BR112013000839B1

BR112013000839B1 - Método de realização de uma peça maciça

Info

Publication number: BR112013000839B1
Application number: BR112013000839-3A
Authority: BR
Inventors: Godon Thierry; Jacques Gérard Dambrine Bruno; Robert Yves Perroux Alain
Original assignee: Snecma
Priority date: 2010-07-12
Filing date: 2011-07-11
Publication date: 2018-06-19
Also published as: CA2804957C; WO2012007682A1; EP2593254A1; CN103153505A; RU2566696C2; JP6026411B2; US20130105031A1; JP2013538938A; US9315927B2; CA2804957A1; RU2013105721A; BR112013000839A2; EP2593254B1

Abstract

método de realização de uma peça maciça. a presente invenção refere-se a um método para produzir uma peça maciça, que compreende, em sequência: uma etapa de tecedura de uma estrutura fibrosa tridimensional (300), sendo a dita tecedura executada com cabos metálicos (301, 302) que consistem,em uma pluraridade de flamentos metálicos torcidos entre si em torno de eixo geométrico longitudinal do cabo; e uma etapa de personagem isostática a quente da dita estrutura fibrosa (300) que causa a compressão dos cabos metálicos da dita estrutura fibrosa (300) de modo a produzir uma peça maciça

Description

(54) Título: MÉTODO DE REALIZAÇÃO DE UMA PEÇA MACIÇA (51) Int.CI.: B22F 3/15; C22C 47/06; B22F 5/04; D04C 1/06; F01D 5/28 (30) Prioridade Unionista: 12/07/2010 FR 1055685, 12/07/2010 FR 1055686 (73) Titular(es): SNECMA (72) Inventor(es): THIERRY GODON; BRUNO JACQUES GÉRARD DAMBRINE; ALAIN ROBERT YVES PERROUX

1/21 “MÉTODO DE REALIZAÇÃO DE UMA PEÇA MACIÇA” [0001] A presente invenção se refere a um método de realização de uma peça maciça, tal como, por exemplo, um reforço metálico de pá de turbomáquina.

[0002] Mais particularmente, a invenção se refere a um método de realização de um reforço metálico do bordo de ataque da pá de turbomáquina.

[0003] O campo da invenção é diz respeito aos motores de turbina e, mais particularmente, ao campo das pás de ventoinha, em material compósito ou metálico, da turbomáquina e no qual o bordo de ataque compreende um reforço estrutural metálico.

[0004] Entretanto, a invenção também pode ser aplicada à realização de um reforço metálico destinado a reforçar um bordo de ataque ou um bordo de fuga da pá de qualquer tipo de turbomáquina, terrestre ou aeronáutica, e especialmente, de um motor turbo de helicóptero ou um turborreator de avião, mas também a hélices, tais como hélices de ventoinhas duplas contrarrotativas não carenadas (“rotor aberto” ou “open rotor” em língua inglesa).

[0005] A invenção também pode ser aplicada à realização de todas as peças maciças de forma geométrica complexa.

[0006] Destaca-se que o bordo de ataque corresponde à parte anterior de um perfil aerodinâmico que faz face ao fluxo de ar e que divide o escoamento de ar em um escoamento de ar do intradorso e em um escoamento de ar extradorso. O bordo de fuga corresponde à parte posterior de um perfil aerodinâmico na qual se reúnem os escoamentos intradorso e extradorso.

[0007] As pás da turbomáquina, e especialmente as pás de ventoinha, experimentam importantes restrições mecânicas, ligadas especialmente à velocidade de rotação, e devem satisfazer às condições rígidas de peso e de dimensões totais. Consequentemente, utilizam-se pás em materiais compósitos que são mais leves e mais resistentes ao calor.

[0008] É de amplo conhecimento equipar pás de ventoinha de uma turbomáquina, produzidas em materiais compósitos, com um reforço estrutural metálico estendido por toda a altura da pá e além de seu bordo de ataque como

Petição 870180011855, de 14/02/2018, pág. 7/30

2/21 mencionado no documento EP1908919. Um reforço deste tipo permite proteger o conjunto de pás compósitas no momento de o impacto de um corpo estranho na ventoinha, como, por exemplo, uma ave, granizo ou ainda pedregulhos.

[0009] Em particular, o reforço estrutural metálico protege o bordo de ataque da pá compósita evitando risques de delaminação, de ruptura da fibra ou ainda de danos por descolamento da fibra/matriz.

