Brevet FR3147125A1 — publié le 20241004

L'invention porte sur un procédé de mise en compression à froid d'au moins une alvéole (12) d'une pièce (10) comportant: - une étape d'insertion d'un dispositif de mise en compression (18) à l'intérieur de l'au moins une alvéole (12), chaque alvéole (12) ayant un contour ouvert, au moins une partie du dispositif de mise en compression (18) insérée à l'intérieur d'une alvéole (12) présentant une section transversale ayant une aire (A1) supérieure à une aire (A2) d'une section transversale de ladite alvéole (12), et - une étape de retrait du dispositif de mise en compression (18) de l'intérieur de l'au moins une alvéole (12). Figure pour abrégé: Figure 3a PROCÉDÉ ET DISPOSITIF DE MISE EN COMPRESSION À FROID D'AU MOINS UNE ALVÉOLE D'UNE PIÈCE La présente invention porte sur un procédé de mise en compression à froid d'au moins une alvéole d'une pièce. L'invention trouve une application particulièrement avantageuse, mais non exclusive, avec un élément de propulsion d'une turbomachine, tel qu'un disque de compresseur, un disque de turbine, ou un disque de soufflante d'une turbomachine d'aéronef. Une turbomachine d’aéronef comprend classiquement depuis l’amont jusqu’à l’aval, par référence à l’écoulement des gaz dans la turbomachine, une soufflante, un ou plusieurs compresseurs, une chambre annulaire de combustion, une ou plusieurs turbines et une tuyère d’échappement de gaz de combustion. Un disque de turbine comporte une pluralités d'alvéoles à contour ouvert dans lesquelles sont montées des aubes. Ces alvéoles présentent des portées internes assurant une retenue radiale d'aubes. De façon analogue, un disque de compresseur ou un disque de soufflante comporte au moins une alvéole dans laquelle sont montées des aubes. L'alvéole comporte des portées internes assurant une retenue radiale des aubes. La tenue mécanique des alvéoles de ces éléments de propulsion est critique pour la durabilité de la turbomachine. Afin de maximiser leur durée de vie, il est connu de mettre en compression la surface des alvéoles par une technique de grenaillage consistant à bombarder le disque de compresseur ou le disque de turbine avec un média à haute pression. Toutefois, cette technique permet de mettre en compression la surface des alvéoles sur une faible profondeur de l’ordre de 100 micromètres. On connait également d’autres techniques dites de mise en compression "profonde", telles que l'application de chocs lasers, le martelage, ou le galetage. Toutefois, ce type de technologie est difficile et coûteux à mettre en œuvre. L'invention vise à remédier efficacement à ces inconvénients en proposant un procédé de mise en compression à froid d'au moins une alvéole d'une pièce comportant: - une étape d'insertion d'un dispositif de mise en compression à l'intérieur de l'au moins une alvéole, l'alvéole ayant un contour ouvert, au moins une partie du dispositif de mise en compression insérée à l'intérieur d'une alvéole présentant une section transversale ayant une aire supérieure à une aire d'une section transversale de ladite alvéole, et - une étape de retrait du dispositif de mise en compression de l'intérieur de l'au moins une alvéole. L'invention permet ainsi de réaliser facilement une mise en compression profonde des surfaces des alvéoles permettant d'imprimer des contraintes résiduelles à des profondeur de plusieurs millimètres. L'invention permet également d'améliorer la durabilité et l’homogénéité de la mise en compression des alvéoles. L'invention présente également un caractère économique dans la mesure où sa mise en œuvre est rapide et basée sur un outil peu onéreux à fabriquer. Selon une mise en œuvre de l’invention, le contour ouvert d’au moins une alvéole est décrit par au moins un segment. Selon un autre mode de mise en œuvre de l’invention, le contour ouvert d’au moins une alvéole est décrit par au moins une courbe continue. Selon un autre mode de mise en œuvre de l’invention, le contour ouvert d’au moins une alvéole est décrit par au moins une courbe continue et au moins un segment. Selon une mise en œuvre de l'invention, la partie du dispositif de mise en compression insérée à l'intérieur d'une alvéole présente en section transversale une surépaisseur par rapport à la section transversale de ladite alvéole. Selon une mise en œuvre de l'invention, la surépaisseur varie suivant un contour du dispositif de mise en compression. Selon une mise en œuvre de l'invention, la surépaisseur varie