Brevet FR3104050A1 — publié le 20210611

L’invention concerne notamment un procédé de fabrication d’une paroi annulaire pour une turbomachine d’aéronef, cette paroi ayant une forme conique ou tronconique autour d’un axe longitudinal (A) et comportant une bride annulaire de fixation à au moins une de ses extrémités longitudinales, cette paroi étant réalisée en alliage métallique et comportant au moins une surface annulaire aérodynamique destinée à être balayée par un flux de gaz en fonctionnement de la turbomachine. Selon l’invention la paroi et au moins une partie de sa bride sont réalisées d’une seule pièce par déformation plastique d’une tôle (30), cette déformation plastique étant réalisée par l’intermédiaire d’au moins un galet (40) qui est appliquée en force sur la tôle (30) solidaire d’un mandrin (50) tournant autour dudit axe (A). Figure pour l'abrégé : Figure 6 PROCEDE DE FABRICATION D’UNE PAROI ANNULAIRE DE TURBOMACHINE D’AERONEF Domaine technique de l'invention La présente invention concerne un procédé de fabrication d’une paroi annulaire d’une turbomachine d’aéronef, cette paroi étant par exemple un cône ou une virole d’échappement. Arrière-plan technique Un turboréacteur comprend une manche d'entrée d'air, à l'amont, par laquelle l'air est aspiré dans le moteur et une tuyère à l'aval par laquelle les gaz chauds produits par la combustion d'un carburant sont éjectés pour fournir une partie de la poussée au moins. Entre la manche d'entrée et la tuyère d'éjection des gaz, l'air aspiré est comprimé par des moyens de compression, chauffé et détendu dans des turbines qui entraînent les moyens de compression. Les turboréacteurs multi-flux comportent en plus, au moins un rotor de soufflante déplaçant une masse importante d'air, formant le flux secondaire et fournissant l'essentiel de la poussée, le flux primaire étant la partie du flux d'air aspiré qui est chauffée puis détendue dans la turbine, avant d'être éjectée à travers la tuyère de flux primaire. Un turboréacteur est constitué de rotors montés sur une structure fixe par l'intermédiaire de paliers. La structure fixe présente à l'amont un carter supportant les paliers amont et formant le carter dit intermédiaire. A l'aval du moteur, la structure supportant les paliers forme le carter d'échappement. Ce dernier comprend un moyeu et des viroles annulaires reliées entre elles par des bras radiaux, ces derniers traversant la veine de flux primaire. En aval du carter d'échappement la veine est délimitée extérieurement par la tuyère d'éjection du flux primaire et, intérieurement, par une pièce de forme globalement tronconique que l'on désigne par l'expression cône d'échappement. Cette pièce est généralement fixée au carter d'échappement par l’intermédiaire d'une bride située sur le bord amont du cône d'échappement. De tels cônes sont généralement réalisés en quatre quarts de cône soudés longitudinalement car le matériau utilisé (en particulier un alliage à base de Titane) présente un retour élastique très important et ne permet pas de réaliser le roulage d’une tôle en une ou même deux parties pour former un cône. Par ailleurs, un disque est soudé à l’aval du cône sur le petit diamètre et la bride de fixation au carter est soudée à l’amont. Cette bride est fabriquée en laminage circulaire ou est filée puis roulée soudée par étincelage. Ainsi les nombreuses opérations d’assemblages, et en particulier les nombreuses soudures rendent le cycle de fabrication d’un cône d’échappement long et couteux. L’invention vise ainsi à améliorer le procédé de fabrication d’un tel cône d’échappement et proposer un cône ne présentant pas ces inconvénients. L’invention propose pour cela un procédé de fabrication d’une paroi annulaire pour une turbomachine d’aéronef, cette paroi, par exemple de forme conique ou tronconique, s’étendant autour d’un axe longitudinal et comportant une bride annulaire de fixation à au moins une de ses extrémités longitudinales, cette paroi étant réalisée en alliage métallique et comportant au moins une surface annulaire aérodynamique destinée à être balayée par un flux de gaz en fonctionnement de la turbomachine. Selon l’invention, la paroi et au moins une partie de sa bride sont réalisées d’une seule pièce par déformation plastique d’une tôle, cette déformation