Brevet FR3027052A1 — publié le 20160415

PROCEDE DE FABRICATION D'UNE AUBE CREUSE COMPOSITE PAR FLEXION D'UN CAPOT, ET AUBE POUVANT ETRE FABRIQUEE PAR CE PROCEDE DESCRIPTION L'invention présente a trait à un procédé de fabrication d'une aube creuse composite par flexion d'un capot, et à une aube pouvant être fabriquée par ce procédé. L'aube dont il est question peut être une OGV (Outlet Guide Vane), c'est-à-dire une aube fixe d'un redresseur de l'écoulement des gaz, en aval d'un étage d'aubes mobiles appartenant au rotor d'une turbomachine, sans que d'autres genres d'aubes soient exclus. Les aubes peuvent être pleines, ou au contraire creuses quand on veut diminuer leur poids. Elles comportent alors une cavité interne et sont souvent construites en deux parties : une partie principale englobant la cavité, comportant une face ouverte pour permettre d'accéder à la cavité, et la réaliser par usinage ou par un procédé de mise en forme divers (fonderie, forge, estampage), et un capot qu'on assemble à la partie principale, de manière à clore l'ouverture et à former une face extérieure lisse et continue, nécessaire à un fonctionnement aérodynamique correct de l'aube. On peut citer les documents FR 2 956 875 A et FR 2 978 196 A pour illustrer certaines conceptions connues d'aubes creuses. Les modes d'assemblage traditionnels entre le capot et la partie principale sont le soudage et le collage. Or ces deux modes d'assemblage possèdent tous deux certains inconvénients : le soudage s'accompagne d'un abattement mécanique sur le joint soudé par rapport aux propriétés de la matière de base de l'aube, de contraintes résiduelles et de déformations dans l'aube, et implique des opérations d'usinage coûteuses pour rectifier la forme de la face extérieure ; et le collage peut avoir une tenue incertaine sur de longues durées, est assez sujet à la propagation de fissures, dès qu'il en apparait, ainsi qu'à l'attaque de certains agents chimiques, et impose souvent un surplus 3027052 2 de matière pour garantir visuellement la jonction des pièces sur le pourtour complet, qui dépasse du joint et qu'il faut retirer après le durcissement pour retrouver la surface extérieure lisse nécessaire au respect du profil géométrique de l'aube. On vérifie en effet visuellement par un fluage d'excès de colle qu'on a bien comblé la zone d'assemblage 5 collée entre les différentes pièces et que le joint de colle contient un taux de porosité acceptable pour garantir une tenue mécanique de ce même joint de colle. Des contrôles de la qualité de l'assemblage sont nécessaires, et le remplacement du capot pendant des campagnes d'entretien est difficile ou impossible. C'est pourquoi une amélioration de l'assemblage a été recherchée. Elle constitue le sujet de l'invention. 10 Celle-ci concerne, selon un aspect général, une aube creuse comprenant une partie principale et au moins un capot, le capot étant monté dans une ouverture de la partie principale de façon à clore l'ouverture et à former avec la partie principale une face extérieure essentiellement continue de l'aube, la partie principale comprenant encore une cavité communiquant à la face extérieure par l'ouverture, caractérisée en ce 15 que, le capot comprenant au moins une saillie s'étendant sur une partie d'une épaisseur du capot à distance de la face extérieure et sur des portions opposées de pourtour du capot, et la partie principale comprenant au moins un élargissement de l'ouverture, situé à distance de la face extérieure et dans lequel la saillie pénètre, le capot possède une partie centrale amincie entre deux portions opposées de la saillie, et le capot est fléchi 20 élastiquement à la partie centrale amincie, descendu dans l'ouverture sans frottement de la saillie contre un bord de l'ouverture, et relâché quand la saillie est descendue au niveau de l'élargissement. L'ajustement se fait ainsi par un simple emboîtement de formes, sans qu'aucun soudage ni collage soit nécessaire. Un collage peut tout de même être pratiqué 25 sans inconvénient afin de parfaire la liaison si nécessaire. La saillie du capot, retenue dans l'élargissement de l'ouverture, empêche l'extraction ou la chute du capot par la suite, lors du fonctionnement de la pièce. L'ajustement peut être très précis. Il faut aussi souligner, comme on l'abordera plus loin, que le procédé de fabrication ou d'assemblage d'une telle aube est très simple et n'implique aucun dommage au capot ni à la partie principale, 30 aucune déformation plastique n'étant notamment produite. 