Brevet FR3001170A1 — publié le 20140725

Le domaine de la présente invention est celui de l'usinage des pièces métalliques et, plus particulièrement, celui de la finition des pièces aéronautiques. Les pièces constituant les moteurs aéronautiques, telles que les disques de compresseur ou les disques aubagés monoblocs (DAM), font l'objet d'opérations de finition pour assurer un polissage de leur surface, un ébavurage ou effectuer un rayonnage de leurs arêtes vives en fin de production. Un disque de compresseur nu comporte sur sa périphérie des alvéoles destinés à recevoir les pieds des aubes du compresseur alors que dans un disque aubagé monobloc les aubes sont fabriquées en même temps que le disque, leur pied étant intégré dans la périphérie du disque. Ces pièces sont de grande dimension et présentent des formes généralement complexes, dues principalement aux alvéoles des disques nus et aux aubes pour les disques DAM. Le polissage ou le rayonnage de ces pièces nécessite donc des opérations longues et coûteuses et une des méthodes généralement employées pour effectuer leur finition consiste à réaliser une tribofinition dans une cuve apte à recevoir de telles pièces. La tribofinition consiste à plonger la pièce dans une cuve remplie d'un liquide, tel que de l'eau, des additifs et des cailloux abrasifs, qui ont pour fonction d'effectuer une abrasion superficielle des surfaces extérieures de la pièce pour effectuer le polissage ou le rayonnage recherché. Ces cailloux sont réalisés classiquement en alumine compactée dont l'assemblage est assuré par un liant organique. Ils ont une forme géométrique simple, telle par exemple que celle d'une pyramide, d'un parallélépipède, d'un losange à faces biseautées ou d'une pastille, et leur taille est choisie en fonction de celle des cavités dans lesquelles ils doivent circuler. La mise en mouvement de l'eau et des cailloux est assurée soit par un mouvement spécifique de la cuve (tribofinition), soit par la mise en mouvement des pièces immergées (smuritropie). Les deux ont pour action de faire circuler ces cailloux de façon qu'ils viennent en contact avec toutes les parties de la pièce et qu'ils l'usent précisément aux endroits voulus. Au besoin, des masquages du type ruban adhésif, sont mis en place sur les parties qu'on veut protéger et ne pas polir. Le problème associé à la mise au point d'une gamme de polissage ou de rayonnage est qu'elle nécessite de préciser un grand nombre de paramètres, pour que les cailloux circulent effectivement dans toutes les cavités à polir ou à rayonner afin d'obtenir, sur la pièce, les caractéristiques dites morphologiques souhaitées, c'est-à-dire les caractéristiques géométriques, l'état de surface, etc. Il s'agit en effet de trouver la forme pour les cailloux abrasifs la mieux adaptée, de choisir la dureté optimale des abrasifs en jouant sur la proportion d'alumine et de liant, de définir le débit d'eau optimal, de choisir la vitesse de rotation à donner au moteur et les inversions de sens de rotation à pratiquer au cours d'un cycle, et enfin de déterminer la durée de l'usinage. Tout ce processus d'optimisation des paramètres de l'usinage est extrêmement complexe du fait du nombre important de paramètres qui entrent en jeu. Par ailleurs les pièces sur lesquelles il est possible de tester ces paramètres pour définir la gamme de polissage ou de rayonnage, sont en nombre très restreint. Dans l'art antérieur la mise au point de la gamme s'effectuait sur des pièces rebutées, qui sont fort peu nombreuses car il s'agit de pièces qui sont allées presque au bout du processus de fabrication et auxquelles il ne le reste plus à subir que l'opération de finition. Réaliser une pièce spécifiquement pour effectuer la mise au point d'une gamme de fabrication reviendrait extrêmement cher et cette option n'est pas envisageable. L'utilisation de pièces non rebutées ne permet ainsi que des évaluations très limitées qui ne peuvent pas porter sur l'ensemble des paramètres de la tribofinition. Une première amélioration a été apportée, qui est détaillée dans la demande de brevet FR2971177 de la demanderesse, en effectuant une partie de la gamme sur des pièces mannequins, c'est à dire sur des pièces qui servent de support à des éléments représentatifs d'une partie seulement de la pièce à usiner par tribofinition. Ainsi il est possible de ne fabriquer que des parties de pièce qui sont testées sur la pièce mannequin, puis de ne tester la gamme complète que sur un ou quelques exemplaires de la pièce à usiner, en utilisant alors, par exemple, une pièce résultant d'un rebut. Il n'en reste pas moins que cette méthode reste encore longue et coûteuse car il faut fabriquer un nombre important de pièces élémentaires et faire subir à chacune l'ensemble de l'opération de tribofinition sur une pièce mannequin. Le