Brevet FR3105061A1 — publié le 20210625

La présente invention concerne un procédé et un moule de formage (10) de matériau composite comprenant une empreinte positive (12) et une empreinte négative (14) adaptées à être entraînées l’une vers l’autre tandis qu’une plaque d’un matériau composite thermoplastique ramollie (46) est engagée entre lesdites empreintes pour pouvoir presser ladite plaque de manière à former une pièce en creux (58) présentant un fond (60) et un bord (61). Ladite empreinte négative (14) comprend une partie centrale négative (22) et une partie périphérique négative (24) mobile en translation par rapport à ladite partie centrale négative (22). Et ladite partie centrale négative (22) et ladite partie périphérique négative (24) sont adaptées à être entraînées successivement en translation de manière à presser ladite plaque (46) pour former ledit fond (60), tandis que ladite partie périphérique négative (24) vient former ledit bord (61) après que ledit fond (60) a été pressé. Figure à publier avec l’abrégé : Fig. 1 Moule de formage de matériau composite La présente invention se rapporte à un moule de formage de matériau composite en plaque. Les procédés d’estampage désignent usuellement le formage à chaud des matériaux métalliques. Ils consistent à venir déformer plastiquement à force un objet métallique préalablement chauffé pour lui conférer une forme prédéfinie qu’il conserve après refroidissement. Les procédés de thermoformage visent à transformer les matériaux polymères thermoplastiques en plaques ou en feuilles dans un moule pour leur conférer une forme tridimensionnelle. Le moule comprend une empreinte positive et une empreinte négative, lesquelles sont tout d’abord écartées l’une de l’autre. La plaque de matériau polymère thermoplastique est préalablement chauffée de manière à porter le matériau polymère au-delà de sa température de transition vitreuse, à l’état caoutchouteux, puis elle est insérée entre les deux empreintes, lesquelles sont entraînées l’une vers l’autre selon une direction de formage de manière à mettre la plaque en forme. Après refroidissement puis démoulage, on obtient une pièce rigide. Les matériaux composites thermoplastiques, résultent de la mise en œuvre d’un matériau polymère thermoplastique et de fibres de renfort noyées dans la masse du matériau. De tels matériaux composites peuvent également être obtenus sous forme de plaques et ainsi être formés dans un moule de formage adapté. Ces matériaux composites sont plus rigides que les matériaux thermoplastiques usuels. Ainsi, un tel procédé de formage est usuellement appelé thermo-estampage. Les matériaux composites thermoplastiques sont de surcroît, sensiblement plus rigides encore lorsqu’ils incluent des fibres continues ; autrement dit, lorsqu’ils incluent des fibres où des fils s’étendent d’une seule longueur d’un bord à l’autre de la pièce. Aussi, quel que soit le procédé, les angles de dépouilles des parois des moules sont relativement importants de manière à faciliter, non seulement le formage lorsque les deux empreintes s’imbriquent l’une dans l’autre, mais aussi à faciliter le démoulage. De plus, plus l’angle de dépouille est faible, plus les défauts apparaissent dans le rayon de pliure. Ainsi, les pièces formées présentent nécessairement des bords inclinés par rapport à la direction de formage, ce qui n’est pas toujours souhaité. Partant, un problème qui se pose et que vise à résoudre la présente invention, est de fournir un moule de formage de matériau composite en plaque qui permette, non seulement d’obtenir des pièces en relief présentant des bords droits ou sensiblement droit, mais aussi d’obtenir des pièces sans défaut notamment au niveau de la pliure. Dans ce but, selon un premier objet, il est proposé un moule de formage de matériau composite en plaque comprenant une empreinte positive et une empreinte négative adaptées à être entraînées l’une vers l’autre selon une direction de formage, tandis qu’une plaque d’un matériau composite thermoplastique ramollie à chaud est engagée entre lesdites empreintes positive et négative pour pouvoir presser ladite plaque entre lesdites empreintes et de manière à former une pièce en creux présentant un fond et un bord s’étendant autour dudit fond. Ladite empreinte négative comprend une partie centrale négative et une partie périphérique négative s’étendant autour de ladite partie centrale négative, ladite partie périphérique négative étant mobile en translation par rapport à ladite partie centrale négative selon ladite direction