). La présente invention vise à remédier à cet inconvénient de l’art antérieur. A cet effet, l’invention a pour objet un procédé de fabrication d’un profilé présentant au moins une aile comportant une épaisseur finale et une longueur finale, caractérisé en ce que le procédé de fabrication comprend une étape d’extrusion d’une ébauche présentant au moins une aile à allonger comportant un chant d’extrémité, une surépaisseur d’épaisseur intermédiaire supérieure à l’épaisseur finale et une longueur intermédiaire inférieure à la longueur finale ainsi qu’une étape de forgeage de l’ébauche pour obtenir le profilé, en comprimant chaque aile à allonger de l’ébauche, pour réduire son épaisseur et augmenter sa longueur, afin qu’elle soit identique à une des ailes du profilé. Ainsi, il est possible d’obtenir un profilé qui présente une plus grande dimension finale supérieure à la valeur maximale autorisée par un dispositif d’extrusion. Selon une autre caractéristique, pour chaque aile à allonger, la surépaisseur s’étend, à partir du chant d’extrémité de l’aile, sur au moins une partie de sa longueur. Selon une autre caractéristique, la surépaisseur s’étend sur toute la longueur de l’aile à allonger. Selon une autre caractéristique, l’étape de forgeage est appliquée simultanément sur toutes les ailes à allonger. Selon une autre caractéristique, l’étape de forgeage est appliquée de manière décalée et/ou alternée sur les ailes à allonger. Selon une autre caractéristique, le procédé de fabrication comprend une étape de traitement thermique après l’étape d’extrusion. Dans le cas d’un profilé présentant une section transversale en forme de T avec des première et deuxième ailes disposées de part et d’autre d’une troisième aile, l’ébauche comprend des première et deuxième ailes à allonger, disposées de part et d’autre d’une troisième aile, et chacune des première et deuxième ailes à allonger de l’ébauche comprend une première face, orientée vers la troisième, au niveau de laquelle est prévue la surépaisseur. Selon une autre caractéristique, la surépaisseur est sensiblement constante sur toute la longueur de chacune des première et deuxième ailes. Selon une autre caractéristique, la troisième aile comprend des première et deuxième faces orientées vers les première et deuxième ailes, une surépaisseur étant présente sur au moins l’une de ses première et deuxième faces pour augmenter la longueur d’au moins l’une des première et deuxième ailes. L’invention a également pour objet un profilé obtenu à partir du procédé de fabrication selon l’une des caractéristiques précédentes. D'autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description de l’invention qui va suivre, description donnée à titre d'exemple uniquement, en regard des dessins annexés parmi lesquels : est une coupe d’un dispositif d’extrusion illustrant un premier mode de réalisation de l’art antérieur, est une coupe d’un dispositif d’extrusion illustrant un deuxième mode de réalisation de l’art antérieur, est une coupe transversale d’un profilé illustrant un mode de réalisation de l’art antérieur, est une coupe transversale d’un profilé illustrant un mode de réalisation de l’invention, est une coupe transversale d’une ébauche obtenue par extrusion illustrant un mode de réalisation de l’invention, est une coupe transversale d’une ébauche et d’un profilé superposés illustrant un autre mode de réalisation de l’invention, est une coupe transversale d’un dispositif de forgeage illustrant un premier mode de réalisation de l’invention, est une coupe transversale d’un dispositif de forgeage illustrant un deuxième mode de réalisation de l’invention lors d’une première phase, est une coupe transversale d’un dispositif de forgeage illustrant le deuxième mode de réalisation de l’invention lors d’une deuxième phase, est une coupe transversale d’un dispositif de forgeage illustrant un troisième mode de réalisation, est une vue en perspective d’un aéronef et d’un caisson central de voilure illustrant un mode de réalisation, et est une vue en perspective à l’état démonté d’un caisson central de voilure illustrant une application de l’invention. Un profilé 30, 30’ présente une section transversale finale Sf, Sf’ approximativement constante selon une direction longitudinale