[0010] Por convenção, uma pá da turbomáquina compreende uma superfície aerodinâmica estendida, de acordo com uma primeira direção, entre um bordo de ataque e um bordo de fuga e, de acordo com uma segunda direção significativamente perpendicular à primeira direção, entre uma base e um ápice da pá. O reforço estrutural metálico encaixa na forma do bordo de ataque da superfície aerodinâmica da pá e se estende de acordo com a primeira direção além do bordo de ataque da superfície aerodinâmica da pá para encaixar no perfil do intradorso e do extradorso da pá e de acordo com a segunda direção entre a base e o ápice da pá.

[0011] Como largamente conhecido, o reforço estrutural metálico é uma peça metálica em titânio realizada inteiramente por fresagem a partir de um bloco de material.

[0012] No entanto, o reforço metálico de um bordo de ataque da pá é uma peça de realização complexa, necessitando de numerosas operações de recuperação e ferramentas complexas, implicando em custos de realização significativos.

[0013] A realização de peças maciças é bastante difundida, especialmente dos reforços metálicos da pá da turbomáquina a partir de uma estrutura fibrosa metálica tridimensional realizada por tecedura de fios metálico e de um método de prensagem isostática a quente em uma ferramenta que provoca a aglomeração dos fios metálicos da estrutura fibrosa metálica de maneira a obter uma peça maciça; esse método está descrito no pedido de patente FR20080058996.

[0014] Tradicionalmente, a tecedura da estrutura fibrosa é realizada por tecedura através de uma pluralidade de fios de urdidura e de fios metálicos da trama sendo o diâmetro desses fios da ordem de algumas dezenas de milímetros, tipicamente entre

Petição 870180011855, de 14/02/2018, pág. 8/30

3/21

0,05 mm e 0,3 mm.

[0015] A tecedura da estrutura fibrosa é complexa e difícil, de realização verdadeiramente complicada, quando que se pretende realizar uma estrutura fibrosa metálica mais espessa, ou seja, com fios metálicos que tenham diâmetro mais significativo, tipicamente diâmetros superiores a 0,4 mm.

[0016] Na realidade, é claramente mais difícil obter uma deformação suficiente dos fios de urdidura e da trama para realizar a tecedura com fios, especialmente em titânio, que exibam diâmetro superior a 0,4 mm.

[0017] Uma solução para amenizar a rigidez dos fios consiste em realizar um tratamento térmico dos fios de maneira para reduzir sua rigidez. No entanto, esse tratamento térmico sob oxigênio não é aplicável aos fios em titânio por causar a oxidação dos fios de titânio, o que degrada a qualidade da peça realizada por prensagem isostática a quente.

[0018] Para solucionar tal inconveniente, uma solução consiste em realizar um tratamento térmico a vácuo, ou seja, na ausência de oxigênio. Essa solução permite estancar os problemas de oxidação do titânio, porém, em contrapartida, gera dificuldades de realização e de manutenção, pois todas as operações precisam ser realizadas a vácuo.

[0019] Enfim, a utilização de fios com diâmetros reduzidos (isto é, inferiores a 0,4 mm) necessita produzir inúmeras estruturas fibrosas (de pouca espessura) por tecedura, em seguida sobrepor uns aos outros em uma ferramenta de maneira a obter uma espessura suficiente para a realização da peça por compactação a quente. Além disso, a peça é maciça, porém o número de estruturas fibrosas necessárias à realização da peça será significativo, o que aumenta consequentemente o número de operações e, por conseguinte, o custo de realização de tal peça.

[0020] Nesse contexto, a invenção visa a solucionar os problemas mencionados acima, sugerindo um método de realização que permita realizar peças maciças de forma complexa com vários milímetros de espessura de maneira simples e rápida, simplificando a gama de fabricação e reduzindo os custos de realização de tal peça.

Petição 870180011855, de 14/02/2018, pág. 9/30

4/21 [0021] Para esse propósito, a invenção sugere um método de realização de uma peça maciça que compreende sucessivamente:

- uma etapa de tecedura de uma estrutura fibrosa tridimensional por tecedura, a dita tecedura sendo realizada a partir de cabos metálicos formados por uma pluralidade de filamentos metálicos torcidos entre si em torno do eixo geométrico longitudinal do cabo;

- uma etapa de prensagem isostática a quente da dita estrutura fibrosa que provoca a aglomeração dos cabos metálicos da dita estrutura fibrosa de maneira a obter uma peça maciça.

[0022] Por cabo metálico, entende-se um conjunto de filamentos metálicos torcidos entre si de maneira a formar um cabo metálico.

[0023] Por peça maciça, entende-se uma peça em monobloco que não compreende parte oca nem parte recortada.

[0024] Graças à invenção, é possível realizar uma peça maciça e de forma complexa, assim como um reforço da pá da turbomáquina que é uma peça perfurada e arqueada, de maneira simples e rápida a partir da tecedura de uma estrutura fibrosa que forma uma preforma do reforço metálico e de um método de prensagem ou compactação isostática a quente (HIP para Hot Isostatic Pressing em língua inglesa) que permite obter uma peça compacta e sem porosidade através da combinação de deformação plástica, fluência e soldagem por difusão.

