Brevet FR3130675A1 — publié le 20230623

L’invention concerne un outillage de moulage (30) d’un conduit pour une turbomachine d’aéronef, le conduit étant réalisé en matériau composite à base de fibres et comportant une portion tubulaire incurvée dont une extrémité est reliée à un rebord périphérique, cet outillage (30) comportant : - un socle (40), - un corps (50) de forme générale allongée et incurvée, ce corps (50) étant réalisé par un ensemble de premières pièces (52) qui sont montées de manière ajustée les unes contre les autres et qui comprennent une première clef centrale (53) de démoulage qui s’étend d’une extrémité à l’autre du corps (50) et qui est configurée pour être retirée en premier lors d’un démoulage du corps (50). L’invention concerne également un procédé de fabrication d’un conduit pour une turbomachine d’aéronef, au moyen d’un outillage (30) tel que décrit précédemment. Figure pour l’abrégé : Figure 5 OUTILLAGE ET PROCÉDÉ DE MOULAGE D’UN CONDUIT POUR UNE TURBOMACHINE D’AÉRONEF Domaine technique de l’invention La présente invention concerne un outillage et un procédé de moulage d’un conduit pour une turbomachine d’aéronef. Arrière-plan technique Il est connu, pour fabriquer un conduit en matériau composite pour une turbomachine d’aéronef, d’utiliser un outillage comprenant une membrane souple sur laquelle est disposée une préforme fibreuse et sèche, ainsi qu’un moule externe, composé de plusieurs parties, qui se place autour de la préforme fibreuse et sèche. La préforme fibreuse sèche, en fibre de carbone et/ou fibre de verre, est disposée sur la membrane souple gonflée, puis les différentes parties du moule sont assemblées autour de l’ensemble membrane/préforme. Une fois la préforme placée dans l’outillage, une surface interne de la préforme se trouve contre la membrane souple et une surface externe de la préforme se trouve contre le moule externe. Les différentes parties de l’outillage sont alors maintenues entres elles. Une fois l’ensemble fixé, l’outillage est chauffé et de la résine polymérisable destinée à imprégner et rigidifier la préforme est injectée dans l’outillage. La résine est injectée dans la préforme à l’aide d’un piston d’injection, avec un vide maintenu au niveau de la préforme. Une fois la préforme complètement injectée, les pistons cessent d’exercer une quelconque pression, et l’outillage continue de chauffer pour réaliser la polymérisation de la résine. Une fois le cycle de chauffage terminé, la pièce peut alors être démoulée. Cependant, l’outillage de l’art antérieur présente de nombreux désavantages. En particulier, dans le but de chauffer l’ensemble de la préforme lors du cycle de chauffage, il est nécessaire de chauffer l’ensemble du moule. L’outillage comporte ainsi un système de chauffage intégré dans les pièces du moule, notamment des crayons chauffants, c’est-à-dire des résistances disposées dans différents endroits des différentes parties du moule. La présence de ce système de chauffage oblige le moule à présenter des dimensions et une masse très importantes rendant notamment sa manipulation difficile. En outre, le moule étant en acier, son inertie thermique ne permet pas d’avoir une homogénéité thermique correcte au niveau de la résine lors des phases de montée en température et de polymérisation. Cette inhomogénéité a en particulier un impact sur la santé matière et les besoins fonctionnelles de la pièce. L’inhomogénéité entraîne en particulier une mauvaise polymérisation, c’est-à-dire en particulier une température de transition vitreuse et un taux de polymérisation trop bas, ce qui a un impact négatif sur les propriétés mécaniques des matériaux et réduit les caractéristiques mécaniques de la pièce. Cette inhomogénéité peut entrainer également la formation d’indications non désirées, telles des délaminages (séparation physique entre les plis de renforcement, indiquant une discontinuité de résine à l’interface), des porosités, des pincements de fibre et/ou des décalages géométriques entrainant une réduction des caractéristiques mécaniques de la pièces finie, notamment un mauvais taux volumique de fibres pouvant conduire à une mise au rebut de la pièce finie. Par ailleurs, la préforme fibreuse sèche est relativement épaisse avant compactage et injection, ce qui amène des difficultés de fermeture des différentes parties du moule externe et entraine des pincements locaux de fibres, des variations de géométrie sur la