METALLIC PART PROVIDED WITH FIBROUS REINFORCEMENTS AND HAVING A BEVELLED EDGE

PIECE METALLIQUE POURVUE DE RENFORTS FIBREUX A EXTREMITE BISEAUTEE

Abrégé français

L'invention est relative à une pièce mécanique fabriquée à partir d'une préforme métallique présentant au moins un logement (5) s 'étendant longitudinalement par référence à une direction privilégiée d'effort subie par la pièce mécanique en service, et dans laquelle au moins un renfort fibreux est inséré puis lié à l'ébauche par une compression isostatique à chaud, caractérisé en ce que le renfort fibreux présente une extrémité (10) en biseau.

Abrégé anglais

The invention relates to a mechanical part produced from a metallic preform having at least one recess (5) extending longitudinally in a privileged direction of the effort to which the operating mechanical part is subjected, and in which at least one fibrous reinforcement is inserted and then connected to the blank by a hot isostatic compression. The invention is characterised in that the fibrous reinforcement has a bevelled edge (10).

Revendications

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REVENDICATIONS
1. Pièce mécanique fabriquée à partir d'une préforme
métallique présentant au moins un logement (5) s'étendant selon
une direction d'effort subie par la pièce mécanique en service,
et dans laquelle au moins un renfort fibreux (10) est inséré
puis lié à une ébauche par diffusion métallique autour des
fibres du renfort fibreux de sorte qu'au moins une des
extrémités du renfort fibreux soit entièrement noyée dans le
métal formant la pièce mécanique, dans laquelle l'extrémité du
renfort fibreux entièrement noyée dans le métal formant la
pièce mécanique (12) s'étend en biseau.
2. La pièce mécanique selon la revendication 1, dans
laquelle l'extrémité du renfort fibreux entièrement noyée dans
le métal formant la pièce mécanique est biseautée selon deux
pentes.
3. La pièce mécanique selon la revendication 1, dans
laquelle l'extrémité du renfort fibreux entièrement noyée dans
le métal formant la pièce mécanique est biseautée sur chacune
des faces du renfort.
4. Pièce mécanique métallique présentant au moins un
renfort fibreux (10) s'étendant selon une direction d'effort
subie par la pièce mécanique en service, lié à la pièce
mécanique par diffusion métallique autour des fibres du renfort
fibreux et dont au moins une des extrémités du renfort fibreux
est entièrement noyée dans le métal formant la pièce mécanique,
dans laquelle l'extrémité du renfort fibreux entièrement noyée
dans le métal formant la pièce mécanique (12) s'étend en
biseau.
5. La pièce mécanique selon la revendication 4, dans
laquelle l'extrémité du renfort fibreux entièrement noyée dans
le métal formant la pièce mécanique est biseautée selon deux
pentes.
6. La pièce mécanique selon la revendication 4, dans
laquelle l'extrémité du renfort fibreux entièrement noyée dans
le métal formant la pièce mécanique est biseautée sur chacune
des faces du renfort.

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7. Procédé de fabrication d'une pièce mécanique
fabriquée à partir d'une préforme métallique présentant au
moins un logement (5) s'étendant selon une direction d'effort
subie par la pièce mécanique en service, et dans laquelle au
moins un renfort fibreux (10) est inséré puis lié à une ébauche
par diffusion métallique autour des fibres du renfort fibreux
de sorte qu'au moins une des extrémités du renfort fibreux
soit entièrement noyée dans le métal formant la pièce
mécanique, l'extrémité du renfort fibreux entièrement noyée
dans le métal formant la pièce mécanique (12) s'étendant en
biseau.
8. Le procédé selon la revendication 7, dans lequel
l'extrémité du renfort fibreux entièrement noyée dans le métal
formant la pièce mécanique est biseautée selon deux pentes.
9. Le procédé selon la revendication 7, dans lequel
l'extrémité du renfort fibreux entièrement noyée dans le métal
formant la pièce mécanique est biseautée sur chacune des faces
du renfort.