3027052 3 De plus, la combinaison d'une flexion associée à un amincissement du capot permet de créer facilement les déformations permettant de restreindre la largeur du capot pour le glisser par la partie la plus étroite de l'ouverture tout en restant dans le domaine élastique. 5 Dans un mode préféré de réalisation de l'invention, le procédé est entrepris sur une partie principale et un capot ayant l'élargissement et la saillie s'étendant exclusivement sur deux côtés opposés des pourtours de l'ouverture et du capot, et la partie centrale amincie forme une bande joignant deux portions opposées du capot dépourvues de la saillie. Une flexion simple, c'est-à-dire exercée autour d'un axe de 10 flexion unique, peut suffire souvent alors à emboîter le capot dans l'ouverture. Selon une autre conception avantageuse, le capot est composé d'un panneau plat d'épaisseur constante et de la saillie, qui s'étend sous une face principale du panneau. Les propriétés du panneau sont alors homogènes sur presque toute sa superficie. 15 Le capot est avantageusement fléchi en exerçant des efforts à des jonctions opposées de la saillie et de la partie centrale amincie, c'est-à-dire à la bordure de cette partie centrale. Un mode original de création de la flexion consiste à pourvoir le capot de nervures saillantes sur la face extérieure, en exerçant des efforts opposés sur les 20 nervures de manière à créer la flexion, et les nervures sont enlevées par usinage quand la saillie a pénétré dans l'élargissement de l'ouverture. Dans ce mode particulier de réalisation, des efforts en direction latérale appliqués sur les nervures sont suffisants pour produire la flexion. Un autre aspect de l'invention est une aube creuse pouvant être 25 construite par ce procédé, comprenant une partie principale et au moins un capot, la partie principale comprenant une cavité communiquant à une face extérieure de la partie principale par une ouverture, le capot étant monté dans l'ouverture de façon à la clore et comportant une face extérieure sensiblement continue avec la face extérieure de la partie principale, caractérisée en ce que le capot comprend au moins une saillie 30 s'étendant sur une partie d'une épaisseur du capot à distance de la face extérieure, et sur 3027052 4 des portions opposées de pourtour du capot, et la partie principale comprend au moins un élargissement de l'ouverture, situé à distance de la face extérieure et dans lequel la saillie pénètre, et le capot possède une partie centrale amincie entre deux portions opposées de la saillie. 5 L'invention sera décrite en liaison aux figures suivantes : -la figure 1 est une vue générale des deux parties de l'aube avant le montage, pour une réalisation particulière de l'invention ; -la figure 2 illustre ces deux parties en coupe ; -les figures 3 et 4 illustrent deux variantes de réalisation de la partie 10 principale ; -la figure 5 illustre le capot associé à la partie principale de la figure 4 ; -les figures 6, 7 et 8 détaillent trois étapes d'une première réalisation du procédé d'assemblage ; -et les figures 9, 10 et 11 représentent trois variantes d'une autre 15 réalisation du procédé d'assemblage. Une réalisation schématique d'aube creuse apparaît à la Figure 1. Elle illustre une portion principale 1, pourvue de pattes d'attache 2 à un stator non représenté d'une machine tournante à une portion de tête et d'autres pattes d'attache 3 à un anneau de liaison, également classique, d'un étage circulaire de telles aubes, à une 20 portion de pied. La portion principale 1 comprend une cavité 4 interne s'ouvrant à une face principale d'intrados ou d'extrados. L'aube comprend encore un capot 5, apte à clore l'ouverture de la cavité 4 en s'ajustant sur elle. On passe à la Figure 2. Le capot 5 est ici une plaque plane ou non, dont le pourtour porte une saillie 6 à distance d'une face extérieure 7 du capot 5. La saillie 6 25 s'étend par contre jusqu'à une face de fond, opposée à la face extérieure 7, du capot 5. L'ouverture 8 de la partie principale 1, menant de la face extérieure 9 de celle-ci à la cavité 4, comprend quant à elle un élargissement 10 à distance de la face extérieure 9, et qui est limité en direction de la cavité 4 par une face d'appui 11 dirigée vers l'extérieur de la partie principale, l'ouverture 8 étant ainsi en forme de feuillure. 