Brevet FR2101221A1 — publié le 19720331

i 2101221 Les moteurs à turbine pour aéronefs comportent des pièces qui sont de forme essentiellement cylindriques ou conique et de grand diamètre, avec une paroi mince par rapport à leur diamètre. Ces éléments doivent comporter une quantité additionnelle du mé-5 tal dans une ou plusieurs zones. Par exemple, des "bri'des peuvent être nécessaires à leurs extrémités, pour leur permettre d'être assemblées à d'autres pièces,, Il peut aussi être nécessaire de prévoir une paire de brides circonférentielles, pour délimiter entre elles une gorge destinée à recevoir un élément de joint» 10 3îa présente invention a pour objet par exemple un procédé au moyen duquel de telles pièces peuvent être fabriquées en partant d'une ébauche unitaire, sans nécessité d'enlever de grandes quantités du métal provenant de l'ébauche. Conformément à l'invention, une zone d'une pièce en métal à 15 paroi mince et de section circulaire est augmentée en épaisseur, par chauffage du métal dans cette zone jusqu'à une température à laquelle ce métal peut être plastiquement déformé, après quoi on applique une force axiale au métal dans ladite zone au moyen d'une première surface qui est un engagement de roulement avec la 20 pièce et qui se déplace par rapport à celleei, tout le long de sa circonférence, tout en exerçant également une retenue radiale au moyen d'autres surfaces qui sont en engagement de roulement avec la pièce de manière à localiser le métal d'épaisseur augmentée, par rapport au reste de la pièce. 25 La pièce peut être constituée par une ébauche tubulaire qui a été obtenue en partant d'une feuille ou d'une plaque de métal roulée pour former un cylindre ou un cône, après quoi ses deux bords longitudinaux sont soudés bout à bout. Le procédé qui fait l'objet de l'invention présente de nom-30 breux avantages, comparé aux procédés habituellement utilisés jusqu'ici et consistant notamment à former la plus grande partie de la pièce par roulage d'une feuille ou d'une plaque, puis à y rapporter les birdes nécessaires, par soudure d'éléments annulaires qui ont été fabriqués séparément, par exemple par forgeage» 35 Ce3 avantages sont notamment les suivants : lo- La consommation de métal est sensiblement réduite. Les brides foigées très onéreuses sont remplacées par une fai bis augmentation de la quantité de métal mince, n'entrainant pas 71 28528 2 2101221 de frais importants» 2.- La résistance mécanique et la fiabilité sont augmentées par la suppression des joints de soudure difficiles, et par l'amélioration du grain du métalo 3»— L'usinage est simplifié. Un travail partiel des brides forgées antérieurement à leur soudure est supprimé, la distorsion est réduite et l'usinage complet des brides peut être effectué sur la pièce unique obtenue. 4-»— Les frais indirects sont sensiblement réduits. On. diminue en effet le stockage des éléments constitutifs et des pièces partiellement usinées, ainsi que les manipulations. Lea outillages et montages sont en nombre réduit, et sont simplifiés. On supprime le contrôle des éléments partiellement usinés, ainsi que le3 importants joints de soudure» Il est déjà connu de défozmer ou rabattre les extrémités de tubes en chauffant ces extrémités et en y appliquant une pression, mais cette opération ^implique pas une rotation, et elle n'est pas applicable aux pièces tabulaires de grands diamètres. Dtautres détails et caractéristiques de l'invention assortiront encore de la description qui sera donnée ci-après de certains exemples de réalisation représentés dans les dessins annexés, dans lesquels t La Figure 1 est une vue en perspective de 1*arrangement de galets destinés à exercer une force axiale et une retenue radiale» La Figure 2 est une vue en coupe longitudinale verticale du-dit arrangement. La Figure 3 est une vue schématique représentant également en coupe longitudinale verticale diverses étapes de la déformation de la zone d'extrémité d'une ébauche tubulaire. La Figure 4- et la Figure 5 représentent deux arrangements différents des galets. La Figure 6 montre en coupe deux brides