DL. Sur la figure 4, la direction longitudinale DL est rectiligne. Toutefois, l’invention n’est pas limitée à cette configuration. Ainsi, la direction longitudinale DL pourrait être légèrement courbe. Selon une configuration visible sur la figure 4, la section transversale finale Sf du profilé 30 présente une forme en T comportant des première et deuxième ailes 32, 34 disposées de part et d’autre d’une troisième aile 36, reliées entre elles au niveau d’une zone de jonction 38, comprenant chacune des première et deuxième faces 32.1, 34.1, 36.1 ; 32.2, 34.2, 36.2 sensiblement parallèles entre elles ainsi qu’un chant d’extrémité 32.3, 34.3, 36.3 reliant les première et deuxième faces 32.1, 34.1, 36.1 ; 32.2, 34.2, 36.2. Bien entendu, l’invention n’est pas limitée à cette forme pour la section transversale finale Sf. Selon une autre configuration visible sur la figure 6, la section transversale finale Sf’ du profilé 30’ présente une section en croix comportant quatre branches 32, 34, 36, 36’ reliées entre elle au niveau d’une jonction 38. Quelle que soit la configuration, la section transversale finale Sf, Sf’ présente au moins une aile 32, 34, 36, 36’ comportant une épaisseur finale Ef, correspondant à une distance entre les première et deuxième faces 32.1, 34.1, 36.1 ; 32.2, 34.2, 36.2, ainsi qu’une longueur finale Lf, distance entre une zone de jonction 38 de l’aile 32, 34, 36, 36’ et son chant d’extrémité 32.3, 34.3, 36.3. La section transversale finale Sf présente une plus grande dimension Df correspondant à la distance séparant deux points les plus éloignés de la section transversale finale Sf. Selon la configuration visible sur la figure 4, la plus grande dimension Df correspond à la distance séparant deux chants d’extrémité 32.3, 34.3. Un procédé de fabrication du profilé 30, 30’ comprend une étape d’extrusion pour obtenir une ébauche 40, 40’ visible sur les figures 5 et 6. Cette ébauche 40, 40’ comprend une section transversale intermédiaire Si, Si’ différente de la section transversale finale Sf, Sf’ mais présentant sensiblement la même aire. Selon une configuration visible sur la figure 5, pour obtenir le profilé 30 en forme de T, l’ébauche 40 présente une section transversale en forme de T et comporte trois ailes 42, 44, 46, reliées entre elles au niveau d’une zone de jonction 48, comprenant chacune des première et deuxième faces 42.1, 44.1, 46.1 ; 42.2, 44.2, 46.2 ainsi qu’un chant d’extrémité 42.3, 44.3, 46.3 reliant les première et deuxième faces 42.1, 44.1, 46.1 ; 42.2, 44.2, 46.2. Selon une autre configuration visible sur la figure 6, pour obtenir le profilé 30’ en forme de croix, l’ébauche 40’ présente une section transversale en forme de croix comportant quatre ailes 42, 44, 46, 46’ reliées entre elles au niveau d’une zone de jonction 48. Quelle que soit la configuration, la section transversale intermédiaire Si, Si’ présente au moins une aile 42, 44, 46, 46’ à allonger comportant une surépaisseur 50 d’épaisseur intermédiaire Ei supérieure à l’épaisseur finale Ef et une longueur intermédiaire Li, correspondant à une distance entre une zone de raccordement 48 de l’aile 42, 44, 46 et son chant d’extrémité 42.3, 44.3, 46.3, inférieure à la longueur finale Lf. L’ébauche 40, 40’ présente une plus grande dimension intermédiaire Di inférieure à la plus grande dimension Df du profilé 30, 30’. Après l’étape d’extrusion, l’ébauche 40, 40’ présente une structure avec un fibrage unidirectionnel orienté selon la direction DL. Selon un mode de réalisation visible sur la figure 5, en présence d’une surépaisseur 50 sur une aile 42, 44 de l’ébauche 40, cette surépaisseur 50 s’étend, à partir du chant d’extrémité 42.3, 44.3 de l’aile 42, 44, sur au moins une partie de la longueur de l’aile 42, 44. L’épaisseur 50 s’étend généralement sur toute la longueur de l’aile 42, 44 à allonger. Selon la configuration forme de T visible sur la figure 5, les première et deuxième ailes 42, 44 disposées de part et d’autre de la troisième aile 46 comprennent chacune une surépaisseur 50 sur au moins l’une de leurs première et deuxième faces 42.1, 42.2, 44.1, 44.2. Pour chacune des première et deuxième ailes 42, 44, la surépaisseur 50 est positionnée sur la première face 42.1, 44.1 orientée vers la troisième aile 46. Pour chacune