de formage. Ladite partie centrale négative et ladite partie périphérique négative sont adaptées à être entraînées successivement en translation par rapport à ladite empreinte positive de façon que ladite partie centrale négative et ladite empreinte positive pressent ladite plaque pour former ledit fond, tandis que ladite partie périphérique négative vient former ledit bord après que ledit fond a été pressé. Ainsi, une caractéristique de l’invention réside dans la mise en œuvre d’une empreinte négative en deux parties mobiles l’une par rapport à l’autre. De la sorte, la partie centrale négative vient presser la plaque ramollie en formant le fond et aussi, en la maintenant en position fixe. La partie périphérique négative peut alors ensuite venir former le bord de la pièce en creux lorsqu’elle est entraînée en translation par rapport à la partie centrale négative selon une ligne de pliage parfaitement défini et sans défaut dans son voisinage. Conséquemment, grâce à la partie périphérique négative mobile, on réalise un moule sans dépouille, ou une valeur de dépouille très faible comme on l’expliquera ci-après. Le matériau composite thermoplastique de la plaque est ramolli grâce à de l’énergie thermique qu’on lui fournit au préalable. Le polymère thermoplastique du matériau composite est alors porté au-delà de sa température de transition vitreuse dans un état dit caoutchouteux. Il peut également être porté au-delà de sa température de fusion. Avantageusement, le moule comprend en outre des organes de compactage latéraux adaptés à venir presser ledit bord contre ladite empreinte positive selon une direction sensiblement perpendiculaire à ladite direction de formage. De la sorte, grâce à cette caractéristique, on maintient le bord en position fixe durant la période de refroidissement. Partant, les caractéristiques métrologiques de la pièce finalement obtenue sont parfaitement définies. En outre, ladite partie périphérique négative est entraînée en translation par rapport à ladite partie centrale négative après que ledit bord a été formé de manière à pouvoir libérer ledit bord. La course de la partie périphérique négative peut être d’une faible amplitude, uniquement pour initier la pliure entre le fond et le bord de la pièce, ou bien d’une grande amplitude afin de, non seulement initier la pliure mais aussi, maintenir le bord contre l’empreinte positive. Après que le bord a été formé, ou encore qu’il a été rabattu contre l’empreinte positive, la partie périphérique négative est rétractée de manière à libérer le bord. De la sorte, la mise en œuvre des organes de compactage latéraux est plus aisée comme on l’expliquera plus en détail dans la suite de la description. Aussi, ladite empreinte positive comporte, de préférence, une surface centrale positive et une paroi périphérique positive s’étendant en arrière autour de ladite surface centrale positive. La partie centrale négative est adaptée à venir en regard de la surface centrale positive, pour presser le fond de la pièce. Les bords de celle-ci sont alors appliqués contre la paroi périphérique positive. Selon une caractéristique de l’invention particulièrement avantageuse, ladite paroi périphérique positive est définie par des génératrices sensiblement parallèles entre elles et à ladite direction de formage. L’inclinaison de la paroi périphérique positive conditionne directement l’angle de dépouille, et lorsque les génératrices sont parallèles entre elles et à la direction de formage, l’angle de dépouille est nul. Les génératrices de la paroi périphérique sont sensiblement parallèles à la direction de formage, autrement dit, elles ne s’en écartent pas de plus de 10°. Aussi, ladite partie centrale négative comporte de préférence une surface centrale négative et une bordure négative s’étendant autour de ladite surface centrale négative, et ladite surface centrale négative et ladite surface centrale positive présentent des mêmes dimensions pour presser ledit fond entre elles. Autrement dit, la plaque de matériau composite est directement en prise entre la surface centrale positive et la surface centrale négative, tandis que la bordure négative s’étend autour de la surface centrale négative. Avantageusement, la bordure négative présente une largeur supérieure ou égale à l’épaisseur de la plaque de matériau composite. Et lorsque la partie périphérique négative est mise en œuvre, elle vient rabattre les bords contre la paroi périphérique positive, et la plaque en matériau composite est parfaitement pressée de part et d’autre de