Brevet FR2556992A1 — publié le 19850628

Appareil à contourner les aubes. La présente invention concerne le profilage des aubes de rotor et, plus particulièrement, un appa- reil destiné à contourner les aubes d'un rotor dont elles sont solidaires. Le formage de rotors dont les aubes sont soli- daires du disque de ce dernier, est bien connu dans la technique. Par exemple, dans le brevet des Etats- Unis d'Amérique 4.150.557 aux noms de Bryant H. Walker et al., on décrit un appareil pour le forgeage de ro- tors à aubes d'une seule pièce à partir de superallia- ges et d'autres matières difficiles à forger. Dans un appareil à forger du type illustré dans le brevet précité de Walker et al., des matrices à former les aubes sont disposées autour de la périphérie d'une billette ou d'une préforme qui doit être forgée en un rotor à aubes d'une configuration à peu près défi- nitive. Au cours de l'opération de forgeage, la ma- tière de la billette est pressée radialement vers l'extérieur dans les cavités définies par les matrices de formage d'aubes. Pour retirer le rotor forgé de l'appareil, il faut éloigner ou déplacer les matrices de formage d'aubes de la position qu'elles occupent entre les aubes forgées. Il existe une limite au de- gré de torsion pouvant être imposé aux aubes afin de pouvoir retirer le rotor sans devoir détruire les matrices. Si les aubes doivent recevoir une torsion ou une autre configuration dépassant cette limite, elles doivent ensuite être soumises à un profilage complémentaire. On ne connait pas dans la technique un appa- preil automatisé permettant d'effectuer ce profilage ou ce contournage supplémentaire d'une manière écono- mique et avec précision. La technique connue consis- te à saisir et tordre individuellement la tête de chaque aube à l'aide d'un outil spécial analogue à une pince. Cette méthode ne peut être utilisée pour contrôler la configuration définitive de l'aube avec une grande précision. En d'autres termes, on ne peut contrôler pleinement le degré de torsion conféré à l'aube finie, ainsi que le contour de l'intrados et de l'extrados de cette dernière sur sa longueur. Un objet de la présente invention est de fournir un appareil destiné à conférer une torsion supplémentaire à des aubes ayant été soumises à un profilage préliminaire et qui font partie d'un rotor avec lequel elles sont réalisées d'une seule pièce. Un autre objet de la présente invention est de fournir un appareil destiné à accroître la torsion et/ou de modifier le contour, simultanément et avec précision, de plusieurs aubes d'un rotor dont elles sont solidaires et ce, sur toute la longueur des au- bes. Suivant la présente invention, un appareil destiné à accroître la torsion des aubes d'un rotor dont elles sont solidaires, comprend plusieurs paires de matrices de formage d'aubes complémentaires oppo- sées, les matrices de formage de chaque paire étant disposées dans des canaux de guidage formés de part et d'autre d'une aube de rotor à contourner, une ma- trice de formage de chaque paire comportant une sur- face en bout façonnée à la configuration finale dési- rée d'une face de l'aube, tandis que l'autre matrice de formage de chaque paire comporte une surface en bout façonnée à la configuration finale désirée de l'autre face de l'aube à contourner, cet appareil com- prenant également des moyens destinés à presser simul- tanément les surfaces en bout façonnées des paires de matrices de formage d'aubes l'une vers l'autre alors que les aubes sont disposées entre elles, jusqu'à ce que les surfaces en bout des matrices de formage soient simultanément contiguës aux surfaces opposées de l'aube. Plus spécifiquement, le rotor comportant les aubes à contourner est disposé dans un support de mon- tage qui le maintient immobile. Le rotor est chauffé à une température qui réduit les forces requises pour contourner les aubes, qui diminue la fragilité de ces dernières afin d'éviter leur fissuration et qui élimine le redressement élastique de la matière des aubes après la suppression des forces de formage. De préférence, l'opération de contournage est effectuée dans des conditions isothermiques. Plusieurs paires de matri- ces