Brevet FR2496528A1 — publié le 19820625

1. La présente invention concerne un procédé de fa- brication d'un produit profilé comportant des ailettes tel qu'un rotor ou une roue pour compresseur centrifuge, turbi- ne radiale et analogue. La roue du type ci-dessus est en général consti- tuée d'un bandage arrière et d'une pluralité d'ailettes fixées au bandage ou en une même pièce avec celui-ci qui s'étendent dans une direction radiale sensiblement linéai- re depuis l'axe de rotation du bandage ou s'étendent vers l'extérieur depuis l'axe de rotation sous forme incurvée dans le sens de rotation ou dans la direction opposée. En outre, une partie d'entrée et une partie de sortie sont souvent prévues à l'entrée et à la sortie de chaque ailet- te respectivement par cambrage approprié de celle-ci de fa- çon à obtenir les angles requis d'entrée et de sortie de flux aux extrémités opposées. S'agissant des procédés de fabrication d'une roue telle que décrite précédemment, on connaît dans l'art antérieur un procédé dans lequel les ailettes sont formées par usinage ou taille d'un matériaude façon à ce qu'elles soient solidaires du bandage, un procédé dans lequel les ailettes produites séparément au bandage sont fixées à ce- lui-ci, un procédé de forge et un procédé de coulage. Cependant, comme les ailettes d'une roue présen- 2. tent les diverses configurations décrites précédemment, il existe le risque que le procédé de coulage en coquille uti- lisant un moule en deux parties ne puisse être adopté pour la fabrication d'une roue lorsque la configuration des ai- lettes présente ce qu'on appelle des contre-dépouilles. Dans ce cas, un moule en plâtre, un moule au sable, un moule à la cire perdue ou analogues, comportant des noyaux démontables, doivent être généralement utilisés. Le procé- dé de coulage utilisant un moule de ce type présente l'in- convénient que la travaillabilité et la productivité sont très faibles par rapport au procédé de coulage en coquille et que le coût est élevé, alors que la précision dimension- nelle et la qualité de surface du produit sont détériorées. Un objet de la présente invention est par consé- quent un procédé nouveau et utile de combinaison d'un pro- cédé de coulage et d'un procédé de déformation plastique pour la fabrication de produits profilés comportant des ai- lettes avec des contre-dépouilles, telles que des roues comportant des ailettes de diverses configurations qui sont impossibles à former directement par un procédé de coulage sans noyaux démontables. Selon une caractéristique de la présente inven- tion, le procédé comprend l'étape de fabrication d'un pro- duit préliminaire comportant des ailettes ayant une forme capable d'être obtenue par un procédé de coulage, y compris le coulage en coquille, le coulage par gravité et le coulage basse pression sans noyaux démontables et le coula- ge de compression, un côté de la racine de chaque ailette comportant une partie enflée concave dont les dimensions ou l'importance varient sur la longueur de l'ailette en fonction de la configuration finale requise de celle-ci, alors qu'une partie évidée correspondante est formée au - côté opposé de la racine à la position correspondante, et l'étape d'application d'une force à chaque ailette de fa- çon à provoquer la déformation plastique à la partie de l'ailette o la partie enflée concave et la partie évidée correspondante sont formées, ce qui permet de décaler l'em- 3. placement de la racine de chaque ailette, aux parties dé- crites précédemment, vers le côté comportant la partie en- flée concave suivant la valeur correspondant à la varia- tion des dimensions ou de la quantité de la partie enflé e concave et à la partie évidée correspondante sur la lon- gueur de l'ailette, de sorte que la configuration finale requise de chaque ailette peut être obtenue. Avec la méthode précédente, comme un côté de la racine de chaque ailette a une partie concave enflée sui- vant la quantité requise à la position requise et que la partie évidée correspondante est formée au côté opposé de la -racine à la position correspondante, l'emplacement de la racine de chaque ailette à la position ou la partie enflée concave et la partie évidée correspondante sont formées est déplacé vers le'côté comportant la partie enflée concave après application de la force de déformation plastique de l'ailette de façon à déformer la partie concave enflée pour lui donner une forme rectiligne s'étendant dans la direc- tion dans laquelle la force est appliquée à l'ailette, et la partie évidée située au côté opposé facilite le déplace- ment de l'emplacement de la racine de l'ailette o la par- tie enflée concave a été fournie, et est également défor- mée pour prendre une forme rectiligne parallèle à la forme rectiligne obtenue par la déformation de la partie enflée. Ainsi, la totalité de la configuration des ailettes respec- tives est amenée à prendre la configuration requise en fonc- tion de l'importance de la partie concave enflée et de la partie