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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.