déroulement de toutes ces opérations reste donc largement empirique et il conviendrait de réduire encore le nombre d'opérations nécessaires à la mise au point de la gamme d'usinage de la pièce complète. La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients en proposant une étape préliminaire d'analyse des lois régissant l'usinage par tribofinition, dans le but de réduire les opérations à effectuer sur des pièces expérimentales, pour la mise au point de la gamme de polissage, d'ébavurage ou de rayonnage des pièces de turbomachine de grandes dimensions. A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de mise au point d'une gamme de finition d'une pièce de turbomachine par tribofinition ou smuritropie, ladite gamme comportant l'immersion de ladite pièce dans un bain de cailloux abrasifs et la mise en oeuvre d'un mouvement relatif de translation par rapport auxdits cailloux, ledit procédé consistant à définir des paramètres à appliquer au cours de la tribofinition ou de la smuritropie, notamment en termes de qualité des cailloux abrasifs, de choix d'un liquide éventuel baignant lesdits cailloux, de vitesse du déplacement relatif et de temps à passer par ladite pièce dans ledit bain. Il est caractérisé en ce qu'il comprend une étape préliminaire de réduction des choix possibles pour lesdits paramètres de la tribofinition ou de la smuritropie, par application de plusieurs gammes exploratoires sur des éprouvettes identiques, présentant des formes géométriques simples. L'utilisation d'éprouvettes à formes géométriques simples permet de classifier l'effet des abrasifs pour pouvoir ensuite déterminer lequel est le mieux adapté et quelle est la meilleure procédure pour assurer la finition de pièces de grande dimensions, qu'il serait coûteux de fabriquer pour cette seule mise au point d'une gamme de finition. Préférentiellement le choix de l'abrasif, et éventuellement du liquide baignant lesdits cailloux, à utiliser pour la finition desdites pièces, est effectué à l'issue de ladite étape préliminaire. On réduit ainsi considérablement les opérations ultérieures à effectuer sur des pièces plus coûteuses, du seul fait que l'abrasif est choisi et que la définition de la procédure à appliquer a été dégrossie. Avantageusement les éprouvettes ont la forme de cylindres de révolution. Toute forme géométrique simple est utilisable mais l'emploi d'un cylindre de révolution donne des informations directes quant à l'action de pression frontale et à l'action de glissement des cailloux sur une pièce. Dans un mode particulier de réalisation, l'éprouvette se déplace en gardant la même face frontale dans son avancement relativement auxdits cailloux. De façon plus préférentielle l'éprouvette est portée par une broche circulant au sein d'une cuve cylindrique et effectuant une translation circulaire dans la cuve. L'invention porte également sur un dispositif pour la mise en oeuvre d'un procédé tel que décrit ci- dessus, comprenant une cuve cylindrique apte à recevoir des cailloux abrasifs et une machine-outil entraînant en rotation une broche conformée pour maintenir une éprouvette au sein de la cuve, caractérisé en ce que la broche effectue une translation circulaire dans ladite cuve, de sorte que l'éprouvette présente toujours la même face frontale à des cailloux abrasifs remplissant la cuve. 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 perspective d'un moyen d'essai pour l'analyse du polissage par grands déplacements, selon un mode de réalisation de l'invention ; - la figure 2 est une vue en perspective d'une éprouvette de polissage par grands déplacements ; - la figure 3 est une vue en perspective d'un détail du moyen de la figure 1, au cours de l'analyse de l'impact des grands déplacements sur l'éprouvette de la figure 2, et - la figure 4 est une vue schématique, de dessus, de l'éprouvette de la figure 2 au cours de l'analyse de l'impact des grands déplacements. En se référant à la figure 1, on voit un moyen d'essai 1 destiné à fournir des indications sur la façon dont des abrasifs agissent sur une éprouvette qui est représentative de l'état métallurgique d'une pièce aéronautique. Le moyen d'essai comprend un bâti 2 avec un socle 3 sur lequel est posée une cuve cylindrique 4. Le bâti 2 ne comporte pas de couvercle au dessus de ladite cuve, de façon à laisser le passage pour un outil, tel que la broche d'une machine-outil d'un centre d'usinage, qui porte ladite éprouvette et qui pourra ainsi venir plonger celle-ci à l'intérieur de la cuve. La cuve 4 a une forme cylindrique avec un fond 5 posé sur le socle 3 et deux parois cylindriques de révolution, une paroi interne 6i et une paroi externe 6e. Ces deux parois sont coaxiales et s'étendent perpendiculairement à partir du fond 5. La cuve ne comporte pas, elle non plus, de plafond de manière