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Procédé à froid pour la fabricationd'aubes de turbine creuses et sans joint, à pied massif.
Les aubes de turbine à pied ou à pièce de fixa- t'ion ne peuvent,à cause de leur forme propre dans presque tous les cas' pour autant qu'elles sont faites d'une pièce, être fabriquées au moyen de dispositifs de copiage spé- ciaux d'une manière très compliquée, par enlèvement de copeaux. A ceci s'ajoute encore que, par suite de la forme particulière des aubes, il n'est fréquemment pas possible d'évider celles-ci au moyen d'outils enlevant des copeaux.
Avec ce mode de fabrication, l'aube est toujours relativement lourde, ce qui est un grand inconvénient car toute diminution de poids a une très grande importance pour les conditions dynamiques auxquelles l'aube est soumise en fonctionnement. En outre; lors de l'usinage, les fibres sont tranchées, de sorte qu'il se produit un affaiblissement-de la matière en particulier à l'endroit de fixe,., tion, c'est à dire à l'endroit où il y a déjà une forte
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contraction par la transition du pied à l'aube. La fabrica- tion est également très coûteuse et peu économique car la plus grande partie de la matière est transformée en copeaux et est ainsi perdue.
On a essayé de fabriquer les aubes en deux ou en trois parties en formant le pied ou la pièce de fixation au moyen d'une matière massive et en soudant l'aube elle- même, faite de deux tôles façonnées à l'avance, sur le pied ou la pièce de fixation en vue d'obtenir une diminution de poids. Lors de la soudure, on neeut toutefois jamais con- server la précision nécessaire. En outre, l'aube ne répond pas aux conditions imposées. On ne pourrait pas atteindre le but non plus au moyen de rivets et de moyens auxiliaires analogues car il faut considérer que dans beaucoup de cas les aubes doivent, cause des températures élevées se présentant dans le fonctionnement, être fabriquées en une matière résistant à la chaleur.
Le nouveau procédé esquissé ci-après a pour point de départ le problème consistant à former les aubes sans enlèvement de copeaux à partir d'une seule pièce en tenant compte de l'allure des fibres et avec la plus petite con- sommation de matière. Hors du pied massif, en forme une au- be creuse dont les parois sont appropriées aux forces se présentant et vont donc en s'amincissant de l'endroit de fi- xation vers l'extrémité libre et qui présente une allure ininterrompue des fibres depuis le pied jusqu'à l'extrémité libre de l'aube.
Le produit de départ pour ce façonnage sans en- lèvement de copeaux peut avoir des sections transversales différentes; il est seulement essentiel que l'allure des fi- bres soit parallèle à l'axe longitudinal de la pièce.
Le procédé de fabrication suivant l'invention sera expliqué plus en détail à l'aide du dessin.
La fige 1 montre une vue de côté de l'aube.
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La fig. 2 est une coupe longitudinale faite suivant la ligne A-B de la fige 1.
La fig. 3 montre une coupe transversale faite suivant la ligne C-D de la fig. 1.
La fige 4 est une vue de dessus regardée par le cote d'aube.
Les fig. 5 et 6 montrent émue de dessus et en vue de cote une pièce de départ donnée à titre d'exemple.
Les fige 7 et 8 montrent la. vue de face et la vue de opte de la pièce après que le pied ou la pièce de fixation a été formé par compression.
Les fig. 9 et 10 représentent la vue de face et la vue de cote après la première opération de refoulement.
Les fige 11, 12 et 13 montrent la vue de face, la vue de côté et la vue de dessus du pied ou de la pièce de fixation avec la platine, après le second refoulement.
Les fig. 14 et 15 montrent la vue de face et la eaupe longitudinale aprèsle repoussage.
Les fig, 16, 17 et 18 montrent la vue de face, la coupe longitudinale et la vue de dessus du corps creux ayant subi l'étirage préalable et comportant un pied.
Les fige l à 4 représentent l'aube sous sa forme définitive qui comporte deux parties principales, le pied massif ou la pièce de fixation a et la partie d'aube creuse b. La transition', de l'aube vers le pied est désignée par.9., et les parois de l'aube par 1 et k et les arêtes de l'aube par .1 et m.
On a représente à titre d'exemple aux fige 5 et 6 la pièce de départ dans laquelle les fibres s'étendent dans la direction longitudinale pour une section rectan- gulaire par exemple ou ovale. La pièce est faite en une matière extrêmement résistante, par exemple à forte proportion de nickel.
