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La présente invention a trait à la production d'aubes destinées à des machines actionnées par la pression d'un fluide, telles que les turbines, et l'invention concerne particulière- ment la production d'aubes destinées aux structures du rotor ou du stator de turbines à gaz ou de compresseurs.
Dans ces aubes il est désirable de prévoir des passages internes qui peuvent être employés aux fins de refroidissement (ou, dans certaines circonstances, aux fins de réchauffement)et il est essentiel que, dans une aube finie, le passage ou les passages aient des dimensions et une forme exactes et qu'ils soient correctement disposés par rapport au restant de l'aube.
On doit observer qu'il existe actuellement un procédé de production d'aubes directrices de turbine comportant des passa-
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ges de refroidissement, suivant lequel on fore d'abord un cer- tain nombre de trous dans une billette, trous dont chacun a le diamètre requis et la localisation relative nécessaire, et on bouche ensuite ces trous par une bourre appropriée. La billette est alors extrudée pour produire la section profilée requise de l'aube et les bouchons de bourre sont ôtés par le traitement par un acide.
Les aubes de rotor de turbine ayant des passages de refroidissement sont aussi produites par ce procédé, l'extru- sion étant arrêtée à une phase convenable pour laisser du métal en vue de la formation de la racine ; l'aube peut'être soumise à une opération d'estampage avant l'enlèvement des bou- chons de bourre.
Toutefois, dans une aube de turbine, il est essentiel que le ou les passages de refroidissement soient situés avec préci- sion par rapport à l'enveloppe profilée externe de l'aube, afin de ne pas compromettre la stabilité de l'aube et ses autres qua- lités essentielles ; procédé à extrusion susmentionné ne per- met pas d'assurer un réglage vraiment précis de la situation finale des passages par rapport à l'enveloppe externe de l'aube et la forme finale des passages.
C'est donc le but de.la présente invention que de proposer un procédé perfectionné de production d'aubes de turbines et d'autres corps comportant des passages, par lequel un réglage plus précis de la position finale du passage ou de chaque passa- ge par rapport au restant du corps peut être obtenu.
Selon un aspect de la présente invention, on propose un procédé de production d'une aube destinée à une machine action- née par la pression d'un fluide, telle qu'une turbine, cette aube ayant un ou plusieurs passages de refroidissement ou de chauffage, selon lequel on forme d'abord une ébauche de corps ayant des dimensions et une forme appropriées à une opération de forgeage de précision destinée à produire l'aube finie, cette
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ébauche de corps comportant un trou pénétrant dans le corps ou traversant ce dernier, ce trou étant alors bouché d'une bourre amovible et l'ébauche étant soumise à une ou plusieurs opérati- ons de forgeage de précision par le pressage entre une paire de matrices de forgeage déplaçables l'une vers l'autre pendant cha- que opération de forgeage pour produire la forme finale requise du corps,
la bourre étant alors enlevée.
L'effet de l'opération ou des opérations de forgeage de précision est de provoquer un changement de la forme de la sec- tion du ou des passages de l'ébauche, de manière que le ou les passages suivent la forme de l'enveloppe externe de l'ébauche, la bourre qui bouche le trou étant choisie de manière à présen- ter des caractéristiques de forgeage semblables à celles du mé- tal de l'ébauche.
L'ébauche de corps et le trou y présent peuvent être pro- duits de toute manière .convenable. Par exemple, selon un procédé d'après la présente invention, une ébauche de corps, qui doit être transformée en une aube de turbine, peut être dégrossie par le forgeage depuis une pièce de métal massive, ce dégrossisse- ment créant une partie formant aube et, à chacun de ses bouts, une partie formant racine et une partie formant joue. Ladite partie formant aube peut recevoir, par ce dégrossissement, une section en forme de fève qui doit être ultérieurement forgée pour lui donner la forme profilée aérodynamique. L'ébauche ainsi formée peut alors être forée de manière à produire un ou plu- sieurs trous à jour, de section circulaire constante.