de formage d'aubes complémentaires sont disposées dans les canaux de guidage en ayant la possibilité d'y coulisser. Les matrices de formage de chaque paire sont disposées de part et d'autre du rotor en étant alignées l'une avec l'autre et avec l'aube à contour-- ner qui est disposée entre elles. L'extrémité d'une matrice de formage de chaque paire, qui est la plus proche de l'aube, est façonnée à la configuration fi- nale de l'intrados de cette dernière, tandis que l'ex- trémité de l'autre matrice de formage, qui est la plus proche de l'aube, est façonnée à la configuration fi- nale de l'extrados de cette dernière. Un moyen est prévu pour pousser simultanément les paires de matri- ces de formage d'aubes l'une vers l'autre dans leurs canaux de guidage respectifs pour les amener en con- tact avec leurs aubes correspondantes jusqu'à ce que les surfaces en bout façonnées des matrices de formage soient en contact contigu avec leurs surfaces d'aubes respectives, de telle sorte que l'aube possède alors sa configuration finale désirée. Le nombre d'aubes de rotor pouvant être con- tournées en même temps dépend de l'écartement entre des aubes adjacentes, étant donné que les extrémités des matrices de formage d'aubes doivent se déplacer entre des aubes adjacentes au cours de l'opération de formage sans entraver le mouvement des matrices de formage d'aubes adjacentes. Grâce à la présente in- vention, on escompte pouvoir contourner simultanément au moins une aube sur deux, si bien que deux opéra- tions séparées pourraient être requises pour contour- ner toutes les aubes. Les objets, caractéristiques et avantages précités de la présente invention, ainsi que d'autres apparaîtront plus clairement à la lumière de la des- cription détaillée ci-après de formes de réalisation préférées telles qu'elles sont illustrées dans les dessins annexés dans lesquels: la figure 1 est une vue schématique simpli- fiée, partiellement en coupe, d'un appareil à contour- ner les aubes suivant la présente invention disposé - dans une enceinte; la figure 2 est une vue agrandie, partielle- ment élaguée, de l'appareil à contourner les aubes de la figure 1, juste avant le contournage des aubes; la figure 3 est une vue en coupe prise géné- ralement suivant les lignes 3-3 de la figure 2; la figure 4 est une vue partiellement élaguée prise généralement dans la direction 4-4 de la figure 2; la figure 5 est une vue semblable à celle de la figure 2, illustrant l'appareil à contourner les aubes de la présente invention, juste après le con- tournage des aubes; et la figure 6 est une vue partiellement élaguée prise généralement dans la direction 6-6 de la figure 5. Suivant la présente invention, un rotor à au- bes d'une seule pièce a été soumis à un façonnage pré- liminaire (c'est-à-dire qu'il est préformé), par exem- ple, par forgeage ou un autre moyen approprié. Pour les objets de la présente invention, on supposera que la torsion devant être imposée aux aubes du rotor fini ne peut être obtenue au cours de l'opération de formage préliminaire; en conséquence, il est nécessaire que les aubes soient soumises à un profilage ou un contour- nage complémentaire pour leur donner la configuration définitive. Cette opération est effectuée en utilisant l'appareil de la présente invention tel qu'il est il- lustré schématiquement et d'une manière simplifiée en figure 1. En se référant à la figure 1, le rotor pré- formé est désigné par le chiffre de référence 10. Ce rotor 10 est maintenu dans une position fixe dans un support de montage désigné d'une manière générale par le chiffre de référence 12. Ce support de montage 12 est disposé à l'intérieur d'une enceinte 14 qui défi- nit une chambre de chauffage 15. Le support de monta- ge 12 est entouré d'une bobine de chauffage 16 et il est maintenu fermement en place à l'intérieur de l'en- ceinte 14 par un moyen approprié représenté schémati- quement par les éléments 18. Ainsi qu'il apparaîtra plus clairement au cours de la description ci-après, une force F destinée à profiler et contourner les au- bes du rotor 10 est appliquée par des presses supé- rieure et inférieure opposées 17, 19 comprenant des arbres supérieur