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Après l'estampage du pied ou de la pièce de fixation a avec la partie d'aube d proprement dite maintenue sous la forme initiale, la pièce prend la forme représentée aux fige 7 et 8, à partir de laquelle on obtient par d'autres opérations d'estampage d'abord une ou plusieurs formes intermédiaires, par exemple suivant :les fige 9 et 10 et ensuite la platine e restée attachée à la pièce de pied a suivant les fige 11, 12 et 13.
Les fig. 14 et 15 montrent la suite du développement de la forme après le repoussage de la platine e. A partir de la platine repoussée e on forme par étirage le corps creux f dont le côté g, plat ou faiblement recourbé, correspond à la paroi interne h de l'aube 1 (fig.2 et 3) et dont le côté 1 fortement recourbé correspond à la paroi externe k de l'aube (fig.2 et 3).//Par compression du côté g, plat ou faiblement recourbé, d@ corps creux f, on obtient finalement la paroi interne à de l'aube et par reccurbement du côté i fortement bombé on obtient la paroi externe k de l'aube. Par une opération d'estampage, on donne encore une forme plus vive aux arêtes 1 et m de l'aube.
Cet estampage à arêtes vives est rendu possible par des épaississements des parois prévus dans les transi- tiors des côtés g et 1 du corps creux f (fig.18). Dans le cas d'aubes à sollicitation particulièrement forte, on peut prévoir également desépaississements analogues sous forme'de nervures de renforcement à l'intérieur des parois mêmes de l'aube pour augmenter la stabilité de l'aube, mais également pour agrandir la surface en vue d'obtenir une meilleure évacuation de la chaleur.
Les parois de l'aube sont avantageusement maintenues plus épaisses dans la trans i tion c (fig.2) du pied ou la pièce de fixation vers l'aube b à cause de la sollicitation se présentant et peuvent aller en diminuant d'épaisseur vers l'extrémité de l'aube. La transition.2 est estampée .de façon voulue par une pression dans la direction de l'axe de l'aube.
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Il résulte de l'explication do.'procède que l'allure initiale des fibres depuis le pied ou la pièce de fixation jusqu'à l'extrémité libre de l'aube reste conservée sans interruption vu que les fibres dirigées suivant la longueur dans le produit de départ (fig.5 et 6) sont dirigées par l'opération d'estampage du pied vers le bord de la platine et sont donc parallèles à la surface de la platine. Lors des opérations d'étirage, elles sont alors allongées à travers les parois de l'aube jusqu'à l'extrémité libre de celles-ci.
Dans la partie médiane de la platine qui est tournée du coté opposé au pied ou à la pièce de fixation, les fibres sont entortillées ou nouées par les estampages et viennent se placer, dans l'aube terminée,; dans la transition intérieure entre la pièce de fixation et l'aube où elles servent simplement de matière de remplissage. Elles ne sont soumises par conséquent à aucune sollicitation spéciale.
Des essais ont montré que l'on peut fabriquer slivant le procédé esquissé des aubes de turbine en n'importe quelle matière et ..avant tout en des aciers résistant à la chaleur, à forte proportion de nickel. On peut également fabriquer des aubes de turbine suivant le procédé esquissé à partir de matières pour lesquelles le produit de départ, c,est à dire la pièce traitée, est avantageusement coulée et,par suite de la constitution intérieure de la texture, l'allure des fibres est sans importance essentielle.
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Cold process for the manufacture of hollow and seamless turbine blades with a solid base.
Turbine blades with foot or with an attachment piece cannot, because of their inherent shape in almost all cases, as long as they are made in one piece, be manufactured by means of copying devices. specials in a very complicated way, by chip removal. To this is further added that, owing to the particular shape of the blades, it is frequently not possible to hollow them out by means of tools which remove chips.
With this method of manufacture, the vane is always relatively heavy, which is a great drawback since any reduction in weight is of great importance for the dynamic conditions to which the vane is subjected in operation. In addition; during machining, the fibers are sliced, so that there is a weakening-of the material especially at the place of fixed,., tion, that is to say at the place where there is already strong
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contraction by the transition from the foot to the dawn. The manufacture is also very expensive and uneconomical because most of the material is transformed into chips and is thus wasted.
An attempt has been made to manufacture the blades in two or three parts by forming the root or the fixing part by means of a solid material and by welding the blade itself, made of two sheets formed in advance, on the foot or the fixing part in order to obtain a reduction in weight. When welding, however, the necessary precision was never retained. In addition, the dawn does not meet the conditions imposed. The goal could not be achieved either by rivets and similar auxiliary means because it must be considered that in many cases the blades must, because of the high temperatures occurring in operation, be made of a heat resistant material. .