Dans une variante, l'ébauche de corps et le trou y présent peuvent être produits à partir d'un lingot massif de métal, de section circulaire dans lequel on fore le nombre requis de trou de section circulaire, après quoi on extrude le lingot foré à travers une matrice ayant un poinçon comportant un ou plusieurs mandrins correspondant en nombre et en dimensions au nombre et
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aux dimensions des trous forés dans le lingot, le lingot extrudé ayant pareillement une section en forme de fève, de sorte que l'on produit ainsi une ébauche de corps (cette ébauche ayant une section en forme de fève) comportant un ou plusieurs trous, l'ébauche étant alors bouchée par la bourre et soumise à l'opé- ration ou aux opérations de forgeage de précision.
Les procédés susdits de production d'une ébauche de corps comportant un trou ou des trous, résultent en trous de section transversale constante ; dans bien des cas, les aubes utilisées dans les turbines à gaz.ont une épaisseur variable, qui s'amenuise d'une épaisseur relativement grande à la racine de l'aube jusqu'à une petite section du sommet. Dans ce cas, il est désirable que les passages internes se rétrécissent de ma- nière correspondante, afin de former des parois d'épaisseur constante. Cette forme des aubes et des-passages sera ici dite "fuselée".
Par conséquent, selon un autre aspect de la présente inven- tion, on propose un procédé de production d'une aube destinée à une machine actionnée par la pression d'un fluide, telle qu'une turbine, cette aube comportant un ou plusieurs passages de re- froidissement ou de chauffage, selon lequel, on forme d'abord une ébauche de corps comportant un trou central de section cons- tante ou sensiblement constante, on bouche ensuite ce trou d'une bourre amovible et l'on soumet cette ébauche de corps à une opération de façonnage qui a pour effet de donner à ce trou une forme uniformément fuselée, l'ébauche étant alors soumise à une ou plusieurs opérations de forgeage de précision par le pressage entre une paire de matrices de forgeage déplaçables l'une vers l'autre pendant chaque opération de forgeage pour pro- duire la forme finale requise du corps,
la bourre étant ensuite enlevée.
Par exemple, on peut partir d'un lingot massif de section
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circulaire constante que l'on fore centralement pour produire un trou de section circulaire constante. Le trou est alors bou- ché d'une bourre amovible et le lingot noyauté est alors dégros- si par forgeage pour lui donner une forme fuselée tronconique régulière. Cette opération amène le trou, qui est disposé au centre du lingot, à prendre une forme fuselée uniforme et l'on peut ensuite soumettre le lingot à une ou plusieurs opérations de forgeage de précision afin de produire l'aube sous sa forme finale, avant l'enlèvement de la bourre.
Selon un procédé constituant une variante de production d'un trou de forme fuselée uniforme, on peut partir d'un lingot qui est initialement fuselé tronconique. On peut alors forer un trou circulaire à travers le lingot, ce trou étant disposé au centre du lingot et parallèlement à son axe. On peut alors bou- cher le trou de bourre et soumettre le lingot à un laminage de manière à supprimer ou à réduire la conicité initiale du lingot, par suite de quoi le trou noyauté central se fuselle de manière correspondante. Le lingot comportant un trou conique central peut alors être soumis à une ou plusieurs opérations de forgeage de précision afin de produire une aube de la forme requise.
Dans un procédé constituant une autre variante de produc- tion d'un passage dans un corps, on fait usage d'une opération d'extrusion préliminaire et, selon cet aspect de la présente in- vention, on propose un procédé de production d'une aube destinée à une machine actionnée par la pression d'un fluide, telle qu'une turbine, cette aube comportant un passage fuselé, comprenant les opérations consistant à former un lingot de forme générale cylindrique ayant au moins un trou axial, à extruder le lingot à travers une matrice autour d'un mandrin ayant une forme fuse- lée de manière à former une pièce extrudée traversée par un pas- sage d'un bout à l'autre, passage ayant une forme fuselée, à remplir ce passage d'une bourre de noyautage convenable, à forger
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cette pièce extrudée pour lui donner la forme finie requise,
et à enlever ladite bourre de noyautage.
Selon le procédé de production d'une aube comme décrit dans, l'alinéa précédent, la pièce extrudée et noyautée peut être sou- mise à une opération d'aplatissement avant les opérations de for geage de précision finales, cette opération d'aplatissement ser- vant à allonger la section du trou central fuselé, dans la direc tion parallèle à l'axe principal de la section de l'aube. En ou- tre, plus d'un trou axial peut être façonné par l'opération d'extrusion. De même, le lingot extrudé peut avoir une section elliptique.
