Note : Les descriptions sont présentées dans la langue officielle dans laquelle elles ont été soumises.
WO 2022/002805
PCT/EP2021/067597
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Description
PROCÉDÉ DE FABRICATION D'UNE POUTRE A SECTION FERMÉE
Domaine technique de l'invention
La présente invention se rapporte à un procédé de fabrication d'une poutre
présentant une section fermée, formée par l'association d'un premier profilé
et d'un
deuxième profilé.
État de la technique
Classiquement, pour réaliser des poutres disposant d'une section fermée, on
réalise une première opération d'estampage d'un premier profilé, puis, de
manière
séparée, une deuxième opération d'estampage d'un deuxième profilé, et enfin la
fixation
des deux profilés obtenus, en employant des moyens de fixation classiques du
type vis-
écrou, rivets...
Ce type de procédé présente les inconvénients suivants :
- Cela nécessite de gérer deux pièces distinctes et donc deux références et
deux industrialisations ;
- Cela nécessite une opération d'assemblage ;
- Les éléments de fixation génèrent un poids et un encombrement
supplémentaires ;
De telles poutres sont notamment employées pour former la structure des
portes d'avions. Une telle porte est décrite dans la demande de brevet
W02019/229074A1. Sa structure comporte notamment deux poutres principales
fixées
suivant deux rebords latéraux de la porte, et plusieurs poutres dites
longitudinales
disposées perpendiculairement aux deux poutres principales. Chaque poutre
longitudinale présente une section transversale en forme de A, réalisée par
l'assemblage
de deux profilés, selon le principe évoqué ci-dessus.
Les documents EP2163324, EP1231077, et W02018/122489 décrivent des
procédés généraux de fabrication par estampage.
Le but de l'invention est de proposer un procédé de fabrication d'une poutre à
section fermée, formée par l'association de deux profilés, ce procédé étant :
- Simple à mettre en oeuvre, éventuellement sans opération d'assemblage,
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- Continu, c'est-à-dire sans avoir à fabriquer deux pièces distinctes, de
manière séparée,
- Et ne nécessitant pas forcément de moyens de fixation spécifiques.
Exposé de l'invention
Ce but est atteint par un procédé de fabrication d'une poutre à section
fermée,
ladite poutre étant réalisée par l'association d'un premier profilé et d'un
deuxième profilé,
ledit procédé comportant les étapes suivantes :
- Réalisation du premier profilé par un premier estampage d'une première
plaque entre un premier poinçon présentant une première empreinte et un
deuxième poinçon présentant une deuxième empreinte et intégrant un
noyau modifiant sa deuxième empreinte,
- Maintien du premier profilé sur le premier poinçon et positionnement
dudit
noyau au-dessus dudit premier profilé,
- Réalisation du deuxième profilé par un deuxième estampage d'une
deuxième plaque contre ledit noyau entre ledit deuxième poinçon et ledit
ensemble formé par la superposition du premier poinçon, du premier profilé
et dudit noyau.
Selon une particularité, le procédé comporte une étape préalable de chauffage
de la première plaque et de la deuxième plaque.
Selon une autre particularité, le procédé comporte une étape de chauffage
localisée d'au moins une zone du premier profilé obtenu après le premier
estampage.
Selon une autre particularité, un poinçon intermédiaire est intégré entre le
deuxième poinçon et le noyau lors du premier estampage.
Selon une autre particularité, le procédé comporte une étape de retrait du
poinçon intermédiaire après le premier estampage et avant le deuxième
estampage.
L'invention concerne un système employé pour la mise en uvre du procédé
de fabrication tel que défini ci-dessus, le système comportant :
- Un premier poinçon présentant une première empreinte et un deuxième
poinçon présentant une deuxième empreinte,
- Un noyau destiné à s'adapter sur le premier poinçon pour modifier ladite
première empreinte ou sur ledit deuxième poinçon pour modifier ladite
deuxième empreinte.
