FR3051385B1 - Preforme en plastique renforce de fibres arquee et procede de fabrication de profiles curvilignes - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne une préforme en plastique renforcé de fibres arquée (1), comprenant • une structure en couches de fibres quelconque avec un contour extérieur arqué formant une surface de base (2) plane ou bombée, le contour extérieur possédant deux limitations côté frontal (3a, 3b), un bord intérieur (4) qui fait face au centre de l'arc avec sa courbure et un bord extérieur (5) à l'opposé du centre de l'arc avec sa courbure ; • une première zone interne (6) avec une structure en relief (7) le long du tracé de l'arc avec des bossages (7a) et/ou des dépressions (7b) ; • une deuxième zone de base (8) sans bossages et dépressions ; ainsi qu' • en partant de la zone de base (8), une troisième zone externe (9) avec des cavités (10) ouvertes vers l'extérieur (5). L'invention concerne également le procédé de fabrication desdits profilés curvilignes.
Description
DESCRIPTION L’invention concerne une préforme en plastique renforcé de fibres arquée pour la fabrication de profilés curvilignes ayant une structure en couches de fibres quelconque. L’invention concerne en outre un procédé de fabrication de profilés curvilignes en plastique renforcé de fibres ayant une structure en couches de fibres quelconque en utilisant une préforme en plastique renforcé de fibres arquée.
La fabrication de profilés curvilignes en plastique renforcé de fibres (PRL) avec un système de coordonnées des fibres qui suit le profilé, c’est-à-dire avec une ordonnée (90°) radiale par rapport à la courbure du profilé et une abscisse (0°) tangentielle par rapport à la courbure du profilé, représente un défi technologique important en fabrication. Du fait des exigences élevées concernant la teneur en fibres et la qualité du composant dans le secteur de la structure primaire d’aéronef, l’utilisation de préformes en PRL, lesquelles se présentent soit sous la forme de « préimprégnés », soit de produits semi-finis non imprégnés, est considérée comme standard lors de la fabrication de profilés curvilignes. Ces couches de fibres peuvent être amenées dans la forme souhaitée par un processus de thermoformage. Les préimprégnés sont des produits semi-finis textiles qui sont préimprégnés de résines de réaction et qui sont durcis sous pression et à chaud pour la fabrication d’éléments structuraux.
Lors du façonnage des couches de fibres, il se produit nécessairement un « allongement » ou un « écrasement » du matériau en raison des modifications du rayon des segments d’arc façonnés, ce qui rend nécessaire une compensation de longueur à l’intérieur des couches de fibres individuelles. Avec des couches ayant un angle de fibres φ ψ 0°, ceci est réalisé par un décalage ciblé des fibres individuelles. Les modifications de la longueur de l’arc sont compensées par un écartement ou un emboîtement avec une part transversale au sens des fibres. Dans le cas d’un emboîtement, il faut tenir compte d’un dépôt allongé en conséquence des couches angulaires. Cette approche de solution n’est pas applicable aux couches de fibres avec φ = 0°, bien que ces couches de fibres qui suivent le profilé ont souvent une importance capitale dans le cas des éléments structuraux.
Selon l’état de la technique, le problème rencontré lors du façonnage de couches de fibres avec φ = 0° peut être contourné ou résolu de différentes manières.
Dans une première variante, les couches de fibres avec φ = 0° sont remplacées par des couches de fibres avec φ ψ 0° en augmentant le nombre de couches en vue d’atteindre la solidité souhaitée. Le fait d’éviter l’angle de fibres φ = 0° entraîne cependant des restrictions désavantageuses dans la structure en couches du stratifié. La solidité exigée de l’élément structural ne peut alors être atteinte que par une augmentation correspondante du nombre de couches ayant un angle de fibres φ # 0°. Cela donne toutefois forcément lieu à une augmentation du poids, ce qui constitue un inconvénient majeur, notamment dans le secteur de la construction d’aéronefs. Dans certaines circonstances, l’allongement des couches de fibres transversalement au sens des fibres peut produire des interstices, ou encore des espaces de taille non autorisée entre les fibres.
