Brevet FR3025124A1 — publié le 20160304

PROCEDE DE FABRICATION DE SUPPORTS D'ANNEAUX D'ORGANE DE TURBOMACHINE DESCRIPTION Le sujet de l'invention présente est un procédé de fabrication de supports d'anneaux d'organe de turbomachine. Les supports d'anneaux d'organe de turbomachine considérés ici s'étendent sur des secteurs des troncs de cône s'étend un axe longitudinal dans un stator et reçoivent à leur face intérieure par rapport à l'axe longitudinal une garniture d'étanchéité pouvant être en nid d'abeille (dite « abradable »), qui entoure un étage circulaire d'aubes mobiles du rotor de la machine et sert à réduire les jeux. Les supports possèdent des parties d'assemblage à des structures adjacentes du stator et, en particulier, ce qu'on appelle un « rail », saillant à leur face extérieure par rapport à l'axe longitudinal. On connaît plusieurs procédés de fabrication pour les fabriquer. Le premier d'entre eux est fondé sur le forgeage, mais il nécessite une machine puissante, des matrices de forgeage de formes complexes, et un travail à chaud pouvant imposer des précautions pour préserver la qualité de l'alliage, en empêchant, par exemple, l'apparition de calamine. Dans un autre procédé, on recourt à un assemblage soudé ou brasé de tôles fines pour former le support. La résistance de l'assemblage peut toutefois être problématique, en raison des dilatations thermiques importantes auxquelles ces pièces sont soumises en service, et la fabrication peut rester compliquée. On propose ici un procédé nouveau, qui permet de fabriquer de tels supports d'anneau de turbine avec seulement des opérations simples. Sous une forme générale, l'invention concerne un procédé de fabrication de supports d'anneau d'organe de turbomachine, lesdits supports s'étendant sur des secteurs de tronc de cône, recevant une garniture d'étanchéité à une face intérieure et un rail de montage à une face extérieure opposée à la face intérieure, le rail de montage comprenant une dépression limitée par une collerette s'élevant dans une 3025124 2 direction radiale extérieure du support, caractérisé en ce qu'il consiste, partant d'au moins une tôle plane ayant une épaisseur au moins égale à une distance entre la face intérieure et la face extérieure plus une hauteur de la collerette, à cintrer et souder ensemble la tôle ou les tôles en une virole cylindrique en cercle fermé, à conformer la 5 virole cylindrique dans un outillage en virole conique, à usiner une face extérieure de la virole conique pour y façonner le rail, et à sectionner la virole conique pour la diviser en secteurs correspondant aux supports. Les caractéristiques essentielles de l'invention sont, en d'autres termes, qu'on part de tôles épaisses dans lesquelles les reliefs des rails sont taillés, en renonçant à 10 tout assemblage de tôles fines, tout en limitant au minimum les reprises d'usinage ; et qu'on procède à la fabrication simultanée d'un cercle des supports, au lieu de les fabriquer un à un. Plusieurs avantages sont alors obtenus, qu'on détaillera plus loin. Le cintrage préliminaire de la tôle ou des tôles à une forme cylindrique peut s'effectuer par un outillage simple de déformation, de même que l'étape suivante de 15 pressage et de conformation à une forme conique, en recourant à un appareil à mors multiples concentriques. La forme circulaire, fermée et régulière, de l'ébauche permet aussi des opérations d'usinage simple pour façonner le rail par le pressage puis l'usinage, ce dernier pouvant consister en un tournage. Il est à noter que les étapes de cintrage et de conformation, qui 20 n'impliquent pas de déformations importantes, peuvent être faites à froid, ce qui simplifie le procédé et évite de devoir considérer les conséquences d'un chauffage sur les propriétés finales de la pièce. Les différents procédés de fabrication doivent respecter les cotes du produit demandé. Mais comme la dernière étape importante est ici un usinage, cette 25 condition peut facilement être respectée ; certaines portions, comme la face intérieure qui n'est pas apparente mais reçoit la garniture d'étanchéité, peuvent toutefois rester brutes. La fabrication à des cotes correctes est aussi plus facile à obtenir dans un mode de réalisation important de l'invention où les mors et la couronne statique ont les profils biconiques, symétriques autour d'un plan médian, de manière à conformer une 3025124 3 virole doublement conique ou biconique, symétrique de part et d'autre d'un plan médian, ce qui tend à équilibrer les efforts axiaux appliqués, et les déformations de l'outillage. Les différents aspects d'une réalisation purement illustrative de l'invention seront maintenant décrits plus en détails au moyen des figures suivantes : 5 la figure 1 est une représentation d'un support connu ; la figure 2 illustre la tôle plane utilisée au départ de l'invention ; la figure 3, son cintrage en une virole cylindrique ; les figures 4 et 5, la presse d'emboutissage en une virole biconique selon deux directions de vue ; 10 la figure 6, le choix d'un emboutissage en deux passes ; la figure 7, la façon dont l'usinage est mené ; les figures 8 et 9 sont des représentations d'un support de l'invention selon deux directions