La présente invention concerne la fabrication d'aubes et en parti- culier d'aubes de turbine pour turbomoteurs à combustion interne, à partir de métaux résistant aux températures élevées, tels que les alliages nickel-chrome.
L'invention fournit un procédé de fabrication d'aubes du type ayant un pied de fixation, une partie profilée, une partie formant embase au voisinage du pied de fixation, un bandage d'extrémité et des canaux de refroidissement s'étendant suivant la longueur de l'aube et pourvus d'orifices au pied et à la pointe de l'aube.
Selon la présente invention le procédé de formation d'une aube du type en question comprend les stades suivants : a) production d'une billette b) forage d'un certain nombre de trous selon l'axe de la billette c) introduction d'une matière de remplissage dans les trous forés d) extrusion partielle de la billette dans une matrice avec lubrifi- cation, la pression étant exercée sensiblement selon un diamètre seulement de chacun des trous forés et produisant ainsi une section d'aube de forme approxima- tivement aérodynamique, en laissant inchangée une partie intégrante de la billette de façon à constituer le bandage ou la plate-forme d'extrémité, les trous étant ainsi déformés dans leur partie de l'aube qui est profilée et recevant une sec- tion transversale allongée ou lenticulaire e)
usinage de la partie profilée de l'aube et du pied de fixation à leur forme finale et usinage du bandage à partir de la partie non extrudée de la billette f) enlèvement du remplissage à un stade du processus de fabrication consécutif à 1 extrusion.
Quand on emploie le terme "axial" on désigne par là des trous qui s'étendent finalement à travers l'aube sur toute sa longueur et qui peuvent être inclinés par rapport à l'axe réel de l'aube et par conséquent de la billette initiale. Ainsi par exemple dans certains modèles d'aube, il peut être avanta- geux que les trous aux bords d'attaque ét de fuite soient légèrement inclinés de façon à s'adapter au rétrécissement de l'aube vers son extrémité ou jointe.
Si l'aube est tordue, la torsion peut être réalisée après l'extrusion ou au cours de celle-ci.
Les parties formant émbase peuvent être soudées aux pieds de fixation de l'aube. Le processus d'extrusion'peut laisser sur certaines parties des pieds de fixation des saillies sur lesquelles on soudera plus de métal pour compléter les embases.
La demande de brevet français connexe de la demanderesse intitulée "Fabrication par extrusion d'aubes de turbine" du 10 octobre 1957 décrit la fabrication d'aubes de turbine par un processus quelque peu semblable, dans lequel on peut souder un bandage d'extrémité sur la partie profilée après usinage de cette dernière, la partie non extrudée de la billette constituant le pied de fixation et l'embase du pied. Dans certaines formes d'aube il peut être avantageux de recourir à la présente invention, selon laquelle la partie non extrudée de l'aube fournit la matière nécessaire à l'établissement d'un bandage ou d'une plateforme d'extrémité formant partie intégrante de l'aube, tandis que le pied ou l'embase peuvent être formés à part au moins en soudant de la matière sur la partie extrudée.
La billette peut être initialement de section transversale sensi- blement rectangulaire, auquel cas la déformation au cours de l'extrusion aura lieu sensiblement en totalité entre les deux faces opposées de la section rectan- gulaire.
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De préférence les trous sont des trous borgnes qui peuvent s'étendre à partir de l'extrémité de la billette qui n'est pas extrudée, suffisamment loin pour que, après extrusion, les trous se terminent au voisinage de la partie de la portion extrudée qui est usinée pour former le pied de fixation de l'aube.
Des trous convenables peuvent ensuite être forés dans le pied de fixation pour se relier à ces trous. A l'autre extrémité les trous débouchent à travers le bandage ou la plateforme d'extrémité.
Dans certains cas le bandage d'extrémité ou terminal peut être in- cliné par rapport à l'axe de l'aube, auquel cas la matrice d'extrusion peut avoir une partie inclinée de façon correspondante et la billette à déformer lors de l'extrusion peut avoir une surface inclinée complémentaire.
Dans les procédés de fabrication d'aubes de turbine selon la présente invention, l'épaisseur de la section extrudée est suffisante pour fournir le pied de fixation qui peut présenter des moyens de fixation tels que ceux en forme de filetage conique bien connus. L'extrusion d'une pièce d'une telle épaisseur fournit suffisamment de matière pour former des embases rudimentaires à usiner, celles-ci étant augmentées par l'addition de pièces d'embase supplémentaires.