plastique étant réalisée par l’intermédiaire d’au moins un organe de mise en forme, tel qu’un galet, qui est appliqué en force sur la tôle solidaire d’un mandrin tournant autour dudit axe. L’invention permet ainsi de fabriquer une paroi de forme conique, notamment un cône ou une virole d’échappement, sans soudure et en intégrant en particulier la bride et le disque de manière monobloc. L’invention permet ainsi de supprimer la découpe laser, le roulage, les soudures longitudinales et circulaires ainsi que le contrôle des soudures longitudinales des quatre quarts de cône, de la soudure circulaire et d’échappement de l’art antérieur. L’invention permet en outre d’éviter la fabrication et l’assemblage des éléments rapportés tels que la bride et le disque ainsi que le traitement thermique de l’ensemble. En fusionnant des pièces (disque annulaire, bride) précédemment rapportées et assemblées par des procédés de soudage / assemblage, l’invention permet aussi un gain de masse lié à la disparition des moyens de fixations des pièces entre elles, le gain est très faible car il représente uniquement les surépaisseurs de soudure. L’invention permet aussi de limiter les effets de retour élastique liés à la mise en forme de la tôle en B21S. L’invention permet ainsi de réduire les cycles, couts de fabrication et d’optimiser la masse d’un cône d’échappement. Le procédé selon l’invention peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques ci-dessous, prises isolément les unes avec les autres ou en combinaison les unes avec les autres : la tôle est plane avant déformation plastique ; la tôle a une forme carrée ou ronde avant déformation plastique ; la déformation plastique est réalisée par fluotournage, l’épaisseur de la tôle après déformation étant inférieure à l’épaisseur de la tôle avant déformation ; la déformation plastique est réalisée par repoussage, l’épaisseur de la tôle après déformation étant sensiblement égale à l’épaisseur de la tôle avant déformation ; la tôle a une épaisseur supérieure à 5mm, voire supérieure à 7mm, avant déformation plastique ; la tôle a une épaisseur inférieure ou égale à 30mm, et de préférence à 20mm ; le mandrin a une forme conique ou tronconique et comprend une gorge annulaire configurée pour recevoir de la matière et pour définir ladite bride ; après déformation plastique, une partie de la tôle est destinée à combler complètement la gorge pour définir ladite bride ; après déformation plastique, une partie de la tôle est destinée à recouvrir une bande de matière rapportée dans ladite gorge ; après déformation plastique, la bride est usinée ; avant ou après déformation plastique, la tôle est usinée pour définir au moins une partie de la bride ; la paroi est un cône ou une virole d’échappement ; et la déformation plastique est réalisée à chaud, en chauffant la tôle jusqu’à une température prédéterminée, par exemple jusqu’à environ 900°C. L’invention concerne aussi un cône ou virole d’échappement fabriqué par un procédé tel que décrit précédemment, dans lequel il ou elle comprend une paroi annulaire, par exemple de forme conique ou tronconique, s’étendant autour d’un axe longitudinal et comportant une bride annulaire de fixation à au moins une de ses extrémités longitudinales, cette paroi étant réalisée en alliage métallique et comportant au moins une surface annulaire aérodynamique destinée à être balayée par un flux de gaz en fonctionnement de la turbomachine, la paroi et au moins une partie de sa bride étant réalisées d’une seule pièce à partir d’une tôle déformée plastiquement, cette paroi étant exempte de cordon de soudure. Brève description des figures D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaitront au cours de la lecture de la description détaillée qui va suivre pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés dans lesquels : La figure 1 est une vue schématique en coupe axiale d’une turbomachine à double flux ; La figure 2 est une vue schématique en perspective et en coupe axiale d’un cône d’échappement ; La figure 3 est une vue schématique en coupe axiale d’un cône d’échappement ; La figure 4 est une vue schématique en coupe axiale d’une partie d’un cône d’échappement comprenant une bride ; La figure 5 est une vue schématique en coupe axiale d’un mandrin et d’une tôle au cours