et inférieur 20, 22 respectivement qui peuvent se déplacer verticalement et qui sont fixes à des plateaux supérieur et inférieur 24, 26 respective- ment. La figure 2 illustre le rotor 10 et le sup- port de montage 12 de manière plus détaillée. Le rotor 10 comporte un axe 11. Le support de montage 12 comprend une bague de retenue 28, une bague de butée 30 et un assemblage de guidage 31 pour des matrices de formage d'aubes. Cet assemblage de guidage 31 est maintenu fermement dans une position fixe entre la bague de retenue 28 et la bague de butée 30. L'assem- blage de guidage 31 comprend une couronne annulaire de guidage supérieure 32, une couronne annulaire de gui- dage inférieure 34, ainsi que des disques supports su- périeur et inférieur 36, 38 respectivement, tous ces éléments étant coaxiaux par rapport au rotor 10 Le rotor 10 comprend un disque 40 comportant un rebord élargi 42 s'étendant axialement et définis- sant une surface cylindrique 44 dirigée vers l'exté- rieur. Plusieurs aubes 46 s'étendent radialement vers l'extérieur à partir de ce rebord 42 dont elles sont solidaires. Le rotor 10 est intercalé axialement en- tre les disques supports supérieur et inférieur 36, 38, tandis qu'il est entouré des couronnes annulaires de guidage supérieure et inférieure 32, 34 qui entrent en contact avec la surface cylindrique orientée vers l'extérieur 44 du rebord 42. La couronne annulaire de guidage supérieure 32 comprend une bride annulaire s'étendant axialement 48 qui chevauche et vient s'adapter sur une bride an- nulaire s'étendant axialement 52 de la couronne annu- laire de guidage inférieure 34. Chacune des brides 48, 52 comporte plusieurs trous radiaux espacés circonfé- rentiellement 50, les trous d'une bride étant alignés avec les trous de l'autre bride lorsque les couronnes annulaires de guidage sont correctement mises en place. Des éléments de localisation tels que les goupilles 54, sont disposés dans les trous alignés afin de maintenir avec précision les positions correctes des couronnes annulaires de guidage supérieure et inférieure 32, 34 l'une par rapport à l'autre à des fins qui apparaî- tront ci-après. Une bride annulaire s'étendant radia- lement vers l'extérieur 56 formée sur le disque support supérieur 36, ainsi qu'une bride annulaire s'étendant radialement vers l'extérieur 58 formée sur le disque support inférieur 38 viennent s'adapter dans des rai- nures annulaires 59, 61 ménagées dans les couronnes annulaires de guidage supérieure et inférieure 32, 34 respectivement, emprisonnant ainsi ces dernières axia- lement entre elles. Un boulon fileté 60 et un écrou correspondant 62 sont utilisés pour maintenir ensemble les divers éléments de l'assemblage de guidage 31. Des éléments de localisation supplémentaires tels que les goupilles 64, 66, 68, disposés dans des trous ali- gnés localisés avec précision, orientent correctement le rotor 10, les disques supports 36, 38 et les cou- ronnes annulaires de guidage 32, 34 l'un par rapport à l'autre. Suivant la présente invention, comme le mon- trent plus clairement les figures 3 et 4, la couronne annulaire de guidage supérieure 32 comprend plusieurs nervures espacées circonférentiellement et s'étendant radialement vers l'intérieur 70 qui définissent des canaux de guidage axiaux supérieurs 72 entre elles. De la même manière, la couronne annulaire de guidage inférieure 34 comprend plusieurs nervures espacées circonférentiellement et s'étendant radialement vers l'intérieur 74 qui définissent plusieurs canaux de guidage axiaux inférieurs 76 entre elles. Chaque ca- nal de guidage supérieur 72 est aligné avec un canal de guidage inférieur correspondant 76 de part et d'autre d'une aube 46 à contourner. Dans cette forme de réalisation, on prévoit une paire de canaux de guidage alignés 72, 76 pour une aube du rotor 10 sur deux. En se référant aux figures 1-4, une matrice supérieure allongée de formage d'aubes 80 est disposée à l'intérieur de chaque canal de guidage supérieur 72 en ayant la possibilité d'y coulisser. Une matrice inférieure allongée de formage d'aubes 82 est dispo- sée à l'intérieur de chaque canal de guidage infé- rieur 76 en ayant également la