Brevet FR2322691A1 — publié le 19770401

La présente invention concerne le formage de pièces à profil compliqué et a plus précisément pour objet un procédé d'usinage électro-chimique de pièces à angle de vrillage variant monotonement le long de leur axe géométrique longitudinal, ainsi qu'un dispositif destiné à la mise en oeuvre dudit procédé. L'invention pourra être utilisée avec le maximum d'efficacité pour 11 usinage des aubes de turbines à longueur de la partie utile (de la "plume") supérieure à 1000 mm et à angle de vrillage du profil supérieur à 600. L'invention peut etre utilisée, en outre, pour l'usinage des pales d'hélices d'avions et d'hélicoptères. On connaît déjà un procédé d'usinage électrochimique de pièces à angle de vrillage variant monotonement le long de l'axe longitudinal du profil, de préférence d'aubes de turbines. On entend par angle de vrillage du profil 11 angle entre les cordes des sections du profil de la pièce. Dans les ouvrages du type aube de turbine ou pale d'hélice d'hélicoptère, l'angle de vrillage augmente au fur et à mesure que grandit la distance entre les--sections à contrôler, cette augmentation intervenant d'une façon sensiblement uniforme, c'est-à-dire qu'il y a variation monotone de l'angle de vrillage le long de l'axe géométrique du profil de la pièce usinée. CS procédé connu prévoit la disposition dans l'espace de la pièce usinée et de l'outil-électrode, ainsi que leur rapprochement mutuel. On installe la pièce usinée (l'ébauch) et ltoutil-électrode avec Uli jeu inter-électrodes initial à travers lequel on fait passer par pompage l'électrolyte. On branche la pièce usinée au pole positif d'une source de courant électrique et onraccorde l'outil-électrode à son p81e négatif. Pour l'usinage des surfaces courbes (gauches) à grands angles de vrillage, on connaît déjà un outil-électrode qui est divisé suivant la longueur du profil en sections dont chacune est un outilélectrode profilé correspondant à une section déterminée de la surface de la pièce à usiner. Au cours de l'usinage les différentes sections de l'outil-électrode se rapprochent successivement deux par deux ou simultanément toutes ensemble sous des angles optimaux des sections correspondantes de la surface usinée, en créant au total le profil imposé de la pièce. La précision réellement acquise actuellement dans l'usinage électrochimique des pièces, notamment des aubes de turbines, se chiffre par 0,3 à 0,8 mm. Il s'ensuit que la précision d'usinage par chaque section est comprise dans les limites indiquées, et il en découle que l'erreur globale peut dépasser la tolérance, ce qui risque d'entralner une augmentation sensible de l'importance des opérations de finition En outre, l'importance des opérations de finitiorl lors de l'usinage des pièces par l'outil-électrode constitué de sections distinctes augmente, elle aussi, à cause de la nécessité d'éliminer les défectuosités qui naissent du fait des erreurs du régime d' usinage à la surface de la pièce usinée aux endroits d'aboutement des sections de l'outil-électrode.La construction du dispositif est extrémement compliquée, étant donné que pour chaque section de l'outil-électrode il importe de mettre en jeu un chariot porteur individuel, des guides, un mécanisme d'avance, tout en assurant le synchronisme parfait des déplacements des différentes sections. Le but de la présente invention est d'éliminer les inconvénients précités. On s'est donc proposé de créer des procédés d'usinage électrochimique de pièces à angle de vrillage variant d'une façon monotone le long de l'axe géométrique longitudinal du profil, de préférence d'aubes de turbines, et un dispositif destiné à la mise en oeuvre dudit procédé, dans lesquels l'utilisation d'un outil-électrode monolithe rigide non divisé en section, ainsi que la disposition de la pièce à usiner et de ltoutilFélectrode et leur rapprochement mutuel suivant une trajectoire déterminée, permettraient d'obtenir une haute précision d'usinage en comparaison d'autres procédés et dispositifs de ce type. La solution consiste en ce que, dans un procédé d'usinage électrochimique de pièce à angle de vrillage variant monotonement le long de leur axe géométrique longitudinal, de préférence d'aubes de turbines, prévoyant la disposition dans l'espace de la pièce à usiner et de l'outil-électrode avec un jeu inter-électrodes