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PROCEDE D'EXPLOITATION D'UNE MACHINE DE TRESSAGE DE FIBRES
RENFORÇANTES.
L'invention concerne un procédé d'exploitation
d'une machine de tressage comportant un anneau portant des
bobines de fibres renforçantes pour tresser successivement
plusieurs couches de fibres renforçantes, autour d'un même
mandrin déplacé plusieurs fois à travers l'anneau, ou
autour de plusieurs mandrins déplacés l'un après l'autre à
travers cet anneau.
ARRIERE PLAN DE L'INVENTION
Une machine de tressage permet de fabriquer une
pièce en matériau composite en tressant autour d'un
mandrin et sur toute sa longueur, une ou des couches de
fibres renforçantes se superposant les unes aux autres.
Une fois que les différentes couches ont été
formées, l'ensemble constitué par le mandrin et les
couches qu'il porte est placé dans un moule pour injecter
de la résine dans ces couches. Cette résine est ensuite
polymérisée par exemple par chauffage, pour constituer une
pièce brute rigide.
Une telle machine de tressage, qui est représentée
en figure 1 en y étant repérée par 1, comporte
essentiellement un anneau 2 s'étendant dans un plan
vertical, l'axe de révolution AX de cet anneau étant ainsi
horizontal. Cet anneau 2 porte un ensemble de bobines de
fibres renforçantes 3, qui convergent vers un point ou une
région située sur l'axe AX en étant situé en avant du plan
de l'anneau. Ces fibres définissent ainsi conjointement
une forme généralement conique.
Lorsque le cycle de tressage est lancé, le mandrin
qui est repéré par 4 est déplacé le long de l'axe AX pour
traverser l'anneau 2 au delà du point de convergence des
fibres. En même temps, les bobines portées sur l'anneau 2
par des supports mobiles motorisés sont actionnées, pour
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fabriquer une chaussette de fibres renforçantes à la face
externe de ce mandrin 4.
Cette chaussette recouvre le mandrin sur toute sa
longueur une fois qu'il a complètement traversé l'anneau,
c'est-à-dire une fois qu'il est situé au delà du point de
convergence des fibres qui est lui-même décalé par rapport
à l'anneau.
Ira couche de fibres renforçantes est alors
sectionnée en aval du mandrin, et le mandrin est démonté,
puis replacé en arrière de l'anneau, afin de le traverser
à nouveau pour la formation d'une seconde couche de fibres
renforçantes se superposant radialement à la première.
En pratique, le mandrin a son extrémité aval
rigidement solidarisée à une tige arrière et- son extrémité
amont rigidement solidarisée à une tige avant par laquelle
il est tiré pour être déplacé à travers l'anneau. Le
mandrin peut à cet effet comporter à chacune de ses
extrémités un trou taraudé, chaque tige ayant alors une
extrémité filetée correspondante qui est vissée dans ce
trou taraudé.
En fonctionnement, la couche de fibres tressées
entoure la tige avant, et elle se forme autour du mandrin
au fur et à mesure que celui-ci avance le long de l'axe AX
en étant tiré par cette tige.
Lorsque cette couche est complètement formée, une
corde est passée à travers la tresse, en aval du mandrin,
et cette corde est tendue parallèlement à l'axe AX pour
maintenir le point de convergence des fibres en avant de
l'anneau et approximativement sur l'axe AX.
La tresse de fibres renforçantes peut alors être
coupée entre le mandrin et la région ois. elle est traversée
par la corde. Après cette étape, la tige avant est
dévissée de l'extrémité avant du mandrin, et le mandrin
est dévissé de l'extrémité avant de ia tige arrière, pour
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être extrait avec la couche de fibres renforçantes qu'il
porte.
Le mandrin avec la couche de fibres est ensuite à
nouveau installé en arrière de l'anneau. L'extrémité
arrière de la tige qui traverse l'anneau est alors vissée
dans l'extrémité avant du mandrin, et cette tige qui était
dans l'étape précédente la tige arrière devient alors la
tige avant.
Une autre tige est vissée à l'extrémité arrière du
mandrin. Ces tiges qui sont solidarisées au mandrin sont
par ailleurs maintenues en position sur l'axe AX au moyen
de plusieurs paliers espacés les uns des autres le long de
l'axe AX.