[0025] Graças ao método de acordo com a invenção, a estrutura fibrosa é uma estrutura maleável, facilmente deformável manualmente. A estrutura fibrosa também pode ser deformada plasticamente de maneira manual, por exemplo, por dobradura, o que permite a conformação manual a frio (isto é, à temperatura ambiente) da estrutura fibrosa no momento de sua instalação na ferramenta.

[0026] A deformação manual a frio da estrutura fibrosa permite solucionar uma deformação térmica originária da oxidação em oxigênio dos filamentos de titânio bem como toda a complexidade de manipulação e de manutenção da peça titânio no momento de uma deformação térmica a vácuo.

[0027] A tecedura da estrutura fibrosa por meio de cabos maleáveis também

Petição 870180011855, de 14/02/2018, pág. 10/30

5/21 permite solucionar os problemas importantes de retorno elástico relacionados à rigidez dos fios à base de titânio com diâmetro superior a 0,4 mm.

[0028] Além disso, a deformação da estrutura fibrosa maleável é realizada sem a utilização de uma prensa viradeira, sem necessidade de utilizar uma forja a frio e/ou a quente com a ferramenta de maneira a impor um ângulo particular à estrutura fibrosa.

[0029] Esse método de realização permite gerar a fabricação de peças complexes através da realização de preformas tecidas em cabos metálicos com a redução dos custos, especialmente pela diminuição do número de operações necessárias à realização de tal peça.

[0030] O método de realização de peça maciça de acordo com a invenção também pode apresentar uma ou várias das características abaixo, consideradas individualmente ou de acordo com todas as combinações tecnicamente possíveis:

- a dita etapa de tecedura é realizada a partir de cabos metálicos formados por uma pluralidade de filamentos metálicos, onde o diâmetro de cada filamento é inferior a 0,1 mm;

- a dita etapa de tecedura é realizada a partir de cabos metálicos com diâmetros iguais ou superiores a 0,5 mm;

- a dita etapa de tecedura é realizada a partir de cabos metálicos com diâmetros iguais ou superiores a 1 mm;

- a dita etapa de tecedura é realizada a partir dos cabos metálicos formados por uma pluralidade de filamentos metálicos em titânio ou por uma pluralidade de filamentos metálicos de diferentes materiais;

- a dita etapa de tecedura é realizada a partir dos cabos metálicos formados por uma pluralidade de filamentos metálicos de diferentes diâmetros;

- anteriormente à dita etapa de prensagem isostática a quente, o dito método compreende uma etapa de conformação da dita estrutura fibrosa, a dita conformação sendo realizada manualmente;

- a dita conformação da dita estrutura fibrosa é realizada no momento da instalação da dita estrutura fibrosa em uma ferramenta;

Petição 870180011855, de 14/02/2018, pág. 11/30

6/21

- anteriormente à dita etapa de prensagem isostática a quente, o dito método compreende uma etapa de limpeza da dita estrutura fibrosa;

- a dita peça maciça é um reforço metálico do bordo de ataque ou do bordo de fuga da pá da ventoinha da turbomáquina.

[0031] Um objetivo adicional da invenção é uma estrutura fibrosa formada por tecedura de cabos metálicos formados por uma pluralidade de filamentos metálicos torcidos entre si em torno do eixo geométrico longitudinal do cabo.

[0032] Um objetivo adicional da invenção é um método de realização de uma peça maciça oca que compreende sucessivamente:

- uma etapa de tecedura de uma estrutura fibrosa tridimensional por tecedura de fios e/ou de cabos metálicos:

- uma etapa de incorporação de pelo menos um inserto temporário na dita estrutura fibrosa;

- uma etapa de prensagem isostática a quente do conjunto formado pela dita estrutura fibrosa e pelo dito pelo menos um inserto temporário incorporado causando a aglomeração dos fios metálicos da dita estrutura fibrosa em torno do dito pelo menos um inserto temporário, de maneira a obter uma peça maciça;

- uma etapa de ataque químico do dito pelo menos um inserto temporário de maneira a dissolver o dito inserto e formar uma cavidade interna na dita peça maciça, de maneira a obter uma peça maciça oca.

[0033] Por “inserto temporário” entende-se um inserto não destinado a permanecer indefinidamente e que é unicamente necessário à realização do reforço metálico oco do bordo de ataque. O inserto temporário, portanto, não estar presente no reforço metálico em seu estado final e não participa de modo algum das características mecânicas do reforço metálico.