The starting point of the new process outlined below is the problem of forming the blades without chip removal from a single piece taking into account the appearance of the fibers and with the smallest material consumption. Out of the massive foot, in the form of a hollow blade, the walls of which are appropriate to the forces occurring and therefore tapering off from the place of attachment towards the free end and which presents an uninterrupted shape of the fibers from the foot to the free end of the dawn.
The starting material for this non-chipping shaping may have different cross sections; it is only essential that the shape of the fibers be parallel to the longitudinal axis of the part.
The manufacturing process according to the invention will be explained in more detail with the aid of the drawing.
Fig 1 shows a side view of the dawn.
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Fig. 2 is a longitudinal section taken along line A-B of fig 1.
Fig. 3 shows a cross section taken along the line C-D of FIG. 1.
Figure 4 is a top view viewed from the vane dimension.
Figs. 5 and 6 show moving from above and in side view a starting part given by way of example.
Figures 7 and 8 show the. front view and opte view of the part after the foot or the fastener has been formed by compression.
Figs. 9 and 10 represent the front view and the side view after the first upsetting operation.
The pins 11, 12 and 13 show the front view, the side view and the top view of the foot or of the fixing part with the plate, after the second delivery.
Figs. 14 and 15 show the front view and the longitudinal section after the embossing.
Figs, 16, 17 and 18 show the front view, the longitudinal section and the top view of the hollow body having undergone the preliminary stretching and comprising a foot.
Figs l to 4 represent the blade in its final form which comprises two main parts, the solid root or the fastening part a and the hollow blade part b. The transition ', from the blade to the base is designated by 9., and the walls of the blade by 1 and k and the edges of the blade by .1 and m.
There is shown by way of example in figs 5 and 6 the starting part in which the fibers extend in the longitudinal direction for a rectangular or oval section for example. The part is made of an extremely resistant material, for example with a high proportion of nickel.
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After stamping the foot or the fastener a with the blade part d proper maintained in the initial shape, the part takes the shape shown in figs 7 and 8, from which we obtain by others stamping operations first one or more intermediate shapes, for example following: the pins 9 and 10 and then the plate e remained attached to the foot piece a following the pins 11, 12 and 13.
Figs. 14 and 15 show the continuation of the development of the form after the embossing of the plate e. From the embossed plate e, the hollow body f is formed by stretching whose side g, flat or slightly curved, corresponds to the internal wall h of blade 1 (fig. 2 and 3) and whose side 1 is strongly curved corresponds to the outer wall k of the blade (fig. 2 and 3) .// By compression on the side g, flat or slightly curved, d @ hollow body f, we finally obtain the internal wall at the blade and by reccurbement of the strongly curved side i gives the outer wall k of the blade. By a stamping operation, an even more lively shape is given to the edges 1 and m of the blade.
This sharp-edged stamping is made possible by thickening of the walls provided in the transitions of sides g and 1 of the hollow body f (fig.18). In the case of blades with particularly strong stress, it is also possible to provide similar thickenings in the form of reinforcing ribs inside the walls of the blade themselves to increase the stability of the blade, but also to enlarge the surface. in order to obtain better heat dissipation.
The walls of the vane are advantageously kept thicker in the transition c (fig. 2) from the foot or the fixing part towards the vane b because of the stress occurring and may decrease in thickness towards the end of the dawn. The transition. 2 is stamped. In a desired way by a pressure in the direction of the axis of the vane.
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It follows from the explanation of the procedure that the initial shape of the fibers from the foot or the fixing piece to the free end of the blade remains uninterrupted, since the fibers directed along the length in the starting product (fig. 5 and 6) are directed by the stamping operation of the foot towards the edge of the plate and are therefore parallel to the surface of the plate. During stretching operations, they are then elongated through the walls of the blade to the free end thereof.
In the middle part of the plate which is turned on the side opposite to the foot or to the fixing part, the fibers are twisted or knotted by the stampings and come to be placed, in the finished blade; in the internal transition between the fastener and the vane where they simply serve as filling material. They are therefore not subject to any special solicitation.
Tests have shown that according to the outlined process, turbine blades can be manufactured from any material and above all from heat-resistant steels with a high nickel content. Turbine blades can also be made according to the outlined process from materials for which the starting material, ie the treated part, is advantageously cast and, due to the internal constitution of the texture, the appearance. fiber is of no essential importance.
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