d’un procédé de fabrication d’un cône d’échappement ; La figure 6 est une vue schématique similaire à celle de la figure 5 lors d’une étape ultérieure du procédé ; La figure 7 est une vue schématique en coupe axiale d’une partie d’un mandrin et d’une tôle au cours d’un procédé de fabrication d’un cône d’échappement ; La figure 8 est une vue schématique en coupe axiale d’une partie d’un cône d’échappement; La figure 9 est une vue schématique d’une partie d’un mandrin et d’une tôle au cours d’un procédé de fabrication d’un cône d’échappement ; La figure 10 est une vue schématique en coupe axiale d’une partie d’un cône d’échappement; et La figure 11 est une vue schématique des étapes du procédé de fabrication d’un cône d’échappement selon une variante de réalisation de l’invention. Description détaillée de l'invention Une turbomachine est représentée sur la figure 1. Il s’agit d’une turbomachine à double flux et double corps avec successivement de l’aval vers l’amont, c’est-à-dire dans le sens du parcours de l’air dans le moteur, une entrée d’air 1 à l’amont, une soufflante 2 débitant l’air dans un canal annulaire 3 de flux secondaire F2 et vers des compresseurs 4 de flux primaire F1 au centre, une chambre de combustion 5, et des étages de turbine 6. A l’aval, des rotors sont supportés par un carter d’échappement 7. Le flux primaire F1 est éjecté à travers une tuyère 8 de flux primaire en aval du carter d’échappement 7. Le flux est annulaire et la veine du flux primaire F1 est délimitée intérieurement par un cône ou virole d’échappement 9. Le cône d’échappement 9 est une pièce creuse de forme sensiblement tronconique, solidaire du carter d’échappement 7 et ouvert du côté aval. Un tel cône d’échappement 9 est mieux visible sur les figures 2 et 3. Ce cône d’échappement 9 comprend une paroi 10 de forme conique ou tronconique autour d’un axe longitudinal A. Il présente notamment un angle de 20°, le grand diamètre faisant environ 1200mm et le petit diamètre 90mm. Cette paroi 10 est réalisée en alliage métallique, notamment à base de Titane tel que du Ti 6242 plus économique que le B21S. Cette matière a ainsi l’avantage d’être approvisionnable en une épaisseur supérieure à celle du B21S, ce qui permet d’utiliser tous les procédés industriels de formage tels que le fluotournage / repoussage / forgeage / formage à chaud / usinage et d’éviter ainsi des soudures de l’art antérieur. En variante, la paroi peut être réalisée en alliage à base Nickel, tel qu’en INCO. La paroi 10 comporte au moins une surface 13 annulaire aérodynamique destinée à être balayée par le flux primaire F1 de gaz en fonctionnement de la turbomachine. La paroi 10 comprend également une bride annulaire 20 de fixation au carter d’échappement 7. La bride 20 est située à au moins une des extrémités longitudinales 11, 12, de la paroi 10 et en particulier à son extrémité aval 11. Comme visible sur la figure 4, la bride 20 est plus épaisse que le reste de la paroi 10. La bride 20 s’étend en particulier vers l’intérieur du cône d’échappement. La paroi 10 et au moins une partie de sa bride 20 sont réalisées d’une seule pièce à partir d’une tôle déformée plastiquement. La paroi 10 est ainsi exempte de cordon de soudure. Avant la déformation plastique, la tôle est notamment plane et a par exemple une forme carrée ou ronde. Un mode de réalisation du procédé de fabrication de la paroi 10 selon l’invention est illustré sur les figures 5 et 6. La tôle 30 est en particulier solidaire d’un mandrin 50 tournant autour de l’axe A, notamment par l’intermédiaire d’une vis 54. Le mandrin 50 est monté sur un tour parallèle doté d’un bras mécanique 55 l’entrainant en rotation. La déformation plastique de la tôle 30 est alors réalisée par l’intermédiaire d’au moins un galet 40 qui est appliquée en force sur la tôle 30. Le ou les galets 40 viennent donc plaquer la tôle 30 sur le mandrin 50. Le disque qui était rapporté dans l’art antérieur fait ainsi partie intégrante de la paroi et se situe à l’endroit où la tôle est en premier en contact avec le mandrin 50. Il est envisageable d’utiliser plusieurs galets (notamment 3 ou 4) pour limiter le nombre de passes du galet et être plus précis en épaisseur. La forme des galets 40 est spécifique pour s’adapter au mieux à la pièce à former, comme par