Brevet FR2971957A1 — publié le 20120831

AMORTISSEMENT DES VIBRATIONS GÉNÉRÉES LORS DU TOURNAGE DE TAMBOURS DE COMPRESSEURS DE TURBOMACHINES. Le domaine de la présente invention est celui de l'usinage des pièces métalliques qui présentent une épaisseur faible par rapport aux autres dimensions de la pièce. Elle est particulièrement adaptée à l'usinage des tambours de compresseurs pour les turbomachines aéronautiques Les tambours (c'est à dire des pièces tournantes en forme de cylindre creux fermé) des compresseurs basse pression des moteurs d'avions sont des pièces de grande dimension, de l'ordre de 0,5 à 1,5 m de diamètre, dont l'épaisseur finale qui est recherchée lors de l'usinage, est de quelques millimètres. L'obtention de cette pièce s'effectue généralement par un tournage, au cours duquel est enlevé environ 80 % de la matière de la pièce brute. De ce fait, lors de l'usinage de cette toile mince, les opérations de tournage entraînent des vibrations déclenchées par l'interaction entre l'outil et la pièce. Ces vibrations sont sources de problèmes de non qualité, de surconsommation des outils de coupe et de délais dans la mise au point de la gamme d'usinage avant la mise en production. Dans l'art antérieur, ces problèmes sont résolus de façon empirique, soit en jouant sur les paramètres d'usinage, soit en montant des systèmes antivibratoires. Dans un diagramme représentant la profondeur de passe en fonction de la vitesse de coupe on constate des zones de stabilité et des zones d'instabilité et il est judicieux de choisir les paramètres d'usinage pour se situer dans une zone de stabilité, mais au prix d'une limitation dans le choix des paramètres de coupe. En ce qui concerne les systèmes antivibratoires, ils peuvent, à titre d'exemple, être constitués par des tuyaux en caoutchouc qui sont placés sur la circonférence du tambour ou par des couvercles, ce qui modifie les fréquences de résonance de la pièce. Mais, si ces systèmes améliorent la situation, ils ne permettent pas de s'affranchir totalement des contraintes sur le choix des paramètres d'usinage. La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients en proposant un ensemble de dispositifs pour l'amortissement des vibrations au cours du tournage d'une pièce de grande dimension et de faible épaisseur, qui autorise le libre choix de la vitesse de coupe et de la profondeur de passe. A cet effet, l'invention a pour objet un procédé d'usinage par tournage de la face interne d'une pièce brute de forme cylindrique creuse pour la désépaissir jusqu'à former un voile, une des extrémités de la pièce brute étant fixée sur le plateau tournant dudit tour et l'outil de coupe se déplaçant le long de ladite face interne en pénétrant par l'extrémité opposée, caractérisé en ce qu'il comporte la mise en place d'amortisseurs des vibrations générées par la coupe, lesdits amortisseurs étant rigidement fixés sur le plateau tournant et s'étendant de façon à venir en contact avec la face externe de ladite pièce brute au niveau d'un de ses ventres de mouvement et en ce que ces amortisseurs sont en un nombre multiple de deux, formant des paires dans lesquelles les amortisseurs sont espacés angulairement de 45° l'un de l'autre le long de la circonférence de ladite face externe. Une seule paire d'amortisseurs placés à 45° l'un de l'autre suffit à éliminer les résonances pour les modes de vibrations susceptibles d'être excités par les outils de coupe. Avantageusement les amortisseurs sont au nombre de deux. Dans un mode particulier de réalisation les amortisseurs sont au nombre de quatre, leurs écarts angulaires par rapport à l'un deux étant de 45°, 180° et 225°. Dans un autre mode de réalisation les amortisseurs sont au nombre de huit, espacés angulairement les uns les autres de 45°. L'invention porte encore sur une outillage d'amortissement des vibrations générées par un outil de coupe par tournage pour le désépaississement d'une pièce brute de forme cylindrique creuse jusqu'à former un voile, par la mise en oeuvre d'un procédé tel que décrit ci-dessus, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de fixation sur le plateau tournant dudit tour et en ce qu'il est conformé pour s'étendre à partir de ce plateau, selon long de l'axe de rotation dudit tour, jusqu'à contacter ladite pièce brute au niveau d'un ventre de mouvement d'un de ses modes propres de vibrations. Une paire de tels outillages permet d'éliminer les résonances pour les modes de vibrations susceptibles d'être excités par les outils de coupe. Il est alors possible, en plaçant ces deux outillages en contact avec la face externe, d'usiner la face interne d'un tambour, sans