FR3154342A1 - Moule destiné à être utilisé pour la fabrication d'un carter de soufflante et procédé de fabrication d’un carter de soufflante - Google Patents

Moule destiné à être utilisé pour la fabrication d'un carter de soufflante et procédé de fabrication d’un carter de soufflante Download PDF

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Bruno Marie-Joseph Anne Padoue Haentjens
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Abstract

Moule destiné à être utilisé pour la fabrication d'un carter de soufflante et procédé de fabrication d’un carter de soufflante La présente invention se rapporte à un moule (400) destiné à être utilisé pour la fabrication d'un carter de soufflante (10) en matériau composite, le moule comprenant: - un mandrin (431) sur lequel est destinée à être enroulée une préforme fibreuse (410) de carter de soufflante, le mandrin comprenant une paroi annulaire dont le profil de la surface extérieure correspond à celui de la surface interne (14) du carter à fabriquer et deux flasques latéraux (430) dont les profils correspondent à ceux de brides (12, 13) du carter à fabriquer; - une pluralité de secteurs angulaires destinés à fermer le moule et à compacter la préforme fibreuse enroulée sur le mandrin, le moule comprenant en outre un profilé (440) en forme d’anneau destiné à être placé entre la préforme fibreuse enroulée sur le mandrin et les secteurs angulaires de contre-moule. Figure pour l’abrégé : Fig. 4.

Description

Moule destiné à être utilisé pour la fabrication d'un carter de soufflante et procédé de fabrication d’un carter de soufflante
La présente invention se rapporte au domaine général de la fabrication de pièces de révolution telles que des carters de turbine à gaz, et plus particulièrement des carters de soufflante de turbine à gaz pour moteur aéronautique.
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 portions rabattues destinées à former les brides amont et aval du carter de soufflante.
Le mandrin dont le profil épouse celui du carter à réaliser peut quant à lui comprendre une paroi annulaire prenant la forme d'un fût formant un appui destiné à recevoir la portion tubulaire de la préforme fibreuse, et deux flasques latéraux formant un appui destiné à recevoir les portions rabattues de la préforme qui sont destinées à former les brides amont et aval du carter de soufflante.
La fabrication se poursuit par le dépôt d’un contre-moule sur la préforme fibreuse pour fermer le moule puis 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.
La fabrication 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 », moulage par transfert de résine en terminologie anglo-saxonne). Selon ce procédé, une fois que le contre-moule, dont la forme correspond à la pièce de révolution que l'on souhaite obtenir, est déposé sur la préforme fibreuse, on injecte la résine sous pression et température contrôlées à l'intérieur du moule. 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 finale souhaitée, par exemple un carter de soufflante.
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 finale, la fermeture du moule assure aussi la fonction de compactage définitif de la préforme pour l’amener à son épaisseur finale.
LaFIG. 1illustre un moule d’injection RTM 300 composé d’un tambour ou mandrin 331 sur lequel est enroulée une préforme fibreuse 310 et d’un contre-moule formé par une pluralité de secteurs angulaires 320. La fermeture du moule est réalisée par les secteurs angulaires 320 qui assurent le compactage de la préforme.
Comme l’illustre laFIG. 1, le contre-moule peut être formé par une pluralité de premiers secteurs angulaires 321 (sur laFIG. 1, seul un secteur angulaire est visible) destinés à assurer le compactage de la portion tubulaire 314 de la préforme 310. Ces premiers secteurs angulaires 321 sont destinés à enfermer la portion tubulaire 314 de la préforme entre lesdits premiers secteurs angulaires 321 et la paroi annulaire 333 en forme du fut du mandrin 331, ces premiers secteurs angulaires 321 pouvant être appelés secteurs angulaires de fut. Le contre moule peut par ailleurs être formé par une pluralité de deuxièmes secteurs angulaires 322 et une pluralité de troisièmes secteurs angulaires 323 destinés à assurer respectivement le compactage des portions rabattues 311, 312 de la préforme destinées à former les brides latérales, par exemple amont et aval du carter de soufflante. Ces deuxièmes et troisièmes secteurs angulaires 322, 323 sont destinés à enfermer les portions rabattues 311, 312 de la préforme 310 entre lesdits deuxièmes et troisièmes secteurs angulaires 322, 323 et les flasques latéraux 330, 332 du mandrin 331, ces deuxièmes secteurs angulaires 322, 323 pouvant être appelés secteurs angulaires de brides.