possibilité d'y coulis- ser. L'extrémité intérieure 84 de la matrice supé- rieure de formage d'aubes 80 (c'est-à-dire l'extrémité- la plus proche de l'aube 46 avec laquelle elle est alignée) comporte une surface en bout façonnée 86. De la même manière, l'extrémité intérieure 88 de la matrice inférieure de formage d'aubes 82 comporte une surface en bout façonnée 90 qui est complémentai- re de la surface en bout 86 de la matrice de formage d'aubes 80 avec laquelle elle est alignée. Dans les figures 1-4, les aubes 46 n'ont pas encore été con- tournées par l'appareil. Le bord d'attaque 92 de chaque aube 46 à contourner entre en contact avec une partie de la surface en bout 86 de sa matrice supérieu- re de formage associée 80. Le bord de fuite 94 de chaque aube à contourner entre en contact avec une partie de la surface en bout 90 de sa matrice inférieu- re de formage associée 82. Les extrémités extérieures 96, 98 des matrices de formage d'aubes 80, 82 respecti- vement, s'étendent légèrement au-dessus des surfaces , 102 des couronnes annulaires de guidage 32, 34 respectivement, tandis qu'elles entrent en contact avec les plateaux 24, 26. Les figures 5 et 6 illustrent l'appareil après que les plateaux aient été déplacés simultané- ment l'un vers l'autre jusqu'à ce qu'ils soient affleu- rants aux surfaces 100, 102 des couronnes annulaires de guidage. A mesure que les plateaux 24, 26 sont dé- placés de la position illustrée dans les figures 2-4 vers la position illustrée dans les figures 5 et 6, les paires alignées de matrices complémentaires de for- mage d'aubes 80, 82 sont pressées simultanément l'une vers l'autre pour contourner et refaçonner les aubes 46 disposées entre elles. Les surfaces en bout 86 des matrices supérieures de formage d'aubes 80 sont façonnées au contour final désiré de l'extrados des aubes 46, tandis que les surfaces en bout 90 des ma- trices inférieures de formage d'aubes 82 sont façon- nées au contour final désiré de l'intrados des aubes 46. Lorsqu'une paire de matrices alignées de formage d'aubes 80, 82 a été déplacée dans sa position finale, la surface 86 de la matrice de formage supérieure 80 est pratiquement contiguë à l'ensemble de l'extrados d'une aube 46 depuis la tête jusqu'à la base de cette dernière, tandis que la surface en bout 90 de la ma- trice de formage inférieure 82 est pratiquement conti- guë à l'ensemble de l'intrados de la même aube 46, de- puis la tête jusqu'à la base de cette dernière. L'au- be 46 est ainsi serrée entre les surfaces en bout 86, des matrices de formage 80, 82 respectivement. En déplaçant simultanément les matrices de formage d'au- bes 80, 82 l'une vers l'autre, chaque aube peut être contournée autour de la ligne d'échelonnement vertical s'étendant dans le sens radial de la surface portante, sans "flexion" de cette ligne. Comme on peut le constater en figure 4, les canaux de guidage 72, 76 s'étendent dans une direc- tion qui est orientée sous un certain angle par rap- port à l'axe du rotor et qui est pratiquement dans un plan perpendiculaire à une ligne radiale. Dans cette forme de réalisation, l'orientation angulaire est re- quise pour éviter toute interférence entre les matri- ces de formage d'aubes et les aubes de part et d'autre d'une aube à contourner, suite à l'espacement étroit entre des aubes de rotor adjacentes, ainsi qu'à leur orientation angulaire finale. En raison de l'orienta- tion angulaire des matrices de formage d'aubes, à me- sure que ces dernières se déplacent l'une vers l'autre, leurs extrémités extérieures 96, 98 se déplacent non seulement dans une direction axiale, mais également perpendiculairement à celle-ci et pratiquement tangen- tiellement à un cercle décrit autour de l'axe du rotor. Afin de rattraper ce mouvement désaxé, les plateaux 24, 26 sont réunis à leurs arbres respectifs 20, 22 à l'intervention de joints à rotule 104, 106. Ces joints à rotule 104, 106 permettent, aux plateaux, de pivoter autour de l'axe du rotor 10, éliminant ainsi virtuelle- ment un mouvement relatif entre les extrémités 96, 98 des matrices de formage d'aubes et les plateaux 24, 26, à mesure que ceux-ci poussent les matrices de formage d'aubes