Brevet FR3144931A1 — publié le 20240719

L’invention concerne un procédé de perçage d’un conduit (12) dans une pièce (10), en particulier pour une turbomachine d’aéronef, le procédé comprenant les étapes de : - perçage (S10) par électroérosion du conduit dans la pièce, le conduit comportant à une extrémité un trou (16) débouchant dans une surface de la pièce, et - usinage (S20 ; S30) du trou pour former un conduit fini dans la pièce. Figure pour l'abrégé : Figure 1 PROCEDE D’USINAGE D’UN TROU DE FORME DANS UNE PIECE La présente invention concerne un procédé de perçage d’un conduit dans une pièce, en particulier pour une aube de turbomachine d’aéronef. Les distributeurs des turbines haute pression de turbomachine, et par conséquent les aubes qui les constituent, sont des pièces exposées à de très fortes contraintes thermiques. Ils sont en effet placés à la sortie de la chambre de combustion et sont donc traversés par des gaz extrêmement chauds qui les soumettent à de très fortes sollicitations thermiques. Les distributeurs et notamment les aubes nécessitent donc d'être refroidis. Pour assurer un refroidissement efficace d'une aube de distributeur, il est souhaitable de disposer d'un dispositif de refroidissement qui soit thermiquement efficace pour permettre de dissiper une puissance thermique élevée par utilisation d'un débit d'air modéré. Une des solutions les plus répandues actuellement consiste à utiliser un ou plusieurs inserts/noyaux placés à l'intérieur des aubes. Les inserts sont des tôles multi-percées pour refroidir la face interne de l'aubage par des impacts d'air de refroidissement. De plus, les aubes d’un distributeur de turbine comprennent par exemple des trous percés. L’aube est creuse et les trous traversent la paroi de l’aube pour assurer des passages d’air de ventilation entre la cavité interne de l’aube et la veine de la turbine permettant la création d’un film froid autour de l’aube. En outre, les aubes peuvent comporter une barrière thermique diminuant les effets thermiques et assurant également la résistance à la corrosion. Le perçage des trous est généralement réalisé par électroérosion ou perçage EDM (acronyme de l’anglais « Electro Discharge Machining »). Le perçage EDM est un procédé d'usinage qui consiste à enlever de la matière dans une pièce en utilisant des décharges électriques. On parle aussi d'usinage par étincelage. Cette technique se caractérise par son aptitude à usiner tous les matériaux électroconducteurs (conducteurs de l'électricité) quelle que soit leur dureté. Le procédé d'usinage consiste à faire passer un courant d’une électrode vers la pièce à travers un diélectrique, afin de générer une « bulle » de vapeur ou de vide qui s'ionise et se résorbe en implosant, entraînant la destruction de la matière de la pièce. Cette destruction (micro-implosion) provoque l'étincelle. Le courant de forte intensité ionise un canal à travers le diélectrique. Une décharge disruptive se produit alors entre l’électrode et la pièce à usiner, détériorant celle-ci très localement (quelque µm²). Ce procédé permet de percer des trous avec une très grande précision et est adapté pour des matériaux très durs ou encore dans les cas où la complexité de la pièce l'exige, comme c’est le cas de pièces d’une turbomachine d’aéronef. Toutefois, l’état de surface qui en résulte est inhomogène et fortement perturbé. Or, l’état de surface des perçages de formes, également appelés « Shaped Hole » en anglais, a un impact important sur l’écoulement d’air froid protégeant la barrière thermique. L’objectif de la présente invention est ainsi de proposer un procédé de perçage permettant d’améliorer l’état de surface de ces perçages afin de mieux contrôler l’écoulement qui les traverse. À cet effet, l’invention concerne un procédé de perçage d’un conduit dans une pièce, en particulier pour une turbomachine d’aéronef, le procédé comprenant les étapes de : - perçage par électroérosion du conduit dans la pièce, le conduit comportant à une extrémité un trou débouchant dans une surface de la pièce, et - usinage du trou pour former un conduit fini dans la pièce. Le procédé selon l’invention permet d’améliorer l’état de surface de la forme du perçage tout en respectant les contraintes classiques du perçage d’une pièce, telle qu’une aube de turbine de turbomachine, à savoir : une zone affectée faible notamment inférieure à 100 µm de profondeur, un contrôle du dimensionnel et une absence d’impact d’usinage dans les cavités. Un « contrôle du dimensionnel » signifie que la forme réelle doit être comprise dans une enveloppe de 0,5 mm d’épaisseur par rapport à la forme théorique. A cet effet, le procédé selon l’invention met en œuvre plusieurs procédés consécutivement afin d’améliorer l’état de surface de la forme du perçage afin de mieux maitriser l’écoulement d’air qui protège la pièce, notamment pour une aube de turbine