Brevet FR2464114A1 — publié le 19810306

La présente invention concerne un dispositif pour le réalésage d'arbres creux, notamment de turbines. On le sait, les arbres creux et en particulier ceux destinés à tourner à grande vitesse, tels que les arbres creux de turbines à vapeur, subissent un examen attentif, de préférence opéré par radiographie ou aux ultrasons, destiné à révéler la présence dans leur épaisseur de soufflures, microcriques et, d'une manière générale, de défauts pouvant donner lieu à une rupture dangereuse en service. Lorsque de tels défauts sont constatés à proximité de la face intérieure de l'arbre creux, il est possible de les éliminer par une opération de réalésage qui augmente lo- calement le diamètre intérieur de l'arbre. Dans ce cas, la surface réalésée doit être réunie avec la surface intérieure brute des tronçons voisins d'une manière évitant l'appari- tion d'effets de discontinuité, qui sont aussi dangereux que le défaut à éliminer. La méthode en vigueur à cette fin consiste à utili- ser des tours ayant de très grandes dimensions afin que l'on puisse faire tourner l'arbre creux. Il en résulte de gros frais et il faut beaucoup de temps pour disposer l'arbre sur la machine-outil, ce qui constitue des inconvénients que le dispositif selon la pré- sente invention est destiné à supprimer. Les caractéristiques essentielles du dispositif selon l'invention sont énoncées dans les revendications annexées. On va maintenant décrire à simple titre d'exemples deux réa- lisations de l'invention en se référant aux dessins annexés, sur lesquels: la figure 1 est une vue schématique en coupe diamé- trale d'un arbre creux présentant un contre-alésage du genre décrit; la figure 1A reproduit avec grossissement un détail de la figure 1; la figure 2 représente, partiellement en coupe dia- métrale, l'extrémité avant du dispositif selon l'invention, sur lequel est monté un porte-outil à réaléser conçu pour ménager des surfaces toriques concaves dans les zones de jonction entre l'alésage existant et le réalésage; 246 4114 la figure 3 est une vue analogue de la figure 2, mais montre le dispositif selon l'invention muni d'un porte- outil à réaléser conçu pour façonner des surfaces toriques convexes vers l'intérieur de l'alésage de l'arbre dans les zones de jonction avec le réalésage; la figure 4 représente en coupe diamétrale un second tronçon du dispositif selon l'invention, voisin de l'extré- mité active représentée sur les figures 2 et 3; la figure 5 représente un troisième tronçon du dis- positif selon l'invention; les figures 6 et 7 représentent un quatrième et un cinquième tronçons de ce dispositif (on s'est abstenu de représenter bout à bout sur une seule figure les cinq tron- çons ou segments du dispositif en raison de la grande lon- gueur de ce dernier, et surtout pour rendre la représentation plus claire) ; la figure 8 est une vue analogue à la figure 2, mais avec arrachements, montrant l'outil à réaléser en diverses positions actives la figure 9 est une vue analogue à la figure 8, mais montrant le second porte-outil à réaléser, déjà- repré- senté sur la figure 3. En examinant en particulier les figures 1 et 1A, on voit, représenté très schématiquement en 10, l'arbre creux traversé de part en part par un alésage de diamètre Di, qui a subi sur une longueur B un réalésage conférant à son diamè- tre intérieur une valeur D.'. Ce réalésage a été rendu nécessaire par la présence d'un défaut superficiel décelé par des moyens connus d'ins- pection de la surface de l'alésage. Il va de soi qu'après avoir réalésé le tronçon B, il faut façonner les zones de jonction entre ses extrémités et le reste de l'alésage. La figure lA représente l'une de ces zones de jonc- tion, obtenue selon l'invention. Selon un mode préféré de mise en oeuvre de l'invention, la zone de jonction 12 est constituée par deux surfaces toriques 13 et 14 dont chacune est annulaire et s'étend en coupe radiale sur 45 . Dans l'exemple choisi, les deux surfaces toriques 13 et 14 sont définies en coupe radiale par des arcs de cercle 114, 113 de même longueur et à rayons Ri et R2 égaux. La surface torique convexe 14 rejoint d'un côté la face intérieure 111 de l'alésage 11 de diamètre Di et, de l'autre côté, la surface torique concave 13, qui rejoint elle-même de son autre côté la face intérieure de diamètre Di, du tronçon réalésé B. Il est clair que les arcs 113 et 114 peuvent avoir des longueurs inégales, les rayons Ri et R2 étant alors également inégaux. En outre, les deux surfaces concave 13 et convexe 