L'invention va être décrite plus particulièrement en se référant aux dessins annexés.
Les fig. 1 à 4 représentent des phases de la production d'une aube de turbine selon un des procédés décrits ci-dessus.
La fig. 2 est une section suivant la ligne 2-2 de la fig.l.
Les fig. 3 et 4 représentent respectivement les formes en section d'une aube de turbine avant et après les opérations de forgeage de précision.
Les fig. 5,6, 7,8 et 9 représentent une préparation pré- liminaire, constituant une variante, d'une pièce de métal avant qu'elle ne soit soumise aux opérations de forgeage de précision.
Les fig. 10 et 11 représentent un procédé permettant de produire un trou fuselé dans une aube de turbine.
Les fig. 12 et 13 représentent une variante de procédé de production d'un tel trou fuselé.
La fig. 14 est une perspective d'une aube de turbine creuse forgée et usinée.
Les fig. 15 et 16 représen+ent deux formes de garniture de l'aube creuse.
Les fig. 17 à 29 représentent des phases d'un procédé, constituant une variante, de production d'une aube de turbine,
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dans lequel on forme un passage central de forme fuselée.
Les fig. 30 et 31 représentent d'autres phases, constituant des variantes, de la production d'une aube de turbine creuse, ayant une racine à redents.
Il est fait d'abord référence aux fig. 1 à 4 dont la fig.l représente une pièce dégrossie à la forge, ayant une partie 10 destinée à former une aube de turbine, une partie 11 agencée pour former la racine de l'aube et une partie 12 destinée à former la joue de l'aube. Cette pièce dégrossie ou ébauche est drabord forée pour acquérir un certain nombre de trous longitu- dinaux 13 de section circulaire ; y a cinq de ces trous dans l'exemple représenté par le dessin, comme le montre clairement la fig. 2 qui est une section de la fig. 1 suivant la ligne 2-2.
La fig. 3 est une image de la section de la partie 10 de l'ébauche à une échelle quelque peu plus grande, représentant une section "en forme de fève". Après le forage des trous 13 à travers l'ébauche, d'un bout à l'autre de cette dernière, les trous sont bouchés par une bourre amovible convenable qui peut, par exemple, consister en acier doux. L'ébauche, comportant ainsi des trous longitudinaux 13 bouchés de bourre, est alors soumise à une ou plusieurs opérations de forgeage de précision par lesquelles la section en forme de fève de la fig. 3 devient la section finale profilée forgée représentée fig. 4. Comme le montre la fig. 4, les passages internes, qui avaient antérieure- ment la forme de trous de section circulaire, ont à présent une section quelque peu allongée, qui correspond grosso modo à la forme externe de la section profilée.
Les opérations de forgeage de précision laissent une petite quantité de métal, comme indi- qué en 14, qui est subséquemment enlevée par l'usinage, pour produire l'aube finie.
Il est maintenant fait référence aux fig. 5 à 9 ; l'ébauche qui est représentée fig. 1 et qui a été produite par un dégros-
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sissage à la forge, est ici produite suivant les étapes prélimi- naires constituant une variante, représentées fig. 5 à 9, par une opération d'extrusion. Dans ce cas, un lingot de métal de forme cylindrique est foré de deux trous circulaires selon les fig. 5 et 6, car il y a deux de ces trous dans l'exemple repré- senté par ces figures, ces trous se disposant symétriquement autour de l'axe du lingot. Le lingot foré est alors introduit dans la matrice 15 d'une presse d'extrusion à matrice dont le poinçon 16 comporte deux mandrins saillants 17 de section circu- laire constante.
Ces mandrins 17 sont agencés pour pénétrer dans les trous préalablement forés dans le lingot et, lorsque le poinçon pénètre dans la matrice 15, il en résulte une pièce extrudée de la forme de la fig. 8 et à section selon la fig. 9.