à laisser l'accès à la broche d'une machine-outil, comme indiqué ci-dessus. La cuve a ainsi une forme annulaire, dont la section est rectangulaire. Cette cuve 4 est montrée vide sur la figure 1 mais elle est destinée à accueillir des cailloux abrasifs dans lesquels plongera une éprouvette, comme le montre la figure 3. La figure 2 représente une éprouvette 7 pour l'évaluation de l'effet de divers abrasifs sur une pièce qui est animée d'un mouvement relatif par rapport à eux. L'éprouvette a une forme cylindrique avec un corps de cylindre plein 8, qui est surmonté d'une tête de fixation 9. Celle-ci est également cylindrique, d'un diamètre plus petit que celui du corps, avec sur sa face supérieure un trou 10 qui sert à centrer l'éprouvette sur la broche de la machine-outil et deux méplats 11 qui entament la partie circulaire de la tête 9 pour former des surfaces de positionnement circulaire et d'anti-rotation de l'éprouvette dans la broche. La figure 3 montre une éprouvette 7 immergée dans un bain 12 de pièces abrasives qui sont contenues dans la cuve 4. L'éprouvette 7 est portée par une broche 13 qui est orientée verticalement et qui plonge en direction du bain 12. La broche est animée d'un mouvement de translation circulaire autour de l'axe de révolution de la cuve 4 par l'intermédiaire d'une machine-outil 14. De la sorte l'éprouvette 7 décrit un cercle à l'intérieur du bain 12 en présentant toujours la même face frontale aux cailloux abrasifs qu'elle rencontre. De préférence les méplats 11 sont positionnés latéralement (ou frontalement) par rapport à la direction d'avancement, de façon à permettre un repérage a posteriori de la face qui a été en contact frontal (et des faces en contact latéral) avec les cailloux abrasifs. Ceci est mieux illustré sur la figure 4, qui montre les effets des abrasifs sur l'éprouvette 7 au cours de son mouvement au sein du bain 12. Des flèches indiquent le cheminement circulaire de l'éprouvette. La partie frontale du corps 8 de l'éprouvette 7, c'est à dire celle qui est située circulairement à égale distance des deux méplats 11 (dans la configuration préférentielle évoquée ci-dessus) subit essentiellement des impacts frontaux et est soumise à des actions de pression. Les parties latérales de ce corps 8, c'est-à-dire celles situées circulairement au niveau des méplats, subissent essentiellement des actions de glissement et sont sensibles à la vitesse de glissement des cailloux sur elles. Entre ces deux parties, la circonférence de l'éprouvette est soumise à une combinaison de ces deux actions élémentaires, avec de moindres pressions et de moindres vitesses de glissement que pour les deux zones précédentes. On va maintenant décrire le déroulement d'une étape de caractérisation des effets des abrasifs sur une pièce métallique lors des grands déplacements de celle-ci relativement aux cailloux abrasifs. Cette caractérisation a pour but d'être utilisée lors de la définition d'une gamme de tribofinition ou de smuritropie, que ce soit la pièce qui est en mouvement dans un bain d'abrasifs (comme c'est le cas dans l'exemple illustré sur la figure 3) ou que la pièce reste fixe et que les abrasifs soient mis en mouvement. Il convient de remarquer que les abrasifs peuvent être mis en mouvement de plusieurs façons. C'est bien évidemment le cas lorsqu'ils sont noyés dans un bain 12 de liquide et de cailloux, qui circule dans la cuve 4, mais ceci l'est aussi dans le cas où le bain 12 est soumis à des vibrations car des mouvements de circulation des cailloux apparaissent alors de façon spontanée au sein de ce bain. Il est donc important, que ce soit pour de la tribofinition ou pour de la smuritropie, d'essayer de caractériser l'effet sur une pièce métallique de son déplacement relatif par rapport à un bain d'abrasifs. Une phase de caractérisation consiste ainsi, en premier lieu, à déterminer quelles sont les caractéristiques métallurgiques de la pièce de turbomachine dont on veut assurer la finition par tribofinition ou smuritropie, en particulier le type et la texture du matériau de la pièce ainsi que son état de surface avant les opérations de finition et celui que l'on veut obtenir après cette finition. L'invention propose alors de réaliser des éprouvettes cylindriques 7 dans le même matériau, avec la même texture et avec le même état de surface que la pièce avant finition. Ces éprouvettes sont montées les unes après les autres, sur la broche 13 de la machine-outil 14 puis plongées dans le bain d'abrasifs 12, où elles sont entraînées en rotation dans la cuve 4 à des vitesses variables et au cours de durées également variables. Pour conserver la même face qui est en contact frontal aves les cailloux, la broche 13 est animée d'un mouvement de translation circulaire dans le bain 12 de cailloux abrasifs. Différents types