formées sur la pièce, et La Figure 7 représente sehématiquement un dispositif destiné à former l'une des deux brides montrées dans la Figure 6. Les Figures 1 à 3 montrent la formation d'une bride externe à l'une des extrémités d'une ébauche cylindrique tubulaire 1» 71 28528 3 2101221 La machine utilisée à cet- effet est une perceuse verticale courante» ayant subi quelques minimes modifications. L'ébauche est montée avec son axe vertical sur la table de la machine, non représentée, et peut tourner autour de son axe® 5 Comme on l'a représenté dans les Figures 1 et 2, les moyens destinés à appliquer une force axiale dirigée vers le bas sur l'extrémité supérieure de l'ébauche sont constitués par un galet 4, et les moyens destinés à exercer une retenue radiale sont constitués par deux galets 6 et 8, dont les faces opérantes 10 10 et 12 sont constituées par des calottes sphériques. Ces galets sont montés sur un axe commun, et ils sont portés par un arbre 14 non tournant qui est fixé dans une armature 15» reliée aux glissières porte-outil 16 et 18 normales de la perceuse. Le galet 4 est constitué par la partie médiane d'un manchon 15 désigné par 20 qui peut. tourner sur l'arbre 14. Le galet 6 est fixé à ce manchon, et il est arrêté axialement par une butée à billes 22 prenant appui sur un bras 23 de l'armature 15o Le galet 8 peut se déplacer axialement sur la manchon 20, sous la commande d'un écrou 24 qui se visse en 26 sur l'arbre 14. Cet 20 écrou tourne dans un autre bras 27 de l'armature 15» et il est pourvu d'un coussinet 28 dans lequel tourne le. manchon 20. L'é— crou 24 agit contre une butée à billes 30 montée dans le galet 80 Cet écrou 24 peut être mis en rotauxon par une manivelle 32, et bloqué au moyen d'un autre écrou 34* 25 En fonctionnement, la table de la machine est mise en rota tion, faisant ainsi tourner l'ébauche 1. Les galets sont déplacés horizontalement sur la glissière 16, de manière à amener 1* surface 10 du galet 6 à se trouver tangente à la surface interne cylindrique de l'ébauche. Ensuite, les galets sont déplacés vers 30 le ba3 sur la glissière 18, pour amener le galet 4 en engagement avec l'extrémité supérieure de l'ébauche. La zone d'extrémité supérieure de cette ébauche est chauffée au moyen de l'élément chauffant par induction à spires multiples désigné par 2. Cet élément chauffant est également monté sur 35 l'armature 15, par des moyens non représentés0 Comme le montre bien la Figure 1, il s'étend sur un arc de la circonférence de l'ébauche, et les galets occupent une position telle qu?ils a-gissent sur une partie de cette ébauche immédstôîaent après que 71 28528 4 2101221 ladite partie a quitté l'élément chauffant. Toutefois, pour faciliter 1 * exposé et pasr la clarté des dessins la position dudit élément chauffant par rapport à l'ébauche est désignée par 2 et montrée en traits interrompus dans la Figure 3A, cornue s'il n'était pas décalé circonférentiellement par rapport aux galets. 5 Pour former la bride sur l'ébauche, l'armature 15 qui porte les galets et l'élément chauffant est progressivement descendue, comme on. l'a indiqué par les flèches 36 de la Figure 3» En outre, et en faisant tourner 1'écrou 24# le galet 8 est progressivement déplacé radialement vers l'extérieur, comme indiqué par les flè-\ K) ches 38. La forme initiale de l'ébauche est celle qui e3t montrée dans la Figure 3A. A ce stade, il existe un jea radial 40 entre la face externe de l'ébauche et le galet 8. Les galets sont ensuite descendus et» lorsque le métal a été déformé de façon à 15 combler le jeu 40, le déplacement ver3 l'extérieur du galet 8, représenté par la flèche 38, débute. Le métal est progressivement déformé, en passant successivement par les phases représentées dans les Figures 3B et 30, la forme finale donnée à l'ébauche étant celle qui est montrée dans la Figure 3B. Une quantité 20 de métal relativement faible est ensuite enlevée par usinage, pour arriver au profil final de la bride, désigné par 42» Dans l'exemple représenté, l'épaisseur de la paroi de l'ébauche est de 5 ami. Les dimensions de la bride brute montrée