Il faut observer, à l'examen de la fig. 9, qu'on est en présence d'une ébauche ayant une section en forme de fève comportant deux trous circulaires longitudinaux, cette étape correspondante l'étape illustrée par la fig. 1; c'est-à-dire que les trous cir- culaires sont alors remplis d'une bourre et qu'on effectue des opérations de forgeage de précision pour produire l'aube de tur- bine. On comprend donc que l'opération susmentionnée d'extrusion sert simplement de phase préliminaire de la production d'une ébauche appropriée et de passages et il est entendu que le façon- nage final de l'aube est exécuté par des opérations de forgeage de précision seulement.
Il est maintenant fait référence aux fig. 10 et 11 qui re- présentent un procédé de production d'un passage fuselé dans une aube de turbine. Selon ce procédé, un' lingot 18 de configuration cylindrique est pourvu d'un trou central 19 de section circulai- re constante, selon la fig. 10. Ce trou 19 est alors rempli d'une bourre convenable, comme ci-dessus et le lingot noyauté est mécaniquement aminci, par exemple par une opération de for- geage, pour produire une forme fuselée 20 de la surface externe
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du lingot, comme le montre la fig. 11. Cette opération produit une forme fuselée correspondante 21 du trou noyauté et on peut procéder au forgeage de précision de l'aube comme ci-dessus ; on comprend évidemment que l'étape atteinte fig. 11 est celle d'une ébauche partiellement façonnée de forme tronconique.
Les fig. 12 et 13 représentent une variante du procédé de production du trou fuselé, dans laquelle le lingot initial de métal 22 est lui-même tronconique. Ce lingot 22 est alors foré au centre pour former un trou axial 23 de section circulaire constante. Ce trou 23 est bouché par une bourre de noyautage convenable et le lingot subit alors une opération d'aplatisse- ment qui peut par exemple être exécutée par laminage, de manière à former un lingot à faces parallèles selon la fig. 13. L'opéra- tion de laminage, qui supprime la conicité externe, provoque comme le montre la fig. 13, le rétrécissement fuselé du passage interne, comme il est indiqué en 24. Les opérations de forgeage de précision peuvent être exécutées comme ci-dessus, la bourre de noyautage étant enlevée du trou fuselé 24 à la fin de ces opérations de forgeage.
La fig. 14 est une perspective d'une aube finie de turbine, forgée et usinée à la forme finale, cette aube comportant un passage interne 25 et une racine 26 comportant les redents bien connus.
Les fig. 15 et 16 représentent des sections à une échelle quelque peu plus grande d'aubes de turbine comportant chacune un seul passage interne. Dans le cas de la fig. 15, une garniture 27 est introduite dans ce passage interne, garniture qui a pour effet de diviser le passage interne en plusieurs passages sépa- rés afin de contribuer au refroidissement de l'aube, tandis qu' un effet semblable est obtenu fig. 16 au moyen d'une garniture d'espèce tubulaire 28.
Il est maintenant fait référence aux fig. 17 à 29 qui repré-
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sentent un certain nombre de phases d'un procédé, constituant une variante, de production d'une aube de turbine. La fig. 17 repré- sente un lingot cylindrique 29 dans lequel on a foré en 30 un trou central axial. Ce lingot foré est alors introduit dans la matrice 31 d'une presse d'extrusion dont le poinçon 32 comporte un mandrin saillant fuselé 33. Le bout avant du mandrin 33 est agencé pour pénétrer dans le trou axial 30 du lingot et, lorsque le poinçon est mis en contact avec le lingot foré, il se forme une pièce extrudée de section elliptique selon la fig. 19. Cette pièce extrudée comporte alors un trou central fuselé 34 et une partie 35 destinée à former la racine de l'aube finie.
Cette pièce extrudée est alors bouchée d'une bourre et la partie de racine 35 est soumise à une opération de martelage qui lui donne la forme du bout 36 de la fig. 20. La phase suivante de la pro- duction de l'aube est représentée fig. 21 à 23, dans lesquelles la fig. 21 représente une section de l'aube après l'extrusion, comme le montre la fig. 20, soumise à une opération d'aplatisse- ment dans la mesure indiquée par les fig. 22 et 23, la fig. 22 étant une section suivant la ligne 22-22 de la fig. 21 et la fig.
23 étant une section suivant la ligne 23-23 de la fig. 21.