3027052 5 Le capot 5 comprend encore deux particularités. La première est qu'une partie centrale amincie 12 est formée à sa face intérieure, opposée à la face extérieure 7 déjà mentionnée, et donc au niveau des saillies 6. Dans le mode de réalisation représenté, le panneau 5 se compose en réalité d'un panneau plat 13 dont deux côtés opposés sont 5 prolongés à la fois vers le bas et vers l'extérieur par les saillies 6 qui s'étendent sous le panneau plat 23. La deuxième particularité, qui n'est toutefois pas obligatoire, est que des nervures 14 sont érigées sur la face extérieure 7 du capot 5. Ces nervures 14 s'étendent aux extrémités de la partie centrale amincie 12, aux jonctions qu'elles font avec les saillies 6. 10 La Figure 3 montre que l'élargissement 10 s'étend sur tout le pourtour de l'ouverture 8, et que la saillie 6 s'étend, elle aussi, sur tout le pourtour du capot 5. Des saillies et des élargissements s'étendant sur quelques parties du pourtour pourraient toutefois suffire. Le nombre des saillies et des élargissements, leurs positions sur le pourtour et leurs étendues ne sont alors pas critiques : des saillies peu nombreuses et 15 étroites peuvent suffire. Il convient simplement que, si la saillie 6 n'est pas continue sur le pourtour du capot, elle s'étende sur des portions opposées du pourtour de façon à éviter son extraction par rotation. Dans un mode de réalisation plus particulièrement préféré de l'invention (figures 4 et 5), l'élargissement 10 s'étend sur deux côtés opposés seulement 20 de l'ouverture 8, les autres côtés restant droits ; il en va de même pour le capot 5, qui porte des saillies 6 formant deux bandes latérales, la partie centrale amincie 12 étant aussi en forme de bande joignant les côtés dépourvus de saillie, qui restent droits. La fabrication de l'aube peut alors s'effectuer de la façon suivante. Comme l'indique la figure 6, une flexion est appliquée au capot 5 en exerçant des efforts 25 opposés sur les nervures 14, par exemple en les écartant. Le dispositif 15 appliquant ces efforts peut être constitué d'une vis écartant des mors. Quand une flexion suffisante a été produite, le capot 5 est descendu dans l'ouverture 4 de la partie principale 1 (figure 7) sans que les saillies 6 frottent sur le bord de la partie supérieure, la plus étroite de l'ouverture 4. On ajoute avantageusement une butée au dispositif 15 afin de limiter la 30 déformation au domaine élastique. La flexion est alors interrompue, le dispositif 15 est 3027052 6 retiré et les nervures 14 sont enlevées par une étape finale d'usinage pour aplanir la face extérieure 7 (figure 8). Cette étape est facile à réaliser en particulier en utilisant un outil préprogrammé, même si la surface de l'aube est gauche (non plane), car les nervures sont à des emplacements connus. 5 On mentionnera brièvement (figures 9 à 11) un autre procédé possible de fabrication de l'aube en faisant fléchir le capot 5. Dans cette autre réalisation, les nervures 14 sont inutiles et sont donc omises. Des ventouses 16 sont collées sur la face extérieure 7 et déplacées séparément dans des sens opposés. Dans le mode de réalisation de la figure 9, on dispose de trois ventouses 16, une centrale, au-dessus de la partie 10 amincie 12, et les deux autres aux bords de cette partie amincie 12. La ventouse 16 centrale est pressée vers le bas, les deux autres tirées vers le haut. Ainsi que le représente la figure 10, le même dispositif reproduit la flexion avec des efforts plus dirigés en sens inverse, la ventouse 16 centrale étant soumise à un effort vers le haut et les ventouses 16 latérales à un effort opposé vers le bas. La figure 11 représente un dispositif à quatre 15 ventouses 16 pouvant produire une forme de flexion un peu différente, avec une ventouse latérale 16 de chaque côté et deux ventouses centrales 16 remplaçant la ventouse centrale unique des réalisations précédentes. La ou les ventouses 16 pressées vers le bas pourraient être remplacées par un dispositif rigide tel qu'une contre-forme. Un avantage fondamental du procédé est qu'il est rapide et facile à 20 mettre en oeuvre et peu coûteux en termes d'investissement. Aucun joint de colle, cordon de soudure ou joint de brasure n'est requis, les pièces tenant par une simple imbrication de formes. On évite alors les inconvénients spécifiques à ces procédés impliquant la création d'un joint (nécessité de reprendre la surface de jointure (cordon de soudure ou excès de colle), de préparer les surfaces au préalable, d'employer des produits finis dont 25 certains sont fortement volatils, de contrôler l'assemblage) ; de tels joints ou cordons peuvent toutefois être ajoutés si on le souhaite. Reprendre la surface complexe de l'aube au voisinage d'un cordon de soudure ou d'excès de colle dont la largeur peut varier rend problématique l'emploi d'un outil préprogrammé et augmente le taux de rebut si cette tâche est réalisée par un outil à commande manuelle, et dans tous les cas augmente de 30 manière importante le coût de fabrication de la pièce. De même, il est possible de 3027052 7 travailler à température ambiante, mais l'insertion du capot 5 dans l'ouverture 8 peut encore être facilitée s'il est contracté par refroidissement (ou si au contraire la partie principale est dilatée par chauffage). L'assemblage conforme à l'invention aura la même durée de vie que la pièce alors que les assemblages, collés notamment, peuvent vieillir. 