des première et deuxième ailes 42, 44, la surépaisseur 50 s’étend sur la longueur de chacune d’elles. Pour chacune des première et deuxième ailes 42, 44, la surépaisseur 50 est sensiblement constante sur toute la longueur de chacune des première et deuxième ailes 42, 44. La troisième aile 46 peut également comprendre une surépaisseur 50 sur au moins l’une de ses première et deuxième faces 46.1, 46.2, orientées vers les première et deuxième ailes 42, 44, pour augmenter la longueur d’au moins l’une des première et deuxième ailes 42, 44. Ainsi, pour augmenter la longueur de la deuxième aile 44, la troisième aile 46 peut comprendre, au niveau de sa deuxième face 46.2 orientée vers la deuxième aile 44, une surépaisseur 50 qui décroit de la zone de jonction 48 vers le chant d’extrémité 46.3 de la troisième aile 46. L’ébauche 40, 40’ est obtenue à partir d’un dispositif d’extrusion de l’art antérieur. Par conséquent, la plus grande dimension intermédiaire Di de l’ébauche 40, 40’ est inférieure ou égale à une valeur maximale autorisée par le dispositif d’extrusion. Généralement, la plus grande dimension intermédiaire Di de l’ébauche 40, 40’ est inférieure ou égale à environ 74 cm (29 inches). Le procédé de fabrication du profilé 30, 30’ comprend une étape de forgeage de l’ébauche 40, 40’ pour la transformer en profilé 30, 30’, en comprimant chaque aile 42, 44, 46 à allonger de l’ébauche 40, 40’ afin de réduire son épaisseur et augmenter sa longueur pour qu’elle soit identique à une des ailes 32, 34, 36 du profilé 30, 30’. Selon un premier mode opératoire visible sur les figures 6 et 9, l’étape de forgeage est appliquée simultanément sur toutes les ailes 42, 44 à allonger. Ainsi, les ailes 42, 44 à allonger sont forgées simultanément. Selon un deuxième mode opératoire visible sur les figures 7 et 8, l’étape de forgeage est appliquée de manière décalée et/ou alternée sur les ailes 42, 44 à allonger et comprend au moins une phase pour chaque aile 42, 44 à allonger. Ainsi, les ailes 42, 44 à allonger sont forgées les unes après les autres et/ou de manière alternée. Quel que soit le mode opératoire, lors de l’étape de forgeage, pour chacune des ailes 42, 44 à allonger, la matière flue en direction de leurs chants d’extrémité 42.3, 44.3. Ainsi, après l’étape de forgeage, le profilé 30, 30’ présente une structure comportant un fibrage bi-directionnel selon la direction longitudinale et selon une direction transversale perpendiculaire à la direction longitudinale. L’étape de forgeage combinée à l’étape d’extrusion permet de renforcer les caractéristiques mécaniques du profilé 30, 30’. L’ébauche 40, 40’ est transformée par forgeage en profilé 30, 30’ grâce à un dispositif de forgeage 52. Ce dernier comprend au moins un support 54 fixe sur lequel est positionnée l’ébauche 40, 40’ et au moins un système de frappe 56, 56’. Selon une configuration, les deuxièmes faces 42.2, 44.2 des ailes 42, 44 à allonger ne présentant pas de surépaisseur 50 sont plaquées contre le support 54 et celles présentant des surépaisseurs 50 sont orientées vers le (ou les) système(s) de frappe 56, 56’. Selon un premier mode de réalisation visible sur les figures 6 à 8, le dispositif de forgeage 52 comprend un système de frappe 56, 56’ pour chaque aile 42, 44 à allonger. Selon ce premier mode de réalisation, en présence de deux ailes 42, 44 à allonger, les deux systèmes de frappe 56, 56’ fonctionnent simultanément selon le premier mode opératoire et de manière alternée et/ou décalée selon le deuxième mode opératoire. Selon un deuxième mode de réalisation visible sur la figure 9, en présence de première et deuxième ailes 42, 44 à allonger, le dispositif de forgeage 52 comprend un unique système de frappe 56 conformé comme les premières faces 42.1, 44.1 des première et deuxième ailes 42, 44 à allonger. Lorsqu’une troisième aile 46 est positionnée entre les première et deuxième ailes (42, 44 à allonger, l’unique système de frappe 56 comprend un dégagement pour loger la troisième aile 46, conformé de préférence comme la troisième aile 46. Selon un mode opératoire, le procédé de fabrication comprend une étape de traitement thermique après l’étape d’extrusion, entre les étapes d’extrusion et de forgeage. Selon l’invention, il est possible d’obtenir un