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La présente invention est relative à la fabrication d'aubes de turbine ou de compresseur, dans lesquelles une aube pro- prement dite et une racine d'aube sont formées d'une pièce et com- portent un petit rebord ou plate-forme agissant comme joint à gaz à la jonction de l'aube et de la,racine, et dans lesquelles des passages longitudinaux sont prévus pour la circulation d'un fluide de refroidissement, qui est habituellement de l'air.
De tels passages ne peuvent pas être réalisés par forage des aubes. Ils peuvent être faits par forage de trous dans
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une billette ou élément similaire, remplissage des trous avec une matière qui a des caractéristiques de coulée similaires à celles du métal de la billette ou autre élément et qui peut par la suite être enlevée par un lessivage acide ou autre processus,et travail à chaud de la billette ou élément similaire pour former une ébau- che dans laquelle les trous sont allongés. Le travail à chaud peut consister en une extrusion partielle à travers une filière d'allure aérodynamique ou autre.
La racine est formée à partir de la partie de l'ébauche qui n'a pas passé à travers la filière d'ex trusion, et l'aube proprement dite est formée à partir de cette partie extrudée par matriçage ou processus similaire.
Dans les aubes réalisées jusqu'à présent par cette méthode, les extrémités des passages se trouvaient dans le bout de la racine.
Dans certaines aubes de turbine ou de compresseur, il est nécessaire que les extrémités des passages de refroidisse- ment se trouvent d'un ou des deux côtés de la racine. Un but de l'invention est de réaliser une aube ayant de tels passages, par la méthode d'extrusion partielle.
Ceci est réalisé suivant la présente invention en pratiquant des trous longitudinalement dans une billette, en rem- plissant les trous d'une matière qui a des caractéristiques de cou-' lée similaires à celles du métal de la billette et qui peut par la suite être enlevée par lessivage acide ou autre processus, en ex- trudant partiellement la billette longitudinalement à travers une filière pour produire une ébauche composée d'une partie extrudée de section transversale réduite à partir de laquelle l'aube est formée, et une partie non extrudée dans laquelle les tronçons des passages remplis sont inclinés par rapport à l'axe de symétrie lon< gitudinal, et en conformant la racine et le rebord par usinage de l'extrémité non extrudée de l'ébauche,
les tronçons inclinés des trous étant recoupés par les surfaces usinées de sorte que les ex-
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trémités des passages se trouvent d'un ou des deux côtés de la racine.
Les trous remplis dans la billette peuvent être réalisés parallèles ou un peu inclinés par rapport à l'axe de symétrie lon- gitudinal de la,billette.
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Des méthodes de mise en oeuvre de l'invention seront maintenant décrites plus en détails avec référence.aux dessins an- . nexés.
La figure 1 est une vue d'extrémité de la billette.
La figure 2 est une coupe suivant la ligne II-II de la figure 1.
La figure 3 montre la billette dans une presse d'extru- sion.
La figure 4 est une coupe longitudinale à travers une ébauche réalisée par extrusion dans la presse montrée à la figure 3.
La figure 5 est une coupe suivant la ligne V-V de la fi- gure 4.
La,figure 6 est une coupe correspondant à la figure 5 après forgeage de l'ébauche .
La figure 7 est une coupe longitudinale à travers l'ex- trémité de racine de l'aube après conformation de la racine.
La figure $ est une vue d'extrémité d'une autre billet- @ te.
La figure 9 est une coupe longitudinale à travers une partié de l'ébauche réalisée à partir de la billette de la.figu- re 8. @
La figure 10 est une couper suivant la ligne X-X de la figure 9.
Dans le procédé illustré aux figures 1 à 7, la matière de départ est une billette parallélépipédique 1 réalisée en un al- liage de nickel-chrome ou de nickel-chrome-coblat résistant au
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fluage. Cinq trous borgnes 2 sont forés dans cette oillette, tro d'un côté du plan central 3 et deux de l'autre côté. Les trous sont ensuite remplis d'une matière de remplissage, par exemple un alliage de fer-manganèse-titane.
Ensuite, la billette est introduite dans un récipient 14 d'une presse d'extrusion, et extrudée à travers une.filière 15 qui est maintenue en place par un élément de retenue 16. La filiè- re 15 se monte étroitement dans le récipient et présente deux fa- ces inclinées 17 qui se terminent par un orifice 18.
L'extrusion est arrêtée alors qu'une certaine quantité de métal reste dans le récipient 14, de sorte que le produit par- tiellement extrudé est l'ébauche montrée à la figure 4. La figure 5 montre la forme du tronçon extrudé 4 qui est évidemment détermi- née par la forme de l'orifice de filière 18. Ce tronçon forme l'au- be proprement dite du produit fini et, tout au long de cette lon- gueur, les trous sont convertis d'une section circulaire en une section lentiforme.