Selon une deuxième variante de l’état de la technique, un dépôt des couches de fibres individuelles avec φ = 0° s’effectue directement dans la section transversale du profilé, c’est-à-dire un dépôt tridimensionnel, un façonnage postérieur de ces couches n’ayant ainsi pas lieu. Le dépôt des couches de fibres avec φ = 0° directement dans la section transversale du profilé se traduit cependant par une complexité technique de fabrication élevée avec un grand nombre d’étapes de travail sous la forme de la pose des couches de fibres individuelles ou de processus mécanisés très complexes. Un processus de stratification manuel est moins reproductible et moins rentable économiquement. Cette approche est donc en contradiction avec l’objectif de l’automatisation et de l’industrialisation de la fabrication.
Le document US 7 943 076 B1 décrit un procédé de fabrication d’un élément structural en matériau composite curviligne, comprenant les étapes suivantes : • production d’une pluralité de segments de rubans en matériau composite ; • assemblage d’un groupe de segments de rubans en une couche, laquelle maintient ce groupe au niveau de roues à couches dans un cadre flexible ; • positionnement des groupes assemblés de segments de rubans contre une première surface d’outil courbée d’un outil de formage ; • assemblage en biseau du groupe assemblé de segments de rubans sur une deuxième surface d’outil, globalement plane, de l’outil de formage ; • assemblage en biseau du groupe assemblé de segments de rubans sur une troisième surface d’outil courbée de l’outil de formage ; et • durcissement de la couche.
Le groupe de segments de rubans peut ici être façonné vers un rayon de courbure plus grand en partant d’un petit rayon de courbure. Le procédé emploie ici une surface d’outil ondulée d’un outil de formage intermédiaire supplémentaire pour transférer le groupe de segments de rubans dans un moule intermédiaire. L’outil de formage intermédiaire comprend à cet effet différentes surfaces d’outil, dont certaines sont pourvues d’ondulations qui sont formées par des nervures et des vallées alternées. Les ondulations sont utilisées pour préformer le préimprégné dans une forme intermédiaire, cette forme intermédiaire pouvant alors facilement être façonnée par le biais de l’outil de formage en utilisant une machine de formage. La zone du préimprégné qui est préformée par une première surface d’outil de l’outil de formage intermédiaire est ici placée contre le rayon intérieur plus petit de l’outil de formage, la première surface d’outil courbée. Une zone voisine qui est préformée par une deuxième surface d’outil de l’outil de formage intermédiaire, et un cache externe, qui est préformé par une troisième surface d’outil de l’outil de formage intermédiaire, sont façonnés sur l’outil de formage par la machine de formage.
La complexité du façonnage est relativement élevée avec cette variante, car suivant la forme du profilé, il est nécessaire d’effectuer successivement le façonnage sur plus d’une arête. Un outil de façonnage spécial est nécessaire, ce qui a un effet désavantageux sur les coûts de fabrication. De plus, un processus de façonnage en plusieurs étapes aurait pour conséquence des décalages indésirables des couches de fibres et ainsi un effet désavantageux sur la reproductibilité du processus ainsi que sur la qualité de l’élément structural. Le degré de façonnage élevé nécessite ici une structure ondulée qui présente une instanciation élevée des ondulations, défavorable du point de vue technique de la fabrication. Lors du positionnement des groupes assemblés de segments de rubans contre la première surface d’outil courbée d’un outil de formage, il est impossible d’éviter les écrasements non admissibles des fibres, notamment dans le cas des groupes de forte épaisseur et une surface d’outil ayant un petit rayon de courbure.
Le document DE 10 250 826 Al décrit un procédé de fabrication d’une préforme tridimensionnelle en matières premières textiles telles que des fibres, des faisceaux de fibres ou des rubans. Les matières premières textiles sont déposées en deux dimensions dans un plan, l’orientation des fibres et la forme géométrique de la nappe en deux dimensions ayant été déterminées par calcul rétroactif à partir de la forme tridimensionnelle visée. La forme tridimensionnelle visée est obtenue par façonnage/drapage de la nappe en deux dimensions. Ce procédé ne permet cependant pas de façonner des préformes arquées avec une structure en couches de fibres quelconque en des profilés curvilignes. Cela vaut particulièrement pour les orientations des fibres avec φ = 0°.
