WO2012007674A1 - Procede de fabrication d'une ame de bielle en materiau composite, et ame de bielle obtenue - Google Patents

Procede de fabrication d'une ame de bielle en materiau composite, et ame de bielle obtenue Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to a method of manufacturing a connecting rod core of composite material, and the rod core obtained.
  • rods made of composite materials are already known, they generally comprise a core interposed between elements comprising an eyelet allowing an articulated connection.
  • the subjection of these elements can be achieved in different ways, either by screwing as in the document FR 2 895 041, by locking by force insertion inside a strap as in DE 103 25 190, or else by maintaining in a winding as in WO 2009/138660.
  • the object of the present invention is to propose a method of manufacturing a connecting rod core of composite material, making it possible to meet the specifications with regard to the strength of the rod obtained, while considerably reducing the weight of the rod.
  • the method of manufacturing a rod core of composite material according to the invention consists in carrying out the following steps:
  • thermosetting or thermoplastic matrix in making selected dimensions, three bars of composite material, comprising reinforcing fibers embedded in a thermosetting or thermoplastic matrix
  • the bars of composite material are made by draping folds of pre-impregnated carbon fabric, then polymerization by pressure cooking.
  • the plies of preimpregnated carbon fabric are oriented so that the reinforcing fibers are parallel or substantially parallel to the axis of the bar, which is intended to be parallel to the axis principal of the soul which is also that of the connecting rod.
  • the length and or the width of the bars is ground by a machining operation.
  • the foam bars are manufactured by machining operations of foam blocks.
  • the assembly of the bars together is performed by cold gluing under pressure.
  • the lacing consists of winding one or more reinforcing threads by rotating around the composite block, while making a displacement in the axial direction.
  • the present invention also relates to a rod core of composite material that can be obtained by the method as defined above.
  • a rod core is characterized by its structure, of H-shaped cross-section, consisting of two bars of composite material between which is inserted a bar of composite material, and supplemented by foam bars and an outer shell made of a lacing with reinforcing threads.
  • FIG. 1 shows a schematic sectional view of a step of the manufacturing method of a rod core of composite material.
  • FIGS. 2a and 2b show diagrammatic perspective and exploded views of two other steps of the same process.
  • FIG. 3 shows a schematic sectional view of another step of the same process.
  • FIG. 4 represents a schematic cross-sectional view of the product obtained after the phase of the process illustrated in FIG. 3.
  • FIG. 5 represents a schematic perspective view of a next step of the method according to the invention.
  • FIG. 6 shows a schematic cross-sectional view of a rod core obtained by the same method.
  • a mold device 1 equipped with a piston 10, intended to allow the manufacture of rods of composite material, consisting of a superposition of folds 2 of reinforcing fiber fabric, the carbon, pre-impregnated with resin, not limited to phenolic or epoxy for example.
  • the folds 2 are arranged so that the fibers are preferably oriented in a direction parallel or substantially parallel to the longitudinal axis of the bar to be manufactured, which corresponds to the longitudinal axis of the connecting rod to be manufactured.
  • the polymerization of the fold arrangement 2 is carried out by a cooking operation under a pressure P exerted by the piston 10.
  • This first step of the method according to the invention makes it possible to manufacture bars of composite material having a straight parallelepipedal shape, three of which are represented in FIG. 2a, namely two identical bars 3, and a bar 4 of the same length as the bars 3, but without limitation, of different width and thickness.
  • the bars 3 and 4 are calibrated by a machining operation.
  • the bars 3 and 4 are intended to be assembled, the two bars 3 being positioned parallel to each other, while the bar 4 is interposed therebetween, so as to form a structure 5 of cross section in form of H, as can be seen in Figure 2b.
  • the method according to the invention comprises a phase of manufacture of bars 6 made of foam, obtained by machining a block of foam, to give them selected dimensions, namely an equal length to that of the bars 3 and 4, and transverse dimensions corresponding to those of each of the spaces 50 formed in the structure 5, between the bars 3 and 4.
  • the material used consists, preferably but not exclusively, of a closed-cell rigid polyurethane foam.
  • Each of the foam bars 6 is intended to be placed in a space 50.
  • the assembly of the bars 3, 4 and 6 is associated with a bonding operation by means of a polymerizing glue at ambient temperature under pressure, for example, without limitation, a bicomponent structural epoxy adhesive.
  • Bonding is therefore performed cold in a tool identical to that used for the manufacture of bars 3 and 4, namely a mold 1 and a piston 10 as shown in FIG.
  • the mixture is demolded and a block 7, as shown in FIG. 4, of rectangular parallelepipedal shape is obtained, internally comprising the H-shaped cross-section structure 5 consisting of the bars 4 and 3, completed by the bars of FIG. foam 6.
  • the method of manufacturing a connecting rod core according to the invention continues with a lacing operation, illustrated in FIG.
  • This lacing operation consists of wrapping around the block 7, reinforcement wires, carbon for example, all along this block 7.
  • a machine 8 which comprises on the one hand a mandrel 80 to which the block 7 is secured by one of its ends, and on the other hand a coil 81 of wires 82, associated with guide means. 83.
  • the block 7 After winding, is applied to the block 7 lace a resin, and put under pressure, in a tool 1 for example. After polymerization, the length of the block is adjusted by machining, in order to obtain a core 9 of a connecting rod, as shown in FIG. 6, namely comprising a section structure 5 transverse H-shaped, consisting of bars 4 and 3, supplemented by the foam bars 6, and an outer casing 90 made of lacing reinforcing son.

