BE1027875B1 - Système de bridage de pièce - Google Patents

Abstract

L'invention concerne une unité de bridage (1) comprenant : un corps (2) délimitant une chambre (3) définissant une direction longitudinale (A), et comprenant un orifice (7) d'amenée de fluide débouchant dans la chambre (3) ; un piston (4) agencé dans la chambre (3) et ayant une première face (4.1) apte à être soumise à un effort d'un fluide pénétrant la cavité par l'orifice d'amenée (7), et une seconde face (4.2) soumise à un effort appliqué par un ressort (8) ; une tige(5) solidaire du piston (4) et s'étendant longitudinalement depuis la seconde face (4.2) dans une direction opposée à l'orifice (7) ; une bride de serrage (6) solidaire de la tige (5) ; remarquable en ce que la bride (6) est mobile en rotation et en translation par rapport au corps (2). L'invention porte également sur un système de bridage avec de telles unités (1), une machine-outil avec un tel système et un procédé afférent.

Description

,Ç BE2019/5928 Description

SYSTÈME DE BRIDAGE DE PIÈCE Domaine technique L'invention concerne une unité de bridage et en particulier son application aéronautique pour brider une virole de compresseur lors d'une opération de fabrication. L'invention porte également sur le système de bridage correspondant, une machine-outil munie de ce système de bridage et un procédé afférent. Technique antérieure La demande de brevet FR 3017556 A1 divulgue une bride actionnée pneumatiquement ou hydrauliquement en translation entre une position de serrage et une position de retrait. Un ressort tend à appliquer un effort de serrage à la bride. A l'inverse, sous la pression de l'air ou de l'huile, la bride translate vers une position de retrait dans laquelle une came peut être manuellement engagée dans une rainure pour bloquer la bride en position haute.

Ce système nécessite l'intervention d’un opérateur et le verrouillage manuel nécessite un certain temps. Dans les faits, il peut y avoir une dizaine de brides ou plus pour maintenir une pièce aéronautique en place. Ce nombre multiplie encore les interventions humaines nécessaires.

Le mouvement en translation de la bride requiert que la course de la bride soit longue pour pouvoir manipuler la pièce lors de sa mise en place ou de son enlèvement. Cette longue course limite la raideur utilisable du ressort car un ressort trop raide sur une trop grande course nécessiterait une pression de fluide très importante pour obtenir le mouvement du piston. Les limites de raideur du ressort limitent donc l'effort de serrage pour une bride et multiplie donc le nombre de brides nécessaires pour maintenir une pièce en position. Aussi, une erreur humaine liée au verrouillage de la came dans la rainure peut avoir des conséquences sur la sécurité des opérateurs et peut être une source d'endommagement d'une pièce à positionner ou à retirer de la machine-outil.

Il existe donc une marge d'amélioration pour ce type de système de bridage.

> BE2019/5928 Résumé de l'invention Problème technique L'invention a pour objectif un gain de temps lors du bridage d'une pièce.

L'invention vient également surmonter les difficultés évoquées ci-dessus et présentes dans l’état de la technique.

Solution technique L'invention a pour objet une unité de bridage comprenant : un corps délimitant une chambre définissant une direction longitudinale, et comprenant un orifice d'amenée de fluide débouchant dans la chambre ; un piston agencé dans la chambre et ayant une première face apte à être soumise à un effort d'un fluide pénétrant la cavité par l’orifice d'amenée, et une seconde face soumise à un effort appliqué par un ressort; une tige solidaire du piston et s'étendant longitudinalement depuis la seconde face dans une direction opposée à l’orifice ; une bride de serrage solidaire de la tige, la bride étant amenée dans une position de bridage par l'action du ressort et la bride étant écartée de la position de bridage par l’action du fluide ; remarquable en ce que la bride est mobile en rotation et en translation par rapport au corps.

Selon des modes de réalisation préférés de l'invention, l'unité de bridage peut comprendre les éléments suivants, selon toutes les combinaisons techniquement possibles : - le corps est muni d’un pion et le piston dispose d'une came coopérant avec le pion, la came ayant une portion hélicoïdale.

Le piston peut occuper diamétralement tout l'espace de la chambre.

Le pion peut être directement formé ou directement agencé dans le corps.

Cette solution technique est simple et fiable; - la came comprend en outre une portion longitudinale.

Cette portion permet de venir au contact avec la pièce en translation pure et de ne pas générer de précontrainte en torsion ou de tendre à faire pivoter la pièce sur elle-même lors de l’accostage de la bride sur la pièce ; — -la portion longitudinale de la came s'étend sur moins de 25% de la course axiale totale du piston.