évidée. Selon une autre caractéristique de la présente ) invention, chaque ailette est placée dans un état incliné par rapport à la surface du produit préliminaire auquel la racine de chaque ailette est réunie solidairement par le coulage sans noyaux amovibles et une partie concave enflée est pourvue à chaque côté de la racine de chaque ailette faisant varier sa largeur telle que mesurée sur la surface du produit préliminaire suivant la longueur de l'ailette en fonction de la configuration requise de celle-ci, la 4. partie concave enflée formée à un côté de la racine qui forme un angle aigu avec la surface du pr'ndtwit prélzimim- re étant approfondie vers l'intérieur par rapport 'à la jpar- tie concave enflée au côté opposé de la iralirmme et la pair- tie enflée, creusée, précédente est réunie la partie en- flée au côté opposé de la racine de l'ailette r-mitiie 1pmr une surface régulièrement incurvée, et une fFair(e e slt amp- pliquée à chaque ailette par l'intermédiaïre de la nmnattiri- ce descendante d'une presse pour provoquer la défimatti plastique de l'ailette et relever celle-ni da:ns la paisii- tion verticale, ce qui permet à la racine de chagme ailiet- te d'être déformée et déplacée sur la surface du ipmroduui préliminaire suivant la quantité déterminée par la muaim- tion de largeur de la partie concave enflée de famm à (ob- tenir la forme incurvée finale requise de ch-a(ue mailette qui préente ainsi des surfaces concaves ar mmdieis a coulage sans noyaux amovibles à partir d'un aAliage i"mle- minium. Un pense généralement que l'allo:mqenemt om Ie cambrage d'un produit en alliage d'aluminiuun (culé en tca- quille est difficile. Cependant,un tel allongement oa un tel ammnrage en alliage d'aluminium d'un produit coulé enm coquiïlle est rendu possible avec l'alliage Al-SiFe-Mg-Hlî sous le nom de "alliage DX3O" ou avec l'a1liza.Age en lA-Sâ- Fe-Cu-Mg-Mn qui est obtenu par addition de,,5 à 1,5 E e 5. 249652 alliages peut être soumis à un traitement thermique suf- fisant de sorte qu'il a été prouvé que la présente inven- tion peut être mise en oeuvre en utilisant les alliages décrits ci-dessus. La présente invention sera bien comprise lors de la description suivante faite en liaison avec les dessins ci-joints dans lesquels: 4 La figure 1 est une vue en perspective représen- tant une roue donnée à titre d'exemple de produit comportant des ailettes fabriquées selon la présente invention; Les figures 2 à 4 sont des représentations sché- matiques des étapes du procédé de la présente invention; La figure 5 est une vue en perspective représen- tant la variation progressive de configuration de l'ailette d'une roue au fur et à mesure du déroulement des étapes du procédé représenté dans les figures 2 à 4; Les figures 6 à 8 sont des vues en perspective représentant la déformation progressive de l'ailette d'une roue obtenue au cours des étapes du procédé de la présente invention; Les figures 9 à 11 sont des représentations sché- matiques représentant la déformation progressive de l'ailet- te de la roue représentée dans les figures 6 à 8, vues - depuis la partie supérieure de l'ailette; Les figures 12 à 14 sont des vues en coupe cor- respondant aux figures 6 à 8, respectivement; La figure 15 est une vue en coupe représentant la caractéristique du procédé modifié de la présente inven- tion pour la fabrication d'une roue donnée à titre d'exem- ple; La figure 16 est une vue en perspective repré- sentant une roue fabriquée par le procédé modifié de la présente invention; La figure 17 est une vue en plan de la figure 16; et La figure 18 est une vue en coupe longitudinale de la figure 17 le long de la ligne A - A'. 24s6528 6. Dans les dessins,la figure 1 représente une roue ayant un bandage arrière 1 et une pluralité d'ailet- tes incurvées 2 en une pièce avec le bandage 1, qui est fabriquée suivant le procédé de la présente invention, les ailettes 2 ayant des formes incurvées impossibles à obte- nir directement par coulage sans noyaux amovibles. Comme représenté en figure 1, chaque ailette 2 comporte une par- tie d'entrée 2A et une partie de sortie 2B à ses extrémi- tés d'entrée et de sortie permettant de définir des angles appropriés d'entrée et de sortie du flux. En liaison maintenant avec les figures 2 à 4, chaque ailette 2' de la roue, telle que formée originaire- ment par coulage comporte une partie enflée arrondie 10 ayant une surface concave lOA à un côté de sa racine qui est reliée à la surface du bandage 1, comme représenté en figure 2. Une partie découpée ou partie évidée 11 est for- mée à l'autre côté de la racine, correspondant à la partie ,en même temps ou à l'issue de la formation de cette der- nière comme représenté en figure 3. La quantité ou les di- mensions de la partie 10 et de la partie correspondante 11 peuvent être modifiées sur la longueur radiale de l'ai- lette 2' d'une manière prédéterminée qui dépend de la con- figuration finale de l'ailette. L'épaisseur entre la surfa- ce lOA et la surface inclinée de la partie