à travers lequel on fait passer par pompage l'électrolyte au cours de l'usinage, ainsi que le rapprochement mutuel de la pièce et de l'outil-électrode branchés respectivement sur le pole positif etsz le pôle négatif d'une source de courant électrique, suivant l'invention on dispose la pièce à usiner et l'sutil-électrode de façon que les axes géométriques longitudinaux de leurs profils soient des génératrices linéaires d'un hyperboloide fictif de révolution à une nappe, dont on choisit les caractéristiques en fonction de la longueur de la pièce à usiner et de son angle de vrillage, alors qu'on effectue le rapprochement de la pièce et de ltoutil-électrode en faisant tourner au moins l'un d'eux autour de l'axe de I'hyper molosse fictif jusqu'à la venue en coincidence des axes géométriues longitudinaux des profils de la pièce à usiner et de l'outil-électrode. On sait que la précision de l'usinage électrochimique est fonction de la valeur du jeu inter-électrodes conditionné par la vitesse d'avance de l'outil-électrode et un coefficient tenant compte des conditions réelles d'usinage (de la chute de tension, de la répartition des champs électries, de la variation de la conductivité électrique de l'électrolyte). Le procédé suivant l'invention garantit une haute précision d' usinage par rapprochement de l'outil-électrode et de la pièce à usiner grâce à la redistribution en longueur des vitesses normales qui permettent d'obtenir la constance de la valeur du jeu interélectrodes le long de l'axe de la pièce au cours de l'usinage. Pour obtenir des jeux minimaux inter-électrodes le long de toute la pièce à usiner, il est particulièrement avantageux de calculer les caractéristiques de lthyperbololde fictif à une nappe en minimisant le vecteur des écarts # avec la norme en observant que i étant le numéra de la section de la pièce, tel que 04 ; Ro étant le rayon du cercle de lthyperboloide dans le P1ES de la section de tête de la pièce, i=O étant l'angle de rotation de la pièce par rapport à son axe géométrique longitudinal étant l'angle de vrillage du profil de la i-ème section de la pièce e;; étant la distance entre la i-ème section de la pièce et la section de titre où z est la coordonnée de la section de tête, a, c étant les caractéristiques cherchées de lthyperboloide de révolution; ; étant un coefficient sans dimension tenant compte de l'influence du régime d'usinage sur la valeur du jeu inter-électrodes le long de l'axe de la pièce. L'invention est caractérisée, en outre, -par-le-faitque-dans dans dispositif destiné à la mise en oeuvre du procédé suivant l'invention l'outil-électrode est rendu rigide et monolithe et qu'il est rigidement fixé à un levier capable de pivoter autour de son axe dont l'axe géométrique forme dans l'espace avec les axes géométriques longitudinaux de l'outil-électrode et du profil de la pièce à usiner des angles de croisement égaux entre eux er valeur absolue, grâce à qui le pivotement du levier assure la ret-ation de ltoutil- électrode autour de l'axe géométrique d'un hyperboloide de révolution fictif. Un tel dispositif permet d'obtenir une haute précision d'usinage-tout en simplifiant au maximum la conception du dispositif en remplaçant par un levier à outil-électrode rapporté les chariots avec guides sur lesquels on déplace les sections d'outil-électrode utilisées dans les dispositifs connus de ce type. On exclut de ce fait la nécessité de synchroniser les mouvements, de mettre en oeuvre des dispositifs compliqués destinés à rendre étanches les guides, etc. D'autres caractéristiques et avantages de l'inveAtion seront mieux compris à la lecture de la description, qui va suivre, d'un exemple de réalisation non limitatif illustré par le dessin unique annexé dans lequel - la figure 1 représente schématiquement le profil de 11 outil-électrode et le profil de la pièce à usiner disposés dans ltespace de façon que les axes géométriques longitudinaux desdits profils soient des génératrices de la surface latérale d'un hyperboloîde de révolution fictif, suivant l'invention - la figure 2 représente un dispositif destiné à 11 usinage électrochimique de pièces à angle de vrillage variant monotonement le long de l'axe géométrique longitudinal, suivant l'invention L'invention a pour objet un procédé d'usinage électrochimique de pièces à angle de vrillage variant monotonement le