pièce finie au-delà des tolérances imposée, ce qui peut empêcher le montage de la pièce finie sur la turbomachine. De plus la membrane souple ne permet pas d’appliquer une pression suffisante dans toutes les zones de la préforme. Des poches de résines sans renfort fibreux sont créées, créant des abattements mécaniques et réduisant de fait les caractéristiques mécaniques et la durée de vie de la pièce finie. Une mauvaise application de la pression génère aussi des variations élevées des taux volumique de fibres, néfaste aux caractéristiques mécaniques. Aussi, les préformes en matériau composite présentent une face compatible aux besoins aérodynamiques lorsque cette dernière est contre un moule rigide puisque la résine prend la forme exacte du moule. A l’inverse, une membrane souple ne présente pas une rigidité suffisante pour assurer une rugosité contrôlée et une absence d’ondulations de surface, compatibles avec les exigences aérodynamiques requises. Ainsi, dans le cas où le conduit présente une surface interne qui sera soumise à un flux aérodynamique, son positionnement contre une membrane souple lors de sa fabrication peut provoquer une incompatibilité du conduit avec les exigences aérodynamiques requises, nécessitant alors une intervention d’un opérateur ou la mise au rebut du conduit. D’autre part, l’outillage de l’art antérieur est très volumineux. En effet, le moule et ses différentes parties se placent à l’extérieur de la préforme. Étant donné que la pièce à réaliser peut mesurer plusieurs dizaines de centimètres et que l’outillage englobe également le système de chauffage, les dimensions de l’outillage peuvent atteindre notamment un mètre de largeur, un mètre de longueur et une hauteur pouvant dépasser le mètre. De surcroît, l’outillage est très lourd. Par ailleurs, chacune des parties du moule ayant un poids élevé, notamment supérieur à 35 kg, il est nécessaire de réaliser la manipulation des différentes parties moule à l’aide d’engins de manutention. Également, l’outillage de l’art antérieur étant massif, il n’est possible de produire qu’une seule pièce à la fois. En outre, chaque moule ne peut produire qu’une seule référence de conduit et qu’un seul conduit à la fois. La multiplication des références de conduit et/ou les besoins en termes de cadence de production entrainent donc une multiplication des moules qu’il est nécessaire d’avoir à disposition. Enfin, suite à la cuisson de la préforme, le démoulage des différentes parties du moule est très compliqué à cause notamment des angles de dépouilles et des singularités géométriques des différentes pièces. La présente invention a notamment pour but de résoudre tout ou partie des problèmes précités. L’invention propose à cet effet un outillage de moulage d’un conduit pour une turbomachine d’aéronef, le conduit étant réalisé en matériau composite à base de fibres et comportant une portion tubulaire incurvée dont une extrémité est reliée à un rebord périphérique, cet outillage comportant : - un socle qui a une forme générale parallélépipédique et dont une surface supérieure comprend une partie centrale évidée et une partie périphérique configurée pour être recouverte par au moins une nappe de fibres pour la réalisation du rebord périphérique du conduit, - un corps de forme générale allongée et incurvée et comportant une extrémité longitudinale emboîtée de manière amovible dans la partie centrale du socle, ce corps étant configuré pour être recouvert par au moins une nappe de fibres pour la réalisation de la portion tubulaire du conduit, ce corps étant réalisé par un ensemble de premières pièces qui sont montées de manière ajustée les unes contre les autres et qui comprennent une première clef centrale de démoulage qui s’étend d’une extrémité à l’autre du corps et qui est configurée pour être retirée en premier lors d’un démoulage du corps. Ainsi, l’outillage de l’invention permet de se passer de moule extérieur au conduit en permettant d’une part le positionnement d’une nappe de fibre sur le socle et le corps et d’autre part de retirer le corps et le socle de manière aisée, notamment grâce à la première clef centrale de démoulage et l’emboitage de manière amovible du corps dans le socle. L’invention permet ainsi d’éviter les problèmes de l’art antérieur liés aux moules cités précédemment et en particulier : - les contraintes dimensionnelles et de formes du conduit sont respectées car l’outillage est placé avant