Le document US 2007/0 138 695 Al fait connaître un élément raidisseur et un procédé pour sa fabrication. L’élément raidisseur se compose d’un matériau composite qui est conçu pour être fixé à une surface d’enveloppe curviligne et comporte un élément jointif pourvu d’une première arête longue et une joue de fixation dont la surface extérieure présente un rayon de courbure correspondant à la surface d’enveloppe curviligne. L’élément jointif comprend au moins une convexité arrondie ayant une forme conique, laquelle se rétrécit en une première ligne de pli et la joue de fixation en se combinant sensiblement avec la première arête longue à partir d’une portion de base. De plus, une joue interne est présente sur l’élément jointif pour rigidifier l’élément. Le procédé de fabrication de l’élément raidisseur commence par la mise à disposition d’une ébauche sensiblement plate en matériau composite, laquelle possède un premier et un deuxième côté long sensiblement parallèles. Le formage de l’ébauche et le durcissement de l’ébauche formée s’effectuent dans une deuxième étape. L’étape de formage contient le formage d’au moins une convexité arrondie ayant une forme conique dans l’élément jointif, laquelle se rétrécit depuis la première arête en une première ligne de pli afin d’obtenir la joue, et le formage de la joue, qui se combine sensiblement avec un sommet de la convexité arrondie.
Le document EP 2 596 942 Al décrit un procédé de fabrication d’un composant stratifié. Ce procédé comprend les étapes suivantes : a) production d’un outil ayant une surface de formage ; b) disposition d’une pile de couches stratifiées sur la surface de formage de l’outil et c) formage de la pile de couches stratifiées par le biais de la surface de formage dans un processus de formage. L’outil possède dans sa surface de formage un élément de commande de pliage destiné à réaliser la formation du pli dans les couches stratifiées pendant l’opération de formage. L’élément de commande de pliage coopère ici avec la pile de couches stratifiées pendant l’opération de formage en vue de produire une ondulation de surface locale dans une surface du composant stratifié qui est la plus proche de l’outil. Cela doit soit permettre d’empêcher un pliage dans les couches stratifiées, soit induire la formation d’un pli dans une ou plusieurs des couches stratifiées à un endroit prédéfini. L’invention a pour objet de supprimer les inconvénients mentionnés de l’état de la technique et de rendre possible une fabrication avantageuse, efficace et reproductible de profilés en composite renforcé de fibres arqués de qualité supérieure en faisant appel à des méthodes de fabrication standard simples avec toutes les libertés pour ce qui concerne la structure en couches.
Cet objet est réalisé par une préforme en plastique renforcé de fibres arquée pour la fabrication de profilés curvilignes, comprenant une structure en couches de fibres quelconque avec un contour extérieur arqué formant une surface de base plane ou bombée, le contour extérieur possédant deux limitations côté frontal, un bord intérieur qui fait face au centre de l’arc avec sa courbure et un bord extérieur qui est à l’opposé du centre de l’arc avec sa courbure ; une première zone interne, formée à partir du bord intérieur et dont la surface présente une structure en relief formée le long du tracé de l’arc avec des bossages et/ou des dépressions perpendiculaires à la surface de base ; une deuxième zone centrale, adjacente vers l’extérieur à partir de la première zone interne, faisant office de zone de base sans bossages et dépressions perpendiculaires à la surface de base ; et aussi une troisième zone externe, adjacente vers l’extérieur à partir de la zone de base et s’étendant jusqu’au bord extérieur, laquelle présente des cavités orientées dans le sens radial et ouvertes vers le bord extérieur.
Elle a également pour objet un procédé de fabrication d’un profilé curviligne en plastique renforcé de fibres en utilisant une préforme en plastique renforcé de fibres arquée selon l’invention et un outil de façonnage, lequel possède une surface de recouvrement plane ou bombée sous la forme d’un arc ayant une arête extérieure à rayon plus grand et longueur d’arc plus grande et une arête arquée intérieure à rayon plus petit et longueur d’arc plus petite, une surface de joue arquée, orientée en biais ou perpendiculairement vers le bas, venant se rattacher à chacune de ces deux arêtes de la surface de recouvrement, une surface déjoué extérieure au niveau de l’arête extérieure étant de courbure convexe et une surface de joue intérieure au niveau de l’arête intérieure étant de courbure concave, comprenant les étapes suivantes, exécutées les unes après les autres : a) dépose de la préforme en plastique renforcé de fibres de telle sorte que la zone de base, en tant que zone de dépose, est positionnée à fleur sur la surface de recouvrement de l’outil de façonnage, les zones voisines, à savoir la zone interne, qui présente une structure en relief et fait office de zone de dilatation, et la zone externe, qui possède des cavités cunéiformes et fait office de zone d’écrasement, faisant saillie au-dessus de la surface de recouvrement de l’outil de façonnage ; b) assemblage en biseau de la zone d’écrasement externe en saillie de la préforme en plastique renforcé de fibres sur la surface de joue extérieure de l’outil de façonnage, les cavités cunéiformes de la zone d’écrasement se fermant, et assemblage en biseau de la zone de dilatation interne en saillie de la préforme en plastique renforcé de fibres sur la surface de joue intérieure de l’outil de façonnage, la zone de dilatation interne en relief s’étendant entièrement en restituant la structure en relief, l’assemblage en biseau sur les deux surfaces de joue étant réalisé simultanément en une étape ou successivement dans une séquence quelconque. Des perfectionnements sont indiqués ci-après.