long de l'axe géométrique longitudinal ainsi qu'un dispositif pour la mise en oeuvre dudit procédé. On entend par "axe géométrique longitudinal de la pièce à usiner" et, par conséquent, celui de l'outil-électrode, une droite qui passe par les centres des coordonnées des profils des sections de la pièce ou de l'outil. La construction du profil de l'outil-électrode relativement au profil de la pièce se fait suivant les sections en coordonnées qui coïncident avec les coordonnées du profil de la pièce à usiner. C'est ce qui explique la condition imposée de coïncidence obligatoire de leurs axes au stade d'usinage final de la pièce. Le procédé et le dispositif suivant l'invention reposent sur le principe bien connu que dans le cas d'un rapprochement mutuel de deux génératrices d'un hyperboloide de révolution à une nappe par leur pivotement ou par pivotement de l'une de ces génératrices par rapport à l'axe longitudinal de l'hyperboloïde les vecteurs de vitesses des points de ces génératrices se trouvent dans les plans parallèles, orthogonaux à l'axe longitudinal de l'hyperboloïde, en formant une espèce d'éventail des vecteurs de vitesses dans l'espace. L'axe géométrique longitudinal de l'hyperboloïde de révolution est l'axe autour duquel il faut faire tourner l'hyperbole génératrice pour obtenir la surface de l'hyperboloïde de révolution correspondant. L'axe longitudinal de l'hyperboloïde de révolution ne coupe pas la surface de l'hyperboloïde. L'angle entre les vecteurs de vitesses linéaires des points des génératrices et la valeur absolue des vecteurs sont définis par les caractéristiques "a" et "c't de I'hyperboloïde et par la disposition desdits points par rapport au cercle de gorge. On entend par caractéristique "a" le rayon du cercle de gorge de lthyperbololde de révolution, et par caractéristique "c", la tangente de l'angle de croissement. On détermine les caractéristiques cherchées "a" et "c" de l'hyperuoloïde de révolution à une nappe en minimisant le vecteur des écarts # avec la norme ### = max ###, les valeurs de b obéissant à l'équation Dans cette équation i est le numéro de la section de la pièce, tel que Ô 4 i & N, R est le rayon du cercle de l'hyperboloïde dans le plan de o la section de tette de la pièce, i = 0 est es l'angle de pivotement de la pièce par rapport à son axe géométrique longitudinal ou, ce qui revient au même, l'angle entre le rayon de l'hyperboloïde et la corde de la section de tête de la pièce est l'angle de vrillage du profil de la i-ème section de la pièce li est la distance entre la i-ème section de la pièce et la section de tête t0 étant la coordonnée de la section de tête a et c sont les caractéristiques (paramètres) cherchées de l'hyperboloïde de révolution ki est un coefficient sans dimension tenant compte de l'influence du régime d'usinage sur la valeur du jeu inter électrodes le long de l'axe de la pièce. On fixe les profils de la pièce 1 (figure 1) et de ltoutil- électrode 2 de façon que l'angle 20 entre le rayon de l'hyper bolide 13 et la corde de la section de tête la plus vrillée de l'aube assure l'égalité entre les composantes normales des vitesses aux points extrèmes de la section au bord d'attaque et au bord de fuite e; cas de rotation de l'outil-électrode par rapport à l'axe longitudinal de l'hyperboloïde. On entend par corde de l'aube le segment de droite compris entre les centres des cercles osculateurs du bord d'attaque et du bord de fuite des sections. Dans ce cas, compte tenu de ce qui vient d'être dit sur les vecteurs de vitesses linéaires des points des génératrices de l'hyperboloïde et de leur disposition dans l'espace, le rapprochement mutuel des points correspondants des profils de l'outilélectrode 3 et de la pièce 1 au cours de leur pivotement autour de l'axe de l'hyperboloïde 13 assure la constance de la valeur du jeu inter-électrodes au cours de l'usinage le long de l'axe de la pièce. La condition fondamentale assurant une haute précision de l'usinage électrochimique est alors vérifiée. A titre de pièce à angle de vrillage variant monotonement le long de l'axe géométrique longitudinal du profil on prend pour l'usinage sur le dispositif suivant l'invention une aube de turbine 1 (figure 2). Ledit dispositif comporte un outilélectrode 2 bloqué sur le levier 3 qui est monté, à son tour, sur l'axe 4 fixé sur le support 5. L'outil-électrode 