le drapage de la nappe de fibre sur le socle et le corps, ce qui évite les difficultés à fermer le moule ; - le démoulage est plus simple car une seule pièce, la première clef centrale, permet de débloquer toutes les autres premières pièces en place ; - les pièces abîmées de l’outillage peuvent être remplacées individuellement ; - l’outillage présente une masse très inférieure à celle de l’outillage de l’art antérieur, facilitant notamment la manutention ; - l’outillage se trouvant à l’intérieur de la préforme, il est possible d’obtenir une meilleure homogénéité thermique lors de la cuisson de la préforme, par exemple réalisé à l’aide d’un autoclave ou d’une étuve ; et - il est notamment possible de rentrer plusieurs ensemble (outillages et préforme) dans un autoclave permettant ainsi de produire simultanément, avec un même cycle de chauffage, plusieurs conduits, diminuant ainsi les coûts de fabrication. L’outillage, selon l’invention, peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques ci-dessous, prises isolément les unes avec les autres ou en combinaison les unes avec les autres : - le socle est formé d’une seule pièce ; - le corps comprend au moins neuf premières pièces qui s’étendent d’une extrémité à l’autre du corps, à savoir la première clef centrale et huit premières pièces périphériques réparties autour de la première clef centrale de sorte que les neuf premières pièces soient agencées en trois lignes et trois colonnes ; - le conduit comportant en outre une dérivation reliée à la portion tubulaire, l’outillage comprend en outre un bras qui est en saillie sur le corps et qui est configuré pour être recouvert par au moins une nappe de fibres pour la réalisation de la dérivation ; - le bras est réalisé par un ensemble de secondes pièces qui s’étendent d’une extrémité à l’autre du bras ; et - l’ensemble de secondes pièces comprend une seconde clef centrale de démoulage destinée à être retirée en premier lors d’un démoulage du bras. L’invention concerne également un procédé de fabrication d’un conduit pour une turbomachine d’aéronef d’un outillage, tel que décrit ci-dessus, ce procédé comprenant les étapes consistant à : a) assembler ledit ensemble de premières pièces pour former ledit corps et emboîter une extrémité longitudinale de ce corps dans la partie centrale dudit socle, b) apposer des nappes de fibres sur le corps et la partie périphérique du socle, c) polymériser une résine imprégnée ou injecté sur les nappes de fibres, et d) démouler le conduit, qui comprend les sous-étapes de : i) démontage et retrait du socle vis-à-vis du corps, ii) retrait de la première clef centrale du corps, iii) retrait des autres premières pièces du corps. Le procédé, tel que décrit ci-dessus, comprend en outre : - à l’étape b), l’apposition de nappes de fibres sur le bras, et, - à l’étape d), des sous-étapes de : - j) retrait de la seconde clef centrale du bras et - jj) retrait des autres secondes pièces de ce bras. Le procédé, tel que décrit ci-dessus, comprend en outre : - à l’étape c), la compression des nappes de fibres sur l’outillage au moyen d’un vide partiel réalisé entre l’outillage et une bâche à vide qui recouvre les nappes de fibres et l’outillage. Le procédé, tel que décrit ci-dessus, présente les caractéristiques suivantes : - les nappes sont en fibres de carbone et - la résine est une résine époxy ou bismaléimide. Brève description des figures L’invention sera mieux comprise et d’autres détails, caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante faite à titre d’exemple non limitatif et en référence aux dessins annexés dans lesquels : la est une représentation schématique en section axiale d’une turbomachine à double flux selon l’invention, la turbomachine comprenant une vanne de décharge variable ; la est une représentation schématique en perspective d’un étage d’un compresseur de la turbomachine comprenant une vanne de décharge variable ; la est une représentation schématique en perspective d’une vanne de décharge variable ; la est une représentation schématique en perspective d’un outillage selon l’invention ; la est une représentation schématique en perspective de l’outillage assemblé ; la est une représentation schématique en perspective d’un début de drapage d’une nappe de fibre sur l’outillage assemblé ; la est une représentation schématique en perspective de l’outillage entourée d’une préforme, mis sous vide par une bâche à vide ; la