dans la Figure 5D sont de 24 mm» x 12 mm. La course axiale des 25 galets et de l'élément chauffant est d'environ 50 mm.. Bien entendu, des brides de dimensions plus importantes peuvent être obtenues, de la même manière. Si le métal est de l'acier inoxydable, le courant électrique fourni à l'élément chauffant sera réglé de façon que le mé-30 tal soit chauffé à 1.120° C. Pour une ébauche d'un diamètre de 300 mm, une vitesse de rotation appropriée de celle-ci sera d'environ 11 t/mn, et la vitesse d'avance axiale des galets et de l'élément chauffant sera de 1,2 mm. environ par tour. Ainsi, quarante révolutions 35 seront nécessaires pour achever la conformation de l'ébauche. Le métal atteint la température de travail en 10 à 15 secondes à partir de la mise sous tension de l'élément chauffant. 71 28528 5 2101221 Ii*invention peut être appliquée à un grand nombre de formes et de dimensions de l'ébauche de métal, depuis les dimensions inférieures d'environ 10Q mm. de diamètre, jusqu'aux diamètres maximaux admissibles pour la machine, les avantages, comparés au 5 rabattage des bords, deviennent moins marqués lorsque le diamètre diminue jusqu'à 100 mm. Selon le diamètre de l'ébauche, il est nécessaire de régler la position de l'élément chauffant, vu en plan, de façon qu'il soit aussi près que possible de l'ébauche, sans toutefois risquer un court circuit. Pour les ébauches 10 de faibles dimensions, le galet 6 pourra être remplacé par un autre galet comportant une surface en calotte sphérique de rsçron plus petit, attendu que ce rayon doit être plus faible que le rayon interne de l'ébauche. Le galet 8 ne doit pas nécessairement présenter une surface 15 opérante en forme de calotte sphérique; cette surface peut être plane. La Figure 4 représente une variante dans l'arrangement des galets, assurant un résultat similaire à celui des galets montrés dans la Figure 2, en ce 3ens qu'il existe encore trois surfaces 20 opérantes qui viennent engager l'extrémité supérieure de l'ébauche ainsi que ses surfaces radialement interne et externe. Une force axiale est appliquée à l'extrémité supérieure de l'ébauche, au moyen de la surface 44 du galet 46 dont l'axe est situé dans un plan radial de l'ébauche, et incliné par rapport à 25 l'axe de celle-ci. la retenue radiale est assurée par une seconde surface 48 du galet 46, et par la surface 50 d'un galet 52. Oe dernier est de forme cylindrique, et son axe vertical est situé dans le plan de l'axe du galet 46. les galets 46 et 52, ainsi que l'élément chauffant 2, sont ensemble déplacés axialement vers le 30 bas, comme on l'a indiqué par la flèche 54. En même temps, le galet 52est progressivement déplacé radialement vers l'extérieur, comme indiqué par la flèche 56. Dans la Figure 4, l'inclinaison de l'axe du galet 46 est de 45° sur la verticale. Cet angle d'inclinaison dépend de la dimension de l'ébauche. Il est choisi de 35 façon à assurer un contact de roulement constant du galet sur l'ébauche et, à cet effet, l'axe du galet doit passer par l'intersection de l'axe de l'ébauche avec le plan de la surface supérieure de celle-ci. 71 28528 6 2101221 Dans les Figures 1 et. 4» la surface de base de la bride n'est pas positivement contrôlée. La Figure 5 montre comment le contrôle de cette surface peut être effectué. Dans cette Figure 5, il existe trois galets cylindriques distincts, désignés par 5 58, 60, 62, l'axe du galet 58 étant horizontal, alors que les axes des galets 60 et 62 sont verticaux et situés dans un plan radial à l'ébauche 1. L'axe du galet 58 est parallèle à ce plan, mais est légèrement décalé par rapport à celui-ci, de façon que la partie inférieure du galet 58 ne vienne pas rencontrer les 10 galets 60 et 62. Le galet 62 comporte une gorge 64 de section rectangulaire, à sa périphérie, gorge dans laquelle le métal pénètre lorsque les trois galets sont déplacés vers le bas. Le galet 62 ne s'éloigne pas du galet 60, c'est-à-dire que la retenue radiale exercée par le galet 62 ne s'exercera effectivement que 15 vers la fin de l'opération. Si» une bride d'une dimension radiale importante est requise, l'opération pourra être effectuée en deux étapes, le galet 62 étant remplacé, pour la seconde étape, par un autre galet comportant une gorge de dimensions radiales plus importantes. 