profilé 30, 30’ qui présente une plus grande dimension finale Df supérieure à la valeur maximale autorisée par un dispositif d’extrusion. Ainsi, les profilés 30, 30’ obtenus peuvent avoir une plus grande dimension supérieure à environ 74 cm (29 inches). Selon une application, un aéronef comprend au moins un profilé obtenu à partir du procédé de fabrication de l’invention. Comme illustré sur les figures 11 et 12, un aéronef comprend un fuselage 60 et une voilure 62 reliés par l’intermédiaire d’un caisson central de voilure 64 qui comprend un panneau supérieur 66, un panneau inférieur 68, un longeron avant 70, un longeron arrière 72, un longeron droit 74 et un longeron gauche 76, reliés deux à deux par l’intermédiaire de cornières 78. Selon un mode de réalisation, chacune de ces cornières 78 est obtenue en utilisant le procédé de fabrication d’un profilé selon l’invention. Bien entendu, l’invention n’est pas limitée à cette application. Procédé de fabrication d’un profilé (30) présentant au moins une aile (32, 34, 36) comportant une épaisseur finale (Ef) et une longueur finale (Lf), caractérisé en ce que le procédé de fabrication comprend une étape d’extrusion d’une ébauche (40) présentant au moins une aile (42, 44) à allonger comportant un chant d’extrémité (42.3, 44.3), une surépaisseur (50) d’épaisseur intermédiaire (Ei) supérieure à l’épaisseur finale (Ef) et une longueur intermédiaire (Li) inférieure à la longueur finale (Lf) ainsi qu’une étape de forgeage de l’ébauche (40) pour obtenir le profilé (30), en comprimant chaque aile (42, 44) à allonger de l’ébauche (40), pour réduire son épaisseur et augmenter sa longueur afin qu’elle soit identique à une des ailes (32, 34) du profilé (30). Procédé de fabrication d’un profilé (30) selon la revendication 1, caractérisé en ce que, pour chaque aile (42, 44) à allonger, la surépaisseur (50) s’étend, à partir du chant d’extrémité (42.3, 44.3) de l’aile (42, 44), sur au moins une partie de sa longueur. Procédé de fabrication d’un profilé (30) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la surépaisseur (50) s’étend sur toute la longueur de l’aile (42, 44) à allonger. Procédé de fabrication d’un profilé (30) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’étape de forgeage est appliquée simultanément sur toutes les ailes (42, 44) à allonger. Procédé de fabrication d’un profilé (30) selon l’une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l’étape de forgeage est appliquée de manière décalée et/ou alternée sur les ailes (42, 44) à allonger. Procédé de fabrication d’un profilé (30) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le procédé de fabrication comprend une étape de traitement thermique après l’étape d’extrusion. Procédé de fabrication d’un profilé (30) présentant une section transversale en forme de T avec des première et deuxième ailes (32, 34) disposées de part et d’autre d’une troisième aile (36) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’ébauche (40) comprend des première et deuxième ailes (42, 44) à allonger disposées de part et d’autre d’une troisième aile (46) et en ce que chacune des première et deuxième ailes (42, 44) à allonger de l’ébauche (40) comprend une première face (42.1, 44.1), orientée vers la troisième aile (46), au niveau de laquelle est prévue la surépaisseur (50). Procédé de fabrication d’un profilé (30) présentant une section transversale en forme de T selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la surépaisseur (50) est sensiblement constante sur toute la longueur de chacune des première et deuxième ailes (42, 44). Procédé de fabrication d’un profilé (30) présentant une section transversale en forme de T selon l’une des revendications 7 à 8, caractérisé en ce que la troisième aile (46) comprend des première et deuxième faces (46.1, 46.2) orientées vers les première et deuxième ailes (42, 44), une surépaisseur (50) étant présente sur au moins l’une de ses première et deuxième faces (46.1, 46.2) pour augmenter la longueur d’au moins l’une des première et deuxième ailes (42, 44). Profilé obtenu à partir du procédé de fabrication selon l’une des revendications précédentes. Aéronef comprenant au moins un profilé obtenu à partir du procédé de fabrication selon l’une des revendications 1 à 9.