La préforme en plastique renforcé de fibres selon l’invention, laquelle est adaptée à la fabrication de profilés curvilignes en plastique renforcé de fibres (PRF), comprend donc • une surface de base plane ou légèrement bombée ; • une structure en couches de fibres quelconque avec un contour extérieur arqué, lequel possède deux limitations côté frontal, un bord intérieur qui fait face au centre de l’arc et un bord extérieur qui est à l’opposé du centre de l’arc ; • trois zones : une première zone interne, formée à partir du bord intérieur et faisant office de zone de dilatation, dont la surface présente une structure en relief formée le long du tracé de l’arc avec des bossages et/ou des dépressions perpendiculaires à la surface de base et, en tant que zone de dilatation, permet ainsi la dilatation de cette zone nécessaire pour le futur façonnage en réservant exactement la longueur de fibres nécessaire ; une deuxième zone centrale, adjacente vers l’extérieur de la première zone interne, faisant office de zone de base qui, en tant que zone de dépose, ne subit aucun façonnage lors du futur formage du profilé ; et aussi une troisième zone externe, adjacente vers l’extérieur de la zone de base et s’étendant jusqu’au bord extérieur, laquelle présente des cavités orientées dans le sens radial et ouvertes vers le bord extérieur et, en tant que zone d’écrasement, permet l’écrasement de cette zone nécessaire pour le futur façonnage.
Selon une forme de réalisation avantageuse de l’invention, la première zone interne est adaptée au profilé cible à fabriquer de telle sorte que la structure en relief permet de réserver exactement une surface qui correspond à une surface dans le profilé cible curviligne formée par la zone interne, élargie par restitution de la structure en relief. Il s’agit avec une préférence particulière d’une structure en relief de configuration ondulée avec des bossages et des dépressions.
Avantageusement, les cavités le long du bord extérieur sont disposées à intervalles réguliers.
Les cavités le long du bord extérieur sont de préférence disposées à intervalles réguliers. Selon une forme de réalisation avantageuse, les cavités sont de configuration cunéiforme. L’invention comprend ainsi une préforme préconfectionnée qui présente la structure en couches de fibres complète du futur profilé et, du fait de l’instanciation des zones selon l’invention, peut être avantageusement transposée dans ce profilé au cours d’une étape de procédé.
La structure en couches de fibres peut avantageusement contenir des couches de fibres avec des orientations de fibres librement choisies de bandelettes de fibres unidirectionnelles. La combinaison illimitée de l’angle de fibre de φ = 0°, le plus important pour la mécanique structurelle, avec des couches de fibres où φ = 45°, φ = -45° et φ = 90°, même partielles, est notamment possible.
Avantageusement, la préforme en plastique renforcé de fibres est constituée de plusieurs couches de fibres avec des bandelettes de fibres respectivement unidirectionnelles ayant un angle de fibres φ = 0° ou ayant un angle de fibres φ φ 0°.
Un autre aspect de l’invention concerne un procédé de fabrication d’un profilé curviligne en plastique renforcé de fibres (PRF) en utilisant une préforme en PRF selon l’invention et un outil de façonnage. L’outil de façonnage forme la surface interne du profilé façonné, constitué d’une surface de recouvrement arquée et de surfaces de joue qui se rattachent à celle-ci perpendiculairement ou en biais. La surface de joue intérieure est ici courbée concave et la surface de joue extérieure courbée convexe. L’outil de moulage dur peut avantageusement être utilisé directement pour le façonnage à la place d’un outil de façonnage séparé. L’outil de façonnage possède une surface de recouvrement plane ou bombée sous la forme d’un arc ayant une arête extérieure à rayon plus grand et longueur d’arc plus grande et une arête arquée intérieure à rayon plus petit et longueur d’arc plus petite, une surface de joue arquée, orientée en biais ou perpendiculairement vers le bas, venant se rattacher à chacune de ces deux arêtes de la surface de recouvrement, une surface de joue extérieure au niveau de l’arête extérieure étant de courbure convexe et une surface de joue intérieure au niveau de l’arête intérieure étant de courbure concave.