La fermeture du moule par de tels secteurs angulaires peut s’avérer être une opération délicate. En effet, comme illustré sur laFIG. 2, on place d’abord un secteur sur deux qui compacte chacun localement la préforme fibreuse. La préforme fibreuse 310 présente des boursouflures ou des plis 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 pénètre alors dans cet espace pour être finalement pincée entre les bords des secteurs adjacents comme représenté sur laFIG. 2. 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.
Ce phénomène de pincement peut apparaitre tant au niveau de la portion tubulaire du renfort fibreux qu’au niveau des portions rabattues destinées à former les brides amont et aval du carter de soufflante.
Dans le brevet FR3100738 déposé par la demanderesse, une pluralité de feuillards est utilisée pour protéger la partie tubulaire de la préforme fibreuse d’éventuels pincement entre deux secteurs angulaires adjacents au niveau de la zone de jonction entre deux secteurs angulaires. L’invention se concentre néanmoins sur la partie tubulaire de la préforme et non les portions rabattues destinées à former les brides du carter de soufflante. L’utilisation de plusieurs feuillets provoque des indentations, empreinte laissée par chaque feuillet sur la pièce injectée finale, qui reste à vie sur la pièce. Si ces indentations sont tolérées sur la partie tubulaire du carter de soufflante, celles-ci sont inacceptables sur les brides du carter de soufflante.
L’invention a notamment pour but de pallier au moins en partie l’un de ces inconvénients et concerne selon un premier aspect un moule destiné à être utilisé pour la fabrication d'un carter de soufflante, par exemple de turbine à gaz, en matériau composite, le moule comprenant :
- un mandrin sur lequel est destinée à être enroulée une préforme fibreuse de carter de soufflante, le mandrin comprenant une paroi annulaire dont le profil de la surface extérieure correspond à celui de la surface interne du carter à fabriquer et deux flasques latéraux dont les profils correspondent à ceux de brides du carter à fabriquer;
- une pluralité de secteurs angulaires de contre-moule destinés à fermer le moule et à compacter la préforme fibreuse enroulée sur le mandrin,
le moule comprenant un profilé en forme d’anneau destiné à être placé entre la préforme fibreuse enroulée sur le mandrin et les secteurs angulaires de contre-moule.
Grâce à la forme d’anneau du profilé, il est possible de protéger au moins une partie de la préforme sur toute la circonférence de cette partie (cette partie pouvant être une des portions rabattues de la préforme et/ou la paroi annulaire), c’est-à-dire sur tout son pourtour, par exemple sur 360° et ce, sans interruption.
Contrairement à l’utilisation de plusieurs feuillets de l’art antérieur, le profilé en forme d’anneau permet d’éviter la formation de plis qui pourraient se créer entre deux feuillets adjacents. Par ailleurs le profilé en forme d’anneau, qui peut s’étendre sur 360° sur la préforme, sans former de rupture contrairement à l’utilisation de plusieurs feuillets, permet d’éviter la formation d’indentations. Ceci est particulièrement avantageux lorsque le profilé est utilisé pour protéger les portions rabattues de la préforme destinées à former les brides du carter à fabriquer. Enfin, grâce au profilé en forme d’anneau il n’est plus nécessaire de placer successivement chaque feuillet entre deux secteurs angulaires. Le profilé en forme d’anneau peut être placé en une seule fois avant d’intégrer les secteurs angulaires.
Selon d’autres caractéristiques de l’invention, le moule de l’invention comporte l’une ou plusieurs des caractéristiques optionnelles suivantes considérées seules ou selon toutes les combinaisons possibles.
Le profilé est formé en une pièce unique.
La préforme fibreuse destinée à être enroulée sur le mandrin comprend une paroi annulaire destinée à former une paroi annulaire du carter à fabriquer et deux portions rabattues destinées à former des brides du carter à fabriquer et le profilé est configuré pour s’étendre sur la circonférence d’une partie d’une des deux portions rabattues de la préforme destinées à former les brides du carter à fabriquer et/ou sur la circonférence d’au moins une partie de la paroi annulaire de la préforme destinée à former la paroi annulaire du carter à fabriquer.