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Selon une particularité, le système comporte un poinçon intermédiaire destiné
à se positionner entre le deuxième poinçon et le noyau.
Selon une autre particularité, le premier poinçon et le deuxième poinçon
comportent des moyens d'assemblage destinés à coopérer avec des moyens
correspondants présents sur le noyau.
Selon une autre particularité, le premier poinçon et/ou le deuxième poinçon
comportent des pions d'indexation agencés pour assurer le positionnement de
chaque
plaque à estamper.
Selon une autre particularité, le système comporte un mécanisme de charnière
agencé entre le premier poinçon et le deuxième poinçon.
L'invention concerne enfin une poutre à section en A, réalisée par
l'association
d'un premier profilé et d'un deuxième profilé, le premier profilé comportant
sur toute sa
longueur :
- Deux barres d'appui,
- Une paroi de sommet située à l'opposé des barres d'appui,
- Deux ailes latérales s'étendant obliquement l'une vers l'autre pour
joindre
chacune une barre d'appui distincte à la barre de sommet,
Le deuxième profilé comportant :
- Une paroi plane et deux ailes latérales de fixation destinées chacune à être
en appui sur la face interne d'une aile latérale distincte du premier profilé,
Ladite poutre étant réalisée par le procédé tel que défini ci-dessus.
Brève description des figures
D'autres caractéristiques et avantages vont apparaître dans la description
détaillée qui suit, faite en liaison avec les figures annexées listées ci-
dessous :
- Les figures 1A et 1B représentent, respectivement vue en perspective et
de
côté, une poutre à section en A, pouvant être obtenue par le procédé de
l'invention ;
- La figure 2 représente, en perspective, les différents éléments du
système
employé pour fabriquer, selon le procédé de l'invention, une poutre à section
en A telle que celle des figures 1A et 1B ;
- La figure 3 représente en vue de côté, les différents éléments du système
employé pour fabriquer, selon le procédé de l'invention, une poutre à section
en A telle que celle des figures 1A et 1B ;
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- Les figures 4A à 4G illustrent, en vue de côté, les différentes étapes du
procédé de l'invention, pour fabriquer une poutre à section en A telle que
celle des figures 1A et 1B ;
- La figure 5 représente, en vue de côté, une poutre à section fermée
circulaire ;
- La figure 6 représente, en vue de côté, les différents éléments du
système
employé pour fabriquer, selon le procédé de l'invention, une poutre à section
fermée circulaire telle que celle de la figure 5 ;
- Les figures 7A à 7G illustrent en vue de côté, les différentes étapes du
procédé de l'invention, pour fabriquer une poutre à section fermée circulaire.
Description détaillée d'au moins un mode de réalisation
Dans la suite de la description et sur les figures annexées, les termes
"supérieur", "inférieur", "au-dessus" et "au-dessous" sont à considérer en
tenant compte
d'un axe (Y) tracé verticalement dans le plan de la feuille.
L'invention vise un procédé de fabrication d'une poutre P1, P2, ladite poutre
s'étendant suivant un axe dit longitudinal (X). La poutre est générée par
l'association
d'au moins deux profilés, les deux profilés définissant entre eux une section
transversale
fermée. A titre d'exemple, il peut s'agir d'une poutre à section transversale
en forme de
A, à section en forme de double oméga tête-bêche... D'autres formes pourraient
bien
entendu être envisagées.
Une poutre P1 ayant une section transversale en forme de A peut notamment
être employée dans la structure d'une porte d'aéronef, en particulier d'avion.
La cabine
d'un avion étant pressurisée, ses portes doivent être conçues pour garantir
une
fermeture fiable et parfaitement hermétique. La porte dispose donc d'une
structure
renforcée sur laquelle est fixé le panneau faisant partie de l'enveloppe
externe de l'avion.