20 La Figure 6 montre une ébauche qui a été pourvue de deux brides, savoir une bride terminale 65 et une bride intermédiaire désignée par 66, délimitant entre elles une gorge 68 pouvant par exemple recevoir un élément de joint. La bride 66 est formée la première, un dispositif approprié 25 à cet effet étant montré dans la Figure 7. Dans ce cas, il n'est pas convenable d'utiliser *n chauffage par induction, et on le remplacera par un chauffage par résistance. Une électrode est constituée par deux éléments cylindriques concentriques 70, 72, l'autre électrode consistant en un galet 74 comportant une gor-30 ge 76. Celle-ci est destinée à recevoir le métal qui sera ultérieurement nécessaire pour constituer le fond de la goige 68 et pour former la bride 65. Dans l'électrode 72 est ménagée une gorge 78 dans laquelle le métal est progressivement introduit par suite de l'application d'une pression axiale exercée au 35 moyen du galet 74. Cette pression axiale donne naissance à la bride intermédiaire 66. Le métal de cette bride est retenu à la fois par le fond et par la paroi externe de la gorge 78, ainsi que par la partie 80 du galet 74. 71 28528 7 2101221 Après que la bride intermédiaire 66 a été ainsi formée, les éléments de 1*électrode 70 et 72 sont éloignés, puis la "bride d'extrémité 65 est elle-même formée, de la même manière qu'on l'a montré dans les ligures 1 à 3* /I 28526 L ! O i jL Z. i REVENDICATIONS 1.- Procédé pour augmenter 1*épaisseur d'une zone d'une pièce de métal à paroi mince, de section transversale circulaire, comprenant l'opération de chauffage du métal dans cette zone à une température à laquelle il peut être plastiquement déformé, caracté-5 risé par le fait qu'on applique une force axiale au métal dans ladite zone, au moyen d'une première surface qui est en engagement de roulement avec la pièce et qui se déplace par rapport à celle-ci, autour de sa circonférence, tout en exerçant une retenue radiale au moyen d'autres surfaces qui sont en engagement de 10 roulement avec la pièce, de façon à localiser le métal qui a augmenté d'épaisseur, par rapport au reste de la pièce. 2»- Dispositif pour augmenter l'épaisseur d'une zone d'une pièce à paroi mince de section transversale circulaire, comprenant des moyens pour chauffer le métal dans cette zone à une teœpér^ure 15 à laquelle il devient plastique, un support pour ladite pièce un montage ainsi que des moyens assurant la rotation relative entre le support et le montage, caractérisé par ane première surface de galet portée par le montage, et susceptible d'exercer une force axiale sur la pièce, des moyens pour déplacer cet-20 te première surface de galet par rapport au support, une seconde surface de galet et une troisième surface de galet, toutes deux portées par le montage, et susceptibles d'engager la face interne et la face externe de la zone respectivement, dans la même: région de la pièce» 25 3.- Dispositif suivant la Revendication 3 caractérisé par le fait que la première, la seconde et la troisième surfaces de galet tournent dans le montage, autour d'un axe commun,, 4.- Dispositif suivant la Eevendication 4 caractérisé par le fait qu'il comporte des moyens pour déplacer la seconde et la 30 troisième surface de galet l'une par rapport à l'autre, le long de leur axe commun. 5»- Dispositif suivant la Revendication 3 caractérisé par le fait que la seconde et la troisième surfaces de galet tournent sur des axes parallèles à l'axe de rotation du support et du 35 montage. 71 28528 9 2101221 6«- Dispositif suivant la Hevendication g" caractérisé par le fait que la troisième surface est constituée par la "base d'une gorge de section rectangulaire ménagée dans un galet» 7o- Dispositif suivant la Revendication 2, caractérisé par le fait que la première et la seconde surfaces appartiennent à un galet dont l'axe est incliné par rapport à l'axe de rotation relative du support et du montage®