[0034] Graças à invenção, a peça maciça oca é realizada de maneira simples e rápida a partir de uma tecedura de uma estrutura fibrosa formando uma preforma do reforço metálico e de um método de prensagem ou compactação isostática a quente (HIP para Hot Isostatic Pressing em língua inglesa) permitindo obter uma peça compacta e sem porosidade através da combinação de deformação plástica,

Petição 870180011855, de 14/02/2018, pág. 12/30

7/21 fluência e soldagem por difusão.

[0035] A incorporação de um inserto temporário na estrutura fibrosa permite criar uma zona delimitada dentro da qual, o material metálico da estrutura fibrosa não pode ser deformado no momento da etapa de prensagem isostática a quente. Esse inserto, realizado em um material diferente do material da estrutura fibrosa, é posteriormente dissolvido através de ataque químico de maneira a criar uma cavidade interna na peça maciça e, portanto, obter uma peça leve.

[0036] Sob o aspecto vantajoso, a peça maciça oca é um reforço metálico oco do bordo de ataque ou do bordo de fuga.

[0037] Esse método de realização permite ainda evitar a realização complexa do reforço por usinagem na massa, do tipo fresagem, aglutinação, a partir de superfícies planas que necessitam de grande volume de material para sua execução e, consequentemente, custos relevantes para o abastecimento de matéria prima, e permite realizar facilmente os reforços metálicos respeitando as rígidas exigências de massa e/ou geométricas.

[0038] O método de realização de uma peça maciça oca de acordo com a invenção também pode apresentar uma ou várias das características abaixo, consideradas individualmente ou de acordo com todas as combinações tecnicamente possíveis:

- a dita peça maciça oca é um reforço metálico oco do bordo de ataque ou do bordo de fuga da pá de ventoinha de turbomáquina ou de hélice:

- anteriormente à dita etapa de prensagem isostática a quente, o dito método compreende uma etapa de instalação do dito conjunto em uma ferramenta;

- realiza-se simultaneamente a dita instalação do dito conjunto e uma conformação do dito conjunto na dita ferramenta;

- o dito método compreende uma etapa prévia de pré-deformação do conjunto por meio de uma ferramenta de deformação;

- anteriormente à dita etapa de prensagem isostática a quente, o dito método compreende uma etapa de desengraxamento do dito conjunto;

- a dita etapa do ataque químico é realizada por saturação da dita peça

Petição 870180011855, de 14/02/2018, pág. 13/30

8/21 maciça, obtida no momento da etapa de prensagem a quente, em banho do agente químico;

- a dita etapa de incorporação do dito pelo menos um inserto temporário é realizada pela instalação do dito pelo menos um inserto temporário entre duas preformas independentes formando a dita estrutura fibrosa realizada no momento da etapa de tecedura;

- a dita etapa de incorporação do dito pelo menos um inserto temporário é realizada através da laminação de uma preforma de uma única camada, formando a dita estrutura fibrosa realizada no momento da etapa de tecedura, em torno do dito inserto temporário;

- a dita etapa de incorporação do dito pelo menos um inserto temporário é realizada pela instalação do dito pelo menos um inserto temporário em uma cavidade por meio de uma fenda anteriormente formada em uma preforma de uma única camada formando a dita estrutura fibrosa no momento da dita etapa de tecedura da dita estrutura fibrosa.

[0039] Outras características e vantagens da invenção surgirão mais claramente da descrição abaixo, as quais têm finalidade indicativa, jamais de limitação, fazendo referência às Figuras em anexo, nas quais:

- a Figura 1 é uma vista lateral de uma pá que compreende um reforço estrutural metálico do bordo de ataque obtido por meio do método de realização de acordo com a invenção;

- a Figura 2 é uma vista parcial em corte de um primeiro exemplo de realização de uma pá que compreende um reforço estrutural metálico do bordo de ataque obtido por meio do método de realização de acordo com a invenção, segundo um plano de corte AA ilustrado na Figura 1;

- a Figura 3 é um esquema sinóptico apresentando as principais etapas de uma primeira modalidade de realização de um reforço estrutural metálico do bordo de ataque da pá da turbomáquina do método de realização de acordo com a invenção;

- a Figura 4 ilustra uma vista parcial em corte do reforço metálico do

Petição 870180011855, de 14/02/2018, pág. 14/30

9/21 bordo de ataque da pá da turbomáquina no momento da primeira etapa do método ilustrado na Figura 3;

- a Figura 5 ilustra uma vista parcial em corte do reforço metálico do bordo de ataque da pá da turbomáquina no momento da segunda etapa do método ilustrado na Figura 3;

- a Figura 6 ilustra uma vista parcial do reforço metálico do bordo de ataque da pá da turbomáquina no momento da terceira etapa do método ilustrado na Figura 3;