Le profilé comprend une portion configurée pour s’étendre sur la circonférence d’une partie d’une des deux portions rabattues de la préforme fibreuse et une portion configurée pour s’étendre sur la circonférence d’une partie de la paroi annulaire de la préforme fibreuse.
Le profilé comprend une section transversale présentant deux pattes formant un angle, dont la première patte correspond à la portion configurée pour s’étendre sur la circonférence d’une partie d’une des deux portions rabattues de la préforme fibreuse destinées à former les brides du carter et dont la deuxième patte correspond à la portion configurée pour s’étendre sur la circonférence d’une partie de la paroi annulaire de la préforme fibreuse.
Le profilé est en matériau tissé ou métallique. Le matériau tissé ou métallique résiste à l’étape d’injection. Le profilé peut être retiré à la fin du procédé de fabrication du carter et notamment après l’étape d’injection ce qui permet de supprimer les risques de désorganisation de fibres de l’art antérieur. Le matériau métallique est particulièrement préféré car il a démontré les meilleurs résultats de performance.
Le profilé présente une épaisseur supérieure à 0,2 mm. Lorsque le profilé présente une épaisseur supérieure à 0,2 mm, il a pour avantage de pouvoir être réutilisé. En effet, avec une épaisseur inférieure à 0,2 mm, le profilé peut subir des déformations lors du procédé de fabrication du carter de soufflante et ne peut donc pas être réutilisé. Le profilé peut ainsi être conçu dans une démarche plus économique/écologique en fournissant un profilé plus épais et réutilisable après chaque injection.
Le profilé présente une épaisseur comprise entre 0,2 mm et 1 mm. Cette plage de valeur à démontrer le meilleur compromis pour avoir un profilé qui soit réutilisable mais qui reste assez flexible pour pouvoir l’intégrer dans le moule, c’est-à-dire le meilleur compromis de durabilité et de flexibilité.
Selon un autre aspect l’invention se rapporte à un procédé de fermeture d'un moule d'injection tel que précédemment décrit, le procédé comprenant les étapes:
  • d’assemblage étanche des secteurs angulaires de contre-moule sur le mandrin du moule ; et
  • de placement du profilé entre la préforme fibreuse enroulée sur le mandrin et les secteurs angulaires du contre-moule.
Selon un autre aspect l’invention se rapporte à un procédé de fabrication d'un carter de soufflante de turbine à gaz en matériau composite comprenant :
- l’enroulement d'une préforme fibreuse sur le mandrin d'un moule tel que précédemment décrit ;
- la fermeture du moule selon le procédé de fermeture de moule tel que précédemment décrit;
- l'injection dans le moule d'une résine ; et
- le démoulage du carter de soufflante.
FIG. 1LaFIG. 1est une vue schématique en perspective d’un moule d’injection selon l’art antérieur.
FIG. 1LaFIG. 1est une vue en coupe transversale d’un moule fermé selon l’art antérieur.
FIG. 2LaFIG. 2est une vue partielle en coupe radiale montrant une étape de fermeture du moule de laFIG. 1.
FIG. 2LaFIG. 2est une vue partielle en coupe radiale montrant une autre étape de fermeture du moule de laFIG. 1.
FIG. 2LaFIG. 2est une vue partielle en coupe radiale montrant une autre étape de fermeture du moule de laFIG. 1.
FIG. 3LaFIG. 3est une vue schématique en perspective d’un carter de soufflante en matériau composite.
FIG. 4LaFIG. 4est une vue en coupe transversale d’un moule fermé selon l’invention.
FIG. 5LaFIG. 5est une vue partielle du moule fermé selon l’invention.
FIG. 6LaFIG. 6représente un profilé selon l’invention.
FIG. 7LaFIG. 7est une vue agrandie du profilé de laFIG. 6.
Dans la suite de la description de l’applicateur suivant l’invention, les mêmes références numériques désignent les mêmes éléments.
L'invention sera décrite ci-après dans le cadre de son application à la fabrication d'un carter de soufflante de moteur aéronautique à turbine à gaz.