En pratique, lorsque le point de convergence des
fibres est tenu par la corde pendant le retrait du mandrin
et sa réintroduction, la position de ce point de
convergence est trop mal maîtrisée pour assurer qu'il soit
reste centré sur l'axe AX, de sorte que ce point de
convergence se décale radialement par rapport à l'axe AX.
Ainsi, lorsque le mandrin est à nouveau installé
dans la machine et que son extrémité avant est amenée en
appui contre la zone de convergence des fibres, le
décalage radial de cette zone de convergence se traduit
par une désorganisation des fibres renforçantes,
localement au niveau de l'extrémité du mandrin. La tenue
mécanique de la pièce produite brute est alors
significativement pénalisée au niveau de cette extrémité.
Une manière d'éviter ce problème consiste à faire
fonctionner la machine de tressage pour recentrer la zone
de convergence des fibres de carbone avant de procéder au
remontage du mandrin. Cependant, cette solution est
coûteuse en temps de fabrication et elle augmente la
longueur de fibres renforçantes nécessaire au tressage de
chaque couche.
OBJET DE L'INVENTION
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Le but de l'invention est de proposer une solution
pour remédier à cet inconvénient.
RESUME DE L'INVENTION
A cet effet, l'invention a pour objet un procédé
d'exploitation d'une machine de tressage comportant un
anneau portant des bobines de fibres renforçantes pour
tresser successivement plusieurs couches de fibres
renforçantes autour d'un même mandrin déplacé plusieurs
fois à travers l'anneau ou autour de plusieurs mandrins
déplacés l'un après l'autre à travers l'anneau, chaque
mandrin étant porté par un support déplaçable à travers
l'anneau le long de l'axe de l'anneau, dans lequel après
passage d'un mandrin à travers l'anneau, les fibres
renforçantes sont sectionnées en aval de ce mandrin pour
pouvoir le retirer, caractérisé en ce que l'on prévoit :
- un moyeu porté par le support et solidarisé au
mandrin en étant monté en aval de celui-ci ;
- une opération dans laquelle on enserre les
fibres renforçantes autour du moyeu au moyen d'un lien
entourant ces fibres renforçantes, après passage du
mandrin à travers l'anneau ;
- et dans lequel. les fibres renforçantes sont
sectionnées entre le mandrin et le moyeu préalablement au
retrait du mandrin.
Avec cette solution, les fibres peuvent être
maintenues de manière parfaitement centrées sur l'axe de
l'anneau lors du retrait d'un mandrin. Le coût de
fabrication est alors réduit puisqu'il n'est plus
nécessaire d'actionner la machine de tressage pour
recentrer la tresse préalablement à l'installation d'un
nouveau mandrin.
L'invention concerne également un procédé tel que
défini ci-dessus, dans lequel on utilise un moyeu
comportant au moins une rainure circonférertielle formant
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une empreinte dans laquelle vient se loger le lien
d'attache des fibres renforçantes.
L'invention concerne également un procédé tel que
défini ci-dessus, dans lequel on utilise un moyeu ayant
5 une forme au moins partiellement conique.
L'invention concerne également un procédé tel que
défini ci-dessus, dans lequel on utilise un moyeu ayant
une forme hicon.iarue.
L'invention concerne également un procédé tel que
défini ci-dessus, dans lequel le moyeu présente des
extrémités de sections différentes correspondant aux
sections d'un mandrin monté en amont de ce moyeu et d'un
mandrin monté en aval de ce moyeu.
L'invention concerne également un procédé tel que
défini ci-dessus, dans lequel le support du mandrin et du
moyeu est formé par une ou plusieurs tiges s'étendant
selon l'axe en étant porté par au moins deux paliers
situés de part et d'autre de l'anneau.
BREVE DESCRIPTION DES FIGURES
La figure 1 est une vue en perspective illustrant
le tressage d'une couche de fibres de carbone autour d'un
mandrin au moyen d'une machine de tressage ;
La figure 2 est une vue en perspective du moyeu du
procédé selon l'invention ;
La figure 3 montre schématiquement une étape du
procédé selon l'invention dans laquelle les fibres
renforçantes sont rassemblées et serrées autour du moyeu ;
La figure 4 illustre une étape de fabrication
d'une première couche de fibres renforçantes autour du
mandrin ;
La figure 5 illustre une étape du procédé dans
laquelle les fibres sont enserrées autour du moyeu monté
en aval du mandrin et dans laquelle les fibres tressées
sont sectionnées en amont et en aval du mandrin ;
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La figure 6 illustre une étape du procédé selon
l'invention correspondant au retrait du mandrin avec la
couche tressée qu'il porte ;
La figure 7 est une vue latérale montrant en
coupe le mandrin et le moyeu ;
La figure 8 est une vue latérale montrant en coupe
un autre mandrin et un autres moyeu associé à ce mandrin.
DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION
L'idée à la base de l'invention est de monter un
moyeu sur l'axe AX en aval du mandrin, et d'utiliser ce
moyeu pour maintenir la zone de convergence des fibres
renforçantes centrées sur l'axe AX lors du retrait du
mandrin. Concrètement, une fois que la couche de fibres a
été tressée sur toute la longueur du mandrin, un lien ou
collier est passé et serré autour des fibres pour les
enserrer contre le moyeu afin de maintenir la zone de
convergence de ces fibres centrée sur l'axe AX.
Le moyeu qui est représenté seul en figure 2 en y
étant repéré par 5 a une forme générale de révolution
autour de l'axe AX. Sa surface externe est ici
généralement conique, et elle comporte deux gorges
circonférentielles 8 et 9 espacées l'une de l'autre le
long de l'axe Ah.
Chaque gorge 8, 9 constitue un logement destiné à
recevoir un lien enserrant le moyeu avec les fibres
entourant ce moyeu, pour que ce lien ne puisse pas glisser
le long de la surface externe 7, dès lors qu'il est
suffisamment serré, de manière à maintenir valablement en
position la zone de convergence des fibres.
En pratique, et comme visible en figure 3, les
fibres renforçantes 3 s'étendent conjointement selon une
forme conique, dont le sommet situé sur l'axe AX
correspond à leur zone de convergence. Lorsque le moyeu 5
est situé au niveau de cette zone le long de l'axe AX, il
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est entouré par les fibres renforçantes qui sont alors en
appui sur sa face externe.
Dans cette situation, un lien ou un collier il
entourant ces fibres à hauteur de l'une des gorges 8 ou 9
du moyeu 5, en étant serré sur celles-ci, permet de
maintenir ces fibres renforçantes en position pour que
leur zone de convergence soit maintenue sur l'axe AX, sans
décalage radial.
La figure 3 montre plus particulièrement une
installation de tressage 1 au début d'une opération de
tressage. Cette installation comporte un anneau 2 portant
une série de bobines de fibres renforçantes 3, tin support
12 portant un mandrin 13 ainsi qu'un premier moyeu 5 et un
second moyeu 6 pour former un ensemble s'étendant selon
l'axe AX.
Le premier moyeu 5 est situé au delà de
l'extrémité avant du mandrin 13, à savoir l'extrémité du
mandrin qui est la plus éloignée de l'anneau 2, vers la
droite sur la figure. Le second moyeu 6 est quant à lui
situé dans le prolongement de l'extrémité arrière du
mandrin 13.
Les fibres renforçantes 3 sont toutes enserrées
autour du moyeu 5, par le lien il, et le mandrin 13 est
situé dans l'espace interne délimité par la surface
conique que forment les fibres renforçantes 3, en vue du
tressage d'une chaussette de fibres renforçantes autour de
ce mandrin et sur toute sa longueur.
Le support 12 peut être constitué par quatre tiges
l2a, 12b, 12c, 12d. Dans ce cas, chaque tige a ses deux
extrémités filetées, et chaque extrémité du mandrin 13 et
de l'un et l'autre des moyeux 5 et 6 comporte un trou
taraudé dans lequel vient se visser une extrémité de tige.
L'assemblage des tiges avec le mandrin 13 et les
moyeux 5 et 6 consiste à visser une extrémité de la tige
l2a à l'extrémité avant du moyeu 5, à visser l'extrémité
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avant de la tige 12b à l'extrémité arrière du moyeu 5, à
visser l'extrémité arrière de la tige 12b à l'extrémité
avant du mandrin 13. De manière analogue, l'extrémité
avant de la tige 12c est vissée à l'extrémité arrière du
mandrin 13, l'extrémité arrière de la tige 12c est vissée
à l'extrémité avant du moyeu 6, et enfin, l'extrémité
avant de la tige 12d est vissée à l'extrémité arrière du
moyeu 13.
L'ensemble constitué par le mandrin 13, les deux
moyeux 5, 6, et les tiges 12a-12c constitue un tout rigide
maintenu en position sur l'axe AX, d'une part par un
premier palier arr _ère non représenté qui est situé en
arrière de l'anneau 2, c'est-à-dire à gauche de l'anneau
sur la figure, et d'autre part par un moyen de traction
non représenté auquel est solidarisée l'extrémité avant de
la tige 12a.