5 Enfin, il est possible de séparer de nouveau le capot 5 de la partie principale 1 en cas de besoin, si par exemple une réparation de l'aube impliquant le remplacement d'une des deux pièces est nécessaire : le dispositif aux ventouses 16 peut être remis en place pour fléchir de nouveau le capot 5 avant de le retirer. L'invention conviendra particulièrement aux métaux et alliages 10 relativement peu rigides et dont la limite d'élasticité est élevée, comme c'est le cas des alliages d'aluminium et de titane. On a représenté des saillies 6 s'avançant uniformément, le bord latéral du capot 5 étant en forme de gradin ; d'autres dispositions seraient possibles, comme des saillies résultant de bords uniformément inclinés. 15 REVENDICATIONS1. Procédé de fabrication d'une aube creuse comprenant une partie principale (1) et au moins un capot (5), le capot étant monté dans une ouverture (8) de la partie principale de façon à clore l'ouverture et à former avec la partie principale une face extérieure (7, 9) essentiellement continue de l'aube, la partie principale comprenant encore une cavité (4) communiquant à la face extérieure (9) par l'ouverture (8), caractérisé en ce que, le capot comprenant au moins une saillie (6) s'étendant sur une partie d'une épaisseur du capot à distance de la face extérieure (7), et sur des portions opposées de pourtour du capot, et la partie principale comprenant au moins un élargissement (10) de l'ouverture (8), situé à distance de la face extérieure (9) et dans lequel la saillie pénètre, le capot possède une partie centrale amincie (12) entre deux portions opposées de la saillie, et le capot est fléchi élastiquement à la partie centrale amincie, descendu dans l'ouverture (8) sans frottement de la saillie contre un bord de l'ouverture, et relâché quand la saillie est descendue au niveau de l'élargissement. 2. Procédé de fabrication d'une aube creuse suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est entrepris sur la partie principale (1) et le capot (5) ayant l'élargissement de l'ouverture et la saillie s'étendant exclusivement sur deux côtés opposés des pourtours de l'ouverture (8) et du capot (5), et la partie centrale amincie (12) forme une bande joignant deux côtés opposés du capot dépourvus de la saillie. 3. Procédé de fabrication d'une aube creuse suivant l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le capot est composé d'un panneau plat (13) d'épaisseur constante et de la saillie (6), qui s'étend sous une face principale du panneau (13). 3027052 9 4. Procédé de fabrication d'une aube creuse suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le capot est fléchi en exerçant des efforts à des jonctions opposées de la saillie (6) et de la partie centrale amincie (12). 5 5. Procédé de fabrication d'une aube creuse suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le capot est construit avec des nervures (14) saillant sur la face extérieure (7), le capot est fléchi en exerçant des efforts opposés sur les nervures, et les nervures sont enlevées par usinage quand la saillie (6) a pénétré dans l'élargissement (10). 10 6. Aube creuse, comprenant une partie principale (1) et au moins un capot (5), la partie principale comprenant une cavité communiquant à une face extérieure (9) de la partie principale (1) par une ouverture (8), le capot étant monté dans l'ouverture (8) de façon à la clore et comportant une face extérieure (7) sensiblement continue avec 15 la face extérieure (9) de la partie principale, caractérisée en ce que le capot comprend au moins une saillie (6) s'étendant sur une partie d'une épaisseur du capot à distance de la face extérieure (7), et sur des portions opposées de pourtour du capot, et la partie principale comprend au moins un élargissement (10) de l'ouverture (8), situé à distance de la face extérieure (9) et dans lequel la saillie pénètre, et le capot possède une partie 20 centrale amincie (12) entre deux portions opposées de la saillie.