2 pivote sous l'effet de la commande 6 qui agit par l'intermédiaire de la tige 7 réunie au levier 3 par l'oeil 8. le procédé suivant l'invention consiste essentiellement en ce qui suit. On installe l'aube de turbine 1 sur un dispositif de blocage (non représenté). On branche l'aube 1 et ltoutil- électrode 2 sur une source (non représentée) de courant industriel. On tranche l'aube de turbina l sur le poule positif de la source de cotoeaft électrique, et l'outil-electrode 2, sur son pRIe négatif. On dispose l'aube 1 et l'outil-électrode 2 avec un jeu inter-électrode initial 9 à travers lequel on pompe l'électrolyte pendant l'usinage. On dispose dans l'espace l'aube de turbine 1 et ltoutil- électrode 2, dont le profil correspond à celui de l'aube, de façon que les axes géométriques longitudinaux respectifs 10 et 11 desdits profils coïncident avec les génératrices linéaires 12 (figure 1) de l'hyperboloïde fictif de révolution à une nappe 13 dont on détermine les caractéristiques "a" et "c" par l'équation précitée. L'invention a permis d'améliorer la précision et l'état de surface des pièces usinées, d'augmenter la productivité de la fabrication de 15 à 20%, de simplifier sensiblement l'unité de fabrication et d'en élever la fiabilité. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation decrits et représentés qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constitùant des équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci sont exécutées selon l'esprit de l'invention. REVENDICATIONS 1. Procédé pour l'usinage électrochimique de pièces à angle de vrillage variant monotonement le long de l'axe géométrique longitudinal de leur profil, de préférence pour 11 usinage d'aubes de turbines, du type consistant à disposer dans l'espace la pièce à usiner et un outil-électrode avec un jeu inter-électrodes initial à travers lequel, au cours de l'usinage, on pompe l'électrolyte, et à rapprocher l'un de l'autre la pièce et ltoutil-électrode branchés respectivement sur le pôle positif et le pôle négatif d'une source de courant électrique, caractérisé en ce que l'on dispose la pièce à usiner et 1' outil-électrode dans ltespace de façon que les axes géométriques longitudinaux de leurs profils soient des génératrices linéaires d'un hyperboloide fictif de révolution à une nappe dont on choisit les caractéristiques suivant la longueur de la pièce à usiner et son angle de vrillage, et en ce qu'on rapproche la pièce et l'outil-électrode l'un de l'autre en faisant pivoter au moins l'un deux autour de l'axe géométrique longitudinal de l'hyperboloide fictif jusqu'à la venue en coïncidence des axes géométriques longitudinaux des profils de la pièce à usiner et de ltoutil-électrode. 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'on détermine les caractéristiques de l'hyperboloïde fictif de révolution à une nappe en minimisant le vecteur des écarts $ avec la norme I! =mas , dans laquelle étant entendu que dans ces relations i est le numéro de la section de la pièce, 0 L i L X, Ro est le rayon du cercle de l'hyperboloïde dans le plan de la section de tête de la pièce, i = O est l'angle de pivotement de la pièce par rapport à son axe o géométrique longitudinal &alpha; i est l'angle de vrillage du profil de la i-ème section de la pièce; est la distance entre la i-ème section de la pièce et la section de tête ; étant la coordonnée de la section de tête 1tant et "c" étant les caractéristiques cherchées de l'hyperboloïde de révolution étant un coefficient sans dimension tenant compte de l'influence du régime d'usinage sur la valeur du jeu inter-électrodes le long de l'axe de la pièce. 3. Dispositif destiné à la mise en oeuvre du procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un outil-électrode rigide et monolithe fixé rigidement à un levier capable de pivoter autour d'un axe dont l'axe géométrique forme dans l'espace, avec les axes géométriques de l'outil-électrode et de la pièce à usiner, des angles de croissement égaux entre eux en valeur absolue, grâce à quoi le pivotement du levier assure le pivotement de l'outil-électrode autour de l'axe géométrique longitudinal d'un hyperboloide fictif de révolution à une nappe. 4. Les pièces ou organes de machines caractérisés en ce qu'ils sont usinés conformément au procédé électrochimique faisant l'objet de l'une des revendications 1 et 2.