interruption. En les plaçant contre la face interne c'est la face externe qu'il est possible d'usiner sans interruption. Avantageusement l'outillage est conformé pour que son extrémité opposée au plateau tournant soit apte à venir en contact avec une face de ladite pièce brute, en s'étendant selon une direction parallèle au plateau tournant. De façon préférentielle l'outillage est constitué par un premier moyen portant lesdits moyens de fixation sur le plateau tournant et s'étendant perpendiculairement à la direction dudit plateau sur une longueur correspondant à la position dudit ventre de mouvement et par un second moyen, formant l'extrémité opposée au plateau tournant, porté par ledit premier moyen et s'étendant parallèlement à la direction dudit plateau. Dans un mode préférentiel de réalisation ladite extrémité est recouverte d'un matériau viscoélastique. On obtient ainsi une meilleure absorption des vibrations. L'invention porte enfin sur un kit d'outillages pour l'amortissement des vibrations générées par un outil de coupe par tournage pour le désépaississement d'une pièce brute de forme cylindrique creuse jusqu'à former un voile, caractérisé en ce qu'il comprend au moins deux outillages tel que décrit ci-dessus. En les plaçant à 45° l'un de l'autre sur la circonférence du tambour on arrive à relever les fréquences de résonance du tambour et de les exclure du champ des fréquences d'excitation par les outils de coupe. De façon préférentielle le kit ci-dessus comprend en outre un outillage d'amortissement additionnel conformé pour, d'une part, venir en contact avec l'extrémité de ladite pièce brute opposée à celle de sa fixation sur ledit plateau tournant et, d'autre part, se fixer sur ledit plateau tournant à l'aide de moyens de fixation ne s'étendant pas radialement à l'extérieur de ladite pièce brute. On peut ainsi usiner la face interne du tambour en plaçant les deux pieds d'amortissement contre sa face externe, et la face externe en supprimant ces pieds et en installant un couvercle contre l'extrémité ouverte, du côté opposé au plateau tournant. L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, détails, caractéristiques et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement au cours de la description explicative détaillée qui va suivre, d'un mode de réalisation de l'invention donné à titre d'exemple purement illustratif et non limitatif, en référence aux dessins schématiques annexés. Sur ces dessins : - la figure 1 est une vue en coupe d'un tambour de compresseur basse pression pour turbomachine ; - la figure 2 est une vue schématique en perspective d'un pied d'amortissement, formant un premier dispositif d'amortissement des vibrations selon un mode de réalisation de l'invention ; - la figure 3 est une vue de dessus d'une pièce à usiner, équipée de deux pieds d'amortissement positionnés conformément à l'invention : - la figure 4 est une vue en perspective de la pièce de la figure 3, maintenue latéralement par un pied de la figure 2. - la figure 5 représente, en vue de dessus et en vue de dessous, un couvercle, formant un second dispositif d'amortissement des vibrations selon un mode de réalisation de l'invention ; - la figure 6 est une vue en perspective du tambour de la figure 1, équipé du couvercle de la figure 5 ; En se référant à la figure 1, on voit, en coupe selon un plan radial, un tambour 1 d'un rotor de compresseur basse pression d'une turbomachine. Ce tambour a la forme d'un voile 2 cylindrique, de faible épaisseur, qui comporte des alvéoles 3 de retenue des aubes. Le tambour 1 équipé de ces aubes forme le compresseur basse pression de la turbomachine. Ce tambour 1 est obtenu par l'usinage d'une pièce brute de plus forte épaisseur qui est usinée, tant sur son extérieur pour lui donner la forme nécessaire au maintien des aubes que sur son intérieur pour lui donner l'épaisseur recherchée. Cet usinage s'effectue sur un tour classique (non représenté), le tambour 1 étant fixé sur un plateau tournant pour le maintenir et le déplacer en face de l'outil de coupe. La fixation du tambour 1 sur le plateau tournant est généralement assurée par un bridage d'une première extrémité 4 sur ce plateau, l'autre extrémité 5 étant libre et permettant le passage de l'outil à l'intérieur du tambour pour l'usinage de sa face interne. Les figures 2 à 5 montrent un premier dispositif permettant l'amortissement des vibrations au cours de l'usinage du tambour 1. Alors que le couvercle 1 a pour objet l'amortissement des vibrations lors de l'usinage de la face externe du tambour, le second dispositif permet leur amortissement lors de l'usinage de sa face interne. Sur la figure 