suivant une direction d'extension longitudinale du dispositif de mise en compression. Selon une mise en œuvre de l'invention, la surépaisseur est comprise entre 0.5% et 5% d'une plus grande dimension de la section transversale de ladite alvéole. Selon une mise en œuvre de l'invention, le dispositif de mise en compression comporte au moins un mandrin destiné à être inséré à l'intérieur de l'au moins une alvéole suivant un mouvement de translation ou un mouvement hélicoïdal. Selon une mise en œuvre de l'invention, le mandrin comporte une portion rétrécie et une portion évasée. Selon une mise en œuvre de l'invention, le dispositif de mise en compression comporte en outre au moins un élément de guidage intercalé entre le mandrin et l'alvéole. Selon une mise en œuvre de l'invention, ledit procédé comporte une étape de remplissage, par au moins une cale, d'une alvéole attenante à l'au moins une alvéole dans laquelle est insérée le dispositif de mise en compression. Selon une mise en œuvre de l'invention, ledit procédé comporte en outre une étape de finition. Selon une mise en œuvre de l'invention, la pièce est un élément de propulsion de turbomachine. L'invention concerne en outre un dispositif de mise en compression à froid d'au moins une alvéole à contour ouvert d'une pièce comportant: - un ou plusieurs mandrins destinés chacun à être insérés à l'intérieur d'une alvéole à contour ouvert de la pièce, - des moyens de compression associés à chaque mandrin et - au moins une partie du dispositif de mise en compression destinée à être insérée à l'intérieur d'une alvéole présentant une section transversale ayant une aire supérieure à une aire d'une section transversale de ladite alvéole. Selon une réalisation de l'invention, les moyens de compression sont aptes à être actionnés individuellement, simultanément, ou de manière sélective. Selon une réalisation de l'invention, les moyens de compression sont commandables manuellement ou automatiquement. Selon une réalisation de l'invention, les moyens de compression sont de type pneumatique, électrique ou hydraulique. La présente invention sera mieux comprise et d’autres caractéristiques et avantages apparaîtront encore à la lecture de la description détaillée qui suit comprenant des modes de réalisation donnés à titre illustratif en référence avec les figures annexées, présentés à titre d’exemples non limitatifs, qui pourront servir à compléter la compréhension de la présente invention et l’exposé de sa réalisation et, le cas échéant, contribuer à sa définition, sur lesquelles: La est une vue en perspective d'un disque de turbine avec lequel est mis en œuvre le procédé de mise en compression d'alvéoles selon la présente invention; La est une représentation schématique de côté de trois alvéoles du disque de turbine de la ; La est une représentation schématique d'une étape de mise en compression d'une alvéole d'un disque de turbine au moyen d'un mandrin selon la présente invention; La est une représentation schématique d'une étape de mise en compression d'une alvéole d'un disque de turbine au moyen d'un mandrin et d'un élément de guidage selon la présente invention. Il est à noter que, sur les figures, les éléments structurels et/ou fonctionnels communs aux différents modes de réalisation peuvent présenter les mêmes références. Ainsi, sauf mention contraire, de tels éléments disposent de propriétés structurelles, dimensionnelles et matérielles identiques. La montre un disque de turbine 10 avec lequel est mis en œuvre le procédé de mise en compression selon l'invention. Le procédé peut également être mis en œuvre avec un disque de compresseur ou un disque de soufflante. Dans l'exemple représenté, le disque de turbine 10 comporte une portion 11 de forme cylindrique d'axe X1 correspondant à l'axe du disque de turbine 10. La portion cylindrique 11 présente une faible épaisseur comparativement à son diamètre. Le disque de turbine 10 comporte une pluralité d'alvéoles 12 à sa périphérie externe. Le disque de turbine 10 peut comporter une ouverture centrale 13 de passage d'un arbre ou alternativement des brides de montage avec une virole (non représentée). Plus précisément, le disque de turbine 10 comporte suivant sa circonférence une alternance d'alvéoles 12 et de dents 15. Une alvéole 12 est ainsi délimitée par deux dents 15 consécutives. Un axe X2 d'une alvéole 12 passant les centres des sections transversales de l'alvéole 12 peut présenter une orientation parallèle ou non parallèle