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FR3127432A1 - Procédé de fabrication d’une pièce aéronautique en matériau composite - Google Patents

Procédé de fabrication d’une pièce aéronautique en matériau composite Download PDF

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FR3127432A1
FR3127432A1 FR2110073A FR2110073A FR3127432A1 FR 3127432 A1 FR3127432 A1 FR 3127432A1 FR 2110073 A FR2110073 A FR 2110073A FR 2110073 A FR2110073 A FR 2110073A FR 3127432 A1 FR3127432 A1 FR 3127432A1
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Abstract

L’invention concerne un procédé de fabrication d’une pièce (10) aéronautique en matériau composite, telle qu’une aube de turbomachine d’aéronef (10), caractérisé en ce qu’il comprend les étapes de : a) préparation d’au moins une nappe de fibres (2), la ou chaque nappe (2) étant obtenue par découpe d’un tissu de fibres pour former des coupons (1) de formes et dimensions prédéterminées, par disposition aléatoire et dans un même plan de ces coupons (1), puis par compression des coupons (1) ainsi disposées, les fibres étant imprégnées d’une résine thermodurcissable, b) chauffage et mise en forme de la ou chaque nappe (2), c) préparation d’une préforme de la pièce (10) au moyen de la ou chaque nappe de fibres (2), et d) compression et chauffage de la préforme dans un moule (6) en vue de la polymérisation de la résine et l’obtention de la pièce (10). Figure pour l'abrégé : Figure 7

Description

PROCÉDÉ DE FABRICATION D’UNE PIÈCE AÉRONAUTIQUE EN MATÉRIAU COMPOSITE
Domaine technique de l'invention
La présente invention concerne un procédé de fabrication d’une pièce aéronautique en matériau composite, telle qu’une aube de turbomachine d’aéronef.
Arrière-plan technique
L’utilisation de matériaux composites est particulièrement avantageuse dans l’industrie aéronautique car ces matériaux sont relativement légers et ont de bonnes propriétés mécaniques.
Un matériau composite classiquement utilisé pour l’aéronautique comprend une préforme fibreuse noyée dans une résine polymérique thermodurcissable. La préforme peut être issue d’un tissage en trois dimensions ou peut être obtenue par drapage et superposition de plusieurs nappes ou tissus de géométrie plane.
La résine peut être injectée dans la préforme ou bien la préforme peut être préalablement imprégnée avec la résine.
Dans le cas où la préforme est déjà imprégnée avec la résine, la préforme est ensuite disposée dans la cavité d’un moule de thermocompression qui peut être recouverte avec une bâche souple ou un contre-moule. La préforme subit alors une chauffe et une compression suffisante pour que la résine thermodurcissable atteigne ses propriétés finales.
Lorsque la géométrie de la pièce finale est compliquée, le moule de thermocompression a une forme compliquée et il est alors difficile de positionner une préforme de géométrie plane dans le moule.
En outre, la nappe formant la préforme peut atteindre une épaisseur allant jusqu’à 2,5mm et présenter une distribution des fibres dans toutes les directions, ce qui rend la nappe et donc la préforme difficile à mettre en forme avant de la placer dans le moule de thermocompression, notamment si ce dernier possède une géométrie complexe. De plus, même si une mise en forme de la nappe est possible, l’état cru de la nappe à ce stade du procédé de fabrication confère à la matière une caractéristique élastique entraînant un retour progressif à sa forme plane initiale empêchant ainsi un positionnement correct dans le moule de thermocompression.
En outre, il est parfois nécessaire d’empiler plusieurs nappes pour concevoir la préforme rendant l’objectif de préformage d’autant plus difficile à atteindre que le nombre de nappe est élevé.
Pour ces raisons, lorsqu’une nappe ou plusieurs nappes doivent être mises en forme suivant une géométrie complexe, avec des rayons et des angles devant être localisés précisément, il est impossible d’atteindre et/ou de maintenir la géométrie souhaitée avant son insertion dans le moule de thermocompression. Par conséquent, il est parfois impossible d’insérer la ou les nappes formant la préforme dans le moule de thermocompression de la pièce à fabriquer, avec la bonne géométrie et par extension de la positionner correctement dans le moule. Cela entraine notamment un nombre de non-conformités important.
La présente invention a notamment pour but de résoudre tout ou partie des problèmes précités.
L’invention concerne un procédé de fabrication d’une pièce aéronautique en matériau composite, telle qu’une aube de turbomachine d’aéronef, caractérisé en ce qu’il comprend les étapes de :
a) préparation d’au moins une nappe de fibres, la ou chaque nappe étant obtenue par découpe d’un tissu de fibres pour former des coupons de formes et dimensions prédéterminées, par disposition aléatoire et dans un même plan de ces coupons, puis par compression des coupons ainsi disposées, les fibres étant imprégnées d’une résine thermodurcissable,
b) chauffage et mise en forme de la ou chaque nappe,
c) préparation d’une préforme de la pièce au moyen de la ou chaque nappe de fibres, et
d) compression et chauffage de la préforme dans un moule en vue de la polymérisation de la résine et l’obtention de la pièce
L’étape b) permet de chauffer la nappe à une température qui amène la matière dans un état quasi-cru, ce qui la rend malléable. Sa déformation et donc sa mise en forme sont donc facilitées, y compris pour des géométries complexes. En outre, la matière à l’état quasi cru présente des propriétés de retour élastique limitées. Il est alors possible de préparer une préforme de la pièce au moyen de la nappe chauffée puis mise en forme selon une géométrie proche de la géométrie finale de la pièce avec pas ou peu de risque de retour élastique. L’invention permet également de conserver des propriétés chimiques, en termes de viscosité et d’avancement de la nappe en matière quasi-cru, proches de celles de la matière crue pour conserver une compatibilité de cycle lorsque la fabrication d’une pièce nécessite d’insérer dans un même moule de thermocompression de la matière crue et de la matière quasi-crue.
Les avantages obtenus par cette invention sont en outre d’ordre économique. En effet, l’invention permet de répéter l’opération de préformage, sans déviation d’ordre humain lors de la réalisation de cette étape, faisant chuter le nombre de non-conformités potentielles et une amélioration de la qualité des pièces fabriquées.
Le procédé selon l’invention peut comprendre une ou plusieurs des étapes ou caractéristiques suivantes, prises isolément les unes des autres, ou en combinaison les unes avec les autres :
  • le chauffage de la ou chaque nappe à l’étape b) est réalisé à une température T1 qui est inférieure à la température T2 de chauffage de la préforme à l’étape d) ;
  • la température T1 est choisie de façon à ce que la résine atteigne un taux de polymérisation inférieur ou égale à 10%, et de préférence inférieur ou égal à 5% ;
  • la température T1 est comprise entre 40 et 180°C ;
  • la température T1 est maintenue pendant une durée comprise entre 1 et 15 minutes ;
  • l’étape b) est réalisée en deux sous étapes successives, une première sous-étape de préchauffage de la ou chaque nappe dans une enceinte, et une seconde sous-étape de préformage de la ou chaque nappe chaude dans un moule de préformage ;
  • le chauffage dans l’enceinte est réalisé par convection, rayonnement ou conduction ;
  • l’étape c) comprend la superposition de plusieurs nappes ;
  • l’étape d) est réalisée par compression et chauffage simultanés de la préforme dans un moule de thermocompression ;
  • la ou chaque nappe préparée à l’étape a) a une épaisseur comprise entre 1 et 4mm, et de préférence entre 2 et 3mm.
Brève description des figures
D’autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description qui suit d’un mode de réalisation non limitatif de l’invention en référence aux dessins annexés sur lesquels :
la est une vue schématique en perspective d’un coupon utilisé pour la fabrication d’une nappe ;
la est une vue schématique en perspective d’une nappe se présentant sous la forme d’un rouleau et formée par des coupons du type de celui de la ;
les figures 3a et 3b sont des vues de profil (3a) et de haut (3b) présentant la nappe dans une enceinte de chauffe ;
les figures 4a et 4b sont des vues de profil (4a) et de haut (4b) présentant la mise en forme d’une nappe de fibres insérée dans un outil de préformage.
les figures 5a et 5b sont des vues de profil (5a) et de haut (5b) présentant la nappe mise en forme ;
la est une vue schématique en coupe d’un moule de fabrication d’une pièce d’aéronautique qui comprime et chauffe une préforme formée d’une ou plusieurs nappes ;
la est une vue schématique en perspective d’une aube composite fabriquée selon l’invention ;
la est une vue très schématique en coupe transversale d’une aube composite fabriquée selon l’invention ; et
les figures 9a à 9c sont des vues similaires à celle de la et représentent des variantes de réalisation de l’invention.