Cette structure peut comporter deux poutres principales, agencées à la
verticale suivant
deux rebords parallèles du panneau et des poutres dites longitudinales
s'étendant
chacune entre les deux poutres principales, à l'arrière du panneau. Ces
poutres
longitudinales peuvent être mises en oeuvre selon le procédé de fabrication de
l'invention.
De manière non limitative, pour une application de type porte pour avion ou
similaire, la poutre peut être réalisée dans un matériau de type composite,
par exemple
formée de 4 à 5 couches de mat de carbone noyé dans une résine
thermoplastique.
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De manière générale, le procédé de l'invention consiste à obtenir directement
une poutre à l'issue de deux opérations successives d'estampage, assurant la
mise en
forme des deux profilés et leur assemblage.
Le procédé de l'invention s'appuie sur l'emploi d'un système qui comporte :
5 - Un premier poinçon, dit poinçon inférieur 1, 10 ;
- Un deuxième poinçon dit poinçon supérieur 2, 20;
- Un unique noyau 3, 30;
- Un éventuel troisième poinçon, dénommé poinçon intermédiaire 4, 40;
Deux plaques distinctes 5, 50, 6, 60, sont appliquées au système en vue de
former les deux profilés de la poutre.
Le principe consiste notamment à fixer l'unique noyau 3, 30 à l'un des deux
poinçons inférieur ou supérieur lors de l'estampage de la première plaque 5,
50 et à
l'autre des deux poinçons, respectivement supérieur ou inférieur, lors de
l'estampage de
la deuxième plaque 6, 60.
Comme représenté sur les figures 1A et 1B, dans le cas d'une poutre P1
présentant une section transversale en forme de A, celle-ci est réalisée par
l'association
d'un premier profilé P10 et d'un deuxième profilé P11. Le premier profilé P10
comporte
sur toute sa longueur :
- Deux barres d'appui 100, 101,
- Une paroi de sommet 102 située à l'opposé des barres d'appui,
- Deux ailes latérales 103, 104 s'étendant obliquement l'une vers l'autre
pour
joindre chacune une barre d'appui distincte à la barre de sommet,
Le deuxième profilé P11 comporte sur toute sa longueur :
- Une paroi plane 105 et deux ailes latérales 106, 107 de fixation
destinées
chacune à être en appui sur la face interne d'une aile latérale distincte du
premier profilé.
En référence à la figure 2 et à la figure 3, pour la fabrication d'une telle
poutre
à section en A, le système employé est plus particulièrement le suivant :
- Le poinçon inférieur 1 présente une section transversale définissant un
motif
108 en relief en forme de trapèze.
- Le noyau 3 présente une section transversale pleine en forme de trapèze,
destinée à compléter le motif en relief dessiné par le poinçon inférieur.
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- Le poinçon supérieur 2 présente une section transversale définissant un
motif 109 en creux, de forme complémentaire à celle du poinçon inférieur
accompagnée de celle du noyau.
- S'il est employé, le poinçon intermédiaire 4 se présente sous la forme
d'un
profilé ayant une section transversale creuse en forme de trapèze, ouverte
sur sa base.
Des moyens d'assemblage peuvent être prévus pour assembler le noyau sur le
poinçon inférieur ainsi que sur le poinçon supérieur.
Le noyau 3 peut ainsi comporter une ou plusieurs ouvertures 111 traversantes
réalisées suivant son plan de symétrie. Le poinçon inférieur peut comporter un
ou
plusieurs plots 110 correspondants se dressant au-dessus de son plan
supérieur. Le
poinçon supérieur ainsi que le poinçon intermédiaire peuvent également
comporter des
ouvertures 112, 113 réalisées dans le même axe que celles du noyau et que les
plots
du poinçon inférieur afin de permettre un assemblage en superposition des
différents
éléments.
Sur la figure 2, chaque plaque est positionnée sur un cadre 114, 115 de
manutention, lui permettant d'être manipulée et d'être maintenue en position
lors de
l'estampage.