- a Figura 7 é uma vista parcial em corte de um segundo exemplo de realização de uma pá que compreende um reforço estrutural metálico do bordo de ataque obtido por meio do método de realização de acordo com a invenção, segundo um plano de corte AA ilustrado na Figura 1;

- a Figura 8 é um esquema sinóptico apresentando as principais etapas de uma segunda modalidade de realização de um reforço estrutural metálico oco do bordo de ataque da pá da turbomáquina do método de realização de acordo com a invenção;

- a Figura 9 ilustra uma vista parcial em corte do reforço metálico oco do bordo de ataque da pá da turbomáquina no momento da primeira etapa do método ilustrado na Figura 8;

- a Figura 10 ilustra uma vista parcial em corte do reforço metálico oco do bordo de ataque da pá da turbomáquina no momento da segunda etapa do método ilustrado na Figura 8;

- a Figura 11 ilustra uma vista parcial do reforço metálico oco do bordo de ataque da pá da turbomáquina no momento da terceira etapa do método ilustrado na Figura 8;

- a Figura 12 ilustra uma vista parcial do reforço metálico oco do bordo de ataque da pá da turbomáquina no momento da quarta etapa do método ilustrado na Figura 8;

- a Figura 13 ilustra uma vista parcial do reforço metálico oco do bordo de ataque da pá da turbomáquina no momento da quinta etapa do método ilustrado na

Petição 870180011855, de 14/02/2018, pág. 15/30

10/21

Figura 8.

[0040] Em todas as Figuras, os elementos comuns são indicados por números de referência iguais, salvo especificação em contrário.

[0041] A Figura 1 é uma vista lateral de uma pá que compreende um reforço estrutural metálico do bordo de ataque obtido por meio do método de realização de acordo com a invenção.

[0042] A pá 10 ilustrada, por exemplo, é uma pá móvel de ventoinha de uma turbomáquina (não representada).

[0043] A pá 10 compreende uma superfície aerodinâmica 12 estendida de acordo com uma primeira direção axial 14 entre um bordo de ataque 16 e um bordo de fuga 18 e de acordo com uma segunda direção radial 20 significativamente perpendicular à primeira direção 14 entre uma base 22 e um ápice 24.

[0044] A superfície aerodinâmica 12 forma a face extradorso 13 e intradorso 11 da pá 10, somente a face extradorso 13 da pá 10 é representada na Figura 1. O intradorso 11 e o extradorso 13 formam as faces laterais da pá 10 que une o bordo de ataque 16 ao bordo de fuga 18 da pá 10.

[0045] Nessa modalidade de realização, a pá 10 é uma pá compósita obtida tipicamente por sobreposição em camadas ou conformação de uma textura fibrosa tecida. A título de exemplo, o material compósito utilizado pode ser formado por uma montagem de fibras tecidas de carbono e de uma matriz de resina, o conjunto sendo formado por moldagem através de um método de injeção de resina de tipo RTM (para ”Resin Transfer Molding”).

[0046] A pá 10 compreende um reforço estrutural metálico 30 colado em seu bordo de ataque 16 e que se estende simultaneamente de acordo com a primeira direção 14, além do bordo de ataque 16 da superfície aerodinâmica 12 da pá 10, e de acordo com a segunda direção 20 entre a base 22 e o ápice 24 da pá.

[0047] Conforme representado na Figura 2, o reforço estrutural 30 encaixa na forma do bordo de ataque 16 da superfície aerodinâmica 12 da pá 10 que ele prolonga para formar um bordo de ataque 31, o dito bordo de ataque do reforço. [0048] Tradicionalmente, o reforço estrutural 30 é uma peça em monobloco que

Petição 870180011855, de 14/02/2018, pág. 16/30

11/21 compreende uma seção significativamente em forma de V que apresenta uma base 39 formando o bordo de ataque 31 e prolongadas por dois flancos laterais 35 e 37 que encaixam respectivamente o intradorso 11 e o extradorso 13 da superfície aerodinâmica 12 da pá. Os flancos 35, 37 apresentam um perfil reduzido ou afilado na direção do bordo de fuga da pá.

[0049] A base 39 compreende um perfil interno 33 arredondado apto a encaixar na forma arredondada do bordo de ataque 16 da pá 10.

[0050] O reforço estrutural 30 é metálico e preferencialmente à base de titânio. Esse material apresenta na realidade uma grande capacidade de absorção de energia devido aos choques. O reforço é colado na pá 10 por meio de cola conhecido pelo indivíduo versado na técnica, como, por exemplo, uma cola cianoacrílica ou ainda epóxi.

[0051] Esse tipo de reforço estrutural metálico 30 utilizado para o reforço da pá compósita de turbomáquina está mais especialmente descrito no pedido de patente EP1908919.