L'ébauche aplatie est alors soumise à une opération de forgeage de dégrossissement pour produire une ébauche dégrossie selon les fig. 24 à 26, la fig. 25 étant une section suivant la ligne 25-25 de la fig. 24 et la fig. 26 étant une section suivant la ligne 26-26 de la fig. 24. Il faut observer, à l'examen des fig.
24 à 26, que l'on a formé une ébauche ou "moulage" ayant un seul passage interne fuselé et ayant déjà une section quasi profilée.
Les fig. 27 à 29 représentent la pièce forgée par forgeage de précision, finie, d'une aube de turbine, la fig. 28 étant une section suivant la ligne 28-28 de la fig. 27 et la fig. 29 étant une section suivant la ligne 29-29 de la fig. 27 ; il faut obser- ver à l'examen de ces figures qu'une torsion a été appliquée à
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l'aube au cours de ces opérations finales de forgeage. de. préci- sion. Il est entendu que, selon le procédé de production d'une aube de turbine selon les fig. 17 à 29, l'étape essentielle du procédé comprend les phases du forgeage de précision d'une ébauche pourvue d'un passage noyauté, l'opération d'extrusion initiale ne servant qu'à produire un trou fuselé.
Les fig. 30 et 31 représentent d'autres étapes, constituant des variantes facultatives de la production d'une aube de tur- bine comportant une racine à redents. Comme le montre la fig. 30, le bout externe de la racine à redents a une section comparati- vement petite et il peut arriver, au cours des opérations fina- les de forgeage de précision, que le trou noyauté préalablement formé se désaligne quelque peu et perce totalement ou partielle- ment le côté de cette racine au lieu de percer son bout. Pour éviter cette possibilité, le trou à noyau est foré comme l'indi- que la fig. 30 en 37 de manière qu'une partie de la matière du noyau, s'étendant dans le bout à redents, soit enlevée. Le bout à redents est alors soumis à une opération d'écrasement, comme l'indique la fig. 31, de manière que l'extrémité du trou 37 se réduise à une fente 38.
Il faut observer que, lors des opérations de forgeage de précision suivantes, la fente 38 est bien moins susceptible de percer les côtés de la racine à redents au lieu de percer le bout, du fait de ses petites dimensions latérales et, par conséquent, les opérations de forgeage finales peuvent être exécutées sans le risque d'un désalignement important de la fente 38. Après la fin des opérations de forgeage finales, le bout à redents est foré ou fraisé depuis son extrémité externe, afin de former une ouverture qui corresponde au passage prévu dans le reste de l'aube, ce passage étant, évidemment, à présent., de section profilée aérodynamique.
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The present invention relates to the production of blades for machines operated by the pressure of a fluid, such as turbines, and the invention relates in particular to the production of blades for use in rotor or stator structures. gas turbines or compressors.
In these vanes it is desirable to provide internal passages which can be employed for cooling (or, in some circumstances, for heating) purposes and it is essential that in a finished vane the passage or passages have dimensions. and an exact shape and that they are correctly arranged with respect to the remainder of the vane.
It should be observed that there is currently a process for the production of turbine guide vanes comprising passages.
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A cooling process, in which a number of holes are first drilled in a billet, each of which has the required diameter and the necessary relative location, and then these holes are plugged with a suitable wad. The billet is then extruded to produce the required profiled section of the vane and the wad stoppers are removed by the acid treatment.
Turbine rotor blades having cooling passages are also produced by this process, the extrusion being stopped at a suitable phase to leave metal for root formation; the blade can be subjected to a stamping operation before removing the plugs of fluff.
However, in a turbine blade, it is essential that the cooling passage (s) are located precisely with respect to the outer profiled casing of the blade, so as not to compromise the stability of the blade and its bearings. other essential qualities; The above-mentioned extrusion process does not make it possible to ensure a truly precise adjustment of the final situation of the passages with respect to the outer casing of the vane and the final shape of the passages.
It is therefore the object of the present invention to provide an improved process for the production of turbine blades and other bodies comprising passages, by which a more precise adjustment of the final position of the passage or of each passage. ge compared to the rest of the body can be obtained.