exemple une forme conique, cylindrique, sphérique ou de disque. Le mandrin 50 a en particulier une forme conique ou tronconique complémentaire de la forme de la paroi. La tôle 30 est ainsi prise entre le mandrin 50 et le ou les galets 40 jusqu’à former la paroi suite à une déformation plastique de la tôle 30. La déformation plastique est réalisée ici par fluotournage avec éventuel apport de chaleur, l’épaisseur de la tôle 30 après déformation étant inférieure à l’épaisseur de la tôle 30 avant déformation. Le fluotournage consiste en effet en la déformation plastique de métaux, le fluage, entre un mandrin et une ou plusieurs molettes ou un ou plusieurs galets, entre lesquels la matière « s'écoule », d'où son nom. Il se différencie du repoussage par le fait qu'il entraîne une réduction d'épaisseur, alors que le repoussage se fait à épaisseur constante. Ce procédé de fluotournage peut être réalisé à froid ou à chaud, selon les métaux utilisés et est ici réalisé en particulier à froid. L’apport de chaleur peut améliorer la ductilité du matériau, et peut être réalisé par induction, flamme, IR, etc. Il est envisageable de chauffer la tôle seule ou l’ensemble tôle et mandrin. Après chauffage et déformation plastique, la paroi peut être soumise à une étape d’usinage de ses surfaces en vue d’enlever une éventuelle couche d’oxyde. Cette étape d’usinage peut être réalisée de manière mécanique ou chimique. La tôle 30 a une épaisseur supérieure à 5mm, voire supérieure à 7mm, avant déformation plastique, et qui peut atteindre 20mm voire plus. La tôle 30 a une épaisseur notamment environ trois, fois inférieure après le procédé de fluotournage. Ainsi l’épaisseur de la tôle de départ est déterminée en faisant en sorte qu’elle soit trois fois plus épaisse que l’épaisseur du produit final. Le procédé pourrait également prévoir une réduction d’épaisseur de quatre ou même huit fois par rapport à l’épaisseur initiale. Le mandrin 50 comprend une gorge annulaire 51 configurée pour recevoir de la matière et pour définir la bride. Ainsi selon ce mode de réalisation, après déformation plastique, une partie 31 de la tôle 30 est destinée à combler complètement la gorge 51 pour définir la bride. Un ou plusieurs galets 40 vont ainsi appuyer sur cette partie 31 afin qu’elle comble complètement la gorge 51 et définir la bride. La partie 31 est située au niveau d’une périphérie de la tôle 30. Selon une variante de réalisation illustrée à la figure 7, après déformation plastique, une partie 32 de la tôle 30 est destinée à recouvrir une bande de matière 33 rapportée dans la gorge 51. Le fluotournage de la bride est ici remplacé par du formage à chaud entre la partie 32 de la tôle 30 et la bande de matière 33. La partie 32 est située au niveau d’une périphérie de la tôle 30. Grâce à ce mode de réalisation, il est possible d’éviter de partir d’une tôle présentant une épaisseur trois fois plus importante que celle nécessaire au niveau de la bride. Afin de pouvoir démouler le cône avec la bride « rabattue » à chaud le mandrin 50 comprend deux parties 52, 53. La partie 52 comprenant la gorge 51 est ainsi amovible pour permettre le démoulage du cône d’échappement une fois formé. Selon un autre mode de réalisation visible sur les figures 8 et 9, la tôle 30 peut être préalablement usinée par exemple sur un tour afin d’avoir une épaisseur supérieure au niveau de la bride 20. Un autre mode de réalisation peut remplacer l’usinage par un matriçage. Prévoir, avant le procédé de fluotournage, une épaisseur de bride e2 supérieure à l’épaisseur e1 du reste de la tôle permet ainsi, après le fluotournage, d’avoir directement les épaisseurs recherchées de la bride 20 et du reste de la paroi. On prévoit notamment avant le fluotournage une épaisseur e2 d’environ 7,5 mm sur la surface correspondante à celle de la bride 20 et une épaisseur e1 d’environ 4 mm sur le reste de la tôle de manière à obtenir après fluotournage respectivement environ 2,5 mm et 1,33 mm. Dans tous les modes de réalisation de l’invention, et comme illustré à la figure 10, le procédé peut prévoir une étape ultérieure à la déformation plastique, d’usinage de la bride 20 afin de respecter les épaisseurs et formes (notamment le rayonnage et cassage d’angle) demandées. Ce sont notamment les morceaux 21 qui sont