LaFIG. 3représente une vue en perspective d'un carter de soufflante 10 pouvant être fabriqué en utilisant un moule et un procédé selon l'invention. Un tel carter est centré sur un axe longitudinal X-X et comprend une paroi annulaire 11 délimitée à l'amont par une bride amont 12 et à l'aval par une bride aval 13 (l'amont et l'aval étant définis par rapport au sens d'écoulement du flux gazeux dans la turbine à gaz). La surface interne 14 de la paroi annulaire 11 est destinée à délimiter la veine d'entrée d'air dans la turbine à gaz. La paroi annulaire 11 du carter peut ainsi être délimité par deux brides externes 12, 14, par exemple deux brides latérales 12, 14.
LaFIG. 4illustre, de manière schématique et partielle, un moule 400 selon l’invention, lorsqu'il est fermé.
Un tel moule 400 peut être utilisé pour l'imprégnation par un procédé du type RTM (« Resin Transfer Molding », moulage par transfert de résine en terminologie anglo-saxonne) d'une préforme fibreuse 410 afin de fabriquer un carter de soufflante 10 tel que celui présenté enFIG. 3.
La préforme fibreuse 410 peut comprendre une paroi annulaire 414 destinée à former la paroi annulaire 11 du carter de soufflante à fabriquer. La paroi annulaire 414 peut être délimitée par deux portions rabattues 411, 412 destinées à former respectivement la bride amont 12 et la bride aval 13 du carter de soufflante 10 à fabriquer. Par exemple, la première portion rabattue 411 de la préforme 410 est destinée à former la bride amont 12 du carter de soufflante et la deuxième portion rabattue 412 de la préforme 410 est destinée à former la bride aval 13 du carter de soufflante. Chacune des deux portions rabattues 411, 412 de la préforme 410 peut, respectivement, s’étendre radialement depuis un bord de la paroi annulaire 414 de la préforme 410.
La préforme fibreuse 410 peut être réalisée par tissage tridimensionnel de fibres, par exemple de carbone, verre, aramide ou céramique, et la matrice d'imprégnation peut être en polymère, par exemple époxide, bismaléimide ou polyimide.
Le moule 400 peut être monté de façon rotative sur un axe d'entraînement (non représenté) centré sur l'axe X-X, et peut comprendre un mandrin 431. Le mandrin 431 peut comprend une paroi annulaire 433 prenant la forme d'un fût sur lequel est destinée à être enroulée la préforme fibreuse 410, en particulier la partie de la préforme fibreuse 410 destinée à former la paroi annulaire du carter de soufflante, par exemple la paroi annulaire 414 de la préforme fibreuse, et deux flasques latéraux (ou parois latérales) 430, 432. Le mandrin 431 peut être maintenu sur son axe d'entraînement par l'intermédiaire de rayons non représentés.
Les flasques latéraux 430, 432 (ou parois latérales) du mandrin 431 forment un appui destiné à recevoir les portions rabattues 411, 412 de la préforme 410, lorsque la préforme 410 est enroulée sur le mandrin 431. Par exemple, le premier flasque latéral 430 forme un appui destiné à recevoir la première portion rabattue 411 de la préforme destinée à former la bride amont 12 du carter à fabriquer et le deuxième flasque latéral 432 forme un appui destiné à recevoir la deuxième portion rabattue 412 de la préforme destinée à former la bride aval 13 du carter à fabriquer. Les flasques latéraux 430, 432 peuvent s’étendre radialement depuis un bord de la paroi annulaire 433 du mandrin 431
Le moule 400 peut également comprendre un contre-moule 420. Le contre-moule 420 peut comprendre une pluralité de secteurs angulaires 421, 422, 423 qui peuvent être destinés à fermer le moule et à compacter la préforme fibreuse enroulée sur le mandrin. Par exemple les secteurs angulaires 421, 422, 423 peuvent être destinés à être assemblés de façon étanche sur le mandrin 433.