de vue ; et les figures 10 et 11 illustrent les extrémités latérales 15 respectives du support connu et d'un support produit selon l'invention. La figure 1 représente un support d'anneau de d'organe de turbomachine tel qu'une turbine construit par soudage et brasage de tôles fines, conformément à une technique connue. Une tôle principale 1 est de forme conique plus 2 0 ou moins régulière sur un secteur angulaire, et comporte une face intérieure sur laquelle une garniture d'étanchéité 2, en nid d'abeille, abradable, est fixée ; sa face extérieure est munie d'un rail de montage 3 extérieur, constitué d'une deuxième tôle fine, recourbée de manière à présenter deux collerettes 4 et 5 saillantes, s'élevant en direction radiale extérieure, et une dépression 6 intermédiaire. Un autre rail de montage 7, également à 25 section en U mais dont la concavité centrale est dirigée en direction axiale de la machine, est présent à une extrémité axiale. Les rails 3 et 7 sont tous deux brasés à la tôle principale 1. Ainsi qu'on l'a vu, la fabrication du support peut être compliquée et sa tenue imprévisible avec le temps et les nombreux cycles de déformations thermiques auxquels il sera soumis. La figure 10 illustre la forme particulière du support à chacune de ses 30 extrémités angulaires : on y brase deux autres tôles 25 et 26 sur la face extérieure de la 3025124 4 tôle principale 1, de manière à épaissir la section du support et à pouvoir exécuter un fentage 27 à sa face latérale, le fentage 27 étant destiné à recevoir, quand le support est monté et adjacent à un support semblable, une portion d'une tôle d'étanchéité couvrant le jeu entre les deux supports. Ces tôles 25 et 26 compliquent encore la fabrication du 5 support. Dans la figure 1 comme dans d'autres, on a représenté l'axe X longitudinal de la machine où les supports seront montés, en s'ordonnant en cercles autour de cet axe X. On aborde maintenant la description de l'invention en commençant par la figure 2. La matière première est constituée d'une tôle 8 plane, ou d'un petit nombre de telles tôles 8. La tôle 8 ou les tôles 8 passent par une installation de cintrage, qui 10 permet de les courber jusqu'à obtenir une virole cylindrique 9 (figure 3), que l'on rend continue en fermant le cercle par soudage, après avoir abouté les bords d'extrémité. Il est préférable d'utiliser aussi peu de tôles 8 que possible et c'est pourquoi l'utilisation d'une paire ou d'un trio de tôles 8, dont chacune est courbée en demi-cercle ou en tiers de cercle, peut être un bon compromis ; mais une seule tôle 8 peut être courbée en cercle 15 entier malgré son épaisseur. L'étape suivante, représentée aux figures 4 et 5, consiste à conformer la virole cylindrique 9 en une virole conique et, plus avantageusement, une virole biconique 10, de manière à suivre l'évolution de rayon dans la turbine. La virole cylindrique 9 est mise dans un équipement comprenant un outillage d'emboutissage tel qu'une presse 20 comprenant une rangée circulaire de mors 11, à déplacement radial concomitant qu'une broche conique centrale 23 repousse ensemble, et une couronne 12 statique, qui leur fait face et leur est concentrique. La forme biconique est obtenue par une concavité de la couronne statique, et une saillie des mors 11, au centre. En déplaçant les mors 11 vers la couronne 12, la virole cylindrique 9 est déformée et prend la forme biconique souhaitée. 25 L'emboutissage peut comporter une part d'expansion, qui augmente le rayon de la virole biconique 10. On remarque que la couronne 12 est formée de deux étages 12a et 12b superposés, qu'il est possible de séparer en levant l'étage 12a supérieur, pour introduire puis retirer les viroles 9 ou 10. Il est utile d'éviter des déséquilibres excessifs d'efforts pendant cette 30 opération, qui pourraient avoir pour conséquence la perte de bonnes cotes de 3025124 5 fabrication. La forme circulaire de la presse permet une égalisation des efforts en direction angulaire ; et le déséquilibre des efforts en direction axiale de la virole 9 ou 10 peut être annulé, si l'outillage est comme ici symétrique de part et d'autre d'un plan médian, grâce au profil biconique des mors 11 et de la couronne 12. 5 Il est à noter que toutes ces étapes du procédé peuvent s'effectuer à froid, ce qui est permis par le faible niveau de déformation subi par la matière, aussi bien à l'étape de cintrage (la déformation étant répartie sur une grande longueur), qu'à l'étape de mise en conformation à une forme biconique. Cette étape de conformation par emboutissage sera en général faite en 10 deux passes, à cause des discontinuités entre les mors 11 le long de la rangée circulaire ; après une première passe, la virole biconique 10 sera déplacée angulairement d'un pas entre mors 11 correspondant à quelques degrés, de manière à placer chaque portion du pourtour devant l'un des mors 11 à l'une ou l'autre des passes (figure 6) et uniformiser ainsi la circularité de la virole biconique 10, en éliminant les portions plates subsistant 15 entre les mors 11 après la première passe. La figure 7 illustre la forme de la virole biconique 10 en superposition à une paire des supports 19 à obtenir. Les opérations