l'une vers l'autre au cours de l'opération de contournage. Si les joints entre les plateaux et leurs arbres respectifs étaient rigides, il se produi- rait nécessairement un glissement entre les extrémités des matrices de formage d'aubes et les plateaux, ce qui aurait pour effet d'exercer, sur les matrices de formage d'aubes, des forces non radiales accrues pou- vant occasionner une usure excessive de ces matrices et des canaux de guidage. Afin de démontrer l'utilité pratique de l'appareil de la présente invention, on a formé un ro- tor à aubes d'une seule pièce à partir de l'alliage "AMS 4928" qui est un alliage de titane/aluminium/vana- dium. On a forgé ce rotor conformément aux enseigne- ments du brevet des Etats-Unis d'Amérique 3.519.503. Dans le procédé décrit dans ce brevet et qui est uni- versellement connu sous la dénomination "procédé de forgeage "GATORIZING" (marque commerciale déposée), des alliages à haute résistance difficiles à forger sont traités à un état momentané de faible résistance et de haute ductilité afin de permettre l'écoulement de la matière de la billette dans des cavités de matri- ll ces de forgeage ayant des contours compliqués ou des formes complexes. Dans le présent exemple, on a forgé le rotor dans des conditions isothermiques a une température d'environ 950 C. Le rotor fini avait un diamètre d'environ 140 mm et comprenait 70 aubes mesu- rant chacune environ 25,4 mm de long et 12,7 mm de large, chaque aube ayant une section décroissante allant d'une épaisseur maximum d'environ 2,3 mm à proximité de sa base à une épaisseur maximum d'envi- ron 1,3 mm à sa tête. On a placé ce rotor forgé dans un appareil à contourner les aubes très semblable à celui illustré et décrit ci-dessus. L'appareil était disposé dans une enceinte remplie d'un gaz inerte et analogue à celle illustrée en figure 1. On a enduit les matrices de formage d'aubes et les surfaces des canaux de guidage de ces dernières de nitrure de bore en guise de lubrifiant. On a chauffé l'appareil et le rotor à une température comprise entre 670 et 700 C. Les aubes ont ensuite été contournées dans des condi- tions isothermiques. La température était suffisam- ment élevée pour éviter un redressement élastique des aubes après contournage, ainsi que pour amener la ma- tière de ces aubes dans un état permettant un contour- nage sans provoquer une fissuration de cette matière. La limite de température supérieure de 700 C a ete choisie pour garantir l'absence de mouvement ou de déformation plastique des nervures formatrices de ca- naux de guidage dimensionnées et localisées avec pré- cision. L'opération de contournage a permis d'accroi- tre avec succès la torsion des aubes d'environ 20 de- grés de la base à la tête. Bien que l'invention ait été illustrée et décrite en se référant à une forme de réalisation pré- férée, l'homme de métier comprendra que diverses modi- fications et omissions peuvent être envisagées tant dans sa forme que dans ses détails, sans se départir de son esprit et de son cadre. L3 REVENDICATIONS 1. Appareil destiné à accroître la torsion des aubes d'un rotor dont elles sont solidaires, d'un premier à un second degré de torsion, ce rotor com- prenant un disque comportant un axe et un rebord, ain- si que plusieurs aubes s'étendant radialement vers l'extérieur à partir de ce rebord dont elles sont soli- daires, les aubes comportant une base, une tête, un intrados et un extrados, cet appareil comprenant: un premier moyen de guidage définissant plusieurs premiers canaux de guidage conçus pour être disposés sur une face des aubes à contourner; un second moyen de guidage définissant plusieurs seconds canaux de guidage conçus pour être disposés sur l'autre face des aubes à contourner; un support de montage destiné à maintenir immo- bile un rotor à aubes d'une seule pièce, ainsi que dans une position située entre les premier et second moyens de guidage par rapport auxquels il est fixe; une paire de moyens de formage d'aubes complémen- taires correspondant à chaque aube à contourner, un premier moyen de formage de chaque paire étant disposé dans un des premiers canaux de guidage pour coulisser entre une première et