La portion longitudinale doit être suffisante pour jouer son rôle sans pénaliser la vitesse d'exécution du bridage/débridage.

Ainsi, un bon compromis se situe à moins de 25% et plus particulièrement moins de 20% et préférentiellement environ 16% ; - la came dispose d'un fond cylindrique.

Par « fond », on entend la surface de la came radialement la plus proche de [axe de symétrie du piston, par exemple réalisée par une fraise à bout droit ou une fraise trois tailles mais pas par une fraise à bout hémisphérique.

Ceci vise à limiter les risques de coincement entre le pion et la came ; - le piston est muni d’une gorge recevant un joint d'étanchéité, qui est préférentiellement axialement positionné entre la première surface et la came.

Ceci limite les fuites en particulier au niveau de la came ou du pion qui ne « voient » pas de fluide.

L'invention porte également sur un système de bridage d'une virole de compresseur de turbomachine comprenant une pluralité d'unités telles que décrites ci-dessus, agencées de manière symétriques autour d'un axe vertical et préférentiellement alimentées en fluide par une alimentation commune.

Le nombre d'unités peut être toute valeur entière comprise entre 6 et 20. Selon un mode avantageux de l'invention, les unités sont reliées en série à l'alimentation commune.

Pour des raisons de synchronisation ou de vitesse de bridage, l'homme du métier tendrait à alimenter en fluide les unités en parallèle.

Il a été observé par les inventeurs qu'avec la conception particulière des unités selon l'invention, un montage en série permet également un bridage synchrone avec l'avantage supplémentaire de nécessiter moins de conduites ; Selon un mode avantageux de l'invention, le fluide est de l’air et le système comprend une vanne et des conduites agencées pour soit alimenter les unités en air comprimé, soit permettre la mise à pression atmosphérique de la première surface de chaque piston.

L'invention porte également sur une machine-outil comprenant une surface de réception pour recevoir une virole de compresseur et un système de bridage selon l'un des modes de réalisation exposés ci-dessus pour maintenir en position la virole sur la surface de réception, les brides du système étant amenées en position de bridage par l’action des ressorts respectifs et les brides étant écartées de leurs positions de bridage par l'action du fluide sous pression.

La surface de réception peut être une table de la machine-outil.

Selon un mode avantageux de l'invention, en l'absence de virole sur la surface de réception et en l'absence de pression de fluide, le piston est en butée contre le corps sous l'action du ressort et les brides surplombent la surface de réception à une distance d'environ 1 mm de la surface de réception.

Selon un mode avantageux de l'invention, les ressorts exercent un effort de bridage supérieur aux efforts d'usinage attendus sur la pièce, notamment un effort cumulé d'environ 4000 N.

Par exemple, douze ressorts peuvent être agencés, exerçant chacun un effort compris entre 300 et 400 N.

Des ressorts avec une raideur importante (entre 25 et 30 N/mm et plus particulièrement environ 28 N/mm) pourront être utilisés.

Ainsi, l'effort entre 300 et 400 N, préférentiellement environ 340N, est atteint pour une compression du ressort de quelques millimètres, notamment environ 12 mm.

Ainsi, une très courte course du piston peut être employée tout en assurant un effort de bridage important.

Selon un mode avantageux de l'invention, la machine-outil comprend un carénage annulaire recouvrant le corps des unités de bridage, les brides surplombant le carénage.

Le carénage permet de protéger les conduites et les unités de bridage des copeaux et de la lubrification.

L'invention porte également sur un procédé de bridage d'une virole de compresseur sur une surface de réception de machine-outil selon l’un des modes de réalisation ci-dessus, à l'aide d’un système de bridage tel que décrit ci-dessus, le procédé comprenant les étapes suivantes : augmentation de la pression du fluide au contact des pistons respectifs au-delà de l'effort appliqué par les ressorts respectifs ; déplacement des pistons en translation et en rotation vers une position de retrait ; mise en position de la virole à usiner ; réduction de la pression du fluide ; déplacement du piston en rotation et translation sous l’action des ressorts jusqu'au contact entre les brides et la virole ; bridage de la pièce par l'action du ressort sur le piston résultant en un effort de la bride sur la pièce.

Selon un mode avantageux de l'invention, le fluide est de l'air et l'étape de réduction de la pression consiste à la mise à pression atmosphérique de la chambre. Alternativement, le fluide peut être de l'huile sous pression. Avantages apportés 5 Le système de bridage selon l'invention permet un bridage rapide (3 secondes contre plusieurs minutes auparavant). Le serrage est également synchronisé et homogène tout autour de la pièce. Le système est fiable : en cas de défaillance dans l'alimentation en fluide, la pièce reste bridée à la machine.