par rapport à l'axe X1 du disque de turbine 10. Comme cela est illustré sur la , chaque alvéole 12 présente un contour ouvert pour pouvoir recevoir un pied d'aube correspondant. Le contour ouvert d’une alvéole 12 peut être décrit par au moins un segment, ou au moins une courbe continue, ou au moins une courbe continue et au moins un segment. En l'occurrence, une alvéole 12 comporte deux portées 16 en vis-à-vis l'une de l'autre contre lesquelles sont destinées à venir en appui des faces de forme correspondante du pied d'aube. Ces portées 16 permettent d'assurer une retenue radiale des pieds d'aubes. Le disque de turbine 10 est réalisé dans un matériau métallique, comme par exemple un matériau comportant un alliage à base de nickel ou en acier ou tout autre matériau adapté à l'application. On décrit ci-après, en référence avec les figures 3a et 3b, le procédé de mise en compression d'au moins une alvéole 12 du disque de turbine 10. Ce procédé comporte une étape d'insertion d'un dispositif de mise en compression 18 à l'intérieur de l'alvéole 12. Au moins une partie du dispositif de mise en compression 18 insérée à l'intérieur de l'alvéole 12 présente une section transversale ayant une aire A1 supérieure à une aire A2 de la section transversale de l'alvéole 12 (cf. ). La partie du dispositif de mise en compression 18 insérée à l'intérieur de l'alvéole 12 est donc à considérer à l'exception de toute autre partie du dispositif de mise en compression 18 située à l'extérieur de l'alvéole 12. La section transversale du dispositif de mise en compression 18 est considérée suivant un plan perpendiculaire à un axe X3 du dispositif de mise en compression 18. La section transversale de l'alvéole 12 est considérée suivant un plan perpendiculaire à un axe de l'alvéole 12. L'insertion du dispositif de mise en compression 18 à l'intérieur de l'alvéole 12 a pour effet de compresser la surface de l'alvéole 12 et donc de la plastifier. En outre, la mise en compression permet d’introduire des contraintes résiduelles, notamment dans deux directions parallèles à la surface de l'alvéole 12. De préférence, les contraintes résiduelles sont observables jusqu'à une profondeur de l'ordre de 4 mm. Le dispositif de mise en compression 18 est ensuite retiré de l'intérieur de l'alvéole 12. Toutes les opérations sont réalisées de préférence à froid. Le dispositif de mise en compression 18 présente en section transversale une surépaisseur 19 par rapport à une section transversale de l'alvéole 12. La surépaisseur 19 peut varier suivant un contour du dispositif de mise en compression 18. La variation de la surépaisseur 19 dépend notamment de l'épaisseur de la dent 15 dans une zone considérée. La surépaisseur 19 est par exemple réduite dans la portion évasée 23 du dispositif de mise en compression 18 par rapport à une portion rétrécie 22 du dispositif de mise en compression 18. En effet, la portion évasée 23 est destinée à venir comprimer la surface de l'alvéole 12 au niveau du pied d'une dent 15 ayant une faible épaisseur. La surépaisseur 19 est donc réduite dans cette zone pour limiter l'effort de compression appliqué et éviter de déformer la dent 15. La surépaisseur 19 peut également varier suivant une direction d'extension longitudinale du dispositif de mise en compression 18. En l'occurrence, cette direction d'extension longitudinale s'étend suivant l'axe X3. Ainsi du côté de l'extrémité du dispositif de mise en compression 18 destinée à être insérée en premier à l'intérieur de l'alvéole 12, la surépaisseur 19 est réduite ou nulle pour faciliter l'insertion du dispositif de mise en compression 18 à l'intérieur de l'alvéole 12. La surépaisseur 19 augmente ensuite progressivement jusqu'à atteindre une valeur maximale permettant d'obtenir un niveau de contraintes résiduelles souhaité. La surépaisseur 19 est par exemple comprise entre 0.5% et 5% d'une plus grande dimension de la section transversale de ladite alvéole. Dans le mode de réalisation de la , le dispositif de mise en compression 18 comporte au moins un mandrin 21 inséré à l'intérieur d'une alvéole 12 suivant un mouvement de translation T. Le mouvement de translation T du mandrin 21 est effectué suivant une direction parallèle ou confondue avec l'axe X2 de l'alvéole 12. Alternativement, le mandrin 21 peut être inséré à l'intérieur d'une alvéole 12 suivant un mouvement hélicoïdal. Ce type de déplacement du mandrin 21 est possible uniquement pour les géométries d’alvéoles permettant la rotation