Comme illustré à laFIG. 4, le contre-moule 420 peut comprendre une pluralité de premiers secteurs angulaires 421 assurant le compactage de la paroi annulaire 414 de la préforme 410, une pluralité de deuxièmes secteurs angulaires 422 assurant le compactage de la première portion rabattue 411 de la préforme 410 et une pluralité de troisième secteurs angulaire 423 assurant le compactage de la deuxième portion rabattue 412 de la préforme 410. A titre d’exemple, mais de manière non limitative, le contre-moule peut comprendre six premiers secteurs angulaires 421 assurant le compactage de la paroi annulaire 414 de la préforme 410, six deuxièmes secteurs angulaires 422 assurant le compactage de la première portion rabattue 411 de la préforme 410 et six troisième secteurs angulaire 423 assurant le compactage de la deuxième portion rabattue 412 de la préforme 410.
Sur laFIG. 4, seuls un secteur angulaire de la pluralité de premiers secteurs angulaires, un secteur angulaire de la pluralité de deuxième secteurs angulaires et un secteur de la pluralité de troisième secteurs angulaires sont visibles.
Comme l’illustre laFIG. 5, le moule 400 peut comprendre un profilé 440 destiné à protéger la préforme 410 de la formation de pli ou de pincement. Ainsi le moule selon la présente invention peut être similaire au moule d’injection RTM 300 illustré aux figures 1A et 1B et comprendre en outre le profilé selon l’invention.
Le profilé 440 peut être placé entre la préforme fibreuse 410 enroulée sur le mandrin 431 et les secteurs angulaires 421, 422, 423 de contre-moule. Le profilé 440peut présenter une forme d’anneau, par exemple une forme d’anneau circulaire, par exemple une forme d’anneau fermé (FIG. 6).
Le profilé 440 peut être configuré pour s’étendre sur la circonférence d’au moins une partie de la préforme 410.
Par exemple le profilé 440 peut être configuré pour s’étendre sur la circonférence, par exemple toute la circonférence, d’une partie 412’ d’une des deux portions rabattues 412 de la préforme 412 et/ou sur la circonférence, par exemple toute la circonférence d’au moins une partie de la paroi annulaire 414 de la préforme 410.
Par exemple, le profilé 440 peut être configuré pour s’étendre sur la circonférence, par exemple toute la circonférence de la partie 412’ de la portion rabattue 412 (par exemple la deuxième portion rabattue 412) de la préforme 410 sur laquelle les secteurs angulaires 423 viendraient être déposés et qui est opposée à une deuxième partie 412’’ de la portion rabattue 412 de la préforme 410, la deuxième partie 412’’ étant en appui contre l’un des flasques latéraux 432 du mandrin 433. On entend que le profilé est configuré pour s’étendre sur toute la surface de ladite partie 412’ de portion rabattue 412 destinée à former une des brides 13 du carter.
Comme l’illustre laFIG. 5, le profilé 440 peut être configuré pour s’étendre sur la circonférence, par exemple toute la circonférence, d’au moins une partie de la paroi annulaire 414 de la préforme 410 destinée à former la paroi annulaire 11 du carter de soufflante 10.
La paroi annulaire 414 de la préforme 410 peut par exemple comprendre, comme cela est illustré à laFIG. 4, une partie amont 414’, par exemple proximale à la première portion rabattue 411 de la préforme 410, une partie aval 414’’, par exemple proximale à la deuxième portion rabattue 412 de la préforme 410 et une partie centrale 414’’’ agencée entre la partie amont 414’ et la partie aval 414’’.
Dans l’exemple illustré à laFIG. 5, le profilé peut être configuré pour s’étendre sur la circonférence, par exemple toute la circonférence de la partie aval 414’’ de la paroi annulaire 414 de la préforme 410. On entend que le profilé est configuré pour s’étendre sur tout le contour, par exemple tout le pourtour, par exemple toute la surface de cette partie de la paroi annulaire 414.
Dans une variante non illustrée, le profilé 440 peur être configuré pour s’étendre sur la circonférence, par exemple toute la circonférence de l’intégralité de la paroi annulaire 414 de la préforme 410. Le profilé 440 peut ainsi présenter un diamètre interne légèrement supérieur au diamètre externe de la paroi annulaire de la préforme 410. Cette configuration est particulièrement avantageuse dans le cas où l’on souhaiterait protéger la paroi annulaire 414 de la formation de plis et de pincements.