En référence aux figures 4A à 4G, pour la fabrication de la poutre P1 à
section
transversale en forme de A, les étapes sont décrites ci-dessous. Dans cette
réalisation,
le poinçon intermédiaire 4 est employé mais il serait possible de s'en passer.
Figure 4A:
Une première plaque 5 à estamper est disposée sur le plan supérieur du
poinçon inférieur 1. La première plaque 5 présente une surface rectangulaire.
Le poinçon intermédiaire 4 est logé dans le motif en creux du poinçon
supérieur
2 ainsi que le noyau 3, le poinçon intermédiaire 4 étant disposé entre le
poinçon
supérieur 2 et le noyau 3.
Figure 4B:
L'ensemble formé du poinçon supérieur 2, du poinçon intermédiaire 4 et du
noyau 3 est refermé sur le poinçon inférieur 1 pour estamper la première
plaque 5 prise
entre le poinçon inférieur et cet ensemble. La première plaque 5 est estampée,
formant
ainsi un premier profilé P10 comportant une âme centrale plane et deux ailes
obliques
symétriques, agencées de part et d'autre de son âme supérieure.
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Figure 4C:
Le poinçon supérieur 2 et le poinçon intermédiaire 4 sont relevés, le noyau 3
étant maintenu sur le plan supérieur de l'âme centrale du premier profilé P10.
Figure 4D:
Le poinçon intermédiaire 4 est retiré.
De manière optionnelle, un chauffage C des deux ailes obliques du premier
profilé peut être entrepris afin d'assouplir le matériau. Cette étape est
optionnelle, car
avant estampage, chaque plaque est susceptible de sortir du four et peut ainsi
être déjà
à température.
Figure 4E:
Tout en maintenant la configuration de la figure 4D, une deuxième plaque 6 est
positionnée entre le poinçon supérieur 2 et l'ensemble formé de la
superposition du
poinçon inférieur 1, du premier profilé P10 et du noyau 3.
Figure 4F:
Le poinçon supérieur est refermé sur l'ensemble défini ci-dessus à la figure
4E,
en vue d'estamper la deuxième plaque 6, prise entre le poinçon supérieur et
cet
ensemble. La deuxième plaque 6 présente une surface rectangulaire de
superficie
supérieure à celle de la première plaque.
Figure 4G:
La deuxième plaque 6 est estampée, formant ainsi un deuxième profilé P11
comportant une âme centrale plane et deux ailes obliques symétriques, agencées
de
part et d'autre de son âme supérieure et deux barres d'appui planes
prolongeant
chacune une aile distincte. Ses deux ailes obliques viennent chacune en appui
contre la
face externe d'une aile oblique du premier profilé P10, leur mise à
température
permettant d'assurer leur cohésion et assemblage, formant ainsi la poutre P1 à
section
en A représentée sur les figures 1A et 1B.
Le même principe peut s'appliquer pour la fabrication d'une poutre P2 réalisée
à partir de deux profilés P20, P21 en forme d'oméga, assemblés tête-bêche, de
manière
à former une section fermée de forme circulaire. Cette poutre est représentée
en vue de
côté sur la figure 5.
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En référence à la figure 6, pour la fabrication d'une telle poutre P2, le
système
employé est alors le suivant :
- Le poinçon inférieur 10 présente une section transversale définissant un
motif 200 en creux en forme de demi-cercle. De part et d'autre de son motif
en creux, le poinçon inférieur présente deux plans d'appui.
- Le poinçon supérieur 20 présente une section transversale définissant un
motif 201 en creux, en forme de demi-cercle de diamètre identique à celui
du poinçon inférieur. De part et d'autre de son motif en creux, le poinçon
supérieur présente deux plans d'appui.
- Le noyau 30 présente une section transversale pleine en forme de disque,
de manière à pouvoir se loger dans l'espace creux défini par les deux motifs
en creux des poinçons supérieur et inférieur.
- S'il est employé, le poinçon intermédiaire 40 se présente sous la forme
d'un
profilé ayant une section transversale creuse en forme de demi-cercle. Il est
destiné à se positionner entre le poinçon supérieur et le noyau.