du mandrin 21. Le mandrin 21 peut être réalisé dans un matériau métallique, par exemple en acier à haute limite d'élasticité, ou dans un alliage à base de nickel ou en carbure ou en tout autre matériau adapté à l'application. Un seul mandrin 21 a été représenté pour faciliter la compréhension de l'invention. Bien entendu, il est possible d'utiliser un dispositif de mise en compression 18 comportant plusieurs mandrins 21 destinés chacun à être insérés chacun à l'intérieur d'une alvéole 12. Des moyens de compression sont associés à chaque mandrin 21. Les moyens de compression sont aptes à être actionnés individuellement, simultanément, ou de manière sélective. Les moyens de compression sont commandables manuellement ou automatiquement. Les moyens de compression peuvent être de type pneumatique, électrique ou hydraulique. Un mandrin 21 comporte une portion rétrécie 22 et une portion évasée 23. La portion évasée 23 présente en section transversale une largeur plus grande que la portion rétrécie 22. La portion évasée 23 est située du côté d'une extrémité du mandrin 21. Le mandrin 21 comporte une première face latérale 25 et une deuxième face latérale 26 délimitant au moins en partie la portion rétrécie 22 et la portion évasée 23 de l'outil. La première face latérale 25 comporte une première portion ayant un premier sens de courbure et une deuxième portion ayant un deuxième sens de courbure opposé au premier sens de courbure. La deuxième face latérale 26 comporte une première portion ayant un premier sens de courbure et une deuxième portion ayant un deuxième sens de courbure opposé au premier sens de courbure. Les portions de courbure ayant des sens de courbure opposées sont reliées entre elles par l'intermédiaire d'une droite d'inflexion. Les faces latérales 25, 26 présentent ainsi une forme en S. Les faces latérales 25, 26 sont symétriques par rapport à un plan médian. La première face latérale 25 est destinée à venir en contact avec une première portée 16 correspondant de l'alvéole 12. La deuxième face latérale 26 est destinée à venir en contact avec une deuxième portée 16 correspondante de l'alvéole 12. La première face latérale 25 et la deuxième face latérale 26 sont reliées entre elles par une face d'extrémité 27 destinée à être disposée contre le fond de l'alvéole 12. La face d'extrémité 27 peut présenter une forme bombée. En variante, le mandrin 21 peut présenter une forme adaptée à des alvéoles 12 en forme de sapin comportant plusieurs portées 16 ménagées dans chacune des faces latérales de l'alvéole 12. Dans le mode de réalisation de la , le dispositif de mise en compression 18 comporte en outre un élément de guidage 30 ayant la forme de l'alvéole 12. Cet élément de guidage 30 est intercalé entre le mandrin 21 et l'alvéole 12. Dans le cas où l'élément de guidage 30 dépasse de l'alvéole 12, l'élément de guidage 30 peut présenter une forme évasée ayant une section transversale qui diminue lorsqu'on se déplace de l'extérieur de l'alvéole 12 vers l'intérieur de l'alvéole 12. L'élément de guidage 30 présente une faible épaisseur, notamment comprise entre 0.1mm et 0.3mm . Cela permet de ne pas abimer la surface de l'alvéole 12 et de faciliter le glissement du mandrin 21 à l'intérieur de l'alvéole 12. Suivant ce mode de réalisation, la surépaisseur 19 à considérer pour le dispositif de mise en compression 18 correspond à la surépaisseur de l'ensemble "mandrin 21-élément de guidage 30". Dans certaines réalisations, le mandrin 21 peut présenter une forme complémentaire de l'alvéole 12 et la surépaisseur 19 est alors définie par l'élément de guidage 30. Dans le cas où la rigidité des dents 15 n’est pas suffisante pour résister aux efforts induits par la mise en compression des surfaces de l'alvéoles 12 (risque de déformation non souhaitée par le procédé), le procédé peut comporter une étape de remplissage, par des cales 31, des alvéoles 12 attenantes à l'alvéole 12 dans laquelle est insérée le mandrin 21 afin d’augmenter la raideur de celles-ci. Les cales 31 sont ainsi disposées de part et d'autre de l'alvéole 12 dans laquelle est inséré le dispositif de mise en compression 18. Une cale 31 présente une forme correspondant à celle d'une alvéole 12. Les cales 31 sont par exemple réalisées dans un matériau métallique. Dans le cas où la mise en compression génère des déformations de l'alvéoles 12, le procédé peut également comporter une étape de finition comportant une étape d'usinage et/ou une étape d'ébavurage