Le procédé comprend les étapes suivantes, exécutées les unes après les autres :
Dans une première étape a) a lieu une dépose de la préforme en PRF de telle sorte que la zone de base, en tant que zone de dépose, est positionnée parfaitement à fleur sur la surface de recouvrement de l’outil de façonnage. Les zones voisines, à savoir la zone de dilatation interne et la zone d’écrasement externe, font ici saillie au-dessus de la surface de recouvrement de l’outil de façonnage.
Dans une étape suivante b) est effectué un assemblage en biseau de la zone d’écrasement externe en saillie de la préforme en PRF sur la surface de joue extérieure de l’outil de façonnage, les cavités cunéiformes de la zone d’écrasement se fermant, ainsi qu’un assemblage en biseau de la zone de dilatation interne en saillie de la préforme en PRF sur la surface de joue intérieure de l’outil de façonnage, la zone de dilatation interne en relief s’étendant entièrement en restituant la structure en relief. L’assemblage en biseau sur les deux surfaces de joue est ici réalisé simultanément en une étape ou successivement dans une séquence quelconque.
Autrement dit, ledit procédé selon l’invention est caractérisé en ce qu’il comprend les étapes suivantes, exécutées les unes après les autres : a) dépose de la préforme en plastique renforcé de fibres de telle sorte que la zone de base, en tant que zone de dépose, est positionnée à fleur sur la surface de recouvrement de l’outil de façonnage, les zones voisines, à savoir la zone interne, qui présente une structure en relief et fait office de zone de dilatation, et la zone externe, qui possède des cavités cunéiformes et fait office de zone d’écrasement, faisant saillie au-dessus de la surface de recouvrement de l’outil de façonnage ; b) assemblage en biseau de la zone d’écrasement externe en saillie de la préforme en plastique renforcé de fibres sur la surface de joue extérieure de l’outil de façonnage, les cavités cunéiformes de la zone d’écrasement se fermant, et assemblage en biseau de la zone de dilatation interne en saillie de la préforme en plastique renforcé de fibres sur la surface de joue intérieure de l’outil de façonnage, la zone de dilatation interne en relief s’étendant entièrement en restituant la structure en relief, l’assemblage en biseau sur les deux surfaces de joue étant réalisé simultanément en une étape ou successivement dans une séquence quelconque. L’application de l’invention dans un processus de fabrication industriel apporte plusieurs avantages par rapport aux modes opératoires connus de l’état de la technique : • dépose de la structure en couches de fibres complète dans une seule préforme en PRL façonnable, • une fabrication avantageuse de la préforme en PRL avec des procédés de fabrication standard simples sur une surface de base plane ou légèrement bombée, par exemple automatisée avec une installation de positionnement de fibres automatisée (installation ALP), • une transformation étonnamment simple - façonnage avec des procédés de façonnage standard dans lesquels la structure en couches de fibres complète peut être façonnée en une seule étape sans qu’il soit nécessaire d’utiliser des outils ou des machines de façonnage complexes, • une structure en couches de fibres totalement libre, sans conditions obligatoires imposées par la technique de fabrication et ainsi une utilisation optimale des propriétés mécaniques structurelles des matériaux composites renforcés de fibres et • des résultats de façonnage étonnamment bons sans influence indésirable sur l’orientation des fibres, comme par exemple une déformation de l’angle des fibres. D’autres particularités, caractéristiques et avantages des formes de réalisation de l’invention ressortent de la description ci-après d’exemples de réalisation avec référence aux dessins associés. Ceux-ci illustrent : figure 1 : une préforme en PRF pour la fabrication de profilés curvilignes en plastique renforcé de fibres (PRF) avec système de coordonnées des fibres qui suit le profilé, figure 2 : la préforme en PRF pour la fabrication de profilés curvilignes en plastique renforcé de fibres (PRF) dans une représentation schématique dans un système de coordonnées polaire, figure 3 : une représentation schématique d’un profilé curviligne tridimensionnel en plastique renforcé de fibres (PRF) avec un exemple de géométrie cible après le façonnage et figure 4 : une représentation schématique de la structure en couches d’un profilé curviligne tridimensionnel.