De préférence on utilise une matrice fondue pour l'extrusion, ce qui facilite l'extrusion sous pression à sens unique. La matière de remplissage utilisée dans la fabrication des aubes selon la présente invention peut être de l'acier à basse teneur en carbone et le processus d'enlèvement de cette matière de remplissage peut être conforme à celui de la demande britannique N 39.718/56 du 31 Décembre 1956, dans lequel on a recours à de l'acide nitrique dilué auquel on ajoute un agent mouillant. On peut obtenir une lubrification particulièrement appropriée pour la billette au cours de l'extrusion en réalisant un placage au nickel de la billette et en appliquant du graphite colloïdal sur la surface de la matrice à extruder, de la manière décrite dans la demande britannique N 39.052/56 du 21 Décembre 1956.
On donnera ci-après un exemple de l'invention en se référant aux dessins annexés, sur lesquels :
La fig. 1 est une élévation d'une aube pouvant être fabriquée par le procédé selon l'invention.
La fig. lA est une vue de la même aube dans la direction située à angle droit de celle de la fig. 1.
La fig. 2 est une coupe verticale à travers la billette à partir de laquelle on doit former par extrusion l'aube après avoir foré les trous borgnes.
La fig. 2A est une coupe selon la ligne IIA-IIA de la fig. 2.
La fig. 3 est une vue de bout d'une moitié de la matrice à extruder.
La fig. 3A représente la même moitié de matrice en plan.
La fig. 3B est une coupe à travers les deux moitiés de matrice par un plan à angle droit par rapport aux deux faces de la matrice.
La fig. 4 est une élévation de la billette après extrusion.
- La fig. 4A est une coupe selon la ligne IVA-IVA de la fig. 4,
La fig. 5 est une coupe selon la ligne V-V de la fig. 4 une fois la partie profilée de l'aube tordue.
Les figs. 6 et 6A sont des schémas représentant les effets de l'ex- trusion selon l'invention sur les trous forées.
Les figs. 7 et 7A représentent les effets de l'usinage du bandage ou de la plateforme terminale à partir de la partie non extrudée de la billette.
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Les figs. 8 et 8A représentent les effets de l'usinage du pied de fixation et des embases rudimentaires à partir de la partie extrudée de la billette, et
La fig. 8B représente la coupe de la partie profilée de l'aube du côté de l'embase et montrant l'agrandissement de l'embase au moyen de parties soudées sur l'embase rudimentaire.
La billette 10 est formée à partir d'un tronçon de barre par forgeage.
Des trous borgnes 11 sont ensuite forés dans cette billette. Des tiges d'acier à basse teneur en carbone, c'est-à-dire d'acier doux ayant une teneur en carbone inférieure à 0,25%, sont introduites dans les trous et sont mises en place par soudure aux extrémités des trous. La billette reçoit ensuite un placage au nickel pour réaliser la lubrification au cours de l'extrusion et elle est ensuite chauffée et extrudée dans une matrice fendue, dont les deux moitiés sont repré- sentées en 12 et 13. Afin d'améliorer la lubrification au cours de l'extrusion, on a constaté qu'il était avantageux d'appliquer du graphite sur les surfaces de la matrice à extruder. Au cours de l'extrusion la réduction de la surface de la section transversale a lieu à peu près complètement à angle droit par rapport au plan de la fente de la matrice.
Lors de l'enlèvement de la matrice, la billette a la forme représen- tée aux figs. 4 et 4A. L'extrusion a pour effet de déformer les trous rondsll et de les amener à la forme représentée à la fig. 6A sous l'effet de la pression d'extrusion exercée dans le sens de là flèche représentée à la fig. 6
La billette, lors de l'enlèvement de la matrice, a une partie d'aube 14 et une partie non extrudée 15 à partir de laquelle on usine un bandage termi- nal faisant partie intégrante de l'aube.
Le stade suivant est celui de la torsion de l'aube 14, après lequel une section telle que celle représentée en V-V de la fig. 4 occupe la position représentée à la fige 5 par rapport à la partie non extrudée de la billette 15.