usinés. Selon un autre mode de réalisation et comme visible à la figure 11, la déformation plastique peut être réalisée par repoussage, l’épaisseur de la tôle 30 après déformation étant sensiblement égale à l’épaisseur de la tôle 30 avant déformation. La tôle 30 est alors pliée, notamment par l’intermédiaire d’un galet 40. Après cette déformation plastique, la tôle 30 est usinée, notamment des morceaux 22 de la tôle, pour définir au moins une partie de la bride 20, et notamment toute la bride 20. Dans la description qui précède, la tôle est plaquée sur le mandrin en partant du petit diamètre pour aller vers le grand diamètre de la forme tronconique. Il est bien sur également possible de partir du grand diamètre pour aller vers le petit diamètre. En outre, la description qui précède a été faite en référence à un cône d’échappement 9 mais l’invention s’applique à tout autre type de paroi annulaire pour une turbomachine d’aéronef. Procédé de fabrication d’une paroi annulaire (10) pour une turbomachine d’aéronef, cette paroi (10) s’étendant autour d’un axe longitudinal (A) et comportant une bride annulaire (20) de fixation à au moins une de ses extrémités longitudinales (11, 12), cette paroi (10) étant réalisée en alliage métallique et comportant au moins une surface annulaire aérodynamique (13) destinée à être balayée par un flux de gaz (F1) en fonctionnement de la turbomachine, caractérisé en ce que la paroi (10) et au moins une partie de sa bride (20) sont réalisées d’une seule pièce par déformation plastique d’une tôle (30), cette déformation plastique étant réalisée par l’intermédiaire d’au moins un organe de mise en forme, tel qu’un galet (40), qui est appliqué en force sur la tôle (30) solidaire d’un mandrin (50) tournant autour dudit axe (A). Procédé selon la revendication précédente, dans lequel la tôle (30) est plane avant déformation plastique. Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la tôle (30) a une forme carrée ou ronde avant déformation plastique. Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la déformation plastique est réalisée par fluotournage, l’épaisseur de la tôle (30) après déformation étant inférieure à l’épaisseur de la tôle (30) avant déformation. Procédé selon l’une des revendications 1 à 3, dans lequel la déformation plastique est réalisée par repoussage, l’épaisseur de la tôle (30) après déformation étant sensiblement égale à l’épaisseur de la tôle (30) avant déformation. Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la tôle (30) a une épaisseur supérieure à 5mm, voire supérieure à 7mm, avant déformation plastique. Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le mandrin (50) a une forme conique ou tronconique et comprend une gorge annulaire (51) configurée pour recevoir de la matière et pour définir ladite bride (20). Procédé selon la revendication 7, dans lequel, après déformation plastique, une partie (31) de la tôle (30) est destinée à combler complètement la gorge (51) pour définir ladite bride (20). Procédé selon la revendication 7, dans lequel, après déformation plastique, une partie (32) de la tôle (30) est destinée à recouvrir une bande de matière (33) rapportée dans ladite gorge (51). Procédé selon l’une des revendications 7 à 9, dans lequel, après déformation plastique, la bride (20) est usinée. Procédé selon l’une des revendications 1 à 6, dans lequel, avant ou après déformation plastique, la tôle (30) est usinée pour définir au moins une partie de la bride (20). Procédé selon l’une des revendications 1 à 6, dans lequel la paroi (10) est un cône ou une virole d’échappement. Cône ou virole d’échappement (9) fabriqué par un procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel il ou elle comprend une paroi (10) annulaire s’étendant autour d’un axe longitudinal (A) et comportant une bride annulaire (20) de fixation à au moins une de ses extrémités longitudinales (11, 12), cette paroi (10) étant réalisée en alliage métallique et comportant au moins une surface (13) annulaire aérodynamique destinée à être balayée par un flux de gaz (F1) en fonctionnement de la turbomachine, la paroi (10) et au moins une partie de sa bride (20) étant réalisées d’une seule pièce à partir d’une tôle (30) déformée plastiquement, cette paroi (10) étant exempte de cordon de soudure.