La figure 1 représente une préforme en PRF arquée 1 pour la fabrication de profilés curvilignes en plastique renforcé de fibres (PRF) avec un système de coordonnées des fibres qui suit le profilé. Par système de coordonnées des fibres qui suit le profilé, il faut comprendre que l’abscisse du système de coordonnées des fibres est orientée parallèlement à la tangente de la ligne du profilé, la courbure de la préforme arquée 1 dans l’exemple représenté, et l’ordonnée s’étend par conséquent perpendiculairement, c’est-à-dire à 90° de celle-ci, toutes deux se trouvant respectivement dans la surface de base 2.
La préforme arquée 1 présente ici une structure en couches de fibres quelconque, laquelle forme une surface de base 2 au contour extérieur arqué. La surface de base 2 peut ici être de configuration plane ou bombée. La surface de base 2 peut ainsi être bombée comme une portion d’une enveloppe de cône, par exemple.
Le contour extérieur arqué possède deux limitations du côté frontal 3a, 3b ainsi qu’un bord intérieur 4, qui fait face au centre de l’arc avec sa courbure, et un bord extérieur 5, qui est à l’opposé du centre de l’arc avec sa courbure. La préforme 1 comprend trois zones différentes. Une première zone interne 6 est formée à partir du bord intérieur 4, la surface de cette zone interne 6 présentant une structure en relief 7 ondulée le long du tracé de l’arc avec des bossages 7a et/des dépressions 7b perpendiculaires à la surface de base 2. En partant de la première zone interne 6, une deuxième zone centrale est formée adjacente vers l’extérieur en tant que zone de base 8 sans bossages 7a et dépressions 7b perpendiculaires à la surface de base 2. Dans l’exemple illustré, la zone de base 8 de la préforme 1 est de configuration sensiblement bidimensionnelle, ce qui veut dire qu’elle correspond à une surface de base 2 plane. Mais la zone de base peut également être de configuration voûtée, comme une portion de la surface d’enveloppe d’un cône. Une troisième zone externe 9 qui s’étend jusqu’au bord extérieur est formée adjacente vers l’extérieur en partant de la zone de base 8, laquelle possède des cavités 10 cunéiformes, orientées dans le sens radial et ouvertes en direction du bord extérieur 5. Les cavités 10 cunéiformes sont de préférence disposées à intervalles réguliers les unes des autres.
En variante à la représentation dans un système de coordonnées des fibres qui suit le profilé, les préformes en PRL arquées, peuvent également être représentées dans un système de coordonnées polaires, comme illustré dans la figure 2. La définition d’un angle de fibre local dépend de la position du point P observé respectif dans le système de coordonnées polaires des fibres, qui est de son côté défini par un angle polaire a et un rayon r. Un angle de fibres φ = 0° correspond ici à la direction tangentielle au point P correspondant, un angle de fibres de 90° au point P correspond à la direction radiale du système de coordonnées polaires au point P. Toutes les autres orientations des fibres en résultent en conséquence. Le modèle de description du système de coordonnées polaires des fibres peut être utilisé au moins localement, le même système de coordonnées polaires ne devant pas s’appliquer à l’ensemble de la couche de fibres arquée, par exemple dans le cas de sauts dans le rayon de la forme arquée.
En partant du bord intérieur 4, lequel correspond à un rayon rl dans le système de coordonnées polaires, la préforme en PRL 1 arquée une première zone interne 6 dont la surface présente une structure en relief 7 ondulée le long du tracé de l’arc de la préforme en PRL 1 avec des bossages 7a et/ou des dépressions 7b par rapport à la surface de base 2, dans l’exemple illustré le plan du système de coordonnées polaires. Une zone centrale, adjacente à la zone interne 6 vers l’extérieur et faisant office de zone de base 8, est de configuration sensiblement bidimensionnelle. Dans la zone externe 9, qui est adjacente à la zone de base 8, la préforme 1 possède des cavités 10 cunéiformes, orientées dans le sens radial et ouvertes vers le bord extérieur 5. Le bord extérieur lui-même présente un rayon r2 à l’extérieur des cavités 10.