ses deux faces opposées sans discontinuité. Selon une caractéristique de l’invention particulièrement avantageuse, ladite partie périphérique négative présente une paroi périphérique négative venant s’étendre en regard de ladite paroi périphérique positive pour former ledit bord. Le bord de la pièce est ainsi formé entre la paroi périphérique négative et la paroi périphérique positive. En outre, ladite paroi périphérique négative est définie par des génératrices sensiblement parallèles entre elles et à ladite direction de formage. De la sorte, la paroi périphérique négative vient s’étendre en regard de la paroi périphérique positive de manière sensiblement parallèle et l’empreinte négative est alors sans dépouille. Par ailleurs, la partie périphérique négative est adaptée à être rétractée après le formage du bord afin d’autoriser la mise en œuvre des organes de compactage latéraux qui viennent presser le bord contre la paroi périphérique positive. Selon un deuxième objet de l’invention, il est proposé un procédé de formage de matériau composite en plaque comprenant les étapes suivantes : a) on fournit une plaque d’un matériau composite thermoplastique ; b) on fournit un moule de formage tel que décrit ci-dessus et comprenant une empreinte positive et une empreinte négative adaptées à être entraînées l’une vers l’autre selon une direction de formage ; c) on engage ladite plaque de matériau composite thermoplastique ramollie à chaud entre lesdites empreintes positive et négative pour pouvoir presser ladite plaque entre lesdites empreintes et de manière à former une pièce en creux présentant un fond et un bord s’étendant autour dudit fond. A l’étape a), ladite empreinte négative comprend une partie centrale négative et une partie périphérique négative s’étendant autour de ladite partie centrale négative, ladite partie périphérique négative étant mobile en translation par rapport à ladite partie centrale négative selon ladite direction de formage ; et à l’étape c), on entraîne successivement ladite partie centrale négative et ladite partie périphérique négative en translation par rapport à ladite empreinte positive de façon que ladite partie centrale négative et ladite empreinte positive pressent ladite plaque pour former ledit fond, tandis que ladite partie périphérique négative vient former ledit bord après que ledit fond a été pressé. Aussi, on fournit en outre de façon particulièrement avantageuse, des organes de compactage latéraux adaptés à venir presser ledit bord contre ladite empreinte positive selon une direction sensiblement perpendiculaire à ladite direction de formage. D’autres particularités et avantages de l’invention ressortiront à la lecture de la description faite ci-après d’un mode de réalisation particulier de l’invention, donné à titre indicatif mais non limitatif, en référence aux dessins annexés sur lesquels : est une vue schématique en coupe axiale du moule de formage selon l’invention dans une première étape de fonctionnement ; est une vue schématique en coupe axiale du moule de formage représenté sur la figure [Fig. 1] dans une deuxième étape de fonctionnement ; est une vue schématique en coupe axiale du moule de formage représenté sur la figure [Fig. 1] dans une troisième étape de fonctionnement ; est une vue schématique en coupe axiale du moule de formage représenté sur la figure [Fig. 1] dans une quatrième étape de fonctionnement ; est une vue schématique en perspective de la pièce obtenue grâce au moule de formage selon l’invention ; et, est un organigramme du procédé de formage selon l’invention. La Figure 1 montre de manière schématique un moule de formage 10 présentant une empreinte positive 12 et une empreinte négative 14 en regard. L’empreinte 12 est dite positive, car elle s’étend essentiellement en saillie, tandis que l’empreinte 14 est dite négative car elle est essentiellement en creux. L’empreinte positive 12 est l’empreinte inférieure, et elle est montée en position fixe sur une embase 16. Elle est ici sensiblement cubique. Elle présente une surface centrale positive 18 et une paroi périphérique positive 20 qui s’étend autour de la surface centrale positive 18. Par exemple, la surface centrale positive 18 est plane et de forme carrée. La paroi périphérique positive 20 s’étend autour de la surface centrale positive 18, selon des génératrices parallèles, sur chacune des quatre faces deux à deux opposées de l’empreinte positive 12. On observera que l’empreinte positive 12 est ici très simple pour rendre plus aisé la description. En