La racine est réalisée à partir de la partie 5 qui n'a pas passé à travers la filière. Dans cette partie 5, les extrémi- tés des trous n'ont pas'bougé de position, et comme la distance Wl entre les deux rangées de trous est grande par rapport à la dis- tance W2 entre les deux mêmes rangées dans la partie 4, les trous sont fortement inclinés par rapport au plan longitudinal central et suivent les,lignes de déformation de produit extrudé, comme mon tré en 6. Cette inclinaison est principalement déterminée par l'in clinaison des faces 17 de la filière.
. Les côtés opposés de la partie 5 sont alors convertis à la forme montrée par les lignes brisées 20 de la figure 5, et en- suite l'ébauche est convertie à la section transversale exigée en chaque point de sa longueur. Cette conversion peut être réali- sée par usinage, auquel cas il n'y a pas de changement de la lon- gueur de la partie 4. Ou bien, la conversion peut être réalisée
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par, un laminage à intervalle, auquel cas la longueur de la partie 4 peut être modifiée.
Lorsque la partie 4 est de la section trans- j versale désirée en chaque point de sa longueur, elle est forgée, à chaud dans une paire de matrices fermées, sans changement de lon- gueur, jusqu'à obtention d'une section aérodynamique avec change- ment de conicité et de cambrure sur sa longueur, la section trans- versale étant exemplifiée par la section montrée à la figure 6.
C'est pour éviter le risque de déchirer le métal, spécialement à la jonction des parties 4 et 5, durant le matriçage, que les cô- tés de la partie 5 sont d'abord conformés comme montré en 20, l'aube proprement dite et la racine étant forgées à chaud simulta- @ , nément.
La partie 5 de l'ébauche extrudée et forgée est alors usinée pour former une racine à redents 8, et un rebord ou plate- forme 9, comme montré à la figure 7 qui montre également la partie
5 en lignes brisées. Les surfaces usinées recoupent les parties inclinées-6 des trous, de sorte que ceux-ci s'ouvrent dans-les côtés de la racine comme montré en 10. Les trous sont de section transversale légèrement plus grande à leur extrémité que dans leur longueur proprement dite, ceci facilitant l'entrée de l'air de refroidissement.
L'extrémité d'attaque pleine de la partie 4 peut être amenée à la forme d'une joue, si on le désire.
Il est évidemment nécessaire de mettre à découvert les extrémités des trous 2, à la pointe des aubes ou dans la joue; ceci peut être réalisé en formant des trous destinés à rencontrer les trous remplis. Ou bien, l'extrémité pleine peut être découpée pour mettre les trous à découvert (en supposant qu'une joue n'est pas exigée). Naturellement, le volume total de la billette et du tronçon extrudé pour former la partie 4 sont appropriés à la di- mension de l'aube requise.
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Finalement, la matière de remplissage est enlevée par un lavage acide pour libérer les trous qui deviennent des passages de refroidissement.-
L'invention peut être utilisée dans la fabrication d'u- ne aube comportant une seule rangée de passages de refroidissement à travers une aube proprement dite de section aérodynamique. Si ces passages doivent se terminer suivant le côté de'la racine, ils doivent tous se terminer d'un seul côté. Par conséquent, les trous 11 sont forés d'un côté du plan central de la billette, comme mon- tré à la figure 8, et cette billette est alors extrudée à la for- me montrée en traits pleins à la figure 9.
Les autres phases de fabrication sont les mêmes que celles décrites ci-avant ; une pla- te-forme 12 et une racine à redents 13 avec les passages résul- tants se terminant d'un seul côté sont montrées en lignes bri- sées à la figure 9.
On comprendra que la manière exacte suivant laquelle une billette flue durant l'extrusion dépend de facteurs tels que le rapport d'extrusion et l'inclinaison des faces 17 de la filière ; une expérience est nécessaire pour déterminer la même forme de la filière nécessaire pour amener les extrémités des passages dans la racine finie à se trouver à la distance requise de l'extrémité de cette racine.
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The present invention relates to the manufacture of turbine or compressor blades, in which a blade proper and a blade root are formed integrally and comprise a small flange or platform acting as gas seal at the junction of the blade and the root, and in which longitudinal passages are provided for the circulation of a cooling fluid, which is usually air.
Such passages cannot be made by drilling the blades. They can be made by drilling holes in
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billet or the like, filling the holes with a material which has casting characteristics similar to the metal of the billet or other element and which can subsequently be removed by acid leaching or other process, and hot working of the billet or the like to form a blank in which the holes are elongated. The hot work may consist of partial extrusion through an aerodynamic or other looking die.
The root is formed from the portion of the blank which has not passed through the extrusion die, and the blade itself is formed from this extruded portion by stamping or the like.
In the blades produced until now by this method, the ends of the passages were in the end of the root.
In some turbine or compressor blades, it is necessary that the ends of the cooling passages be on one or both sides of the root. An object of the invention is to produce a blade having such passages, by the partial extrusion method.