14 ne présentent pas nécessairement des sections radiales en forme d'arc de cercle, bien que tel soit le cas dans l'exemple choisi à titre non limitatif. En se reportant aux figures 2 et 3, on voit le porte-outil avant du dispositif à réaléser selon l'inven- tion. Plus exactement, la figure 2 représente un porte- outil 20 destiné à ménager des surfaces toriques concaves et la figure 3, un porte-outil 30 pour l'obtention de sur- faces toriques convexes. On utilise ces porte-outil de manière interchangea- ble selon la nature de la surface à façonner. On utilise le porte-outil 20 si l'on a à réaliser une surface torique concave de type 13 et le porte-outil pour ménager une surface torique convexe du type indiqué en 14 sur la figure 1A. Enfin, on notera que, pour façon- ner une surface cylindrique afin de réaléser l'alésage de l'arbre et de porter ainsi son diamètre intérieur de la valeur D. à la valeur D, sur la longueur d'un tronçon B tel que représenté sur la figure 1, on utilise de préféren- ce le porte-outil 20 bien qu'à cette fin, on puisse aussi utiliser des porte-outil autresque ceux représentés. Tant le porte-outil 20 que le porte-outil 30 touril- lonnent autour de l'axe longitudinal du dispositif d'une manière qu'on exposera plus loin. En outre, les porte-outil 20 et 30 peuvent décrire, conjointement avec l'ensemble du dispositif à réaléser, des mouvements d'avance préfixés parallèlement à leurs axes, de toute manière connue. On va d'abord décrire le mode de fonctionnement du porte-outil 20. Le porte-outil 20 comprend un organe de support cylindrique 120 tourillonnant autour de son axe longitudi- nal. Sur l'extrémité avant de cet organe de support cy- lindrique 120 fait saillie une chape en U 121 qui présente deux branches parallèles 122, dirigées longitudinalement, et une anse antérieure 123, clairement représentée en coupe sur la figure 2. Un axe 124 est monté dans la fente définie par les deux branches 122. Outre les rôles qu'on décrira ci-après, l'axe 124 a pour fonction de guider une fourche 125, que l'on voit sur la figure 8 et qui est partiellement visible au-dessus de l'axe 124 sur la figure 2, sur laquelle sa partie inférieure est indiquée en traits interrompus. La fourche est mobile vers l'avant et vers l'ar- rière par rapport à la chape 121 et comporte une tige de commande 126 qui traverse le support 120, dans lequel elle est mobile axialement. La tige 126 fait tourner simultané- ment le support 120 et la chape 121, grâce à l'axe 124. Sur l'axe 124 sont articulés deux bras 127 et 128, sur les extrémités 129 et 130 desquels sont montées des plaques servant d'outils à réaléser. On le voit, les deux bras 127 et 128 occupent des positions angulaires symétriques par rapport à l'axe du dispositif, cette symétrie étant assurée par des profils de came prévus sur lesdits braseLcoopérant avec des palpeurs disposés sur les deux faces de la fourche 125. Dans l'exemple choisi, la fourche 125 présente un ergot 131 saillant sur le côté gauche de son fourchon supérieur et destiné à coopérer avec une rainure 132, ména- gée dans la face intérieure du bras articulé 128 et agis- sant en profil de came. La rainure 132 est rectiligne et passe par le centre de l'axe 124. Symétriquement, la face intérieure du bras articulé 127 présente une rainure rectiligne 134 dans laquelle 24641 14 coulisse un ergot 133 saillant sur la face droite du four- chon inférieur de la fourche 125. Etant donné que la fourche 125 tourne, on l'a dit, les qualificatifs "droit", "gauche", "supérieur" et "infé- rieur" appliqués à des éléments de cette fourche n'ont qu'une valeur relative et se rapportent à la fourche telle que représentée sur la figure 2. Du fait qu'ils sont engagés dans les rainures 132 et 134, les ergots 131 et 133 définissent les positions angu- laires-prises par les bras articulés 127 et 128 autour de l'axe 124. Quand la tige de commande 126 pousse la fourche 125 vers la droite, sur les figures 2 et 8, jusqu'à sa fin de course définie par appui de l'axe 124 dans l'anse de la fourche, les deux bras articulés 127 et 128 se rapprochent angulairement l'un de l'autre et leurs extrémités 129 et ne font pas saillie vers l'extérieur par rapport au support 120. Quand la fourche 125 mue par la tige 126 s'arrête, les ergots 131 et 133, glissant dans les rainures 132 et 134, écartent les deux bras 127 et 128 l'un de l'autre. Ce mouvement est illustré pour le bras 128 par la figure 8, qui indique en 128, 128' et 128" trois positions successi- ves de ce bras, le bras 127 étant supprimé