[0052] O método de acordo com a invenção permite realizar especialmente um reforço estrutural como ilustrado na Figura 2, a Figura 2 ilustrando o reforço 30 em seu estado final.

[0053] A Figura 3 representa um esquema sinóptico ilustrando as principais etapas de um método de realização 200 de acordo com a invenção para a realização de um reforço estrutural metálico 30 do bordo de ataque da pá 10 assim como ilustram as Figuras 1 e 2.

[0054] A primeira etapa 210 do método de realização 200 é uma etapa de tecedura de uma estrutura fibrosa 300 tridimensional por tecedura de cabos metálicos 301,302, ilustrada na Figura 4.

[0055] A etapa 210 de tecedura permite realizar uma ou várias estrutura(s) fibrosa(s) metálico(s) 300 tridimensionais que permitem realizar a peça final.

[0056] Para tanto, a estrutura fibrosa 300 é formada por uma pluralidade de cabos 301,302 tecidos que agem como “fio de urdidura” e “fio da trama”.

[0057] O diâmetro dos cabos metálicos 301, 302 pode variar em função das

Petição 870180011855, de 14/02/2018, pág. 17/30

12/21 necessidades do usuário, e da espessura do material necessário para a realização da peça. A determinação do diâmetro do cabo é realizada em função do comprometimento entre a maleabilidade da estrutura fibrosa e espessura do material necessário na ferramenta.

[0058] O diâmetro dos cabos 301, 302 e a natureza dos filamentos constituintes podem também variar, especialmente entre os cabos aptos a formar os fios de urdidura 301 e os cabos aptos a formar os fios da trama 302.

[0059] Os cabos metálicos 301,302 são formados a partir de uma pluralidade de filamentos metálicos torcidos, trançados ou enroscados na hélice em torno do eixo geométrico longitudinal do cabo. Sob o aspecto vantajoso, cada filamento metálico formando o cabo compreende um diâmetro inferior a 0,1 mm. O princípio de realização dos cabos metálicos é beneficiado pelo princípio de realização dos cabos metálicos trançados a partir de filamentos metálicos torcidos.

[0060] A título de exemplo, o cabo metálico 301, 302 compreende entre 20 e 30 filamentos enroscados.

[0061] A utilização de cabos metálicos 301, 302 formados por uma pluralidade de filamentos metálicos enroscados permite, desta maneira, obter um cabo maleável e deformável manualmente a frio (isto é, por exemplo à temperatura ambiente). [0062] A realização dos cabos metálicos com diâmetro superior a 0,5 mm, e ainda de alguns milímetros, confere aos cabos metálicos 301, 302 maleabilidade suficiente para permitir sua manipulação, deformação manual, e a tecedura de uma estrutura fibrosa 300 sem maiores dificuldades.

[0063] Os motivos da tecedura da estrutura fibrosa 300 são tradicionalmente os motivos de tecedura utilizados, por exemplo, no campo da tecedura de fibras compósitas como, por exemplo, os motivos de tecedura descritos no pedido de patente EP1526285.

[0064] Os filamentos metálicos utilizados para a realização dos cabos 301, 302 são principalmente filamentos à base de titânio. Entretanto, é possível incorporar na tecedura filamentos à base de carbeto de silício e de titânio (SiC-Ti), filamentos revestidos com Boro (SiC-Boro), ou ainda Carbeto de Silício (SiC-SiC).

Petição 870180011855, de 14/02/2018, pág. 18/30

13/21 [0065] A segunda etapa 220 do método de realização 200, ilustrada na Figura 5, é uma etapa de conformação da estrutura fibrosa 300 em uma ferramenta 400. Sob o aspecto vantajoso, a conformação da estrutura fibrosa 300 é realizada manualmente no momento de sua instalação na ferramenta 400.

[0066] A ferramenta 400 compreende uma impressão (matriz) 410 e uma contraimpressão (perfuração) 420 correspondendo à forma final da peça a ser realizada. [0067] A estrutura fibrosa 300 realizada no momento da etapa anterior é uma estrutura maleável, facilmente deformável manualmente. A estrutura fibrosa 300 também é pode ser plasticamente deformada manualmente, por exemplo, por dobradura, o que permite conformar manualmente a estrutura fibrosa 300 no momento de sua instalação na ferramenta.

[0068] A terceira etapa 230 do método de realização é uma etapa de prensagem isostática a quente (HIP para Hot Isostatic Pressing em língua inglesa) da estrutura fibrosa na ferramenta, ilustrada na Figura 6.

[0069] A prensagem isostática a quente é um método de fabricação bastante utilizado e conhecido por reduzir a porosidade dos metais e influenciar a densidade de inúmeros metais, tais como as cerâmicas. O método de prensagem isostática permite aprimorar, além disso, as propriedades mecânicas, a capacidade explorável dos materiais.