La figure 3 représente un profilé curviligne 11 tridimensionnel en plastique renforcé de fibres (PRF) avec un exemple de forme géométrique cible qui peut être obtenue par façonnage de la préforme en PRF 1 arquée représentée dans la figure 1. Celui-ci peut être obtenu par un procédé de fabrication d’un profilé curviligne en plastique renforcé de fibres (PRF) en utilisant une préforme en PRF 1 arquée illustrée dans les figures 1 et 2 et un outil de façonnage non illustré. L’outil de façonnage possède une surface curviligne sous la forme d’un arc plan ayant une arête extérieure à rayon plus grand et longueur d’arc plus grande et une arête arquée intérieure à rayon plus petit et longueur d’arc plus petite. Une surface déjoué arquée, orientée perpendiculairement vers le bas, vient ici à chaque fois se rattacher à chacune de ces deux arêtes de la surface curviligne de l’outil de façonnage, la surface de joue extérieure au niveau de l’arête extérieure étant de courbure convexe et la surface de joue intérieure au niveau de l’arête intérieure étant de courbure concave.
Le procédé de fabrication d’un profilé curviligne en plastique renforcé de fibres (PRF) selon la figure 3 comprend les étapes suivantes, exécutées les unes après les autres : a) positionnement d’une zone de dépose 12, laquelle correspond à la zone de base 8 de la préforme en PRF 1 arquée représentée dans les figures 1 et 2 et se trouve entre la zone interne 6 ayant la structure en relief 7 et la zone externe 9 pourvue des cavités 10 radiales cunéiformes, sur la surface curviligne, réalisée sous la forme d’un arc plan, de l’outil de façonnage, b) assemblage en biseau d’une zone de dilatation 13 de la préforme en PRF 1, laquelle correspond à la zone interne 6 ayant la structure en relief 7, sur la surface de joue intérieure en formant une arête 14 entre la zone de dépose 12 et la zone de dilatation 13 au niveau de l’arête intérieure de l’outil de façonnage, et assemblage en biseau d’une zone d’écrasement 15 qui correspond à la zone externe 9 pourvue des cavités 10 radiales cunéiformes, sur la surface déjoué extérieure en formant une arête 16 entre la zone de dépose 12 et la zone d’écrasement 15, l’assemblage en biseau sur les deux surfaces de joue étant réalisé simultanément en une étape ou successivement dans une séquence quelconque.
Il se produit ainsi un profilé 11 curviligne tridimensionnel qui présente une section transversale sensiblement en forme de U retourné.
La figure 4 est une représentation schématique de la structure en couches d’un profilé 11 curviligne tridimensionnel après le façonnage de la préforme en PRL 1 arquée. Un avantage de l’invention réside dans le fait que la préforme en PRL 1 peut être réalisée avec une structure en couches de fibres totalement quelconque sans conditions obligatoires imposées par la technique de fabrication, ce qui permet une utilisation optimale des propriétés mécaniques structurelles des matériaux composites renforcés de fibres. Le profilé 11 curviligne tridimensionnel, comme illustré dans la figure 4, peut ainsi être exécuté aussi bien avec des couches de fibres constituées de bandelettes de fibres unidirectionnelles 17 ayant un angle de fibres φ = 0° qu’avec des couches de fibres constituées de bandelettes de fibres unidirectionnelles 18 ayant un angle de fibres φ # 0°. La figure 4 représente schématiquement différentes couches de fibres, respectivement unidirectionnelles. Les indications pour l’angle de fibres φ se rapportent à un système de coordonnées des fibres qui suit le profil.
Les parties, éléments, composants, pièces et moyens suivants de l’invention sont référencés comme suit sur les dessins annexés : 1 : Préforme en plastique renforcé de fibres 2 : Surface de base 3 a : Limitation côté frontal 3b : Limitation côté frontal 4 : Bord intérieur 5 : Bord extérieur 6 : Zone interne 7 : Structure en relief 7a : Bossages 7b : Dépressions 8 : Zone de base 9 : Zone externe 10 : Cavités 11 : Profilé 12 : Zone de dépose 13 : Zone de dilatation 14 : Arête entre la zone de dépose 12 et la zone de dilatation 13 15 Zone d ’ écrasement 16 : Arête entre la zone de dépose 12 et la zone d’écrasement 15 17 : Bandelettes de fibres 18 : Bandelettes de fibres P : Point du système de coordonnées polaires rl : Rayon (bord intérieur 4) r2 : Rayon (bord extérieur 5) a : Angle polaire φ : Angle de fibres, orientation des fibres
Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés aux dessins annexés. Des modifications restent possibles, notamment du point de vue de la constitution des divers éléments ou par substitution d'équivalents techniques, sans sortir pour autant du domaine de protection de l'invention.