Ce palier comporte un bâti fixe, éventuellement
amovible, comprenant dans sa partie supérieure des organes
agencés pour recevoir une tige pour la maintenir
positionnée sur l'axe AX, tout en la bloquant au moins en
rotation et éventuellement en translation. Le moyen de
traction comporte de manière analogue des organes recevant
la tige en la maintenant positionnée sur l'axe AX, avec
des éléments de verrouillage en translation et en rotation
pour tirer cette tige le long de l'axe AX.
L'opération de tressage est débutée en déplaçant
l'ensemble rigide constitué par le support 12 avec le
mandrin 13 et les moyeux 5 et 6 vers l'avant, c'est-à-dire
vers la droite sur la figure 3, en sollicitant le moyen de
traction non représenté.
Une chaussette se tresse alors autour du mandrin à
hauteur du point de convergence des fibres, au fur et à
mesure que le mandrin est déplacé, comme illustré
schématiquement en figure 4 où environ une moitié de la
chaussette a été tressée, le point de convergence des
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fibres renforçantes étant alors situé sensiblement à mi-
longueur du mandrin.
Au fur et à mesure que ce mouvement est poursuivi,
la couche de fibres renforçantes se forme sur la totalité
de la longueur du mandrin 13, jusqu'à ce que le second
moyeu 6 se trouve au niveau de la zone de convergence des
fibres, ce qui correspond à la situation de la figure 5.
L'installation est alors arrêtée, et un lien ou un
collier 14 est passé autour du second mandrin 6 pour
maintenir les fibres renforçantes en position au niveau de
leur zone de convergence. Une fois cette opération
effectuée, la couche de fibres renforçantes tressée 16 est
coupée d'une part entre l'extrémité avant du mandrin 13 et
le premier moyeu 5, et d'autre part entre l'extrémité
arrière du mandrin 13 et le second moyeu 6. Ces découpes
sont assurées au moyen d'outils coupants de type ciseaux
ou analogues.
Lorsque la couche de fibres renforçantes a été
découpée en amont et en aval du mandrin 13, celui-ci est
retiré. Concrètement, un second palier arrière est
avantageusement installé temporairement en arrière de
l'anneau 2, en complément du premier palier arrière et en
étant espacé de celui-ci le long de l'axe AX, de manière à
maintenir complètement la tige 12d en position sur l'axe
AX. Cette tige 12d étant celle qui porte le second moyeu
6, son maintien par les deux paliers arrière est suffisant
pour maintenir en position la zone de convergence des
fibres 3 sur l'axe AX, sans décalage radial.
A ce stade, la tige 12a est désaccouplée du moyen
de traction non représenté, de sorte que l'ensemble formé
par la tige 12c, le mandrin 13 avec la couche qu'il porte,
ainsi que les tiges 12b et 12a peut être désolidarisé du
second moyeu 6 en dévissant l'extrémité arrière de la tige
12c qui est vissée dans l'extrémité avant de ce moyeu 6.
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La tige 12a peut alors être démontée en la
dévissant de l'extrémité avant du premier moyeu 5. Après
quoi, cette tige 12a est d'une part vissée dans
l'extrémité avant du second moyeu 6, et elle est d'autre
5 part à nouveau accouplée au moyen de traction non
représenté. Complémentairement, un ou deux paliers avant
additionnels sont avantageusement installés temporairement
pour maintenir cette tige 12a coaxiale à l'axe AX.
A ce stade, la tige 12d est démontée en la
10 dévissant de l'extrémité arrière du second moyeu 6, ce
second moyeu 6 étant alors maintenu par la tige avant 12a
qui est elle-même portée par le moyen de traction ainsi
que les paliers avant installés temporairement.
Le premier moyeu 5 est alors dévissé de
l'extrémité avant de la tige 12b puis vissé dans
l'extrémité arrière de la tige 12c. L'ensemble formé par,
successivement, le premier moyeu 5, la tige 12c, le
mandrin 13, et la tige 12b est alors installé en vissant
l'extrémité avant de la tige 12b dans l'extrémité arrière
du second moyeu 6, puis en vissant l'extrémité avant de la
tige 12d dans l'extrémité arrière du premier moyeu 5:
A ce stade, la disposition de l'installation
correspond à nouveau à celle de la figure 3, à la
différence près que les positions du premier moyeu 5 et du
second moyeu 6 sont interverties par rapport à celles
qu'elles occupent dans la figure 3.