évidée est rendue égale à l'épaisseur requise pour l'ailette 2. Ensuite, une force est appliquée à chaque ailet- te 2' de façon à provoquer sa déformation plastique pour que l'ailette soit déformée comme indiqué par la flèche verticale de la figure 4, de sorte que l'ailette 2' repré- sentée par la ligne en trait mixte est déformée verticale- ment pour donner la forme finale représentée par le trait plein alors que l'ailette 2 est déplacée vers la gauche suivant la flèche horizontale. Comme la distance S du déplacement horizontal de l'ailette 2 est fonction de l'importance de la partie enflée 10 et que la partie évidée 11 qui varie sur la lon- 7 2496528 gueur radiale de l'ailette selon une manière prédéterminée, la forme finale désirée de l'ailette 2 est obtenue par sé- lection appropriée du volume de la partie enflée 10 et de la partie évidée 11 suivant la longueur radiale de l'ailet- te. En même temps, l'ailette 2 est déplacée, comme indiqué par le trait mixte de la figure 5, par rapport à la forme originale représentée par le trait plein. Les figures 6 à 8 représentent les étapes de for- mation d'un exemple de forme finale des ailettes 2, une seule ailette étant représentée pour faciliter la compré- hension. La figure 6 représente la forme originale de l'ai- lette 2' telle qu'elle est obtenue par coulage sans noyaux amovibles, o seule la partie de sortie 2B a une forme in- curvée et la partie enflée 10 et la partie évidée corres- pondante (non représentée) sont formées dans la partie supé- rieure près de la partie d'entrée 2A. Après application de la force à l'ailette 2' dans le sens de sa hauteur, l'ailette prend la forme repré- sentée en figure 7 o sa partie supérieure proche de la partie 2A est déplacée de la quantité requise vers la gau- che de façon à donner la forme incurvée de l'ailette grâce à la présence de la partie enflée 10 et de la partie évidée il. Alors, cette partie supérieure est cambrée pour lui conférer la forme désirée et obtenir l'angle d'entrée souhaité de la partie 2A comme représenté en figure 8. Les figures 9 à 11 représentent schématique- ment les étapes d'obtention de la forme finale de l'ailet- te représentée dans les figures 6 à 8. Les figures 12 à 14 représentent la forme de l'ailette lors de chaque étape d'obtention de la forme finale, commençant avec la forme d'origine de la pièce coulée, représentée dans les figures 6 à 8. Un traitement thermique approprié est effectué avant et après l'application de la force et le cambrage du produit préliminaire obtenu par coulage de façon à facili- 8. ter le travail et à renforcer la résistance mécanique. Un traitement thermique recommandé est le sui- vant: le produit préliminaire est d'abord soumis à un pro- cessus de fluidisation à une température comprise entre environ 480 et 530 C et à un processus de refroidissement, puis, le produit ainsi traité est soumis à un cambrage à chaud, puis à un vieillissement à une température d'envi- ron 140 à 2000C. Le traitement thermique ci-dessus sert à faciliter le cambrage et l'allongement de l'ailette tout en renforçant la résistance mécanique du produit. La figure 15 représente le procédé- modifié de la présente invention pour la fabrication d'une roue, comme exemple semblable à la roue représentée en figure 1, sauf que des parties concaves enflées sont formées aux deux cô- tés de la racine de chaque ailette de façon à renforcer sa résistance mécanique. Comme représenté en figure 15,chaque ailette 2" est originellement formée par coulage dans la position in- clinée par rapport à la surface du bandage 1, o la racine du côté de l'ailette formant un angle aigu entre elle et la surface du bandage 1 est reliée à la surface du bandage 1 par une surface concave lOB tangente à un cercle N' ayant un diamètre plus petit que celui du cercle N définissant la surface de référence du bandage 1, alors que la racine du côté opposé de chaque ailette 2" est réunie à la surface du bandage 1 par une surface concave lOA ayant un rayon de courbure relativement grand, sensiblement tangent au cer- cle N. Ainsi, la surface concave lOB est évidée,.ou appro- - fondie par rapport à la surface concave 10A. Comme représenté en figure 15, la surface conca- ve lOB d'une ailette est reliée à la surface concave lOA de l'ailette contiguë par une surface régulièrement incur- vée. La largeur W (figure 16) des surfaces concaves lOA et 10B varie suivant la longueur L-de l'ailette en fonc- tion du déplacement souhaité de sa racine de la même ma- nière que dans le procédé décrit précédemment. 