[0070] A prensagem isostática é realizada em elevadas temperaturas (tradicionalmente entre 400°C e 1400°C, e na ordem de 1000°C para o titânio) e à pressão isostática.

[0071] Além disso, a aplicação do calor associada à pressão interna elimina os espaços vazios da estrutura fibrosa 300, bem como as microporosidades por meio de uma combinação de deformação plástica, fluência, e soldagem por difusão de maneira a formar uma peça maciça 430.

[0072] No caso de realização de um reforço metálico de pá de turbomáquina, a peça maciça 430, resultante da etapa de prensagem isostática, compreende os perfis, interno e externo, do reforço metálico 30. A peça maciça 430 é em seguida desmoldada da ferramenta 400.

Petição 870180011855, de 14/02/2018, pág. 19/30

14/21 [0073] A etapa de prensagem isostática é realizada a vácuo, sob o aspecto vantajoso, em vácuo secundário, seja em uma ferramenta soldada na qual o vácuo secundário é realizado, seja embalado em autoclave; a escolha do método dependerá do número de peças que serão produzidas. O vácuo secundário permite evitar a presença de oxigênio na ferramenta e na estrutura fibrosa, no momento da etapa de prensagem isostática do titânio.

[0074] A ferramenta é realizada em um liga mecânica da dita superliga ou liga de alto desempenho.

[0075] A etapa de prensagem isostática pode compreender anteriormente uma etapa 235 de limpeza, de desengraxamento e/ou de ataque químico da estrutura fibrosa maleável de maneira a suprimir as impurezas residuais da estrutura fibrosa. [0076] Sob o aspecto vantajoso, a etapa de limpeza de impurezas é realizada por saturação do conjunto fibroso com um banho do agente de limpeza ou do agente químico.

[0077] De acordo com um segundo exemplo de realização da invenção ilustrado nas Figuras 7 a 13, o método de acordo com a invenção permite realizar um reforço estrutural que compreende uma cavidade interna como ilustrada na Figura 7, a Figura 7 ilustrando um segundo exemplo de realização de um reforço 130 em seu estado final.

[0078] A Figura 8 representa um esquema sinóptico ilustrando as principais etapas de uma segunda modalidade de realização do método de realização 1200 de um reforço estrutural metálico 130 do bordo de ataque da pá 110 como ilustrada na Figura 7.

[0079] A primeira etapa 1210 do método de realização 1200 é uma etapa de tecedura de uma estrutura fibrosa 1300 tridimensional por tecedura de fios metálicos.

[0080] Essa primeira etapa 1210 permite realizar pelo menos uma preforma 1310, 1320 de fios metálicos 1301, 1302 tecidos tridimensionalmente de maneira a formar uma estrutura fibrosa a qual forma a preforma da peça final.

[0081] Em uma primeira modalidade de realização ilustrada na Figura 9, a

Petição 870180011855, de 14/02/2018, pág. 20/30

15/21 estrutura fibrosa 1300 é uma estrutura em múltiplas camadas formada por uma primeira preforma 1310 formando o flanco interno da estrutura fibrosa 1300 e por uma segunda preforma 1320 formando o flanco superior da estrutura fibrosa 1300. Por flanco interno, entende-se a parte da estrutura fibrosa 1300 destinada a formar a parte interna do reforço metálico em contato com a superfície 112 da pá (figura 7) e por flanco superior, a parte da estrutura fibrosa 1300 que é destinada a formar a parte externa do reforço metálico 130.

[0082] Os motivos de tecedura da estrutura fibrosa 1300 são tradicionalmente os motivos de tecedura utilizados, por exemplo, no campo da tecedura de fibras compósitas, como, por exemplo, os motivos de tecedura descritos no pedido de patente EP1526285.

[0083] Para tanto, a estrutura fibrosa 1300 compreende uma pluralidade de fios de urdidura 1301 é uma pluralidade de fios da trama 1302.

[0084] A qualidade dos fios metálicos, do fio da urdidura 1301 e/ou do fio da trama 1302, da estrutura fibrosa pode variar em função das necessidades do usuário, da rigidez e da espessura do material do reforço metálico 130 necessário. [0085] Os fios metálicos utilizados para a tecedura da estrutura fibrosa 1300 são principalmente fios de titânio. Entretanto, é possível incorporar na tecedura dos fios titânio fios à base de carbeto de silício e de titânio (SiC-Ti), fios revestidos com Boro (SiC-Boro), ou ainda de Carbeto de Silício (SiC-SiC).