Le système est économique : l'alimentation en fluide n’est nécessaire que lors de la mise en place ou de l'enlèvement de la pièce usinée. Le dispositif est versatile : il ne nécessite qu'une alimentation en fluide pour la mise en position de retrait des brides. L'alimentation en fluide peut être indépendante de la machine utilisée.

Brève description des dessins La figure 1 représente schématiquement un compresseur de turbomachine. Les figures 2A et 2B montrent une unité de bridage selon l'invention dans une position de bridage. Les figures 3A et 3B illustrent une unité de bridage selon l'invention dans une position de retrait. La figure 4 représente le piston et la tige de l'unité de bridage selon l'invention. La figure 5 représente le système de bridage selon l'invention. Description des modes de réalisation Dans la description qui va suivre, le terme « solidaire » qualifie deux pièces rigidement fixées entre elles et ayant une cinématique identique à tout instant. Les dimensions des figures ne sont pas à l'échelle et en particulier les épaisseurs des pièces les plus fines sont exagérées pour faciliter la lecture des figures. La figure 1 est une vue en coupe schématique et partielle d'un compresseur 30 d’une turbomachine axiale. Le compresseur 30 peut être un compresseur basse-

pression. Le compresseur 30 comprend un rotor 31 qui tourne autour de l'axe 32 de la turbomachine. Le compresseur comprime un flux d'air 33 par l’alternance d'aubes rotoriques 37 et statoriques 39. On peut observer une partie de la soufflante 35 de la turbomachine sur la partie gauche de la figure 1. Les aubes rotoriques 37 peuvent s'étendre radialement depuis un support rotorique 38 qui peut être une plateforme à queue d'aronde ou une couronne interne de tambour monobloc aubagé.

Les aubes statoriques 39 s'étendent essentiellement radialement depuis une virole interne 40 et vers un carter extérieur 42. La virole 40, le carter 42, ou certains éléments du rotor 31 sont des pièces axisymétriques (ou formées de segments circonférentiels qui, une fois assemblés, présentent une axisymétrie). Ces pièces sont d'épaisseur très petite par rapport à leur diamètre. L'invention porte sur une étape de fabrication d’une de ces pièces, et plus particulièrement leur maintien en position lors d’une opération d'usinage. La figure 2A illustre une unité de bridage 1 dans une position de bridage. L'unité 1 comprend un corps 2 qui peut être de forme généralement cylindrique ou parallélépipédique. Le corps 2 peut être assemblé au bâti d'une machine-outil. Le corps 2 comprend une chambre 3 cylindrique et occupée par un piston 4. Le piston 4 est solidaire d’une tige 5 et d'une bride 6. Ces éléments peuvent être venus de matière (auquel cas le corps est fait de deux parties longitudinales) ou être assemblés par vis. La bride peut recevoir un patin (non représenté) pour venir au contact de la pièce sans l'endommager. La chambre 3, le piston 4 et la tige 5 sont coaxiaux selon un axe A, qui en utilisation, peut être vertical (et parallèle à l'axe B de la virole, figure 5A, 5B). Le piston 4 comprend une première face 4.1 apte à être soumise à la pression d’un fluide entrant dans la chambre 3 via un orifice 7.

Le piston comprend une seconde face 4.2, opposée à la première face 4.1, et soumise à l'effort d'un ressort 8. Le piston 4 a sensiblement le même diamètre nominal que la chambre 3 et un joint ou segment d’étanchéité 9 peut être prévu à la périphérie du piston 4. Ainsi, lorsque le fluide exerce une pression sur la première face 4.1 qui résulte en un effort supérieur à la somme du poids de l'ensemble piston 4, tige 5 et bride 6 et de l'effort appliqué par le ressort 8 sur la seconde face 4.2, le piston translate vers le haut. En absence de pression ou lorsque celle-ci est telle que l'effort du fluide sur la première face 4.1 est inférieur à la somme évoquée ci-avant, le piston translate vers le bas. Dans la position illustrée en figure 2A, le piston 4, la tige 5 et la bride 6 sont dans leur position basse, c'est-à-dire une position de bridage. La bride 6 est au contact de la pièce 40 et exerce sur celle-ci un effort de serrage, dirigé vers le bas. En pratique, le fluide peut être de l'air et la chambre peut être mise à la pression atmosphérique pour la position de bridage. L'effort de serrage exercé par la bride 6 sur la pièce 40 est donc sensiblement égal à l'effort exercé par le ressort 8 sur le piston 4. La pièce 40 repose sur la surface de réception (table) 50 d'une machine-outil. Le piston 4 est également muni d’une came 4.3 de forme générale hélicoïdale qui coopère avec un pion (10 sur la figure 2B). Ainsi, lorsque le piston 4 translate, il a également un mouvement de rotation autour de son axe A. Le piston peut comprendre plusieurs cames 4.3 angulairement réparties autour de l'axe A. Le joint 9 est axialement en-dessous de la came 4.3. Ceci évite les fuites de fluide au niveau du pion (le corps pouvant être percé à cet endroit pour recevoir le pion). Il est à noter qu’en l'absence d'une pièce 40, le ressort 8 serait légèrement plus étendu que sur la figure 2A, avec la limite donnée par le contact du pion 10 venant en butée avec les limites de la came 4.3 ou le piston 4 venant en butée contre le corps 3.