revanche, toutes autres sortes de formes cylindriques peuvent être envisagées. L’empreinte négative 14 comporte une partie centrale négative 22 et une partie périphérique négative 24. L’empreinte négative 14 est solidaire d’une table porte-pièce 26 destinée à être entraînée en translation vers l’embase 16 selon une direction de formage D comme on l’expliquera ci-après. L’empreinte négative 14 est installée de manière centrée sur la table porte-pièce 26 par rapport à l’empreinte positive 12. Aussi, la partie centrale négative 22 présente une surface centrale négative 28 de même dimension que la surface centrale positive 18 et elle est ajustée en regard. En outre, la partie centrale négative 22 présente une bordure négative 30 s’étendant autour de la surface centrale négative 28 et dans le plan de la surface centrale négative 28 sans discontinuité. Aussi, la partie périphérique négative 24 est cylindrique et elle entoure la partie centrale négative 22. En outre, elle est mobile en translation par rapport à la partie centrale négative 22 selon la direction de formage D. Elle présente une paroi périphérique négative 32, ou paroi interne. On observera que la partie périphérique négative 24 s’étend en retrait de la surface centrale négative 28 par rapport à la surface centrale positive 18 de l’empreinte positive 12 qui lui fait face. De plus, le moule de formage 10 comporte des organes de compactage latéraux opposés 34, 36. En l’espèce, deux autres organes de compactage, antérieur et postérieur, non représentés, sont installés autour de l’empreinte positive 12. On décrira à présent, conformément à l’organigramme de la figure le procédé de formage selon l’invention grâce au moule de formage 10. Ainsi, on fournit selon une première étape 40, une plaque d’un matériau composite thermoplastique de forme carrée dans l’exemple choisi. Par exemple, il s’agit d’une plaque en polyamide renforcée par des fibres continues agencées dans un textile tissé. Il s’agit par exemple de fibres de verre formant des fils continus, lesquels sont tissés pour former un textile de renfort. Une pluralité de couches de textile ainsi réalisées peut être noyée à l’intérieur de la matrice en polyamide. On obtient de la sorte une plaque d’un matériau composite thermoplastique. Une telle plaque de matériau composite thermoplastique est alors préalablement chauffée, dans une deuxième étape 42, par exemple à 260 °C, afin de porter le polyamide au-delà de sa température de transition vitreuse, mais aussi au-delà de sa température de fusion. Ensuite, selon une troisième étape 44, la plaque de matériau composite thermoplastique ainsi ramollie 46 est portée à plat entre les deux empreintes 12, 14 comme illustré sur la figure . Elle y est avantageusement portée maintenue par ses bords, sa face supérieure 45 en regard de la surface centrale négative 28 et sa face inférieure 47 en regard de la surface centrale positive 18. Idéalement, les points de croisement des diagonales de la surface centrale négative 28, de la plaque de matériau composite ramollie 46 et de la surface centrale positive 18 sont alignés, selon une droite parallèle à la direction de formage D. On observera que la plaque de matériau composite 46 présente une surface supérieure à la surface centrale négative 28 additionnée de sa bordure négative 30. Au surplus, la plaque 46 présente une épaisseur inférieure ou égale à la largeur de la bordure négative 30 s’étendant autour de la surface centrale négative 28. Selon une quatrième étape 49, la table porte-pièce 26 est abaissée selon la direction de formage D, de manière à presser la plaque de matériau composite ramollie 46 entre la surface centrale négative 28 et la surface centrale positive 18. La figure illustre la position relative des empreintes positive 12 et négative 14 à l’issue de cette quatrième étape 49. Ainsi, la plaque de matériau composite 46 présente une portion centrale de forme carrée 48 pressée entre la surface centrale positive 18 et la surface centrale négative 28, et autour, une bordure libre 50 s’étendant en saillie. Conformément à une cinquième étape 52, tandis que la plaque de matériau composite 46 est maintenue en position fixe entre l’empreinte positive 12 et la partie centrale négative 22, la partie périphérique négative 24 de l’empreinte négative 14 est à son tour abaissée selon la direction de formage D comme l’illustre la figure [Fig. 3]. Cette cinquième étape 52 peut se dérouler dès après la quatrième étape 49, de manière à pouvoir opérer alors que le polymère thermoplastique est