9. Alors, après le traitement thermique approprié, chaque ailette 2" est déformée vers la position verticale représentée en figure 15 par application à l'ailette d'une force dans la direction radiale ou extérieure de sorte que la forme finale de l'ailette 2 se trouve obtenue, o l'em- placement de sa racine est décalé cïrconférentiellement suivant la quantité correspondant aux dimensions et à l'im- portance des surfaces concaves lOB et lOA, qui varient sui- vant la longueur de l'ailette en fonction de la configura- tion désirée, alors que les surfaces concaves 20A, 20B aux dimensions appropriées sont formées aux côtés respectifs de la racine de chaque ailette. Ensuite, un traitement thermique approprié est effectué de façon à renforcer la résistance mécanique de l'ailette. Ainsi, une roue munie d'ailettes ayant la configu- ration désirée est obtenue suivant le procédé modifié de la présente invention tel que décrit précédemment, o des sur- faces concaves sont formées aux deux côtés de la racine de chaque ailette. La roue obtenue avec le procédé de la présente in- vention offre une structure interne supérieure par comparai- son au résultat donné par le coulage classique avec moules au sable et moules en plâtre, et l'équilibre de poids, qui est très important pour une roue tournant à très grande vi- tesse, est bien meilleur. Comme une opération de cambrage est adoptée en plus de l'opération de coulage par extru- sion, un produit ayant une très grande précision dimen- sionnelle peut être obtenu par le procédé de la présente invention par rapport aux autres procédés tels que le coula- ge avec des noyaux amovibles assemblés. La présente invention n'est pas limitée aux exem- ples de réalisation qui viennent d'être décrits, elle est au contraire susceptible de modifications et de variantes qui apparaîtront à l'homme de l'art. 10. REVENDICATIONS 1 - Procédé de fabrication de produit profilé comportant des ailettes,tel qu'une roue ayant des ailettes impossibles à former directement par coulage sans noyaux amovibles, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes: 10) fabrication d'un produit préliminaire par coulage, ce produit comportant des ailettes ayant une for- me telle qu'elles peuvent être formées par coulage, un cô- té de la racine de chaque ailette présentant une partie enflée concave dont les dimensions ou l'importance varient sur la longueur de l'ailette en fonction de sa configura- tion finale,, alors qu'une partie évidée correspondante est formée au côté opposé de la racine de l'ailette à une posi- tion correspondant à la partie enflée concave, et l'appli- cation d'une force à chaque ailette de façon à provoquer une déformation plastique à la partie de l'ailette o sont présentes la partie enflée concave et la partie évidée cor- respondante, ce qui permet de décaler l'emplacement de la racine de chaque ailette auxdites parties vers le côté com- portant la partie enflée concave suivant la quantité cor- respondant à la variation des dimensions des parties enflée concave et évidée de façon à obtenir la forme finale de chaque ailette. 2- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la partie évidée est formée simultanément à la par- tie enflée concave. 3 - Procédé selon la revendication 1, caractéri- sé en ce que la partie évidée est formée après obtention du produit préliminaire par coulage. 3U 4 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un traitement thermique approprié est appliqué au produit préliminaire avant et après la formation de la for- me finale de chaque ailette. - Procédé de fabrication de produit profilé comportant des ailettes tel qu'une roue ayant des ailettes impossibles à former directement par coulage sans noyaux amovibles, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes sui- 11. vantes: fabrication d'un produit préliminaire par coula- ge, ce produit comportant des ailettes ayant une forme tel- le qu'elles peuvent être formées par coulage, chaque ailet- te étant placée dans la position inclinée par rapport à la surface du produit préliminaire, une partie enflée concave étant prévue à chaque côté de la racine de chaque ailette dont la largeur, mesuré sur la surface du produit préli- minaire suivant la longueur de l'ailette, varie en fonc- tion de sa configuration requise, la partie enflée concave réalisée à un côté de la racine qui forme un angle aigu avec la surface du produit préliminaire étant approfondie vers l'intérieur par rapport à la partie enflée concave située au côté opposé de la racine, la partie enflée con- cave de chaque ailette étant réunie par une surface incur- vée régulièrement à la partie enflée opposée de l'ailette adjacente, et application d'une force à chaque ailette par l'intermédiaire d'une matrice de presse descendante de fa- çon à provoquer la déformation plastique de la position o les parties enflées concaves sont prévues pour redresser dans la position verticale, ce qui permet à la racine de chaque ailette d'être déformée et de décaler son emplace- ment sur la surface du produit préliminaire de la quanti- té déterminée par la variation de la largeur de la partie enflée concave, de façon à obtenir la forme finale de cha- que ailette ayant des parties enflées concaves aux deux cô- tés de sa racine. 6 - Procédé selon la revendication 5, caractéri- sé en ce qu'un traitement thermique approprié est appli- qué au produit préliminaire avant et après l'obtention de la forme finale de chaque ailette.