Patent BR-112012027922-A2 (BR)
Title: processo de usinagem de alvéolos de um disco de turbina de uma turbomáquina, turbina de turbomáquina e fresadora
Inventor: VARONE BRUNO
IPC: B23C7/00
Filed: 2011-05-12
Abstract: processo de usinagem de alvéolos de um disco de turbina de uma turbomáquina, turbina de turbomáquina e fresadora. a presente invenção se refere a um processo de usinagem de alvéolos de um disco de turbina de uma turbomáquina, tal como um turborreator ou um turbopropulsor de avião. uma turbina desse tipo compreende em geral várias rodas com pás que compreendem cada uma delas um disco na periferia externa do qual são formados alvéolos de introdução dos pés de pás, regularmente distribuídos em torno do eixo do disco. cada pá compreende em sua extremidade radialmente interna uma plataforma ligada a um pé, e em sua extremidade radialmente externa uma ponta que leva rebordos externos que são destinados a operar junto em funcionamento com blocos de matéria abrasiva fixados no estator da turbina, para formar juntas de estanqueidade do tipo de labirinto. os alvéolos são geralmente usinados por brocagem. de acordo com essa técnica, a ferramenta de corte utilizada é uma broca retilínea que compreende uma série de dentes espaçados longitudinalmente uns dos outros. cada alvéolo é realizado por deslocamento retilíneo da broca em relação ao disco, de maneira a usinar, dente após dente, a periferia externa do disco. a forma e a dimensão dos dentes variam de uma extremidade à outra da broca, aquelas do último dente a usinar o disco devendo corresponder àquelas do alvéolo. várias brocas sucessivas são em geral utilizadas, a fom de se aproximar progressivamente, broca após broca, da seção fdefinitiva do alvéolo a obter. a operação é repetida para cada um dos alvéolos a realizar. compreende-se que um tal processo é fastidioso de executar e necessita de um volume grande, devido ao comprimento grande das brocas que pode ser compreendido entre 6 e 8 metros. por outro lado, a turbina compreende vários discos unidos uns aos outros. a usinagem dos alvéolos por brocagem só pode ser efetuada para um só disco de cada vez, visto que o acesso dos dois lados do disco deve ser possível, e isso em comprimentos grandes. os discos devem portanto ser usinados separadamente de depois unidos, uns na proximidade dos outros. finalmente, uma tal técnica de usinagem não pode ser utilizada para todos os materiais. em especial, não é possível utilizar a técnica da brocagem quando o disco é feito de uma liga à base de níquel, liga cuja taxa de fabricabilidade é o dobro daquela de uma liga clçássica à base de titânio. a fim de reduzir e parte esses incovenientes, o documento us 2009/187269 propõe um processo de suinagem de um disco que consiste em usinar cada alvéolo com o auxílio de uma fresa dita de forma. a seção da fresa corresponde nesse caso à seção do alvéolo a obter, o eixo da fresa sendo substancialmente radial em relação ao disco e sendo deslocado de uma face para a outra do disco paralelamente ao eixo do disco para formar o alvéolo. a usinagem com o auxílio de uma fresa de forma não pode no entanto ser utilizada para alvéolos de pequena seção ou para discos feitos de liga à base de níquel, por causa da fragilidade desse tipo de fresa. por outro lado, para cada forma de alvéolo, é necessário realizar previamente uma fresa de forma correspondente, o que é custoso e obriga a trocar de fresa muito freqüentemente, o perfil da fresa depois de desgaste não correspondendo mais ao perfil do alvéolo a realizar. a invenção tem notadamente como objetivo trazer uma solução simples, eficaz e econômica para esse problema. com essa finalidade, ela propõe um processo de usinagem de alvéolos periféricos de um disco de turbina de uma turbomáquina, tal como um turborreator ou um turbopropulsor de avião, caracterizado pelo fato de que ele consiste em usinar os alvéolos por fresagem com o auxílio de uma fresa substancialmente cilíndrica, de comprimento superior à espessura axial do disco, e que se setende substancialmente paralelamente ao eixo do disco, o contorno dos alvéolos sendo usinado por deslocamento da fresa perpendicularmente a seu eixo ao longo do perfil de cada alvéolo. assim, a fresa penetra não axialmente, mas cim radialmente na perferia externa do disco, de modo que esse processo pode ser utilizado mesmo quando os discos estão unidos e pouco afastados uns dos outros. além disso, a fresa cilíndrica, que é uma fresa convencional, é menos frágil do que uma fresa de forma, de modo que é possível usinar materiais muito resistentes, tais como as ligas à base de níquel. finalmente, uma mesma fresa permite usinar várias formas de alvéolos. de acordo com uma outra característica da invenção, o sentido de rotação da fresa é tal que a fresagem é realizada puxando, quer dizer que o sentido de deslocamento dos dentes da fresa corresponde ao sentido de deslocamento da fresa em relação ao material a usinar. a fresagem puxando gera menos vibrações e melhora a qualidade do corte. naturalmente, a fresagem poderia também ser realizada em oposição, quer dizer que