2 est représenté une pièce brute, de forme cylindrique creuse, dans laquelle doit être taillée la face interne du tambour 1. Sur le côté de la face externe de ce tambour est placé un pied d'amortissement 10 constitué par deux éléments, une colonnette 11 de fixation sur le plateau tournant et une patte de contact 12 fixée sur la colonnette 11 et s'étendant en direction du tambour 1, parallèlement au plateau tournant. La patte de contact 1 est fixée sur la colonnette 11 par un moyen classique de fixation tel qu'un ensemble vis et trou taraudé, la vis passant à travers une découpe prévue à cet effet dans la patte de contact. Sur l'extrémité de la patte de contact 12 destinée à venir en butée contre le tambour 1 est fixé un premier segment 13 en matériau viscoélastique. Le pied d'amortissement 10 est positionné sur le plateau tournant de façon que sa patte de contact vienne en appui contre le tambour 1 lors de l'usinage de la face interne de celui-ci. Un simple contact entre la patte 12 et le tambour 1 suffit, sans qu'il soit nécessaire d'exercer une pression particulière. La figure 3 montre, en vue de dessus, la disposition de deux pieds d'amortissement 10 sur la circonférence du tambour 1. Seuls deux pieds sont représentés sur cette figure et l'écart angulaire existant entre leurs positions est de 45°. La figure 4 montre un tambour 1 contre lequel est appuyé un pied d'amortissement 10. La face de la patte 12 qui porte le premier segment 13 a la forme d'un arc de cercle, dont le diamètre correspond à celui de la face externe du tambour 1, de façon à assurer le meilleur contact possible entre ces deux éléments. La figure 5 montre un couvercle 20 en forme de plateau circulaire, en vue de dessus et en vue de dessous. Sur la vue de dessus apparaissent les têtes hexagonales de deux vis 21 de fixation du couvercle sur le plateau tournant, alors que sur la vue de dessous apparaissent en coupe les tiges de ces mêmes vis 21. Ces vis s'étendent, à travers la cavité interne du tambour 1, depuis l'extrémité libre 5 de ce tambour jusqu'au plateau tournant sur lequel elles sont fixées. Sur la face inférieure du couvercle 20, sont disposés des seconds segments 22 d'un matériau viscoélastique, qui sont positionnés le long de la périphérie du couvercle pour servir de joints entre le couvercle 20 et l'extrémité libre 5 du tambour. De même que précédemment, le serrage des vis 21 est assuré de façon à assurer la permanence du contact entre le couvercle et le tambour, sans qu'il soit nécessaire d'exercer une pression particulière, un simple contact étant suffisant pour arrêter les vibrations lors de l'usinage. La figure 6 montre un tambour 1 équipé d'un couvercle 20, posé par son extrémité de fixation 4 sur une table de présentation représentative du plateau tournant. Sur la face supérieure du couvercle apparaissent les deux têtes des vis 21 de fixation qui traversent la cavité interne du tambour 1, en direction de la table qui supporte ce dernier. On va maintenant décrire comment s'effectue l'amortissement des vibrations au cours de l'usinage des parois externe et interne d'un tambour 1 d'un compresseur BP de turbomachine, équipé de dispositifs d'amortissement selon un mode de réalisation de l'invention. Le tambour 1 est fixé de façon classique sur le plateau tournant d'un tour, par l'intermédiaire de son extrémité de fixation 4. Un couvercle 20 est tout d'abord fixé sur l'extrémité libre 5 du tambour, par des vis de fixation 21 qui traversent sa cavité interne pour venir se rattacher au plateau tournant. La disposition de ces vis de fixation fait qu'elles n'interfèrent pas avec la forme externe du tambour à laquelle elles laissent libre accès, permettant ainsi un usinage de la face externe sans interruption du fait des moyens d'amortissement. Le contact maintenu entre le couvercle 20 et le tambour 1, par l'intermédiaire du matériau viscoélastique des seconds segments 22, permet une élévation de la fréquence des modes de vibrations des parois du tambour et leur élimination de la gamme de celles qui sont excitées par l'outil de coupe. On peut ainsi choisir librement la vitesse de coupe et la profondeur de la passe pour effectuer l'usinage de la paroi externe. Une fois l'usinage de la paroi externe réalisée, l'outillage que constitue le couvercle 20 est retiré et des pieds d'amortissement 10 sont positionnés sur le plateau tournant de façon à ce qu'ils viennent au contact de la paroi externe du tambour 1, au niveau des ventres de mouvement de ses modes propres de vibrations. La position de ces ventres sur la hauteur du tambour est définie par le calcul en utilisant une méthode classique d'analyse des