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Abstract

L'invention concerne un procédé de fabrication d'une âme de bielle en matériau composite. Ledit procédé consiste à réaliser les étapes suivantes: fabriquer en des dimensions choisies trois barreaux (3, 4) de matériau composite, comprenant des fibres de renforts noyées dans une matrice thermodurcissable ou thermoplastique, fabriquer en des dimensions choisies, deux barreaux (6) en mousse, assembler et coller les barreaux de manière que les trois barreaux (3, 4) de matériau composite forment une structure (5) de section transversale en H, et que les barreaux en mousse (6) s'insèrent dans les espaces délimités par les barreaux (3, 4) de matériau composite, en sorte d'obtenir un bloc composite, lacer le bloc composite par enroulement de fils de renfort (82), puis enduire de résine et mettre sous pression jusqu'à polymérisation.

Description

^
PROCEDE DE FABRICATION D'UNE AME DE BIELLE EN MATERIAU COMPOSITE, ET AME DE BIELLE OBTENUE
La présente invention a pour objet un procédé de fabrication d'une âme de bielle en matériau composite, ainsi que 1 ' âme de bielle obtenue .
L'utilisation de matériaux composites pour la fabrication de bielle est essentiellement dictée par le besoin d'un gain de poids, en sorte qu'elle intéresse particulièrement l'industrie aéronautique.
On connaît déjà beaucoup de bielles réalisées en matériaux composites, elles comportent de manière générale une âme interposée entre des éléments comprenant un oeilleton permettant une liaison articulée. L'assujettissement de ces éléments peut être réalisé de différentes manières, que ce soit par vissage comme dans le document FR 2 895 041, par blocage par insertion en force à l'intérieur d'une sangle comme dans le document DE 103 25 190, ou bien encore par maintien dans un enroulement comme dans le document WO 2009/138660.
II a été constaté que, pour la plupart, les bielles existantes présentent une résistance bien supérieure à celle requise par le cahier des charges. Cette résistance résulte principalement de la conception de l'âme, laquelle constitue également la partie la plus lourde de la bielle .
On connaît également, par les documents de brevet
US 2008/0210137 et GB 2 246 111, différents procédés de fabrication d' un élément réalisé en un matériau composite . Cependant, de tels procédés ne sont pas adaptés à la fabrication d'une âme de bielle. De plus, lesdits procédés ne permettent pas l'obtention d'un élément structurel résistant à des contraintes mécaniques élevées .
La présente invention a pour but de proposer un procédé de fabrication d'une âme de bielle en matériau composite, permettant de répondre au cahier des charges en ce qui concerne la résistance de la bielle obtenue, tout en réduisant considérablement le poids de cette dernière . Le procédé de fabrication d'une âme de bielle en matériau composite selon l'invention consiste à réaliser les étapes suivantes :
- fabriquer en des dimensions choisies trois barreaux de matériau composite, comprenant des fibres de renforts noyées dans une matrice thermodurcissable ou thermoplastique,
- fabriquer en des dimensions choisies , deux barreaux en mousse ,
- assembler et coller lesdits barreaux de manière que les trois barreaux de matériau composite forment une structure de section transversale en H, et que lesdits barreaux en mousse s'insèrent dans les espaces délimités par lesdits barreaux de matériau composite, en sorte d'obtenir un bloc composite,
- lacer ledit bloc composite par enroulement de fils de renfort, puis enduire de résine et mettre sous pression jusqu'à polymérisation .
Selon une caractéristique additionnelle du procédé selon l'invention, les barreaux de matériau composite sont réalisés par drapage de plis de tissu carbone pré imprégné, puis polymérisation par cuisson sous pression .
Selon une autre caractéristique additionnelle du procédé selon l'invention, les plis de tissu carbone pré imprégné sont orientés en sorte que les fibres de renfort soient parallèles ou sensiblement parallèles à l'axe du barreau, lequel est destiné à être parallèle à 1 ' axe principal de 1 ' âme qui est aussi celui de la bielle .
Selon une autre caractéristique additionnelle du procédé selon l'invention, après leur fabrication, la longueur et ou la largeur des barreaux est rectifiée par une opération d'usinage.
Selon une autre caractéristique additionnelle du procédé selon l'invention, les barreaux de mousse sont fabriqués par des opérations d'usinage de blocs de mousse.
Selon une autre caractéristique additionnelle du procédé selon l'invention, l'assemblage des barreaux entre eux est réalisé par collage à froid sous pression. Selon une autre caractéristique additionnelle du procédé selon l'invention, le laçage consiste à enrouler un ou plusieurs fils de renfort en tournant autour du bloc composite, tout en réalisant un déplacement dans le sens axial .
La présente invention a également pour objet une âme de bielle en matériau composite susceptible d'être obtenue par le procédé tel que défini précédemment. Une telle âme de bielle est caractérisée par sa structure, de section transversale en forme de H, constituée de deux barreaux en matériau composite entre lesquels est intercalé un barreau en matériau composite, et complétée par des barreaux de mousse et une enveloppe externe faite d'un laçage en fils de renfort.