est une représentation schématique d’une préforme en matériau composite pour construire une vanne de décharge variable, située sur l’outillage ; et la est une représentation schématique de l’outillage en cours de désassemblage après formation de la vanne de décharge variable. Outillage de moulage (30) d’un conduit (22) pour une turbomachine d’aéronef (1), le conduit (22) étant réalisé en matériau composite à base de fibres et comportant une portion tubulaire (24) incurvée dont une extrémité (24a) est reliée à un rebord périphérique (26), cet outillage (30) comportant : - un socle (40) qui a une forme générale parallélépipédique et dont une surface supérieure (41) comprend une partie centrale (42) évidée et une partie périphérique (43) configurée pour être recouverte par au moins une nappe de fibres (80) pour la réalisation du rebord périphérique (26) du conduit (22), - un corps (50) de forme générale allongée et incurvée et comportant une extrémité longitudinale (50a) emboîtée de manière amovible dans la partie centrale (42) du socle (40), ce corps (50) étant configuré pour être recouvert par au moins une nappe de fibres (81) pour la réalisation de la portion tubulaire (24) du conduit (22), ce corps (50) étant réalisé par un ensemble de premières pièces (52) qui sont montées de manière ajustée les unes contre les autres et qui comprennent une première clef centrale (53) de démoulage qui s’étend d’une extrémité à l’autre du corps (50) et qui est configurée pour être retirée en premier lors d’un démoulage du corps (50). Outillage (30) selon la revendication 1, dans lequel le socle (40) est formé d’une seule pièce. Outillage (30) selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le corps (50) comprend au moins neuf premières pièces (52) qui s’étendent d’une extrémité à l’autre du corps (50), à savoir la première clef centrale (53) et huit premières pièces périphériques (54) réparties autour de la première clef centrale (53) de sorte que les neuf premières pièces (52) soient agencées en trois lignes et trois colonnes. Outillage (30) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel, le conduit (22) comportant en outre une dérivation (28) reliée à la portion tubulaire (24), l’outillage (30) comprend en outre un bras (60) qui est en saillie sur le corps (50) et qui est configuré pour être recouvert par au moins une nappe de fibres (82) pour la réalisation de la dérivation (28). Outillage (30) selon la revendication 4, dans lequel le bras (60) est réalisé par un ensemble de secondes pièces (62) qui s’étendent d’une extrémité à l’autre du bras (60). Outillage (30) selon la revendication 5, dans lequel l’ensemble de secondes pièces (62) comprend une seconde clef centrale de démoulage (63) destinée à être retirée en premier lors d’un démoulage du bras (60). Procédé de fabrication d’un conduit (22) pour une turbomachine d’aéronef (1), au moyen d’un outillage (30) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel il comprend les étapes consistant à : a) assembler ledit ensemble de premières pièces (52) pour former ledit corps (50) et emboîter une extrémité longitudinale (50a) de ce corps (50) dans la partie centrale (42) dudit socle (40), b) apposer des nappes de fibres (80, 81) sur le corps (50) et le partie périphérique (43) du socle (40), c) polymériser une résine imprégnée ou injectée sur les nappes de fibres (80, 81), et d) démouler le conduit (22), qui comprend les sous-étapes de : i) démontage et retrait du socle (40) vis-à-vis du corps (50), ii) retrait de la première clef centrale (53) du corps (50), iii) retrait des autres premières pièces (54) du corps (50). Procédé selon la revendication 7, l’outillage (30) étant tel que défini à la revendication 6, le procédé comprend, à l’étape b), l’apposition de nappes de fibres (82) sur le bras (60), et, à l’étape d), des sous-étapes de j) retrait de la seconde clef centrale (63) du bras (60) et jj) retrait des autres (64) secondes pièces (62) de ce bras (60). Procédé selon la revendication 7 ou 8, dans lequel il comprend, à l’étape c), la compression des nappes de fibres (80, 81, 82) sur l’outillage (30) au moyen d’un vide partiel réalisé entre l’outillage (30) et une bâche à vide (70) qui recouvre les nappes de fibres (80, 81, 82) et l’outillage (30). Procédé selon l’une des revendications 7 à 9, dans lequel les nappes (80, 81, 82) sont en fibres de carbone et la résine est une résine époxy ou bismaléimide.