d'abrasifs sont alors testés, que ce soit du fait de duretés différentes, de formes ou de tailles différentes pour les cailloux utilisés, de viscosités différentes pour le liquide dan s lequel baignent éventuellement les cailloux abrasifs, ou encore de tout autre paramètre pouvant influer sur le polissage ou le rayonnage d'une pièce en matériau métallique. Les résultats en termes d'état de surface obtenu en fonction du temps, et d'usure de l'éprouvette 7, tant au niveau de la partie frontale du corps 8 ou de sa partie latérale, en fin d'opération permettent d'effectuer une première sélection sur le type d'abrasif à utiliser, sur le temps d'opération et de façon plus générale sur tous les paramètres qui sont indépendants de la forme précise de la pièce dont on cherche à assurer la finition. La mise au point d'une gamme de tribofinition ou de smuritropie passe donc, selon l'invention, par une première étape qui consiste à déterminer, sur des éprouvettes de forme géométriques simples (comme des cylindres, représentés sur les figures, mais aussi des sphères, des parallélépipèdes rectangles, ... etc.), en les déplaçant linéairement ou circulairement dans un canal contenant des abrasifs, quel est celui de ces abrasifs qui est le mieux adapté pour atteindre le résultat recherché. Au cours de cette étape préliminaire est également définie une première approche du processus à suivre, en choisissant, entre autres, la vitesse de déplacement de la pièce et le temps à passer dans la cuve 4 de tribofinition ou de smuritropie. Une fois l'abrasif choisi et la procédure à suivre définie au cours de cette étape préliminaire, la mise au point de la gamme de tribofinition d'une pièce aéronautique se poursuit de la façon habituellement mise en oeuvre, avec une évaluation de cette ébauche de procédure sur des parties de la pièce qui sont fixées sur une pièce mannequin et une adaptation de la procédure pour rendre le résultat plus conforme aux attentes. Enfin une vérification finale et une éventuelle adaptation de cette procédure est effectuée sur une pièce de rebut représentative d'une pièce de production. Une fois ces nécessaires adaptations effectuées la procédure ainsi définie est validée et elle peut être diffusée comme gamme de tribofinition ou de smuritropie des pièces à produire en série. En conclusion l'étape préliminaire de caractérisation de l'abrasif sur des éprouvettes 7 à formes géométriques simples permet, par cette approche de type analytique appliquée sur des pièces bon marché et avec la mise en oeuvre d'un dispositif d'essai simple, de définir pas à pas le processus à suivre pour la finition des pièces, sans que soient utilisées pour cela des pièces qui sont rares et relativement chères.30 REVENDICATIONS1. Procédé de mise au point d'une gamme de finition d'une pièce de turbomachine par tribofinition ou smuritropie, ladite gamme comportant l'immersion de ladite pièce dans un bain (12) de cailloux abrasifs et la mise en oeuvre d'un mouvement relatif de translation par rapport auxdits cailloux, ledit procédé consistant à définir des paramètres à appliquer au cours de la tribofinition ou de la smuritropie, notamment en termes de qualité des cailloux abrasifs, de choix d'un liquide éventuel baignant lesdits cailloux, de vitesse du déplacement relatif et de temps à passer par ladite pièce dans ledit bain, caractérisé en ce qu'il comprend une étape préliminaire de réduction des choix possibles pour lesdits paramètres de la tribofinition ou de la smuritropie, par application de plusieurs gammes exploratoires sur des éprouvettes (7) identiques, présentant des formes géométriques simples. 2. Procédé selon la revendication 1 dans lequel le choix de l'abrasif, et du liquide baignant éventuellement lesdits cailloux, à utiliser pour la finition desdites pièces, est effectué à l'issue de ladite étape préliminaire. 3. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3 dans lequel les éprouvettes ont la forme de cylindres de révolution. 4. Procédé selon la revendication 3 dans lequel l'éprouvette se déplace en gardant la même face frontale dans son avancement relativement auxdits cailloux. 5. Procédé selon le revendication 4 dans lequel l'éprouvette est portée par une broche (13) circulant au sein d'une cuve cylindrique (4) et effectuant une translation circulaire dans la cuve. 6. Dispositif pour la mise en oeuvre d'un procédé selon l'une des revendications 1 à 5 comprenant une cuve cylindrique (4) apte à recevoir des cailloux abrasifs et une machine-outil (14) entraînant en rotation une broche (13) conformée pour maintenir une éprouvette au sein de la cuve (4), caractérisé en ce que ladite broche effectue translation circulaire dans ladite cuve, de sorte que l'éprouvette présente toujours la même face frontale à des cailloux abrasifs remplissant la cuve.