déformations du tambour. La longueur de la colonnette 11 est alors adaptée de façon à ce que la patte de contact 12 se trouve au niveau d'un ventre de mouvement du premier mode vibratoire. Pour que l'amortissement soit effectif et que les fréquences d'excitation ne soient pas susceptibles d'amorcer une résonance de la paroi du tambour, l'invention préconise de placer deux pieds d'amortissement 10 à la même hauteur sur le tambour 1, mais décalés de 45° l'un par rapport à l'autre sur la circonférence de ce tambour. Cette disposition, associée à la présence des premiers segments 13 en matériau viscoélastique, permet de relever les fréquences de résonance et de les exclure du champ des fréquences d'excitation par les outils de coupe. Des simulations numériques ainsi que des expérimentations ont montré qu'il est possible d'éliminer les résonances pour autant que l'on dispose sur la circonférence du tambour des paires de pieds espacés angulairement l'un de l'autre de 45°. Plusieurs configurations répondent ainsi au problème posé, à savoir, en référence angulaire à un premier pied : - deux pieds situés à 0° et + 45° ou à -45° - quatre pieds situés à 0°, 45°, 180° et 225° - huit pieds situés tous les 45°. REVENDICATIONS1. Procédé d'usinage par tournage de la face interne d'une pièce brute (1) de forme cylindrique creuse pour la désépaissir jusqu'à former un voile (2), une des extrémités (4) de la pièce brute (1) étant fixée sur le plateau tournant dudit tour et l'outil de coupe se déplaçant le long de ladite face interne en pénétrant par l'extrémité opposée (5), caractérisé en ce qu'il comporte la mise en place d'amortisseurs (10) des vibrations générées par la coupe, lesdits amortisseurs étant rigidement fixés sur le plateau tournant et s'étendant de façon à venir en contact avec la face externe de ladite pièce brute au niveau d'un de ses ventres de mouvement et en ce que ces amortisseurs (10) sont en un nombre multiple de deux, formant des paires dans lesquelles les amortisseurs sont espacés angulairement de 45° l'un de l'autre le long de la circonférence de ladite face externe. 2. Procédé selon la revendication 1 dans lequel les amortisseurs (10) sont au nombre de deux. 3. Procédé selon la revendication 1 dans lequel les amortisseurs (10) sont au nombre de quatre, leurs écarts angulaires par rapport à l'un deux étant de 45°, 180° et 225°. 4. Procédé selon la revendication 1 dans lequel les amortisseurs (10) sont au nombre de huit, espacés angulairement les uns les autres de 45°. 5. Outillage d'amortissement des vibrations générées par un outil de coupe par tournage pour le désépaississement d'une pièce brute (1) de forme cylindrique creuse jusqu'à former un voile (2), par la mise en oeuvre d'un procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de fixation sur le plateau tournant dudit tour et en ce qu'il est conformé pour s'étendre à partir de ce plateau, selon long de l'axe de rotation dudit tour, jusqu'à contacter ladite pièce brute au niveau d'un ventre de mouvement d'un de ses modes propres de vibrations. 6. Outillage selon la revendication 5 caractérisé en ce qu'il est conformé pour que son extrémité (12) opposée au plateau tournant soit apte à venir en contact avec une face de ladite pièce brute, en s'étendant selon une direction parallèle au plateau tournant. 7. Outillage selon la revendication 6 caractérisé en ce qu'il est constitué par un premier moyen (11) portant lesdits moyens de fixation sur le plateau tournant et s'étendant perpendiculairement à la direction dudit plateau sur une longueur correspondant à la position dudit ventre de mouvement et par un second moyen (12), formant l'extrémité opposée au plateau tournant, porté par ledit premier moyen et s'étendant parallèlement à la direction dudit plateau. 8. Outillage selon l'une des revendications 6 ou 7 dans laquelle ladite extrémité (12) est recouverte d'un matériau viscoélastique (13). 9. Kit d'outillages pour l'amortissement des vibrations générées par un outil de coupe par tournage pour le désépaississement d'une pièce brute (1) de forme cylindrique creuse jusqu'à former un voile (2), caractérisé en ce qu'il comprend au moins deux outillages (10) selon l'une des revendications 5 à 8. 10. Kit d'outillages selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un outillage d'amortissement additionnel (20) conformé pour, d'une part, venir en contact avec l'extrémité (5) de ladite pièce brute opposée à celle (4) de sa fixation sur ledit plateau tournant et, d'autre part, se fixer sur ledit plateau tournant à l'aide de moyens de fixation (21) ne s'étendant pas radialement à l'extérieur de ladite pièce brute.20