o sentido de deslocamento dos dentes da fresa é oposto ao sentido de deslocamento da fresa em relação ao material a usinar. de acordo com uma outra caracterísitca da invenção, o disco de turbina é um disco de turbina de baixa pressão, que é realizado em liga à base de níquel. em um modo de realização da invenção, a fresa é mantida em cada uma de suas extremidades por um suporte de ferramenta, pelo menos uma das extremidades da fresa sendo acionada em rotação por meios de acionamento. uma tal retenção da fresa permite limitar as deformações da fresa e, consequentemente, um dimensaionamento errado do alvéolo usinado, ao mesmo tempo em que limita os riscos de quebra de ferramenta. a fresa pode ser realizada em carboneto de tungstênio, em cerâmica ou em aço rápido. de maneira preferida, a fresa compreende entre 2 e 8 dentes, o ângulo de hélice da fresa, quer dizer o ângulo compreendido entre o eixo da fresa e a inclinação do dentado, sendo compreendido entre 10 e 20<198>. a velocidade de corte da fresa é de preferência compreendida entre 40 e 70m/min. mais especialmente, a velocidade de corte é compreendida entre 60 e 70m/min. quando o disco é realizado em uma liga à base de titânio, e é compreendida entre 40 e 50m/min. quando o disco é realizado em uma liga à base de níquel, quando as ferramentas são relizadas em carboneto de tungstênio. as velocidades de corte podem ser maiores com ferramentas feitas de cerâmica. de maneira vantajosa, o processo de usinagem compreende pelo menos uma fase de esboço e uma fase de acabamento. a invenção propõe também uma turbina de turbomáquina, tal como um turborreator ou um turbopropulsor de avião, caracterizada pelo fato de que ela compreende pelo menos um disco usinado por execução do processo descrito acima. a invenção se refere além disso a uma fresadora, notadamente para a usinagem de alvéolos periféricos de um disco de turbina de uma turbomáquina, caracterizada pelo fato de que ela compreende um suporte de fresa que compreende dois braços paralelos dos quais as extremidades mantêm cada uma delas uma extremidade de uma frea, e mios de acionamento em rotação de pelo menos uma extremidade da fresa. vantajosamente, a fresa é cilíndrica. a inveção será melhor compreendida e outros detalhes, características e vantagens da ivenção aparecerão com aleitura da decrição seguinte feita a título de exemplo não limitativo em referência aos desenhos anexos nos quais: a figura 1 é umva vista parcial e em corte de uma união de dois discos de uma turbina de baixa pressão de um turborreator; a figura 2 é uma vista esquemática, em perspectiva, de uma fresa e de seu suporte; a figura 3 é uma vista em perspectiva que ilustra a fresagem de um alvéolo de um dos discos da figura 1; a figura 4 é uma vista de detalhe em perspectiva que ilustra a fresagem do alvéolo, na qual somente um braço de sustentação de fresa é representado; a figura 5 é uma vista esquemática de frente do alvéolo, que ilustra o sentido de rotação da fresa e o sentido de deslocamento dessa última no interior do alvéolo. a figura 1 representa uma união 1, também chamda "spool", de dois discos 2 de uma turbina de baixa pressão de um turborreator de avião. cada união 1 é realizada por soldadura dos dois discos 2, o cordão de soldadura assim formado sendo em seguida tratado termicamente. a turbina de baixa pressão compreende várias uniões 1 desse tipo fixadas por aparafusamento umas nas outras. cada disco 2 é realizado em uma liga à base de níquel, e compreende alvéolos 3 em cauda de andorinha, que desembocam ao nível de sua periferi externa 4, destinados a operar junto com pés de pás não representados. haverá um interesse mais espeicla no que se segue na usinagem desses alvéolos 3. para isso, é utilizada uma fresadora que compreende um suporte de fresa 5 que compreende dos braços paralelos 6 dos quais as extremidades mantêm cada uma delas uma extremidade de uma fresa cilíndrica 7. a fresa 7 tem um comprimento l superior à espessura axial e do disco 2 e é realizada em carboneto de tungstênio ou feita de aço rápido. ela compreende entre 2 e 8 dentes, o ãngulo de hélice da fresa 7, quer dizer o ângulo compreendido entre o eixo da fresa 7 e a inclinação do dentado, sendo compreendido entre 10 e 20<198>. o diâmetro da fresa é inferior a seu comprimento. o suporte de fresa 5 compreende também meios de acionamento em rotação de pelo menos uma extremidade da fresa 7, conhecidos pelo estado da técnica. a fim de realizar a usinagem de um alvéolo 3 de um disco 2, a fresa 7 é aproximada radialmente da periferia externa 4 do disco 2, o eixo de rotação da fresa sendo orientado paralelamente ao eixo do disco. a fresa 7 é em seguida enfiada no materoal, o contorno 8 do alvéolo 3 sendo usinado por deslocamento da fresa 7 perpendicularmente a seu eixo ao longo do perfil do alvéolo 3 ( o perfil do alvéolo sendo sua forma em uma seção por um palno perpendicular ao eixo do disco). considerando o comprimento l da fresa 7, essa última excede de um lado e de outro do disco 2, os braços 6 do suporte de fresa 5 se estendendo de cada lado do disco 2. como está r