et la fourche 125 étant représentée en 125' et 125" dans ses positions correspondant aux positions 128' et 128" du bras 128 et 131', 131" de l'ergot 131. Comme on le voit sur la figure 8, la pointe-de l'outil 130 monté sur le dessus du bras articulé 128 décrit une trajectoire arquée à concavité dirigée vers l'axe du dispositif et, ainsi, vers l'axe de l'alésage d'arbre dans lequel est monté le dispositif. Autrement dit, la pointe du bras 128 décrit une tra- jectoire qui engendre la surface torique concave 13 selon la figure 1A. On notera que, pour engendrer cette surface, on déplace axialement la tige 126 et donc la fourche 125, mais en conservant au support 120 une position axiale fixe. Le fonctionnement du porte-outil à réaléser 30 est semblable. En considérant en particulier les figures 3 et 9, on voit que le porte-outil 30 comprend un support cylindri- que 220 sur la face avant duquel fait saillie une chape en V 221 présentant des branches 222 et une anse 223. Le support 220 est alésé et traversé par une tige 226 mobile axialement par rapport au support 220, bien qu'elle accompagne la rotation de ce support. Dans ce cas encore, on fait tourner le porte-outil 30 par rotation de la tige 226. A l'extrémité avant de la tige 226 est montée une plaque 225 qui présente un ergot 231 agissant en palpeur dans un profil de came défini par une rainure 232 ménagée dans le côté d'un coulisseau porte-outil 227. L'outil 230 fait saillie vers le haut à partir du coulisseau 227, dont la position axiale est définie par la came 232 et son palpeur 231. Le coulisseau porte-outil 227 prend une position radiale précisément définie en fonction de sa position axiale en se déplaçant le long d'un guide arqué 224 prévu sur l'une et/ou l'autre des faces intérieures des branches 222 de la chape 221 et dans lequel le coulisseau 227 est mobile. Dans le cas considéré, le ou chaque guide 224 s'étend suivant un arc de cercle dont le centre coïncide avec celui de la courbure convexe 114 (figure lA). On voit donc que quand la tige 226 est déplacée en translation et simultanément en rotation, il y a usinage de la surface torique convexe indiquée en 14 sur la figure lA. Comme illustré par les figures 4 à 7, la tige 126 (ou 226) est déplacée en rotation et en translation par une broche 40. Cette broche est munie, à son extrémité reliée à la tige 126 ou 226, d'un roulement porteur 41, à cage fixe constituée par la face intérieure du corps 42 de l'instrument. La broche 40 tourne sous l'effet d'un moteur, par exemple électrique, pneumatique ou hydraulique, qui coulisse axialement, solidairement de la broche 40 et de la tige 126, ou 226, dans une chambre 51, sous l'effet d'une barre de commande 52. Ainsi, pendant que les porte-outil 20 ou 30 tournent sous l'action du moteur, transmise par la broche 40, la posi- tion de la tige 126, 226 par rapport au porte-outil respec- tif 20, 30 est définie par la barre de commande 52. Il va de soi que le corps 42 de support du porte- outil doit être maintenu parfaitement centré par rapport à l'alésage à réaléser. A cette fin, il est prévu à intervalles fixes trois groupes de roues de centrage 60, de préférence jumelées, ré- partis à 1200 les uns des autres autour de la circonférence. Chacun des groupes identiques de roues de centrage, prévus au nombre de deux dans le cas des figures 4 à 6, com- prend au total six roues 60. Le mécanisme de montage des roues est constitué de la manière suivante. Dans le corps 42 est ménagée une chambre annulaire 70, définie extérieurement par la paroi du corps 42 et intérieurement par un manchon 71 qui glisse sur la broche 40 ou sur la barre 52 (voir figure 7). Le corps 40 comprend un rebord intérieur 72 et le manchon coulissant 71 présente, à son autre extrémité, un rebord extérieur 73. Un ressort à boudin comprimé 74 est inséré entre ces deux rebords pour les solliciter à l'opposé. Près du rebord du manchon coulissant sont ménagées dans le corps 40 trois fentes longitudinales 75 par lesquel- les trois paires de bras articulés 80 et 81 peuvent faire saillie à l'extérieur. Les extrémités adjacentes de ces bras sont articulées l'une sur l'autre. L'autre extrémité du pre- mier bras 80 est articulée sur le rebord 73 du manchon cou- lissant 71 et l'autre extrémité du second bras 81, sur le corps 40. Sous l'action des ressorts 74, les extrémités juxta- posées des bras articulés 80, 81 de chaque paire ont tendan- ce à saillir, à travers les fentes 75, à l'extérieur du corps 40. Les roues 60 sont fixées sur les extrémités adjacen- tes