La figure 2B décrit l'unité 1 en vue de dessus dans la même position que celle de la figure 2A. On y voit le corps 2 et la bride 6 qui surplombe la pièce 40.

Dans cet exemple, deux vis sont diamétralement opposées et insérées dans le corps 2. Leurs extrémités forment des pions 10 qui coopèrent avec des cames

4.3 respectives du piston 4. La figure 3A décrit l'unité de bridage 1 dans une position de retrait, en dégagement de la pièce 40. Sous l'effet de la pression de fluide, le piston 4 a translaté vers le haut. Sa course axiale est notée H, mesurée entre les positions de la figure 3A et de la figure 2A. Sous l'effet combiné de la pression de fluide et de la came 4.3 hélicoïdale coopérant avec un pion 10, le piston 4, la tige 5 et la bride 6 ont tourné sur l'axe A.

La figure 3B illustre cette position en vue de dessus. On observe que la bride 6 s'est dégagée de la pièce 40 en pivotant autour de l'axe À d'un angle noté a. La pièce 40 peut donc être aisément enlevée de la surface de réception 50 de la machine-outil.

L’angle balayé par la bride 6 entre sa position sur la figure 2B et sa position sur la figure 3B est égal à l'angle balayé par la came 4.3. II peut être d'au moins 30° et peut être par exemple de 45° ou 90°. La course axiale du piston 4 peut être d'environ 20 à 25 mm.

La figure 3B montre également un carénage 60 qui recouvre le corps 2 sans recouvrir la bride 6. Comme montré sur une coupe partielle III: à une échelle plus petite que la figure 3B, le carénage 60 peut avoir une section en L afin de protéger efficacement les unités 1 des copeaux générés, ou de la lubrification utilisée, lors d’une opération d'usinage. Le carénage 60 dispose d'orifices permettant le passage de la tige 5 respective des unités de bridages 1. Un joint peut être agencé dans ces orifices.

La figure 4 illustre en détail le piston 4 et la tige 5, qui peuvent être venus de matière. La came 4.3 peut disposer d'une portion longitudinale 4.4 parallèle à l'axe A afin d'assurer un accostage de la bride 6 sur la pièce 40 qui soit uniquement axial.

La portion hélicoïdale 4.5 de la came 4.3 est prépondérante. Le fond 4.6 de la came est de forme cylindrique.

Une gorge 4.7 peut être prévue pour recevoir le joint 9.

La figure SA illustre schematiquement un système de bridage 100 comprenant une pluralité d'unités de bridage 1 agencées selon une symétrie axiale autour d’un axe B qui est sensiblement l'axe sur lequel la pièce 40 est centrée pendant l'usinage (qui est également son axe de symétrie).

Les unités 1 sont alimentées en série en air comprimé par des conduites 102. Une vanne 104 peut être actionnée pour mettre les unités 1 sous pression ou les laisser à la pression atmosphérique. La commande de la vanne 104 peut être accessible aisément et n’est notamment pas recouverte par le carénage 60. La vanne 104 peut être du type 3/2, à 3 entrées/sorties et deux positions.

Sur la figure 5A, la vanne 104 est en position de repos, les unités 1 sont à la pression atmosphérique et les brides 6 sont en position de bridage. Sur la figure 5B, la vanne 104 est en position de mise sous pression, une source de fluide sous pression 105 alimente les unités 1, la pression étant suffisante pour contrer l'effort des ressorts 8. Les brides 6 sont en position de retrait. Dans cet exemple, langle a est de 45° et le nombre d'unités est de 6. L'homme du métier saura naturellement adapter indépendamment ces valeurs au cas par cas.