L'invention s’adresse en particulier aux problèmes de pincements et/ou de plis qui apparaissent au niveau des portions rabattues destinées à former les brides amont et aval du carter de soufflante lors de la fermeture du moule au moyen du contre-moule.
Aussi la présente invention concerne plus particulièrement la protection des portions rabattues de la préforme destinées à former des brides du carter de soufflante.
Ainsi comme l’illustre laFIG. 5, le profilé 440 peut être configuré pour s’étendre sur la circonférence d’une partie 412’ d’une des deux portions rabattues 412 et sur la circonférence d’au moins une partie, par exemple la partie aval 414’’, de la paroi annulaire 414 de la préforme 410.
Le profilé 440 peut ainsi comprendre une portion 442 configurée pour s’étendre sur la circonférence d’une partie 412’ des deux portions rabattues 412 de la préforme fibreuse 410 et une portion 444 configurée pour s’étendre sur la circonférence d’une partie 414’’ de la paroi annulaire 414 de la préforme fibreuse 410.
Le profilé 440 peut par exemple comprendre une section transversale présentant deux pattes formant par exemple un angle non nul, dont la première patte correspond à la portion 442 configurée pour s’étendre sur la circonférence d’une partie 412’ des deux portions rabattues 412 de la préforme fibreuse 414 et dont la deuxième patte correspond à la portion 444 configurée pour s’étendre sur la circonférence d’une partie 414’’ de la paroi annulaire 414 de la préforme fibreuse 410.
Le profilé 440 peut par exemple comprendre une section transversale en forme de V ou de L dont la première patte du V ou du L correspond à la portion 442 configurée pour s’étendre sur la circonférence d’une partie 412’ des deux portions rabattues 412 de la préforme fibreuse 410 et dont la deuxième patte du V ou de L correspond à la portion 444 configurée pour s’étendre sur la circonférence d’une partie 414’’ de la paroi annulaire 414 de la préforme fibreuse 410.
Sur laFIG. 5, seul un secteur angulaire 423, de la pluralité de troisième secteurs angulaires, assurant le compactage de la deuxième portion rabattue 412 de la préforme 410 avec son profilé 440 sont représentés. Lorsque la préforme 410 comprend deux portions rabattues 411, 412 en vue de former deux brides du carter de soufflante à fabriquer, le moule 400 peut comprendre un autre profilé 440 tel que précédemment décrit, qui peut être placé entre la préforme 410 et la pluralité de deuxièmes secteurs angulaires 422 assurant le compactage de la première portion rabattue 411 de la préforme. Le deuxième profilé 440 peut être configuré pour s’étendre sur la circonférence d’une partie 411’ de l’autre portion rabattue 411 de la préforme fibreuse 410 et sur la circonférence d’une autre partie 414’ de la paroi annulaire 414 de la préforme fibreuse 410, par exemple la partie amont 414’ de la paroi annulaire 414 comme cela est illustré à laFIG. 4. Ainsi le moule peut comprendre deux profilés 440 tel que précédemment décrits destinés à être placés entre la préforme fibreuse enroulée sur le mandrin, notamment respectivement entre chacune des portions rabattues de la préforme fibreuse, et les secteurs angulaires correspondants de contre-moule.
Chaque profilé 440 peut être formé en une pièce unique, c’est-à-dire en une seule pièce, c’est-à-dire que chaque profilé 440 peut être venu de matière.
Le profilé 440 peut être fabriqué en matériau tissé ou métallique, ce qui lui permet de pouvoir résister à l’étape d’injection.
Par exemple, le profilé peut être fabriqué à partir d’une préforme réalisée par :
- drapage de plis unidirectionnels ou bidirectionnels en fibres de carbone, en fibres de verre ou un mélange de fibres de carbone et de verre, chaque pli étant pré-imprégné d’un précurseur de matrice tel qu’une résine époxyde par exemple,
- infusion d’une résine époxyde dans une texture fibreuse sèche obtenue par exemple par drapage de plis unidirectionnels ou bidirectionnels,
- drapage de plis unidirectionnels ou bidirectionnels en fibres de carbone, en fibres de verre ou un mélange de fibres de carbone et de verre, chaque pli étant pré-imprégné avec une résine ou un matériau thermoplastique tel que du polyétheréthercétone (PEEK), polyéthercétonecétone (PEKK) polyaryléthercétones (PAEK), polyétherimide (PEI).