Le tressage d'une nouvelle couche de fibres
renforçantes se superposant à la première peut alors
débuter, après avoir retiré les paliers avant et arrière
qui ont le cas échéant été installés temporairement. Ainsi
de suite, différentes couches sont tressées sur le
mandrin, jusqu'à atteindre une épaisseur prédéterminée.
Dans l'exemple des figures, les moyeux 5 et 6 sont
séparés du mandrin 13 par une distance relativement
importante, mais cette distance peut avantageusement être
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réduite, ce qui permet de diminuer la longueur de fibres
renforçantes nécessaire pour chaque couche, et par là
même, le coût de fabrication.
Ainsi, comme représenté en figure 7, la distance
séparant chaque moyeu du mandrin peut être réduite à une
valeur minimale d qui correspond sensiblement à l'espace
minimal nécessaire pour le passage de l'outil de découpe
de la couche de fibres renforçantes.
Dans. l'exemple des figures, le moyeu 5 comprend
deux gorges permettant d'enserrer les fibres renforçantes
dans deux liens ou colliers correspondants, mais une
solution comportant une seule gorge peut aussi être
satisfaisante, le choix du nombre de gorges et de colliers
ou de liens étant conditionné essentiellement par les
conditions de fabrication.
De la même manière, la forme extérieure du moyeu 5
est elle aussi choisie en fonction des conditions de
fabrication. Dans l'exemple de la figure 8 le moyeu qui
est repéré par 18 est interposé entre deux mandrins
consécutifs 13 et 17 ayant des diamètres différents; et
qui sont montés l'ur. après l'autre sur le support.
Dans ces conditions, le moyeu 18 a une forme
biconique, et présente à son extrémité 19 la plus proche
du mandrin 13 une section correspondant à celle du mandrin
13, et à son extrémité 21 la plus proche du mandrin 17 une
section correspondant à la section de ce mandrin 17. La
surface externe du moyeu 18 raccorde les contours de ces
deux sections, tout en définissant dans sa région centrale
un étranglement 23 constituant une gorge destinée à
recevoir un lien pour attacher les fibres renforçantes de
la couche tressée 22.
Avantageusement, le diamètre de l'extrémité 19 est
sensiblement inférieur au diamètre du mandrin 13, et à
contrario, le diamètre de l'extrémité 21 est sensiblement
supérieur au diamètre du mandrin 17, de manière à écarter
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la tresse pour faciliter le montage de ce mandrin 17 entre
les deux opérations de tressage.
Ce moyeu permet d'assurer une continuité de la
couche tressée 22 entre le premier mandrin 13 et le second
mandrin 17, de sorte que l'orientation des fibres n'est
pas perturbée par la transition d'un mandrin à l'autre.
De même que dans l'exemple de la figure 7, le
moyeu 18 est séparé de chacun des mandrins 13 et 17 par
une distance d qui correspond à l'espace minimal pour le
passage d'un outil de découpe de la couche de fibres
renforçantes.
Par ailleurs; il est à noter que dans l'exemple de
la figure 7, le moyeu a une forme biconique qui est
asymétrique. Mais un moyeu ayant une forme biconique
symétrique par rapport à son centre pourrait être adapté à
certains cas de fabrication, notamment lorsqu'on tresse
des couches de fibres renforçantes autour de différents
mandrins de mêmes diamètres.
Dans les différents exemples des figures, les
mandrins ont des formes simples de révolution, de même que
les moyeux, mais l'invention s'applique également à des
situations dans lesquelles le ou les mandrins ont des
sections quelconques, comme par exemple des sections
rectangulaires, auquel cas, le ou les moyeux utilisés ont
aussi des sections quelconques correspondant à celles des
mandrins.
Dans le cas où les mandrins et moyeux ont des
formes qui ne sont pas de révolution, il est avantageux
d'assurer que ces éléments ne puissent pas tourner autour
de l'axe AX au cours de la formation de la couche de
fibres renforçantes. On peut alors prévoir que
l'accouplement entre chaque tige support et chaque mandrin
ou moyeu soit alors assuré avec une clavette transversale
traversant l'extrémité de l'élément considéré et la tige
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de manière à interdire toute rotation de chaque élément
par rapport à la tige.