Claims (7)
- REVENDICATIONS1. Préforme en plastique renforcé de fibres arquée (1) pour la fabrication de profilés curvilignes, comprenant une structure en couches de fibres quelconque avec un contour extérieur arqué formant une surface de base (2) plane ou bombée, le contour extérieur possédant deux limitations côté frontal (3a, 3b), un bord intérieur (4) qui fait face au centre de l’arc avec sa courbure et un bord extérieur (5) qui est à l’opposé du centre de l’arc avec sa courbure ; une première zone interne (6), formée à partir du bord intérieur et dont la surface présente une structure en relief (7) formée le long du tracé de l’arc avec des bossages (7a) et/ou des dépressions (7b) perpendiculaires à la surface de base (2) ; une deuxième zone centrale, adjacente vers l’extérieur à partir de la première zone interne (6), faisant office de zone de base (8) sans bossages et dépressions perpendiculaires à la surface de base ; et aussi une troisième zone externe (9), adjacente vers l’extérieur à partir de la zone de base (8) et s’étendant jusqu’au bord extérieur (5), laquelle présente des cavités (10) orientées dans le sens radial et ouvertes vers le bord extérieur (5).
- 2. Préforme en plastique renforcé de fibres arquée (1) selon la revendication 1, caractérisée en ce que la première zone interne (6) est adaptée au profilé cible de telle sorte que la structure en relief (7) permet de réserver exactement une surface qui correspond à une surface dans le profilé cible curviligne (11) formée par la zone interne (6), élargie par restitution de la structure en relief (7).
- 3. Préforme en plastique renforcé de fibres arquée selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que la structure en relief (7) est de configuration ondulée avec des bossages (7a) et des dépressions (7b).
- 4. Préforme en plastique renforcé de fibres arquée (1) selon Tune des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que les cavités (10) le long du bord extérieur (5) sont disposées à intervalles réguliers.
- 5. Préforme en plastique renforcé de fibres arquée (1) selon Tune des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que les cavités (10) sont de configuration cunéiforme.
- 6. Préforme en plastique renforcé de fibres arquée (1) selon l’une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que la préforme en plastique renforcé de fibres (1) est constituée de plusieurs couches de fibres avec des bandelettes de fibres (17, 18) respectivement unidirectionnelles ayant un angle de fibres φ = 0° ou ayant un angle de fibres φ ψ 0°.
- 7. Procédé de fabrication d’un profilé curviligne en plastique renforcé de fibres (PRF) en utilisant une préforme en plastique renforcé de fibres arquée (1) selon l’une des revendications 1 à 6 et un outil de façonnage, lequel possède une surface de recouvrement plane ou bombée sous la forme d’un arc ayant une arête extérieure à rayon plus grand et longueur d’arc plus grande et une arête arquée intérieure à rayon plus petit et longueur d’arc plus petite, une surface de joue arquée, orientée en biais ou perpendiculairement vers le bas, venant se rattacher à chacune de ces deux arêtes de la surface de recouvrement, une surface déjoué extérieure au niveau de l’arête extérieure étant de courbure convexe et une surface de joue intérieure au niveau de l’arête intérieure étant de courbure concave, comprenant les étapes suivantes, exécutées les unes après les autres : a) dépose de la préforme en plastique renforcé de fibres (1) de telle sorte que la zone de base (8), en tant que zone de dépose (12), est positionnée à fleur sur la surface de recouvrement de l’outil de façonnage, les zones voisines, à savoir la zone interne (6), qui présente une structure en relief (7) et fait office de zone de dilatation (13), et la zone externe (9), qui possède des cavités (10) cunéiformes et fait office de zone d’écrasement (15), faisant saillie au-dessus de la surface de recouvrement de l’outil de façonnage ; b) assemblage en biseau de la zone d’écrasement (15) externe en saillie de la préforme en plastique renforcé de fibres (1) sur la surface de joue extérieure de l’outil de façonnage, les cavités (10) cunéiformes de la zone d’écrasement (15) se fermant, et assemblage en biseau de la zone de dilatation (13) interne en saillie de la préforme en plastique renforcé de fibres (1) sur la surface déjoué intérieure de l’outil de façonnage, la zone de dilatation (13) interne en relief s’étendant entièrement en restituant la structure en relief (7), l’assemblage en biseau sur les deux surfaces de joue étant réalisé simultanément en une étape ou successivement dans une séquence quelconque.
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