de turbomachine. Le procédé de perçage selon l’invention peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément les unes des autres ou en combinaison les unes avec les autres selon toutes les combinaisons techniquement possibles : - l’usinage du trou est réalisé par un usinage électrochimique ou par un laser femtoseconde ou par une découpe au jet d’eau ; - l’usinage du trou est réalisé par un laser formant une zone affectée thermiquement sur la surface de la pièce autour du trou, et le procédé comporte une étape de finition par un procédé athermique de la zone affectée thermiquement pour former le conduit fini dans la pièce ; - l’usinage du trou est réalisé par un laser nanoseconde ; - la zone affectée thermiquement présente une profondeur comprise entre 50 µm et 100 µm ; - l’étape de finition est réalisée par usinage mécanique ou par électroérosion ou par usinage électrochimique ou par un laser femtoseconde ou par une découpe au jet d’eau, de préférence par un laser femtoseconde ; - la pièce est une aube de rotor de turbomachine ayant un profil aérodynamique et ledit conduit est formé à l’intérieur au moins du profil aérodynamique. La présente invention sera mieux comprise et d’autres détails, caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description d’un exemple non limitatif qui suit, en référence aux dessins annexés sur lesquels : - la est un ordinogramme illustrant un premier mode de réalisation d’un procédé de perçage selon l’invention ; - la est une vue schématique en coupe d’une pièce après une étape de perçage selon le premier mode de réalisation d’un procédé de perçage selon l’invention ; - la est une vue schématique en coupe d’une pièce après une étape d’usinage selon le premier mode de réalisation d’un procédé de perçage selon l’invention ; - la est un ordinogramme illustrant un second mode de réalisation d’un procédé de perçage selon l’invention ; et - la est une vue schématique en coupe d’une pièce après une étape d’usinage par laser nanoseconde selon le second mode de réalisation d’un procédé de perçage selon l’invention. Les éléments ayant les mêmes fonctions dans les différentes mises en œuvre ont les mêmes références dans les figures. La présente invention concerne un procédé de perçage d’un conduit dans une pièce, en particulier pour une aube de turbomachine d’aéronef. La illustre un premier mode de réalisation d’un procédé de perçage selon l’invention. Selon ce premier mode de réalisation, le procédé comporte une étape de perçage S10 par électroérosion (EDM) du conduit dans la pièce. La est une vue en coupe d’un exemple de pièce 10 avec un tel conduit 12 après l’étape de perçage par EDM. Le conduit 12 comporte une partie cylindrique 14 notamment réalisée au cours du perçage par EDM. La partie cylindrique 14 présente un axe de révolution qui est oblique par rapport à la surface de la pièce 10 dans l’exemple illustré sur la . Le conduit 12 comporte en outre à une extrémité un trou 16 débouchant dans une surface de la pièce. Une telle étape S10 de perçage par EDM permet de réaliser de façon précise la partie cylindrique 14 du conduit 12 et ainsi un débouchage net et précis même dans des pièces à géométrie complexe telles que des aubes de turbomachine ayant des cavités internes complexes. En effet, les autres méthodes de perçage connues présentent des inconvénients. Par exemple, pour un perçage par usinage mécanique avec un outil tel qu’un forêt ou une fraise, le débouchage ne sera maitrisé que si l’épaisseur de la pièce à usiner est connue. Par conséquent, cette méthode nécessite généralement préalablement la réalisation d’une tomographie de la zone afin de recaler le modèle théorique de la pièce à usiner. De plus, une telle méthode génère une usure et une casse importante des outils d’usinage. En outre, dans le cas où la pièce est une aube de turbomachine, un perçage par laser avec une source nanoseconde n’est pas envisageable car les dimensions des cavités des aubes nécessitent forcément l’application d’un autre matériau afin de protéger la surface interne des cavités lors du débouchage du perçage. Compte-tenu des formes complexes des cavités des aubes, il n’existe pas à ce jour de matériau facilement retirable permettant de réaliser cette étape. L’utilisation d’un laser ayant une source femtoseconde entraine un temps d’usinage très long. Enfin, un perçage par usinage par électrochimie ou ECM (acronyme de l’anglais « ElectroChemical Machining ») nécessiterait la manipulation de substances dangereuse et toxique. Une telle étape S10 de perçage par EDM crée néanmoins un léger bourrelet 18 de matière en entrée de perçage, c’est-à-dire sur la surface de la pièce 10 à la périphérie du trou 16. Afin de parfaire le perçage du conduit dans la pièce et notamment améliorer l’état de surface de la pièce, le procédé selon l’invention comporte une étape S20 d’usinage du trou pour