Des moyens de fixation (non représentés) peuvent être prévus pour assembler
le noyau sur le poinçon inférieur ainsi que sur le poinçon supérieur.
Les figures 7A à 7G illustrent ce principe.
Figure 7A:
Une première plaque 50 est positionnée sur les plans d'appui du poinçon
inférieur 10. La première plaque 50 présente une surface rectangulaire.
Le poinçon intermédiaire 40 est logé dans le motif en creux du poinçon
supérieur ainsi que le noyau 30, le poinçon intermédiaire 40 étant disposé
entre le
poinçon supérieur 20 et le noyau 30.
Figure 7B:
L'ensemble formé du poinçon supérieur 20, du poinçon intermédiaire 40 et du
noyau 30 est refermé sur le poinçon inférieur 10 pour estamper la première
plaque 50
prise entre le poinçon inférieur 10 et cet ensemble. La première plaque 50 est
estampée,
formant ainsi un premier profilé P20 comportant une âme centrale à section
demi-
circulaire et deux ailes latérales planes, symétriques, de part et d'autre de
son âme
centrale.
Figure 7G:
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Le poinçon supérieur 20 et le poinçon intermédiaire 40 sont relevés, le noyau
30 étant maintenu sur le plan supérieur de l'âme centrale du premier profilé
P20.
Figure 7D:
Le poinçon intermédiaire est retiré.
De manière optionnelle, un chauffage C des deux ailes latérales du premier
profilé peut être entrepris afin d'assouplir le matériau. Cette étape est
optionnelle, car
avant estampage, chaque plaque est susceptible de sortir du four et peut ainsi
être déjà
à température.
Figure 7E:
Tout en maintenant la configuration de la figure 7D, une deuxième plaque 60
est positionnée entre le poinçon supérieur 20 et l'ensemble formée de la
superposition
du poinçon inférieur 10, du premier profilé P20 et du noyau 30. La deuxième
plaque 60
présente une surface rectangulaire de dimensions identiques à celles de la
première
plaque.
Figure 7F:
Le poinçon supérieur 20 est refermé sur l'ensemble défini ci-dessus à la
figure
7E, en vue d'estamper la deuxième plaque 60, prise entre le poinçon supérieur
20 et cet
ensemble.
Figure 7G:
La deuxième plaque 60 est estampée, formant ainsi un deuxième profilé P21
comportant une âme centrale demi-circulaire et deux ailes latérales
symétriques,
agencées de part et d'autre de son âme supérieure. Ses deux ailes latérales
viennent
chacune en appui contre la face supérieure d'une aile latérale du premier
profilé, leur
mise à température permettant d'assurer leur cohésion et assemblage, formant
ainsi la
poutre à section fermée circulaire.
Il faut noter que des pions d'indexage peuvent être prévus sur le plan d'appui
du poinçon inférieur 1, 10, afin de faciliter le positionnement de la première
plaque 5, 50.
En variante, le système peut intégrer un mécanisme de charnière entre le
poinçon supérieur 2, 20 et le poinçon inférieur 1, 10, afin d'ajuster
parfaitement le
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poinçon supérieur par rapport au poinçon inférieur, c'est-à-dire sans risque
de
glissement, lors des opérations d'estampage.
5 En réalisant l'estampage de la deuxième plaque 6, 60 directement sur
le
premier profilé déjà formé, le procédé est plus simple, plus rapide et permet
de:
- S'affranchir de certaines opérations, notamment de fixation, lorsque la
fixation est permise par cohésion thermique entre les deux profilés ;
- N'avoir qu'une seule référence à gérer ;
10 - Réduire la quantité de matériel nécessaire aux
opérations d'estampage
(notamment un seul noyau commun pour les deux opérations) ;
- Obtenir une poutre plus légère, grâce à la suppression des moyens de
fixation de type vis-écrou, rivets...
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