According to one aspect of the present invention, there is provided a method of producing a vane for a machine operated by the pressure of a fluid, such as a turbine, this vane having one or more cooling or cooling passages. heating, whereby a body blank is first formed having dimensions and shape suitable for a precision forging operation to produce the finished blade, this
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body blank comprising a hole penetrating into or passing through the body, this hole then being plugged with a removable wad and the blank being subjected to one or more precision forging operations by pressing between a pair of dies forging rings movable towards each other during each forging operation to produce the required final body shape,
the fluff then being removed.
The effect of the precision forging operation (s) is to cause the shape of the section of the passage (s) of the blank to change so that the passage (s) follow the shape of the casing. of the blank, the wad which closes the hole being chosen so as to have forging characteristics similar to those of the metal of the blank.
The body blank and the hole therein can be produced in any convenient way. For example, according to a method according to the present invention, a body blank, which is to be made into a turbine blade, can be roughened by forging from a solid piece of metal, this roughening creating a blade part. and, at each of its ends, a root portion and a cheek portion. Said blade part can receive, by this roughening, a bean-shaped section which must subsequently be forged to give it the aerodynamic profiled shape. The blank thus formed can then be drilled so as to produce one or more open holes, of constant circular section.
Alternatively, the body blank and the hole present therein can be produced from a massive metal ingot of circular section in which the required number of circular section holes is drilled, after which the drilled ingot is extruded. through a die having a punch comprising one or more mandrels corresponding in number and dimensions to the number and
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to the dimensions of the holes drilled in the ingot, the extruded ingot similarly having a bean-shaped section, so that a body blank is thus produced (this blank having a bean-shaped section) comprising one or more holes, the blank then being plugged with the wad and subjected to the operation or precision forging operations.
The aforesaid methods of producing a body blank having a hole or holes result in holes of constant cross section; in many cases the blades used in gas turbines have a variable thickness, which tapers from a relatively large thickness at the root of the blade to a small section of the top. In this case, it is desirable that the internal passages narrow correspondingly, so as to form walls of constant thickness. This shape of the vanes and passages will here be called "tapered".
Therefore, according to another aspect of the present invention, there is provided a method of producing a blade for a machine operated by the pressure of a fluid, such as a turbine, this blade having one or more passages. cooling or heating, according to which, firstly a body blank is formed comprising a central hole of constant or substantially constant section, this hole is then plugged with a removable wad and this blank is subjected to body to a shaping operation which has the effect of giving this hole a uniformly tapered shape, the blank then being subjected to one or more precision forging operations by pressing between a pair of movable forging dies one towards each other during each forging operation to produce the required final body shape,
the fluff then being removed.
For example, we can start with a solid ingot of section
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constant circular drilled centrally to produce a hole of constant circular section. The hole is then plugged with a removable wad and the cored ingot is then roughened by forging to give it a regular tapered tapered shape. This operation causes the hole, which is located in the center of the ingot, to take a uniform tapered shape and the ingot can then be subjected to one or more precision forging operations in order to produce the vane in its final form, before removal of the fluff.
According to a method constituting an alternative production of a hole of uniform tapered shape, one can start from an ingot which is initially tapered frustoconical. A circular hole can then be drilled through the ingot, this hole being arranged in the center of the ingot and parallel to its axis. The stuffing hole can then be plugged and the ingot subjected to rolling so as to remove or reduce the initial taper of the ingot, whereby the central cored hole tapers correspondingly. The ingot with a central conical hole can then be subjected to one or more precision forging operations to produce a blade of the required shape.
In a method constituting another variant of producing a passage in a body, use is made of a preliminary extrusion operation and, in accordance with this aspect of the present invention, a method of producing the passage is provided. a blade intended for a machine actuated by the pressure of a fluid, such as a turbine, this blade comprising a tapered passage, comprising the operations consisting in forming an ingot of generally cylindrical shape having at least one axial hole, in extruding the ingot through a die around a mandrel having a fused shape so as to form an extruded part traversed by a passage from one end to the other, passage having a tapered shape, to fill this passage with a suitable core-making wad, to be forged
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this part extruded to give it the required finished shape,
and removing said core wadding.
According to the method of producing a blade as described in the preceding paragraph, the extruded and cored part can be subjected to a flattening operation before the final precision forging operations, this flattening operation will be subjected to a flattening operation. - before lengthening the section of the tapered central hole, in the direction parallel to the main axis of the section of the blade. In addition, more than one axial hole can be shaped by the extrusion operation. Likewise, the extruded ingot can have an elliptical section.