La préforme du profilé peut ensuite être mise en forme et traitée thermiquement pour transformer en matrice la résine ou le matériau thermodurcissable (polymérisation) ou thermoplastique (chauffage puis refroidissement).
Selon un mode de réalisation particulièrement préféré chaque profilé 440 peut être réalisé en matériau métallique notamment par estampage de tôle ou fabrication additive (par exemple par électrodéposition de nickel).
Le profilé en matériau métallique peut présenter une épaisseur inférieure ou égale à 0,2 mm ou présenter une épaisseur supérieure à 0,2 mm.
Lorsque le profilé présente une épaisseur supérieure à 0,2 mm, il a pour avantage de pouvoir être réutilisé. En effet, avec une épaisseur inférieure à 0,2 mm, le profilé peut subir des déformations lors du procédé de fabrication du carter de soufflante et ne peut donc pas être réutilisé. Le profilé peut ainsi être conçu dans une démarche plus économique/écologique en fournissant un profilé plus épais et réutilisable après chaque injection.
Par exemple le profilé 440 peut présenter une épaisseur comprise entre 0,2 mm et 1 mm. Cette plage de valeur à démontrer le meilleur compromis pour avoir un profilé qui soit réutilisable mais qui reste assez flexible pour pouvoir l’intégrer dans le moule, c’est-à-dire le meilleur compromis de durabilité et de flexibilité.
Lorsque le profilé 440 comprend plusieurs portions par exemple les deux portions 442, 444 telles que précédemment décrites, chacune des portions peut présenter une épaisseur telle que précédemment décrite.
Un système selon l’invention peut comprendre un moule 400 tel que précédemment décrit et une préforme 410 telle que précédemment décrite. La préforme fibreuse 410 peut être enroulée sur le mandrin 433 du moule 430.
La fabrication d'un carter de soufflante 10 est maintenant décrite.
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 portions rabattues destinées à former les brides amont et aval du carter de soufflante.
Par exemple, une préforme fibreuse 410 telle que précédemment décrite peut d'abord être enroulée sur le mandrin 431 d'un moule 400 selon l'invention. Une fois la préforme enroulée sur le mandrin, il faut fermer le moule pour compacter la préforme 410. La fabrication se poursuit par le dépôt d’un contre-moule sur la préforme fibreuse pour fermer le moule. Pour cela, les secteurs angulaires peuvent être assemblés sur le mandrin de manière étanche. Avant cette étape le profilé (ou les profilés) peut être placé entre la préforme et les secteurs angulaires, par exemple en appui sur une partie d’une des portions rabattues de la préforme et en appui sur une partie de la paroi annulaire de la préforme.
Pour pouvoir placer le profilé 440 sur la préforme enroulée sur le mandrin il est possible de créer une ouverture dans le profilé de sorte à pouvoir ouvrir la pièce et la placer sur le mandrin. Une fois le profilé placé, il sera possible de maintenir la zone découpée par exemple à l’aide de scotch. En alternative, il est possible de démonter une partie du moule afin de pouvoir placer le profilé, puis réassembler le moule une fois le profilé placé.
Grâce au profilé 440 en forme il n’est plus nécessaire de placer successivement chacun des feuillets de l’art antérieur entre deux secteurs angulaires. Le profilé en forme d’anneau peut être placé en une étape unique avant d’ajouter les secteurs angulaires.
Lorsque les secteurs angulaires sont assemblés sur la mandrin, le profilé 440 s’étend entre la préforme 410 et les secteurs angulaires correspondants. Le profilé est positionné contre les faces internes des secteurs angulaires correspondants.
Une résine polymérisable est ensuite injectée dans le moule par un différentiel de pression (par un procédé de type RTM), et cette dernière est polymérisée (par chauffage ou refroidissement par exemple, selon la nature de la résine utilisée). Le carter de soufflante ainsi fabriqué peut alors être démoulé.