une seconde position en direc- tion de l'extrados de son aube correspondante, tandis qu'il comporte une extrémité de formage conque pour entrer continuellement en contact avec cet extrados au cours du mouvement précité, cette extrémité de for- mage comportant également une surface ayant pratique- ment le contour de l'extrados de l'aube dans sa con- figuration au second degré de torsion désiré, cette surface en bout étant conçue pour être pratiquement contiguë à l'extrados lorsque le moyen de formage pré- cité occupe la seconde position; le second moyen de formage d'aubes (82) de chaque paire (80,82) étant disposé dans un des seconds canaux de guidage (76) pour coulisser entre une première et une seconde position en direction de l'intrados de son aube correspondante (46), tandis qu'il comporte une extrémité de formage (88) conçue pour entrer con- tinuellement en contact avec cet intrados au cours du mouvement précité, cette extrémité de formage (88) comportant également une surface (90) ayant pratique- ment le contour de l'intrados de l'aube dans sa con- figuration au second degré de torsion désiré, cette surface en bout (90) étant conçue pour être pratique- ment contiguë à l'intrados lorsque le moyen de formage précité occupe la seconde position; et des presses (17,19) destinées à déplacer simul- tanément les paires de moyens de formage d'aubes (80, 82) de leur première dans leur seconde position. 2. Appareil à contourner les aubes selon la revendication 1, caractérisé en ce que les premier et second moyens de guidage (32,34) comprennent une paroi définissant une cavité cylindrique dont l'axe s'étend sur la même ligne que l'axe (11) du rotor (10), les canaux de guidage (72,76) étant espacés circonférentiel- lement autour de la périphérie de cette cavité et s'étendant dans une direction axiale, chacun des pre- miers canaux de guidage (72) étant apparié avec un des seconds canaux de guidage (76), tandis que chacune des paires de moyens de formage d'aubes complémentai- res (80,82) est disposée dans une des paires de ca- naux (72,76), les moyens de formage d'aubes (80,82) de chaque paire étant alignés l'un avec l'autre. 3. Appareil à contourner les aubes selon la revendication 2, caractérisé en ce que les premiers et seconds canaux de guidage (72,76) s'étendent dans une direction qui est angulaire par rapport à une li- gne axiale et qui est située pratiquement dans un plan perpendiculaire à une ligne radiale. 4. Appareil à contourner les aubes selon la revendication 3, caractérisé en ce que chacun des moyens de formage d'aubes (80,82) comporte une extré- mité distale (96,98) opposée à l'extrémité de formage (84,88), les presses (17,19) comprenant des premier et second plateaux opposés espacés l'un de l'autre (24,26) comportant chacun une surface plate (96,98) perpendiculaire à l'axe de la cavité, le premier pla- teau (24) étant conçu pour entrer en contact avec les extrémités distales (96) des moyens de formage d'aubes (80) disposés dans les premiers canaux 172), tandis que le second plateau (26) est conçu pour entrer en contact avec les extrémités distales (98) des moyens de formage d'aubes (82) disposés dans les seconds canaux (76)-, les presses (17,19) étant conçues pour déplacer simultanément les plateaux (24,26) l'un vers l'autre le long de l'axe de la cavité afin de dépla- cer les moyens de formage d'aubes 180,82) de leur pre- mière dans leur seconde position. - 5. Appareil à contourner les aubes selon la revendication 4, caractérisé en ce que les plateaux (24,26) peuvent pivoter autour de l'axe de la cavité. 6. Appareil à contourner les aubes selon la revendication 2, caractérisé en ce que les premier et second moyens de guidage {32,34) comprennent cha- cun des surfaces cyindriques dirigées radialement vers l'intérieur et comportant des nervures espacées circonférentiellement (70,74) qui en sont solidaires et qui s'étendent axialement et radialement vers l'in- térieur, les nervures (70) du premier moyen de guida- ge (32) définissant les premiers canaux de guidage (72) entre elles, tandis que les nervures (74) du second moyen de guidage (34) définissent les seconds canaux de guidage (76) entre elles.