Les avantages et les caractéristiques du procédé selon l'invention, ressortiront plus clairement de la description qui suit et qui se rapporte au dessin annexé, lequel en représente un mode de réalisation non limitatif.
Dans le dessin annexé :
- la figure 1 représente une vue schématique en coupe d'une étape du procédé de fabrication d'une âme de bielle en matériau composite .
- les figures 2a et 2b représentent des vues schématiques en perspective en et en éclaté de deux autres étapes du même procédé .
- la figure 3 représente une vue schématique en coupe d'une autre étape du même procédé.
- la figure 4 représente une vue schématique en coupe transversale du produit obtenu après la phase du procédé illustrée sur la figure 3.
la figure 5 représente une vue schématique en perspective d'une étape suivante du procédé selon l'invention.
- la figure 6 représente une vue schématique en coupe transversale d'une âme de bielle obtenue par le même procédé.
En référence à la figure 1, on peut voir un dispositif de moule 1 équipé d'un piston 10, destiné à permettre la fabrication de barreaux en matériau composite, constitués d'une superposition de plis 2 de tissu de fibres de renfort, du carbone, pré-imprégnés de résine, non limitativement phénolique ou époxy par exemple .
Les plis 2 sont arrangés, en sorte que les fibres soient orientées préférentiellement dans une direction parallèle ou sensiblement parallèle à 1 ' axe longitudinal du barreau à fabriquer, lequel correspond à l'axe longitudinal de la bielle à fabriquer.
Après arrangement des plis 2 dans la cavité 11 du moule 1 , on réalise la polymérisation de 1 ' arrangement de plis 2 par une opération de cuisson sous une pression P exercée par le piston 10.
Cette première étape du procédé selon l'invention permet de fabriquer des barreaux de matériau composite de forme parailélépipédique rectangle dont trois sont représentés sur la figure 2a, à savoir deux barreaux 3 identiques, et un barreau 4 de même longueur que les barreaux 3 mais, non limitativement, de largeur et d'épaisseur différentes.
Après démoulage, les barreaux 3 et 4 sont calibrés par une opération d'usinage.
Les barreaux 3 et 4 sont destinés à être assemblés, les deux barreaux 3 étant positionnés parallèlement l'un à l'autre, tandis que le barreau 4 est intercalé entre ceux-ci, en sorte de former une structure 5 de section transversale en forme de H, comme cela est visible sur la figure 2b.
Parallèlement à la fabrication des barreaux 3 et 4 , le procédé selon l'invention comprend une phase de fabrication de barreaux 6 en mousse, obtenus par usinage d'un bloc de mousse, afin de leur donner des dimensions choisies, à savoir une longueur égale à celle des barreaux 3 et 4 , et des dimensions transversales correspondant à celles de chacun des espaces 50 ménagés dans la structure 5 , entre les barreaux 3 et 4.
Le matériau utilisé consiste, de préférence mais non limitativement, en une mousse polyuréthane rigide à cellules fermées .
Chacun des barreaux en mousse 6 est destiné à être placé dans un espace 50. L'assemblage des barreaux 3, 4 et 6 est associé à une opération de collage au moyen d'une colle polymérisante à la température ambiante sous pression, par exemple, non limitativement, une colle epoxy structurale bi- composants .
Le collage est donc effectué à froid dans un outillage identique à celui utilisé pour la fabrication des barreaux 3 et 4, à savoir un moule 1 et un piston 10 comme cela est représenté sur la figure 3.
Ainsi, on place dans la cavité 11 du moule 1, un barreau 3, puis les deux barreaux en mousse 6 et le barreau 4, puis le second barreau 3, et enfin on ferme la cavité 11 au moyen du piston 10, et on exerce une pression P' .
Après polymérisation, on démoule et on obtient un bloc 7, tel que représenté sur la figure 4 , de forme parallélépipédique rectangle, comprenant intérieurement la structure 5 de section transversale en forme de H, constituée des barreaux 4 et 3, complétée par les barreaux de mousse 6.
Le procédé de fabrication d'une âme de bielle selon l'invention se poursuit par une opération de laçage, illustrée à la figure 5.
Cette opération de laçage consiste à enrouler autour du bloc 7, des fils de renfort, du carbone par exemple, tout le long de ce bloc 7.
En 1 ' occurrence on utilise une machine 8 qui comporte d'une part un mandrin 80 auquel le bloc 7 est assujetti par l'une de ses extrémités, et d'autre part une bobine 81 de fils 82 , associée à des moyens de guidage 83.
En associant la rotation du bloc 7 autour de son axe longitudinal, avec son déplacement relatif par rapport aux moyens de guidage 83 selon le même axe, on obtient l'enroulement des fils 82.
Après enroulement, on applique sur le bloc 7 lacé une résine, et on met sous pression, dans un outil 1 par exemple. Après polymérisation on ajuste la longueur du bloc par usinage, afin d'obtenir une âme 9 de bielle, telle que représentée sur la figure 6, à savoir comprenant une structure 5 de section transversale en forme de H, constituée des barreaux 4 et 3, complétée par les barreaux de mousse 6, et une enveloppe externe 90 faite d'un laçage en fils de renfort.