desdits bras 80, 81, à raison d'une par bras, et sont ainsi pressées contre la paroi de l'alésage de l'arbre, ce qui centre le dispositif à réaléser du fait qu'il est prévu trois paires de bras réparties angulairement. De manière générale, les dispositions décrites se prêtent à diverses modifications sans sortir, pour autant, du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Dispositif pour le réalésage d'arbres creux, caractérisé en ce qu'il comprend: - un corps muni de moyens d'auto-centrage à insé- rer dans l'alésage de l'arbre; - un moteur coulissant axialement dans ledit corps, des moyens pour déplacer axialement ce moteur; - une broche d'entraînement tournant sous l'ac- tion dudit moteur et rigidement solidaire de ce dernier, mobile axialement avec celui-ci et clavetée sur un porte- outil mobile en rotation, mais fixe axialement par rapport audit corps; - au moins un outil à réaléser entraîné en rota- tion par ledit porte-outil; et - un ensemble profil de came-palpeur pour guider, sous l'effet du déplacement axial de ladite broche, ledit outil à réaléser suivant une trajectoire arquée contenue dans un plan radial du porte-outil. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit porteoutil comprend un support cylindrique muni à l'avant d'une chape en U qui s'étend axialement pour définir une fente, située dans un plan diamétral du porte- outil, fente dans laquelle sont disposés un profil et un palpeur de came commandés par le mouvement axial de la broche. 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que, pour ménager par réalésage des surfa- ces toriques concaves, ladite broche forme à son extrémité une fourche logée dans ladite fente diamétrale du porte- outil; en ce que cette fourche contient, en position axiale variable, un axe transversal perpendiculaire au plan conte- nant ladite fente; en ce que sur ledit axe est librement articulé au moins un bras qui porte, fixé sur son extrémité libre, l'outil à réaléser; et en ce que ledit bras articulé présente une rainure dans laquelle coulisse un ergot sail- lant sur ladite fourche, de sorte que la position angulaire de bras articulé autour de l'axe d'articulation est définie par la position axiale de ladite fourche, et donc par la position axiale du moteur et de sa broche. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il est prévu deux bras articulés autour dudit axe, ces bras étant disposés symétriquement de part et d'autre de l'axe du dispositif. 5. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, carac- térisé en ce que, pour ménager par réalésage des surfaces toriques convexes, les parois de ladite fente, disposées dans un plan diamétral du porte-outil, présentent des guides agissant sur un coulisseau auquel est fixé l'outil à réalé- ser, et en ce que des moyens sont prévus pour transmettre à ce coulisseau une composante de mouvement axial dont la direction est inclinée sur celle de mouvement axial de la- dite broche. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que ladite broche présente, à son extrémité pénétrant dans la fente diamétrale du porte-outil, un ergot saillant radialement agencé pour glisser dans une rainure de guidage ménagée dans l'un des côtés dudit coulisseau de façon que le mouvement axial de ladite broche définisse la composante axiale du mouvement décrit par ledit coulisseau le long des guides ménagés dans les côtés de la fente diamétrale du por- te-outil. 7. Dispositif selon une quelconque des revendica- tions précédentes, caractérisé en ce que, pour centrer le dispositif dans l'alésage de l'arbre à réaléser, il est prévu, dans un nombre convenable de sections du dispositif, des groupes de trois galets répartis angulairement à 1200 les uns des autres et sollicités élastiquement vers les parois de l'alésage à réaléser. 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que, à un nombre convenable d'emplacements axiaux, le corps de dispositif présente un espace annulaire dans lequel est mobile un manchon muni à une extrémité d'un rebord exté- rieur; un ressort approprié étant disposé entre ce rebord et la première extrémité de l'espace annulaire, solidaire du corps; en ce que deux bras articulés l'un sur l'autre à leurs extrémités juxtaposées sont articulés, en trois points angulairement équidistants, entre ledit rebord du manchon et la seconde extrémité dudit espace annulaire; et en ce qu'à chaque paire de bras est associée au moins une roue et de préférence une paire de roues destinées à glisser contre la face intérieure de l'alésage à réaléser.