Description

CA 02773032 2012-03-02
WO 2011/029619 PCT/EP2010/005593
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PIECE METALLIQUE POURVUE DE RENFORTS FIBREUX A EXTREMITE
BISEAUTEE
L'invention est relative à une pièce métallique
pourvue de renforts fibreux.
ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE DE L'INVENTION
On connaît du document WO 2009/034264 une bielle
fabriquée de la façon suivante : réalisation d'une
ébauche métallique comportant deux logements oblongs
parallèles de part et d'autre d'un plan de symétrie de la
bielle ; insertion dans les logements de renforts fibreux
réalisés à partir de fibres de carbure gainées d'un métal
compatible avec celui du conteneur ; mise sous vide et
compression isostatique à chaud de l'ensemble permettant
une liaison intime des fibres du renfort fibreux avec le
métal de l'ébauche par diffusion métallique autour des
fibres.
Le métal gainant les fibres de carbure fond et se
mélange au métal voisin de la préforme métallique pour
réaliser un continuum métallique englobant de façon
intime les fibres des renforts fibreux. Il reste alors à
usiner l'ébauche pour obtenir la bielle (notamment le
perçage des orifices des chapes).
En général, les renforts fibreux présentent au
moins une extrémité complètement noyée dans le métal de
la pièce et qui présente une face terminale transversale
aux fibres. A ce niveau, il existe dans la pièce un saut
de rigidité abrupt, et la transmission des contraintes
mécaniques entre les renforts fibreux et le conteneur
risque de donner lieu à des décollements ou des
arrachements susceptibles de former le départ de criques.
Qui plus est, les contraintes internes sont, dans cette
zone, généralement perpendiculaires aux fibres, de sorte
que cette zone est affaiblie.
OBJET DE L'INVENTION
COPIE DE CONFIRMATION

CA 02773032 2012-03-02
WO 2011/029619 PCT/EP2010/005593
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L'invention vise à proposer des pièces mécaniques
en métal pourvues d'au moins un renfort fibreux, dans
lequel l'inconvénient précité est atténué, voire éliminé.
BREVE DESCRIPTION DE L'INVENTION
A cet effet, on propose une pièce mécanique
fabriquée à partir d'une ébauche métallique présentant au
moins un logement s'étendant sensiblement selon une
direction privilégiée d'effort subie par la pièce
mécanique en service, et dans laquelle au moins un
renfort fibreux est inséré puis intimement lié à
l'ébauche par une diffusion métallique autour des fibres
du renfort fibreux de sorte à présenter au moins une
extrémité complètement noyée dans le métal de la pièce.
Selon l'invention, la dite extrémité s'étend en biseau.
Ainsi, l'interface s'étendant à l'extrémité du
renfort fibreux entre ce dernier et le métal de l'ébauche
est oblique relativement aux efforts transitant dans la
pièce mécanique, ce qui permet une adaptation progressive
de la rigidité de la pièce en suivant la direction des
renforts fibreux. Cette disposition atténue les risques
de désolidarisation du renfort fibreux avec le reste du
métal.
BREVE DESCRIPTION DES FIGURES
- la figure 1 est une vue schématique de dessus
d'une bielle selon l'invention, illustrant l'extrémité
oblique des renforts fibreux selon un premier mode
particulier de réalisation de l'invention ;
- la figure 2 est une vue en perspective de
l'extrémité d'un des renforts fibreux, selon un deuxième
mode particulier de réalisation de l'invention ;
- la figure 3 est une vue en perspective de
dessus de l'extrémité d'un des renforts fibreux, selon un
troisième mode particulier de réalisation de
l'invention ;