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 », moulage par transfert de résine en terminologie anglo-saxonne). Selon ce procédé, une fois que le contre-moule, dont la forme correspond à la pièce de révolution que l'on souhaite obtenir, est déposé sur la préforme fibreuse, on injecte la résine sous pression et température contrôlées à l'intérieur du moule. 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 finale souhaitée, par exemple un carter de soufflante. 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 finale, la fermeture du moule assure aussi la fonction de compactage définitif de la préforme pour l’amener à son épaisseur finale.

Claims (10)

  1. Moule (400) destiné à être utilisé pour la fabrication d'un carter de soufflante (10) de turbine à gaz en matériau composite, le moule comprenant :
    - un mandrin (431) sur lequel est destinée à être enroulée une préforme fibreuse (410) de carter de soufflante, le mandrin comprenant une paroi annulaire dont le profil de la surface extérieure correspond à celui de la surface interne (14) du carter à fabriquer et deux flasques latéraux (430) dont les profils correspondent à ceux de brides (12, 13) du carter à fabriquer;
    - une pluralité de secteurs angulaires (421, 422, 423) de contre-moule destinés à fermer le moule et à compacter la préforme fibreuse enroulée sur le mandrin,
    le moule comprenant en outre un profilé (440) en forme d’anneau destiné à être placé entre la préforme fibreuse enroulée sur le mandrin et les secteurs angulaires (421, 422, 423) de contre-moule.
  2. Moule (400) selon la revendication 1 dans lequel le profilé (440) est formé en une pièce unique.
  3. Moule (400) selon l’une quelconque des revendications 1 et 2 dans lequel la préforme fibreuse (410) destinée à être enroulée sur le mandrin (430) comprend une paroi annulaire (414) destinée à former une paroi annulaire (11) du carter (10) à fabriquer et deux portions rabattues (411, 412) destinées à former des brides (12, 13) du carter à fabriquer et dans lequel le profilé (440) est configuré pour s’étendre sur la circonférence d’une partie (411’, 412’) d’une des deux portions rabattues (411, 412) de la préforme destinées à former les brides du carter à fabriquer et/ou sur la circonférence d’au moins une partie (414’, 414’’) de la paroi annulaire (414) de la préforme (410) destinée à former la paroi annulaire (11) du carter à fabriquer.
  4. Moule (400) selon la revendication 3 dans lequel le profilé (440) comprend une portion (442) configurée pour s’étendre sur la circonférence d’une partie (411’, 412’) d’une des deux portions rabattues (411, 412) de la préforme fibreuse (410) et une portion (444) configurée pour s’étendre sur la circonférence d’une partie (414’, 414’’) de la paroi annulaire (414) de la préforme fibreuse (410).
  5. Moule (400) selon la revendication 4 dans lequel le profilé (440) comprend une section transversale présentant deux pattes formant un angle, dont la première patte correspond à la portion (442) configurée pour s’étendre sur la circonférence d’une partie (411’, 412’) d’une des deux portions rabattues (411, 412) de la préforme fibreuse (410) destinées à former les brides du carter et dont la deuxième patte correspond à la portion (444) configurée pour s’étendre sur la circonférence d’une partie (414’, 414’’) de la paroi annulaire (414) de la préforme fibreuse (410).
  6. Moule (400) selon l’une quelconque des revendications précédentes dans lequel le profilé (440) est en matériau métallique.
  7. Moule (400) selon la revendication 6 dans lequel le profilé (440) présente une épaisseur supérieure à 0,2 mm.
  8. Moule (400) selon la revendication 7 dans lequel le profilé (440) présente une épaisseur comprise entre 0,2 mm et 1 mm.
  9. Procédé de fermeture d'un moule (400) d'injection selon la revendication 1, le procédé comprenant les étapes:
    • d’assemblage étanche des secteurs angulaires (421, 422, 423) de contre-moule sur le mandrin (433) du moule ; et
    • de placement du profilé (440) entre la préforme fibreuse (410) enroulée sur le mandrin et les secteurs angulaires du contre-moule.
  10. Procédé de fabrication d'un carter de soufflante de turbine à gaz en matériau composite comprenant :
    - l’enroulement d'une préforme fibreuse (410) sur le mandrin (433) d'un moule selon la revendication 1 ;
    - la fermeture du moule selon le procédé de la revendication 9 ;
    - l'injection dans le moule (400) d'une résine ; et
    - le démoulage du carter de soufflante (10).
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