This is accomplished in accordance with the present invention by making holes longitudinally in a billet, filling the holes with a material which has casting characteristics similar to those of the metal of the billet and which can subsequently be used. removed by acid leaching or other process, by partially extruding the billet longitudinally through a die to produce a blank composed of an extruded portion of reduced cross section from which the vane is formed, and a non-extruded portion in in which the sections of the filled passages are inclined with respect to the longitudinal axis of symmetry, and by shaping the root and the rim by machining the non-extruded end of the blank,
the inclined sections of the holes being intersected by the machined surfaces so that the ex-
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Passage hoppers are found on one or both sides of the root.
The holes filled in the billet may be made parallel or slightly inclined with respect to the longitudinal axis of symmetry of the billet.
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Methods of carrying out the invention will now be described in more detail with reference to the drawings an-. nexed.
Figure 1 is an end view of the billet.
Figure 2 is a section taken on line II-II of Figure 1.
Figure 3 shows the billet in an extrusion press.
Figure 4 is a longitudinal section through a blank produced by extrusion in the press shown in Figure 3.
Figure 5 is a section taken along the line V-V of Figure 4.
FIG. 6 is a section corresponding to FIG. 5 after forging of the blank.
Figure 7 is a longitudinal section through the root end of the blade after shaping the root.
Figure $ is an end view of another billet- @ te.
Figure 9 is a longitudinal section through part of the blank made from the billet of Figure 8. @
Figure 10 is a section taken along the line X-X in Figure 9.
In the process illustrated in Figures 1 to 7, the starting material is a parallelepipedal billet 1 made from a nickel-chromium or nickel-chromium-coblate alloy resistant to
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creep. Five blind holes 2 are drilled in this eyelet, three on one side of the central plane 3 and two on the other side. The holes are then filled with a filler material, for example an iron-manganese-titanium alloy.
Next, the billet is introduced into a container 14 of an extrusion press, and extruded through a die 15 which is held in place by a retainer 16. The die 15 fits tightly into the container and has two inclined faces 17 which end in an orifice 18.
The extrusion is stopped while a certain amount of metal remains in the container 14, so that the partially extruded product is the blank shown in figure 4. Figure 5 shows the shape of the extruded section 4 which is. obviously determined by the shape of the die orifice 18. This section forms the actual blade of the finished product and, throughout this length, the holes are converted from a circular section to a circular section. lentiform section.
The root is made from part 5 which has not passed through the die. In this part 5, the ends of the holes have not moved in position, and since the distance W1 between the two rows of holes is large compared to the distance W2 between the same two rows in part 4 , the holes are strongly inclined relative to the central longitudinal plane and follow the lines of deformation of the extruded product, as shown in 6. This inclination is mainly determined by the inclination of the faces 17 of the die.
. The opposite sides of part 5 are then converted to the shape shown by broken lines 20 in Fig. 5, and then the blank is converted to the required cross section at every point along its length. This conversion can be done by machining, in which case there is no change in the length of part 4. Or, the conversion can be done.
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by, interval rolling, in which case the length of part 4 can be changed.
When part 4 is of the desired cross section at each point of its length, it is hot forged in a pair of closed dies, without change in length, until an aerodynamic section with change in taper and camber along its length, the cross section being exemplified by the section shown in Figure 6.
It is to avoid the risk of tearing the metal, especially at the junction of parts 4 and 5, during forging, that the sides of part 5 are first shaped as shown at 20, the blade proper. and the root being hot forged simultaneously.
Part 5 of the extruded and forged blank is then machined to form a stepped root 8, and a flange or platform 9, as shown in figure 7 which also shows the part.
5 in broken lines. The machined surfaces intersect the slanted portions-6 of the holes, so that these open into the sides of the root as shown in 10. The holes are slightly larger in cross section at their end than at their length proper. said, this facilitating the entry of cooling air.
The solid leading end of part 4 can be made to form a cheek, if desired.
It is obviously necessary to expose the ends of the holes 2, at the tip of the blades or in the cheek; this can be done by forming holes to meet the filled holes. Or, the solid end can be cut to expose the holes (assuming a cheek is not required). Of course, the total volume of the billet and of the section extruded to form part 4 is appropriate for the size of the vane required.
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Finally, the filling material is removed by an acid washing to free the holes which become cooling passages.
The invention can be used in the manufacture of a blade comprising a single row of cooling passages through a blade proper of aerodynamic section. If these passages are to end on the side of the root, they must all end on one side. Therefore, the holes 11 are drilled on one side of the central plane of the billet, as shown in Figure 8, and this billet is then extruded to the shape shown in solid lines in Figure 9.
The other manufacturing phases are the same as those described above; a platform 12 and a stepped root 13 with the resulting passages terminating on one side only are shown in broken lines in Figure 9.
It will be understood that the exact manner in which a billet flows during extrusion depends on factors such as the extrusion ratio and the inclination of the die faces 17; experiment is needed to determine the same die shape needed to bring the ends of the passages in the finished root to the required distance from the end of that root.
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