The invention will be described more particularly with reference to the accompanying drawings.
Figs. 1 to 4 represent phases of the production of a turbine blade according to one of the processes described above.
Fig. 2 is a section taken on line 2-2 of fig.l.
Figs. 3 and 4 respectively show the cross-sectional shapes of a turbine blade before and after precision forging operations.
Figs. 5,6, 7,8 and 9 show a preliminary, alternate preparation of a piece of metal before it is subjected to precision forging operations.
Figs. 10 and 11 show a method for producing a tapered hole in a turbine blade.
Figs. 12 and 13 show an alternative method of producing such a tapered hole.
Fig. 14 is a perspective of a forged and machined hollow turbine blade.
Figs. 15 and 16 represent two forms of filling of the hollow blade.
Figs. 17 to 29 represent phases of a process, constituting a variant, for producing a turbine blade,
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in which a central passage of tapered shape is formed.
Figs. 30 and 31 show other stages, constituting variants, of the production of a hollow turbine blade, having a stepped root.
Reference is first made to FIGS. 1 to 4 of which fig.l shows a piece roughly forged, having a part 10 intended to form a turbine blade, a part 11 arranged to form the root of the blade and a part 12 intended to form the cheek of the turbine. dawn. This rough part or blank is first drilled to acquire a certain number of longitudinal holes 13 of circular section; There are five of these holes in the example shown by the drawing, as clearly shown in fig. 2 which is a section of FIG. 1 following line 2-2.
Fig. 3 is an image of the section of part 10 of the blank on a somewhat larger scale, showing a "bean-shaped" section. After drilling the holes 13 through the blank, from one end of the latter to the other, the holes are plugged with a suitable removable wad which can, for example, consist of mild steel. The blank, thus comprising longitudinal holes 13 filled with fluff, is then subjected to one or more precision forging operations by which the bean-shaped section of FIG. 3 becomes the final forged profiled section shown in fig. 4. As shown in fig. 4, the internal passages, which previously had the shape of holes of circular cross-section, now have a somewhat elongated cross-section, which roughly corresponds to the outer shape of the profiled section.
Precision forging operations leave a small amount of metal, as indicated at 14, which is subsequently removed by machining, to produce the finished blade.
Reference is now made to FIGS. 5 to 9; the blank which is represented in FIG. 1 and which was produced by a rough
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smithing in the forge, is produced here following the preliminary stages constituting a variant, represented in fig. 5 to 9, by an extrusion operation. In this case, a cylindrical metal ingot is drilled with two circular holes according to Figs. 5 and 6, because there are two of these holes in the example represented by these figures, these holes being arranged symmetrically around the axis of the ingot. The drilled ingot is then introduced into the die 15 of a die extrusion press, the punch 16 of which comprises two projecting mandrels 17 of constant circular section.
These mandrels 17 are arranged to penetrate into the holes previously drilled in the ingot and, when the punch penetrates into the die 15, the result is an extruded part of the shape of FIG. 8 and section according to FIG. 9.
It should be observed, on examination of fig. 9, that there is a blank having a bean-shaped section comprising two longitudinal circular holes, this step corresponding to the step illustrated in FIG. 1; that is, the circular holes are then filled with a wad and precision forging operations are carried out to produce the turbine blade. It will therefore be understood that the aforementioned extrusion operation serves merely as a preliminary phase in the production of a suitable blank and passages and it is understood that the final shaping of the vane is carried out by precision forging operations. only.
Reference is now made to FIGS. 10 and 11 which show a method of producing a tapered passage in a turbine blade. According to this process, an ingot 18 of cylindrical configuration is provided with a central hole 19 of constant circular section, according to FIG. 10. This hole 19 is then filled with a suitable wad, as above and the cored ingot is mechanically thinned, for example by a forging operation, to produce a tapered shape 20 of the outer surface.
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ingot, as shown in fig. 11. This operation produces a corresponding tapered shape 21 of the cored hole and the precision forging of the vane can be performed as above; it is obviously understood that the stage reached in fig. 11 is that of a partially shaped blank of frustoconical shape.