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WO 2011/029619 PCT/EP2010/005593
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- la figure 4 est une vue de face et de dessus
d'une autre bielle selon l'invention, illustrant
l'extrémité oblique des renforts fibreux.
DESCRIPTION DETAILLEE DES FIGURES
Dans l'explication qui suit, la réalisation des
renforts fibreux n'est pas l'objet de l'invention et ne
sera donc pas décrite en détail. On pourra se référer par
exemple au document W02009/034264 qui décrit plusieurs
modes de réalisation de tels renforts fibreux.
En référence à la figure 1, la bielle de
l'invention est, conformément à un premier mode de
réalisation, réalisée à partir d'une ébauche métallique 1
ici de forme généralement plate et présentant une partie
courante 2 de section constante terminée par deux parties
d'extrémité 3 arrondies formant des chapes d'extrémité et
comportant des orifices traversants 4. Ici, l'ébauche est
en alliage de titane.
Des logements longitudinaux 5 s'étendent ici
parallèlement à un plan de symétrie P de l'ébauche 1, de
part et d'autre de celui-ci, et forment des logements
adaptés à recevoir des renforts fibreux 10 (les renforts
fibreux ont été représentés coupés pour mieux faire
apparaître les logements, mais en réalité, ils occupent
les logements sur toute leur longueur). On remarquera que
le plan de symétrie P est parallèle à une direction
privilégiée d'introduction d'efforts dans la bielle
(essentiellement des efforts de traction et de
compression dans l'axe de la bielle).
Les renforts fibreux 10 comprennent des fibres
s'étendant longitudinalement. Ici, les fibres sont des
fibres de carbure de silicium gainées de titane. De
préférence, les fibres sont solidarisées entre elles
avant mise en place dans les rainures en leur faisant
subir une compression isostatique à chaud.

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Selon l'invention, les logements 5 ont des
extrémités 11 obliques par rapport au plan de symétrie P,
et s'étendent ici parallèlement à un plan P' tangent à
l'orifice traversant adjacent. Les extrémités obliques 11
peuvent être obtenues de diverses manières. De façon
préférée, les rainures sont usinées dans l'ébauche
métallique sur toute sa longueur, de sorte que les
rainures débouchent sur le chant de l'ébauche. Puis on
rapporte à chaque extrémité de rainure un bouchon en
titane, ayant une partie terminale biseautée définissant
l'extrémité biseautée du logement correspondant, les
bouchons étant de préférence mis en place après le
positionnement des renforts fibreux dans les rainures.
Les bouchons peuvent être constitués d'un morceau de
titane en un seul bloc, ou être réalisés par compactage
d'une poudre métallique.
Selon l'invention, les renforts fibreux ont une
forme complémentaire de celle des logements, et
comportent donc une extrémité 12 en biseau compatible
avec l'extrémité oblique du logement.
Les renforts fibreux 10 sont recouverts par des
blocs en alliage de titane venant combler les logements
5. Ces blocs peuvent être prévus solidaires des bouchons
fermant les logements.
Puis l'ensemble rendu étanche est mis sous vide,
avant d'être soumis à une compression isostatique à
chaud, de sorte que le gainage métallique des fibres
fonde et diffuse pour former un composé métallique avec
le métal de l'ébauche et des blocs, assurant ainsi une
liaison intime entre les fibres et le métal environnant.
On forme ainsi une pièce composite à matrice métallique.
Le biseau de l'extrémité des renforts fibreux,
qui est complètement noyé dans le métal de la pièce
permet une transmission d'efforts entre l'extrémité des
fibres et le métal environnant qui ne soit plus

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uniquement en arrachement, mais en cisaillement, ce qui
permet de diminuer le risque de désolidarisation des
fibres à ce niveau, et de créer une zone de transition
évitant un saut de raideur trop important.
5 Selon maintenant un deuxième mode de réalisation
de l'invention illustré à la figure 2, l'extrémité des
renforts est biseauté selon deux pentes. Selon un
troisième mode de réalisation de l'invention illustré à
la figure 3, les renforts fibreux sont biseautés sur
chacune de leurs faces. Ces deux derniers modes de
réalisation peuvent être réalisés par chanfreinage du
renfort fibreux et évitent la formation d'une pointe fine
qui fragilise le renfort fibreux lors de sa manipulation.
La figure 4 illustre la mise en oeuvre de
l'invention sur une bielle 101 qui est pourvue de quatre
renforts fibreux 110 biseautés selon l'invention.
On notera bien évidement que le biseau de
l'invention n'a pas strictement rien à voir avec le
biseau mentionné dans le document EP1726678, qui désigne
l'angle de coupe de l'extrémité de la nappe de renfort,
et qui sert à imprimer un angle d'hélice à la nappe lors
de sa pose. On notera qu'en tout état de cause, cette
extrémité est tangente au bord de la pièce tubulaire
recouverte par la nappe et qu'elle n'est donc pas noyée.

Dessin représentatif