Corrélation paramètres process et taux volumique de fibre

Paramètres de consolidation

  La thermocompression d’enroulements, permettant la réalisation de pièces TOR, doit être cadrée par l’optimisation des paramètres de mise en forme. Cette optimisation se réalise sur un certain nombre de paramètres dit extrinsèques au procédé. Ces paramètres sont présentés dans le la partie suivante. L’optimisation de la mise en forme passe par la mise en place d’un plan d’expérience permettant l’évaluation de l’influence des différents paramètres étudiés et le choix de l’optimale de ces derniers. Par exemple, cette évaluation fournit des tendances permettant de qualifier la sensibilité de la mise en forme à la température ou à la pression exercée lors de la consolidation. L’amélioration des propriétés mécaniques est réalisée par une amélioration de l’imprégnation (taux de porosité très bas, structure homogène), mais aussi avec des apports de caractéristiques morphologiques spécifiques. C’est par exemple le cas d’une remontée de nervure ou d’un rainurage permettant une amélioration mécanique spécifique à certains cas de chargements en modifiant le moment quadratique de la pièce tout en limitant, voir en réduisant, l’augmentation de la masse. C’est par exemple le cas des IPN dans le bâtiment, destinés à apporter une résistance accrue aux cas de chargements en flexion. La réalisation de mises en forme spécifiques a été testée par le changement morphologique des pièces ; ces dernières ont été obtenues via la mise en place d’inserts dans le moule TOR permettant ainsi l’apport de caractéristiques mécaniques spécifiques. L’objectif de cette partie est d’évaluer la santé matière à la suite de ce type de mises en forme engendrant des écoulements de la matière spécifique, radiaux, associés à ces morphologies. Dans un dernier temps, une ouverture industrielle est proposée par un exemple de simulations, visant à la prédiction du comportement du composite lors de sa mise en forme. Plusieurs possibilités sont présentées, allant de la simulation toron par toron, à une simulation avec un matériau homogène.

Paramètres extrinsèques

La maitrise du procédé de fabrication commence par l’identification de l’ensemble des paramètres régissant la mise en forme. La figure 1, ci-dessous, présente une identification des paramètres des deux étapes de mise en forme :  d’enroulement permettant d’obtenir une préforme, préchauffée ou non,,  de forgeage permettant de réaliser une pièce forgée à forte propriétés morphologiques. Figure 1 : Ensemble des paramètres de mise en forme L’ensemble de ces paramètres peuvent être classés de la façon suivante : – Les entrées du procédé : o Les paramètres intrinsèques : ce sont des paramètres dépendant de la matière utilisée comme par exemple du retrait de polymérisation (ce cas n’est plus présent dans notre étude) ou la rhéologie spécifique à la matière utilisée (comportement et viscosité du thermoplastique à température de fusion). o Les paramètres extrinsèques : ce sont des paramètres dépendant de l’opérateur tels que la tension appliquée lors de l’enroulement, la température et la pression de mise en forme ou bien même le placement initial des fibres.  – Les sorties du procédé : ce sont les paramètres évaluables à la suite de la mise en forme, comme l’état de surface de la pièce, le suage de résine, l’évaluation du déplacement des fibres via la mise en place de marqueurs rhéologiques. Il s’agit ici d’une liste non exhaustive des entrées et sorties du procédé, qui doivent être maitrisées pour une meilleure compréhension de l’ensemble des étapes de fabrication. Les paramètres cités, ainsi que d’autres évalués, sont les entrées du plan d’expérience, un des points abordé par ce chapitre. II) 1 – Introduction des problématiques L’objectif de ce chapitre est d’avoir une première approche de l’influence des paramètres de mise en forme sur le résultat de mise en forme. Chaque variable « produit » dépend d’un certain nombre de phénomènes physiques issus des paramètres opératoires. La définition de paramètres à étudier est la première étape de réalisation d’un plan d’expérience. Afin d’identifier les différents paramètres intervenant dans le procédé de fabrication, il est proposé de réaliser une analyse complète du procédé de mise en forme, en allant des conditions opératoires de chaque étape dans la gamme de mise en forme jusqu’aux variables produits et aux moyens permettant de les contrôler. La description du procédé de mise en forme complet a été réalisée dans les premiers chapitres, sans la nécessité de formaliser l’ensemble des données sous forme de diagramme. A partir des travaux de Zakaria Allam (Allam, 2015.), un diagramme du procédé a été réalisé. La figure 2, ci-dessous, représente ainsi une vision du procédé de fabrication identifié dans la mise en forme des pièces par le procédé de fabrication connexe à cette étude. Chaque étape de fabrication est représentée à travers les différents états de produits, obtenus avec des conditions opératoires propres. Le diagramme, ci-dessous, représente aussi les moyens de contrôle de certains paramètres produits et l’ensemble des états successifs de la pièce à travers le procédé de mise en forme (fibre, semi-produits et préformes, pièce forgée). 

Exercice de corrélation des paramètres

L’objectif de cette partie est de proposer 2 exemples de corrélation entre paramètres procédés et variables produits. La corrélation entre ces paramètres permet de bien mettre en avant les phénomènes physiques en jeu dans la mise en forme afin d’avoir une image plus globale des paramètres process à prendre en compte dans le plan d’expérience TAGUCHI et les couplages existants entre les différents paramètres. Les variables produits sont repris dans la figure 2 présentée précédemment. Dans un premier temps, il est proposé d’étudier le taux homogénéité du composite de la pièce à l’issue de la mise en forme. Ce taux d’homogénéité est défini dans cette étude comme un terme global définissant les répartitions de taux volumiques de fibres, les taux de porosités et leurs gradients à l’intérieur de la pièce composite. Dans un second temps, il est proposé d’étudier la variable produit « tenue mécanique ». Paramètres de consolidation Paramètres extrinsèques 149 II) 2) 1 – Interaction : exemple du taux d’homogénéité La figure 3, reprend le cheminement de paramètres process à la variable produit « taux volumique de fibres ». Certains paramètres sont gérables directement par l’utilisateur, comme les températures consigne de l’outillage. Le paramètre procédé comme la viscosité est quant à lui indirectement réglable, par les pressions et vitesse de mise en forme. Cette représentation de l’ensemble de ces paramètres donne ainsi une vue globale de ce qui est nécessaire de gérer lors des mises en forme de TOR, comme ceux fixés et difficilement réglables tel que l’état de surface de l’outillage obtenu lors de l’usinage des cylindres. Figure 3 : Corrélation paramètres process et taux volumique de fibres Le taux volumique de fibres par rapport au taux de porosités est une variable de l’écoulement, géré dans la mise en forme par les paramètres suivants : – T consignes (en °C) – Temps de maintien (en minutes) – Vitesse et pression de mise en forme (respectivement en mm/s et en bar) – La longueur de fibres pouvant être variée ponctuellement. (en cm)