toujours à l’état caoutchouteux. Ainsi, à mesure que la partie périphérique négative 24 est abaissée, elle vient en contact avec la bordure libre 50, sur les quatre côtés deux à deux opposés de la portion centrale carrée 48 et rabat cette bordure libre 50 contre la paroi périphérique positive 20, laquelle présente quatre faces deux à deux opposées également. Plus précisément, la partie périphérique négative 24 entraîne en pivotement la bordure libre 50 de la plaque 46. Ainsi, au niveau de la bordure négative 30 de la surface centrale négative 28, contre laquelle la face supérieure 45 de la plaque de matériau composite thermoplastique ramollie 46 vient s’appliquer, le matériau polymère et les fibres sont étirés, tandis qu’à l’opposé, sur la face inférieure 47, le matériau polymère et les fibres sont comprimés. La course de la partie périphérique négative 24 se poursuivant, la paroi périphérique négative 32 vient s’appliquer contre la face supérieure 45 de la bordure libre 50 et vient porter en applique la face inférieure 47 de la bordure libre 50 contre la paroi périphérique positive 20. La bordure libre 50 vient alors s’étendre autour de la portion centrale carrée 48 sensiblement perpendiculairement à celle-ci. Aussi, on observera que la partie périphérique négative 24 confine la plaque 46 au niveau de la pliure situé à l’angle de la surface centrale positive 18 et de la paroi périphérique positive 20, en regard de la bordure négative 30 et de la paroi périphérique négative 32. Par conséquent, le polymère thermoplastique de la plaque 46, lequel est à l’état caoutchouteux, lors du pliage de la bordure libre 50, demeure confiné. Partant, aucun défaut ni occlusion n’apparaissent durant ce pliage. Selon une sixième étape 54 du procédé selon l’invention, la partie périphérique négative 24 de l’empreinte supérieure 14 est rétractée selon la direction de formage D en arrière de la surface centrale négative 28, et libère ainsi la bordure libre 50. Séquentiellement, les organes de compactage latéraux opposés 34, 36, viennent presser la bordure libre 50 contre la paroi périphérique positive 20. La figure illustre une telle situation. On observera que deux autres organes de compactage, antérieur et postérieur non représentés, permettent de presser la bordure libre 50 sur les deux autres faces de la paroi périphérique positive 20. Les organes de compactage latéraux opposés 34, 36 maintiennent ainsi la bordure libre 50 de la plaque 46 sensiblement perpendiculairement à la portion centrale carrée 48, jusqu’au refroidissement de la plaque 46 où le polymère thermoplastique retrouve sa rigidité. Selon une ultime étape 56, et après refroidissement du polymère thermoplastique, des organes de compactage latéraux 34, 36 sont écartés et la bordure libre 50 est libérée. Au surplus, la table porte-pièce 26 est écartée de l’embase 16, et la partie centrale négative 22 libère la portion centrale carrée 48 de la plaque 46 ainsi formée. On obtient ainsi une pièce en creux rigide 58 représentée sur la figure . Elle présente un fond 60 correspondant à la portion centrale carrée 48, et un bord 61 présentant quatre côtés deux à deux opposés, 62, 64, 66, 68 correspondant à la bordure libre 50 rabattue. Les quatre côtés 62, 64, 66, 68 sont sensiblement perpendiculaires au fond 60. Grâce au procédé selon l’invention, et au moule de formage qui permet de le mettre en œuvre, on réalise des pièces en creux sans angle de dépouille, et présentant des arêtes 70 correspondant aux pliures, sans défaut. Le moule présenté sur les figures, l’est à titre d’exemple pour former une pièce en creux 58 relativement simple telle que représentée sur la figure . En revanche, des moules plus complexes, basés sur le même principe, d’une empreinte négative en deux parties mobiles l’une par rapport à l’autre pour faciliter le pliage de la plaque en matériau polymère et pour former des pièces sans dépouille ou avec une très faible valeur de dépouille, peuvent être imaginés. Moule de formage (10) de matériau composite en plaque comprenant une empreinte positive (12) et une empreinte négative (14) adaptées à être entraînées l’une vers l’autre selon une direction de formage, tandis qu’une plaque d’un matériau composite thermoplastique ramollie (46) à chaud est engagée entre lesdites empreintes positive (12) et négative (14) pour pouvoir presser ladite plaque entre lesdites empreintes et de manière à former une pièce en creux (58) présentant un fond (60) et un bord (61) s’étendant autour dudit fond (60) ; caractérisé en ce que ladite