Claims

REVENDICATIONS
1) Procédé de fabrication d'une âme (9) de bielle en matériau composite, consistant à réaliser les étapes suivantes :
- fabriquer en des dimensions choisies trois barreaux (3, 4) de matériau composite, comprenant des fibres de renforts noyées dans une matrice thermodurcissable ou thermoplastique,
- fabriquer en des dimensions choisies, deux barreaux (6) en mousse,
- assembler et coller lesdits barreaux de manière que les trois barreaux (3, 4) de matériau composite forment une structure (5) de section transversale en H, et que lesdits barreaux en mousse (6) s'insèrent dans les espaces (50) délimités par lesdits barreaux (3, 4) de matériau composite, en sorte d'obtenir un bloc composite (7) ,
- lacer ledit bloc composite (7) par enroulement de fils de renfort (82) , puis enduire de résine et mettre sous pression jusqu'à polymérisation.
2) Procédé de fabrication selon la revendication 1, caractérisé en ce que les barreaux (3, 4) de matériau composite sont réalisés par drapage de plis de tissu carbone pré imprégné, puis polymérisation par cuisson sous pression.
3) Procédé de fabrication selon la revendication 2, caractérisé en ce que les plis de tissu carbone pré imprégné sont orientés en sorte que les fibres de renfort soient parallèles ou sensiblement parallèles à l'axe du barreau (3, 4), lequel est destiné à être parallèle à 1 ' axe principal de 1 ' âme (9) .
4) Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que après leur fabrication, la longueur et/ou la largeur des barreaux (3, 4) est rectifiée par une opération d'usinage.
5) Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 , caractérisé en ce que les barreaux de mousse (6) sont fabriqués par des opérations d'usinage de blocs de mousse . 6) Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 , caractérisé en ce que 1 ' assemblage des barreaux (3, 4, 6) entre eux est réalisé par collage à froid sous pression.
7) Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le laçage consiste à enrouler un ou plusieurs fils de renfort (82) en tournant autour du bloc composite (7) , tout en réalisant un déplacement relatif dans le sens axial .
8) Ame (9) de bielle en matériau composite, susceptible d'être obtenue par le procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 , caractérisée en ce que ladite âme (9) de bielle comprend une structure (5) , de section transversale en forme de H, constituée de deux barreaux (3) en matériau composite entre lesquels est intercalé un barreau (4) en matériau composite, et complétée par des barreaux de mousse (6) et une enveloppe externe (90) faite d'un laçage en fils de renfort.
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