former un conduit fini dans la pièce et notamment la forme du trou en surface de la pièce. Cette étape S20 d’usinage succède donc à l’étape S10 de perçage EDM. Cette étape S20 d’usinage du trou est réalisée soit par électrochimie (ECM) soit par un laser femtoseconde soit par une découpe au jet d’eau et de préférence par laser femtoseconde afin d’obtenir un bon état de surface de la pièce finale. La est une vue en coupe de la pièce 10 de la après l’étape d’usinage du trou par exemple par laser. Le laser permet ainsi d’ablater le bourrelet de matière 18 en contact avec celui-ci. La pièce ainsi percée a un bon état de surface, notamment un état de surface grandement amélioré par rapport à celles obtenues après un procédé de perçage classique. Un second mode de réalisation d’un procédé de perçage selon l’invention est illustré la . Ce second mode de réalisation diffère du premier en ce que l’étape S10 de perçage EDM est suivi d’une étape S30 d’usinage du trou réalisée par un laser, de préférence un laser ayant une source nanoseconde. Le laser nanoseconde permet d’ablater le bourrelet de matière 18 créé par l’étape S10 de perçage EDM. L’usinage du trou 16 par laser forme une zone affectée thermiquement 20 sur la surface de pièce 10 autour du conduit 12, telle que représentée sur la qui illustre une vue en coupe de la pièce 10 avec un tel conduit 12 après l’étape S30 d’usinage du trou par laser nanoseconde. Par « zone affectée thermiquement », on entend une zone de faiblesse du matériau. Une telle zone peut dégrader la résistance de celui-ci, préjudiciable à la pièce qu’il compose. L’utilisation d’un laser ayant une source nanoseconde crée une zone affectée thermiquement comprise entre 50 µm et 100 µm de profondeur dans la pièce. A cet effet, la pièce 10 est usinée par laser au cours de l’étape S30 afin d’obtenir une forme intermédiaire du perçage agrandie d’une dimension d’environ égale à la profondeur de la zone affectée thermiquement pour garantir une forme finale adéquate. Cette forme est illustrée sur la . Ainsi, la forme intermédiaire du perçage correspond à la forme du perçage souhaitée/finale à laquelle on ajoute la zone affectée thermiquement. Afin de former le conduit fini dans la pièce, le procédé comporte, après l’étape S30 d’usinage par laser, une étape S40 de finition par un procédé athermique de la zone affectée thermiquement 20. Cette étape S40 de finition est réalisée par usinage mécanique ou par électroérosion ou par usinage électrochimique ou par un laser femtoseconde ou par une découpe au jet d’eau, de préférence par un laser femtoseconde. Cette étape S40 de finition par un procédé athermique permet de supprimer la zone affectée thermiquement créée par l’étape S30 d’usinage afin d’obtenir la forme du conduit finale tout en ayant un bon état de surface de la pièce finale. Le procédé de perçage selon l’invention tel que décrit, quel que soit le mode de réalisation, permet d’améliorer l’état de surface de la forme du perçage tout en respectant les contraintes classiques du perçage liées à une application sur aube de turbine, à savoir : une zone affectée faible, un contrôle du dimensionnel et une absence d’impact d’usinage dans les cavités. Procédé de perçage d’un conduit (12) dans une pièce (10), en particulier pour une turbomachine d’aéronef, le procédé comprenant les étapes de : - perçage (S10) par électroérosion du conduit dans la pièce, le conduit comportant à une extrémité un trou (16) débouchant dans une surface de la pièce, et - usinage (S20 ; S30) du trou pour former un conduit fini dans la pièce. Procédé de perçage selon la revendication 1, dans lequel l’usinage (S20) du trou est réalisé par un usinage électrochimique ou par un laser femtoseconde ou par une découpe au jet d’eau. Procédé de perçage selon la revendication 1, dans lequel l’usinage (S30) du trou est réalisé par un laser formant une zone affectée thermiquement (20) sur la surface de la pièce autour du trou, et le procédé comporte une étape de finition (S40) par un procédé athermique de la zone affectée thermiquement pour former le conduit fini dans la pièce. Procédé de perçage selon la revendication 3, dans lequel l’usinage (S30) du trou est réalisé par un laser nanoseconde. Procédé de perçage selon la revendication 4, dans lequel la zone affectée thermiquement (20) présente une profondeur comprise entre 50 µm et 100 µm. Procédé de perçage selon l’une des revendications 3 à 5, dans lequel l’étape de finition (S40) est réalisée par usinage mécanique ou par électroérosion ou par usinage électrochimique ou par un laser femtoseconde ou par une découpe au jet d’eau, de préférence par un laser femtoseconde. Procédé de perçage selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la pièce est une aube de rotor de turbomachine ayant un profil aérodynamique et ledit conduit est formé à l’intérieur au moins du profil aérodynamique.