Figs. 12 and 13 show a variant of the process for producing the tapered hole, in which the initial metal ingot 22 is itself frustoconical. This ingot 22 is then drilled in the center to form an axial hole 23 of constant circular section. This hole 23 is plugged with a suitable core-forming wad and the ingot then undergoes a flattening operation which can for example be carried out by rolling, so as to form an ingot with parallel faces according to FIG. 13. The rolling operation, which eliminates the external taper, causes as shown in fig. 13, the tapered narrowing of the internal passage, as indicated at 24. Precision forging operations can be performed as above, with the core wad removed from the tapered hole 24 at the end of these forging operations.
Fig. 14 is a perspective of a finished turbine blade, forged and machined to the final shape, this blade having an internal passage 25 and a root 26 having the well known cusps.
Figs. 15 and 16 show sections on a somewhat larger scale of turbine blades each having a single internal passage. In the case of fig. 15, a liner 27 is introduced into this internal passage, which liner has the effect of dividing the internal passage into several separate passages in order to aid in cooling the vane, while a similar effect is obtained in FIG. 16 by means of a tubular species packing 28.
Reference is now made to FIGS. 17 to 29 which represents
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There are a number of stages in an alternate process for producing a turbine blade. Fig. 17 shows a cylindrical ingot 29 into which an axial central hole 30 has been drilled. This drilled ingot is then introduced into the die 31 of an extrusion press, the punch 32 of which comprises a projecting tapered mandrel 33. The front end of the mandrel 33 is arranged to penetrate into the axial hole 30 of the ingot and, when the punch is brought into contact with the drilled ingot, an extruded part of elliptical section is formed according to FIG. 19. This extruded part then comprises a tapered central hole 34 and a part 35 intended to form the root of the finished blade.
This extruded part is then plugged with a wad and the root part 35 is subjected to a hammering operation which gives it the shape of the tip 36 of FIG. 20. The next phase of blade production is shown in fig. 21 to 23, in which FIG. 21 shows a section of the blade after extrusion, as shown in fig. 20, subjected to a flattening operation to the extent indicated in FIGS. 22 and 23, fig. 22 being a section on line 22-22 of FIG. 21 and fig.
23 being a section on line 23-23 of FIG. 21.
The flattened blank is then subjected to a rough forging operation to produce a roughened blank according to Figs. 24 to 26, fig. 25 being a section on line 25-25 of FIG. 24 and fig. 26 being a section taken on line 26-26 of FIG. 24. It should be observed, on examination of fig.
24 to 26, that a blank or "molding" has been formed having a single tapered internal passage and already having an almost profiled section.
Figs. 27 to 29 show the finished precision forging forging of a turbine blade, FIG. 28 being a section on line 28-28 of FIG. 27 and fig. 29 being a section on line 29-29 of FIG. 27; it should be observed on examination of these figures that a torsion has been applied to
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the blade during these final forging operations. of. precision. It is understood that, according to the method for producing a turbine blade according to FIGS. 17 to 29, the essential step of the process comprises the phases of precision forging of a blank provided with a cored passage, the initial extrusion operation serving only to produce a tapered hole.
Figs. 30 and 31 show further steps, constituting optional variations of the production of a turbine blade having a cuspid root. As shown in fig. 30, the outer end of the cuspidroot has a comparatively small cross section and it may happen, during the final precision forging operations, that the previously formed cored hole becomes somewhat misaligned and completely or partially pierced. lie the side of this root instead of piercing its end. To avoid this possibility, the core hole is drilled as shown in fig. 30 at 37 so that some of the core material extending into the cuspidor is removed. The stepped end is then subjected to a crushing operation, as shown in fig. 31, so that the end of the hole 37 is reduced to a slot 38.
It should be noted that in subsequent precision forging operations, slot 38 is much less likely to pierce the sides of the stepped root instead of piercing the tip, due to its small side dimensions and, therefore, Final forging operations can be performed without the risk of a significant misalignment of the slot 38. After the completion of the final forging operations, the stepped end is drilled or milled from its outer end, in order to form an opening which corresponds to the passage provided in the rest of the blade, this passage being, obviously, now., of aerodynamic profiled section.