L'aube extrudée brute est ensuite usinée pour obtenir : (a) la partie profilée de l'aube (b) un pied de fixation avec embases rudimentaires,et (c) un bandage terminal faisant partie intégrante de l'aube.
L'usinage de la partie profilée de 1'aube peut être réalisé d'une manière connue au moyen d'une machine à fraiser suivant un gabarit approprié.
L'usinage du bandage terminal est représenté aux figs. 7 et 7A, les lignes en traits mixtes représentant le contour de l'aube extrudée brute et, les lignes en trait plein représentant en 19 la plateforme terminale. La fig. 7A représente également la section de l'aube profilée selon la ligne VII-VII de la fige 7.
On remarquera que le bandage terminal a une forme sensiblement rectangulaire.
En se référant aux figs. 8 et 8A, on remarquera que le pied de fixa- tion de l'aube comprend une fixation 20 en forme de tronc de cône fileté, une tige 21 et des embases rudimentaires 22. Ces dernières parties sont fournies par la matière à l'extrémité de la section extrudée représentée à la figo 4. Sur ces figures et sur la fig. 8B le contour de la section extrudée est représenté en traits mixtes. Sur la fig. 8B on a représenté des prolongements 23 qui sont soudés aux embases rudimentaires 22 de façon à obtenir des embases de forme sen- siblement rectangulaire. De tels prolongements sont normalement soudés à la ma- tière de l'aube de façon à avoir un contour final plus grand que celui de la forme définitive de l'embase, et sont ensuite usinés au cours de l'opération d'usinage final du pied de l'aube.
Les trous 24 sont forés à travers le pied 20 en forme de tronc de cône et la tige 21 pour établir une liaison avec les trous aplatis-11 de la partie profilée de l'aube.
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La matière de remplissage peut être enlevée des trous 11 à n'importe quel moment après l'extrusion et on peut recourir à de l'acide nitrique étendu, additionné d'un agent mouillant, dans ce but, tel que décrit dans la demande britannique N 390718/56 précitée.
RESUME.
Procédé de formation d'une aube de turbomoteur à combustion interne à partir d'un métal, caractérisé par les points suivants pris séparément ou en combinaisons :
1) Il consiste à amener le métal à résister aux températures élevées par les stades suivants : a) production d'une billette b) forage d'un certain nombre de trous dans l'axe de la billette c) introduction d'une matière de remplissage dans les trous forés d) extrusion partielle de la billette dans une matrice avec lubrifi- cation, la pression étant exercée sensiblement selon un diamètre seulement de chacun des trous forés et produisant ainsi une section d'aube de forme approxi- mativement aérodynamique, en laissant inchangée une partie intégrante de la billette de façon à constituer le bandage ou la plateforme d'extrémité,
les trous étant ainsi déformés dans leur partie de l'aube qui est profilée et recevant une section transversale allongée ou lenticulaire, e) usinage de la partie profilée de l'aube et du pied de fixation à leur forme finale et usinage du bandage à partir de là partie non extrudée de la billette, f) enlèvement du remplissage à un stade du processus de fabrication consécutif à l'extrusion.
2) Des portions d'embase sont soudées au pied de fixation de l'aube.
3) Le processus d'extrusion laisse subsister des parties en saillie à partir du pied de fixation, parties auxquelles on soude du métal pour compléter les embases.
4) La billette a initialement une section transversale sensiblement rectangulaire, la déformation au cours de l'extrusion ayant lieu à peu près complètement entre les deux faces opposées de la section rectangulaire.
5) L'aube est tordue au cours de l'extrusion de la partie profilée ou après cette extrusion.
6) Les trous sont des trous borgnes.
7) Les trous s'étendent à partir de l'extrémité de la billette qui n'est pas extrudée, suffisamment loin pour que, après extrusion, les trous se terminent au voisinage de la partie de la portion extrudée qui est usinée pour former le pied de fixation de l'aube et des trous sont forés dans le pied de fixation pour se relier aux trous précédents.
8) La matrice à extruder a une partie inclinée donnant à la billette une surface inclinée vers la partie non extrudée pour laquelle est usiné un bandage terminal incliné.
9) Avant l'extrusion la billette reçoit un placage au nickel-et les surfaces de la billette et de la matrice sont lubrifiées avec du graphite
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colloïdal.