Claims (15)

Revendications

1. Unité de bridage (1) comprenant : - un corps (2) délimitant une chambre (3) définissant une direction longitudinale (A), et comprenant un orifice (7) d'amenée de fluide débouchant dans la chambre (3) ; - un piston (4) agencé dans la chambre (3) et ayant une première face (4.1) apte à être soumise à un effort d'un fluide pénétrant la cavité par l'orifice d'amenée (7), et une seconde face (4.2) soumise à un effort appliqué par un ressort (8) ; - une tige (5) solidaire du piston (4) et s'étendant longitudinalement depuis la seconde face (4.2) dans une direction opposée à l'orifice (7) ; - une bride de serrage (6) solidaire de la tige (5), la bride (6) étant amenée dans une position de bridage par l’action du ressort (8) et la bride (6) étant écartée de la position de bridage par l’action du fluide ; caractérisée en ce que la bride (6) est mobile en rotation et en translation par rapport au corps (2).

2. Unité (1) selon la revendication 1, caractérisée en ce que le corps (2) est muni d’un pion (10) et le piston (4) dispose d'une came (4.3) coopérant avec le pion (10), la came (4.3) ayant une portion hélicoïdale (4.5).

3. Unité (1) selon la revendication 2, caractérisée en ce que la came (4.3) comprend en outre une portion longitudinale (4.4).

4. Unité (1) selon la revendication 3, caractérisée en ce que la portion longitudinale (4.4) de la came (4.3) s'étend sur moins de 25% de la course axiale (H) totale du piston (4).

5. Unité (1) selon l’une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que la came (4.3) dispose d'un fond (4.6) cylindrique.

6. Unité (1) selon l’une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que le piston (4) est muni d’une gorge (4.7) recevant un joint d'étanchéité (9), qui est préférentiellement axialement positionné entre la première surface (4.1) et la came (4.3).

7. Système de bridage (100) d’une virole (40) de compresseur (30) de turbomachine comprenant une pluralité d'unités (1) selon l'une des revendications 1 à 6, agencées de manière symétriques autour d'un axe (B) et préférentiellement alimentées en fluide par une alimentation commune (105).

8. Système (100) selon la revendication 7, caractérisé en ce que les unités (1) sont reliées en série à l'alimentation commune (105).

9. Système (100) selon la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce que le fluide est de l'air et le système (100) comprend des conduites (102) et une vanne (104) agencées pour soit alimenter les unités (1) en air comprimé, soit permettre la mise à pression atmosphérique de la première surface (4.1) de chaque piston (4).

10. Machine-outil comprenant une surface de réception (50) pour recevoir une virole (40) de compresseur (30) et un système (100) de bridage selon l’une des revendications 7 à 9 pour maintenir en position la virole (40) sur la surface de réception (50), les brides (6) du système (100) étant amenées en position de bridage par l'action des ressorts (8) respectifs et les brides (6) étant écartées de leurs positions de bridage par l'action du fluide sous pression.

11. Machine-outil selon la revendication 10, caractérisée en ce qu’en l'absence de virole (40) sur la surface de réception (50) et en l'absence de pression de fluide, le piston (4) est en butée contre le corps (2) sous l'action du ressort (8) et les brides (6) surplombent la surface de réception (50) à une distance d'environ 1 mm de la surface de réception (50).

12. Machine-outil selon la revendication 10 ou 11, caractérisée en ce que les ressorts (8) exercent sur la pièce un effort de bridage assurant l’immobilité de la pièce lors d'opérations d'usinage, notamment un effort d'environ 4000 N.

13. Machine-outil selon l’une des revendications 10 à 12, caractérisée en ce qu’elle comprend un carénage annulaire (60) recouvrant le corps (2) des unités de bridage (1), les brides (6) surplombant le carénage (60).

14. Procede de bridage d’une virole de compresseur sur une surface de reception de machine-outil selon l'une des revendications 10 à 13, à l'aide d'un système de bridage (100) selon l’une des revendications 7 à 9, le procédé comprenant les étapes suivantes : - augmentation de la pression du fluide au contact des pistons (4) respectifs au-delà de l'effort appliqué par les ressorts (8) respectifs ; - déplacement des pistons (4) en translation et en rotation vers une position de retrait ; - mise en position de la virole (40) à usiner ; - réduction de la pression du fluide ; - déplacement du piston (4) en rotation et translation sous l'action des ressorts (8) jusqu'au contact entre les brides et la virole ; - bridage de la pièce (40) par l’action du ressort (8) sur le piston (4) résultant en un effort de la bride (6) sur la pièce (40).

15. Procédé selon la revendication 14, caractérisé en ce que le fluide est de l'air et l'étape de réduction de la pression consiste à la mise à pression atmosphérique de la chambre.