et/ou une étape de grenaillage. L'étape de finition vise notamment à supprimer des bourrelets pouvant apparaître au niveau des arêtes ou d'un angle d'une alvéole 12. Le procédé est applicable à toute pièce ayant au moins une alvéole 12 à contour ouvert. Bien entendu, les différentes caractéristiques, variantes et/ou formes de réalisation de la présente invention peuvent être associées les unes avec les autres selon diverses combinaisons dans la mesure où elles ne sont pas incompatibles ou exclusives les unes des autres. En outre, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits précédemment et fournis uniquement à titre d'exemple. Elle englobe diverses modifications, formes alternatives et autres variantes que pourra envisager l'homme du métier dans le cadre de la présente invention et notamment toutes combinaisons des différents modes de fonctionnement décrits précédemment, pouvant être pris séparément ou en association. Procédé de mise en compression à froid d'au moins une alvéole (12) d'une pièce (10) caractérisé en ce que ledit procédé comporte: - une étape d'insertion d'un dispositif de mise en compression (18) à l'intérieur de l'au moins une alvéole (12), l'alvéole (12) ayant un contour ouvert, au moins une partie du dispositif de mise en compression (18) insérée à l'intérieur d'une alvéole (12) présentant une section transversale ayant une aire (A1) supérieure à une aire (A2) d'une section transversale de ladite alvéole (12), et - une étape de retrait du dispositif de mise en compression (18) de l'intérieur de l'au moins une alvéole (12). Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la partie du dispositif de mise en compression (18) insérée à l'intérieur d'une alvéole (12) présente en section transversale une surépaisseur (19) par rapport à la section transversale de ladite alvéole (12). Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la surépaisseur (19) varie suivant un contour du dispositif de mise en compression (18). Procédé selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que la surépaisseur (19) varie suivant une direction d'extension longitudinale du dispositif de mise en compression (18). Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que la surépaisseur (19) est comprise entre 0.5% et 5% d'une plus grande dimension de la section transversale de ladite alvéole (12). Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le dispositif de mise en compression (18) comporte au moins un mandrin (21) destiné à être inséré à l'intérieur de l'au moins une alvéole (12) suivant un mouvement de translation (T) ou un mouvement hélicoïdal (S). Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que le mandrin (21) comporte une portion rétrécie (22) et une portion évasée (23). Procédé selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce que le dispositif de mise en compression (18) comporte en outre au moins un élément de guidage (30) intercalé entre le mandrin (21) et l'alvéole (12). Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il comporte une étape de remplissage, par au moins une cale (31), d'une alvéole (12) attenante à l'au moins une alvéole (12) dans laquelle est insérée le dispositif de mise en compression (18). Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'il comporte en outre une étape de finition. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que la pièce est un élément de propulsion (10) de turbomachine. Dispositif de mise en compression à froid d'au moins une alvéole (12) à contour ouvert d'une pièce (10) caractérisé en ce qu'il comporte - un ou plusieurs mandrins (21) destinés chacun à être insérés à l'intérieur d'une alvéole (12) à contour ouvert de la pièce (10), - des moyens de compression associés à chaque mandrin (21), et - au moins une partie du dispositif de mise en compression (18) destinée à être insérée à l'intérieur d'une alvéole (12) présentant une section transversale ayant une aire (A1) supérieure à une aire (A2) d'une section transversale de ladite alvéole (12). Dispositif selon la revendication 12, caractérisé en ce que les moyens de compression sont aptes à être actionnés individuellement, simultanément, ou de manière sélective. Dispositif selon la revendication 12 ou 13, caractérisé en ce que les moyens de compression sont commandables manuellement ou automatiquement. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 12 à 14, caractérisé en ce que les moyens de compression sont de type pneumatique, électrique ou hydraulique.