empreinte négative (14) comprend une partie centrale négative (22) et une partie périphérique négative (24) s’étendant autour de ladite partie centrale négative (22), ladite partie périphérique négative (24) étant mobile en translation par rapport à ladite partie centrale négative (22) selon ladite direction de formage ; et en ce que ladite partie centrale négative (22) et ladite partie périphérique négative (24) sont adaptées à être entraînées successivement en translation par rapport à ladite empreinte positive (12) de façon que ladite partie centrale négative (22) et ladite empreinte positive (12) pressent ladite plaque (46) pour former ledit fond (60), tandis que ladite partie périphérique négative (24) vient former ledit bord (61) après que ledit fond (60) a été pressé. Moule de formage selon la revendication 1, caractérisé en ce qu’il comprend en outre des organes de compactage latéraux (34, 36) adaptés à venir presser ledit bord (61) contre ladite empreinte positive (12) selon une direction sensiblement perpendiculaire à ladite direction de formage. Moule de formage selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ladite partie périphérique négative (24) est entraînée en translation par rapport à ladite partie centrale négative (22) après que ledit bord (61) a été formé de manière à pouvoir libérer ledit bord. Moule de formage selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ladite empreinte positive (12) comporte une surface centrale positive (18) et une paroi périphérique positive (20) s’étendant en arrière autour de ladite surface centrale positive (18). Moule de formage selon la revendication 4, caractérisé en ce que ladite paroi périphérique positive (20) est définie par des génératrices sensiblement parallèles entre elles et à ladite direction de formage. Moule de formage selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que ladite partie centrale négative (22) comporte une surface centrale négative (28) et une bordure négative (30) s’étendant autour de ladite surface centrale négative (22), et en ce que ladite surface centrale négative (28) et ladite surface centrale positive (18) présentent des mêmes dimensions pour presser ledit fond (60) entre elles. Moule de formage selon l’une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que ladite partie périphérique négative (24) présente une paroi périphérique négative (32) venant s’étendre en regard de ladite paroi périphérique positive (20) pour former ledit bord (61). Moule de formage selon la revendication 7, caractérisé en ce que ladite paroi périphérique négative (32) est définie par des génératrices sensiblement parallèles entre elles et à ladite direction de formage. Procédé de formage de matériau composite en plaque comprenant les étapes suivantes : - a) on fournit une plaque d’un matériau composite thermoplastique ; - b) on fournit un moule de formage (10) selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, comprenant une empreinte positive (12) et une empreinte négative (14) adaptées à être entraînées l’une vers l’autre selon une direction de formage ; - c) on engage ladite plaque de matériau composite thermoplastique ramollie (46) à chaud entre lesdites empreintes positive (12) et négative (14) pour pouvoir presser ladite plaque (46) entre lesdites empreintes (12, 14) et de manière à former une pièce en creux (58) présentant un fond (60) et un bord (61) s’étendant autour dudit fond ; caractérisé en ce qu’à l’étape a), ladite empreinte négative (14) comprend une partie centrale négative (22) et une partie périphérique négative (24) s’étendant autour de ladite partie centrale négative (22), ladite partie périphérique négative (24) étant mobile en translation par rapport à ladite partie centrale négative (22) selon ladite direction de formage ; et en ce qu’à l’étape c), on entraîne successivement ladite partie centrale négative (22) et ladite partie périphérique négative (24) en translation par rapport à ladite empreinte positive (12) de façon que ladite partie centrale négative (22) et ladite empreinte positive (12) pressent ladite plaque (46) pour former ledit fond (60), tandis que ladite partie périphérique négative (24) vient former ledit bord (61) après que ledit fond (60) a été pressé. Procédé de formage selon la revendication 9, caractérisé en ce qu’on fournit en outre des organes de compactage latéraux (34, 36) adaptés à venir presser ledit bord (61) contre ladite empreinte positive (12) selon une direction sensiblement perpendiculaire à ladite direction de formage.