Claims (10)

  1. Procédé de fabrication d’une pièce (10) aéronautique en matériau composite, telle qu’une aube (10) de turbomachine d’aéronef, caractérisé en ce qu’il comprend les étapes de :
    a) préparation d’au moins une nappe de fibres (2), la ou chaque nappe (2) étant obtenue par découpe d’un tissu de fibres pour former des coupons (1) de formes et dimensions prédéterminées, par disposition aléatoire et dans un même plan de ces coupons (1), puis par compression des coupons (1) ainsi disposées, les fibres étant imprégnées d’une résine thermodurcissable,
    b) chauffage et mise en forme de la ou chaque nappe (2),
    c) préparation d’une préforme (9) de la pièce au moyen de la ou chaque nappe de fibres (2), et
    d) compression et chauffage de la préforme (9) dans un moule (6) en vue de la polymérisation de la résine et l’obtention de la pièce (10).
  2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel le chauffage de la ou chaque nappe (2) à l’étape b) est réalisé à une température T1 qui est inférieure à la température T2 de chauffage de la préforme (9) à l’étape d).
  3. Procédé selon la revendication 2, dans lequel la température T1 est choisie de façon à ce que la résine atteigne un taux de polymérisation inférieur ou égale à 10%, et de préférence inférieur ou égal à 5%.
  4. Procédé selon la revendication 2 ou 3, dans lequel la température T1 est comprise entre 40 et 180°C.
  5. Procédé selon l’une des revendications 2 à 4, dans lequel la température T1 est maintenue pendant une durée comprise entre 1 et 15 minutes.
  6. Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel l’étape b) est réalisée en deux sous étapes successives, une première sous-étape de préchauffage de la ou chaque nappe (2) dans une enceinte (3), et une seconde sous-étape de préformage de la ou chaque nappe (2) chaude dans un moule de préformage (4).
  7. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel le chauffage dans l’enceinte (3) est réalisé par convection, rayonnement ou conduction.
  8. Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel l’étape c) comprend la superposition de plusieurs nappes (2).
  9. Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel l’étape d) est réalisée par compression et chauffage simultanés de la préforme (9) dans un moule de thermocompression (6).
  10. Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la ou chaque nappe (2) préparée à l’étape a) a une épaisseur comprise entre 1 et 4mm, et de préférence entre 2 et 3mm.
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