de fabrication consisteront maintenant en des usinages et notamment des tournages dans une machine à commande numérique classique. La forme biconique symétrique de la virole 10, conçue pour égaliser 20 les efforts en direction axiale à presse d'emboutissage, ainsi qu'on l'a mentionné, est prévue pour donner un cercle des supports 19 à chacune de ses moitiés. La virole biconique 10 comprend une surface intérieure 13 et une face extérieure 14. La face intérieure 13 reste pour l'essentiel brute, exempte d'usinage sur au moins la plus grande partie de sa superficie, si ce n'est en creusant une échancrure 15 à une extrémité de 25 chacun des supports 19, dans laquelle on installera le rail 7, maintenu depuis la conception antérieure. Un usinage complet de la face extérieure 14 sera au contraire entrepris, puisque les cotes des supports 19 doivent être précises et avec un bon état de surface à cet endroit, contrairement à la plus grande partie de la face intérieure 13, qui reçoit la garniture d'étanchéité 2 et n'est donc pas apparente ; on creusera en particulier 30 une gorge 16 correspondant à la concavité 6 du rail 3 de la conception précédente, et on 3025124 6 façonnera une collerette 17 semblable à la collerette 5, à l'extrémité de chacun des supports 19. Les dernières opérations consisteront en un croquage des extrémités 20 de la virole biconique 10, en une première étape de division de celle-ci de manière à séparer les deux cercles des supports 19, en enlevant complètement le centre 21, et en une 5 découpe des deux cercles des supports 19, qu'on sectionne en secteurs angulaires, afin de séparer les supports 19 les uns des autres. Les fentages 27 sont exécutés aux extrémités latérales dans une étape finale, directement au milieu de l'épaisseur de la tôle (figure 11). Les figures 8 et 9 illustrent un des supports 19 finalement obtenus, 10 après qu'on y a installé le rail 7 et la garniture d'étanchéité 2. La portion comprenant la gorge 16 et la collerette 17, taillée dans la masse de la virole biconique 10, est aux mêmes cotes que la concavité 6 et la collerette 5 de la conception antérieure, de sorte que le support 19 pourra parfaitement remplacer le support 1. Il est à noter que, formé d'une tôle 8 plus épaisse que la tôle du support 1, le support 19 sera plus lourd. Cet 15 inconvénient peut toutefois être atténué en creusant sa face extérieure par des fraisages 22 au centre, sans atteindre la gorge 16. Les fraisages 22 sont discontinus et ne concernent pas les bords des supports 19. Le remplacement du rail 3 rapporté par une portion monobloc du support 19 contribue à la cohésion de celui-ci. Le procédé de fabrication peut être 20 accompli avec simplicité, et il conduit de façon fiable à des cotes correctes. Les reprises d'usinage sont ainsi réduites à un minimum. REVENDICATIONS1) Procédé de fabrication de supports (19) d'anneau d'organe de turbomachine tel qu'une turbine, lesdits supports s'étendant sur des secteurs de tronc de cône, recevant une garniture d'étanchéité (2) à une face intérieure et un rail de montage à une face extérieure opposée à la face intérieure, le rail de montage comprenant une dépression (16) limitée par une collerette (17) s'élevant dans une direction radiale extérieure du support (19), caractérisé en ce qu'il consiste, partant d'au moins une tôle plane (8) ayant une épaisseur au moins égale à une distance entre la face intérieure et la face extérieure plus une hauteur de la collerette, à cintrer et souder ensemble la tôle ou les tôles en une virole cylindrique (9) en cercle fermé, à conformer la virole cylindrique dans un outillage en une virole conique (10), à usiner une face extérieure (14) de la virole conique pour y façonner le rail, et à sectionner la virole conique pour la diviser en secteurs correspondant aux supports (19). 2) Procédé de fabrication selon la revendication 1, caractérisé en ce que les étapes consistant à cintrer et à conformer sont faites à froid. 3) Procédé de fabrication selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'outillage dans lequel la virole cylindrique est conformée comprend une rangée circulaire de mors (11) à expansion radiale et une couronne statique (12) extérieure entourant la rangée circulaire. 4) Procédé de fabrication selon la revendication 3, caractérisé en ce que la virole cylindrique (9) est conformée dans l'outillage en deux passes d'expansion des mors, et tournée entre les deux passes d'expansion d'un pas angulaire entre les mors (11). 5) Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce que les mors et la couronne statique ont des profils biconiques symétriques autour d'un plan médian, et la virole conique (10) est biconique. 6) Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la face intérieure (13) des supports reste exempte d'usinage au moins sur une plus grande partie de sa superficie. 3025124 8 7) Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'usinage de la face extérieure de la virole conique comporte un tournage qui façonne le rail, et des fraisages (22) discontinus, à des portions centrales des supports (19). 5 8) Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les tôles sont au nombre de deux ou trois.