[0086] De acordo com outra modalidade de realização, a estrutura fibrosa 1300 pode ser formada por uma pluralidade de cabos tecidos que agem como “fio de urdidura” e “fio da trama”. O diâmetro dos cabos metálicos pode variar em função das necessidades do usuário, e da espessura do material necessário para a realização da peça. A determinação do diâmetro do cabo é realizada em função com comprometimento entre a maleabilidade da estrutura fibrosa e a espessura do material necessário na ferramenta. O diâmetro dos cabos e a natureza dos filamentos constituintes também podem variar, especialmente entre os cabos aptos a formar os fios de urdidura e os cabos aptos a formar os fios da trama. Os cabos metálicos são formados a partir de uma pluralidade de filamentos metálico torcidos,

Petição 870180011855, de 14/02/2018, pág. 21/30

16/21 trançados ou enroscados na hélice em torno do eixo geométrico longitudinal do cabo. Sob o aspecto vantajoso, cada filamento metálico que forma o cabo compreende um diâmetro inferior à 0,1 mm. O princípio de realização dos cabos metálicos é, beneficamente, o princípio de realização dos cabos metálicos trançados a partir de filamentos metálicos torcidos. A título de exemplo, o cabo metálico compreende entre 20 e 30 filamentos enroscados. A utilização de cabos metálicos formados por uma pluralidade de filamentos metálicos enroscados permite, desse modo, obter um cabo maleável e deformável manualmente. A realização dos cabos metálicos com diâmetro superior a 0,5 mm, e ainda de alguns milímetros, faz com que os cabos metálicos sejam suficientemente maleáveis para permitir manipulação, deformação manual.

[0087] Os filamentos metálicos utilizados para a realização dos cabos são principalmente filamentos à base de titânio. Entretanto, é possível incorporar na tecedura dos filamentos à base de carbeto de silício e de titânio (SiC-Ti), filamentos revestidos com Boro (SiC-Boro), ou ainda de Carbeto de Silício (SiC-SiC).

[0088] De acordo com uma segunda modalidade de realização da invenção, a estrutura fibrosa 300 é uma estrutura de uma única camada formada por uma única preforma.

[0089] A segunda etapa 1220 do método de realização 1200 é uma etapa de incorporação de um inserto 150 na estrutura fibrosa 1300 assim como ilustrado na Figura 5.

[0090] Quando a estrutura fibrosa 1300 é formada por duas das preformas independentes 1310, 1320, o inserto 150 é posicionado entre as duas preformas formando duas camadas de tecedura. Nesse caso, talvez seja necessário no momento dessa segunda etapa 1220 reunir as preformas independentes 1310, 1320 de maneira a manter o inserto 150 posicionado.

[0091] A montagem das duas preformas independentes 1310, 1320 pode ser realizada usando fios de maneira a formar uma costura entre as duas preformas independentes, através de soldagem por ponto de diferentes filamentos de cabos ou ainda por uma geometria de tecedura específica de uma ou de várias preformas, por

Petição 870180011855, de 14/02/2018, pág. 22/30

17/21 exemplo, para formar uma espessura local excedente apta a formar um batente e manter posicionado o inserto.

[0092] De acordo com outra modalidade de realização, o inserto temporário também pode ser afixado em uma ou várias preformas com o auxílio, por exemplo, de saliências que sejam inseridas nas preformas independentes 1310, 1320.

[0093] Enfim, o inserto temporário pode ser simplesmente mantido na ferramenta sem que as preformas independentes 1310, 1320 sejam montadas.

[0094] Quando a estrutura fibrosa é formada por uma estrutura de uma única camada formada por uma única preforma, o inserto pode ser incorporado por laminação da estrutura de uma única camada em torno do inserto ou ainda por deslizamento do inserto em uma cavidade realizada anteriormente por meio de uma fenda prevista na estrutura de uma única camada no momento da etapa de tecedura.

[0095] O inserto 150 é realizado em um material diferente do material dos fios metálicos utilizados para a tecedura da estrutura fibrosa 1300. O inserto 150 é realizado em um material capaz de resistir a uma elevada temperatura, da ordem de 900°C, uma elevada pressão, da ordem de 100 MPa (1000 bar), e que é compatível com os materiais dos fios de tecedura de maneira a não criar impurezas ou oxidação na estrutura fibrosa 1300.

[0096] O material do inserto 150 também deve permitir o ataque químico por dissolução através de um agente químico.

[0097] Sob o aspecto vantajoso, o inserto 150 é realizado em cobre, ou quartzo ou silício.

[0098] A forma do inserto 150 incorporado na estrutura fibrosa 1300 é idêntica à forma da cavidade interna final 140 ilustrada na Figura 7 e pode compreender todos os tipos de perfil.

[0099] O inserto 150 é obtido independentemente do método utilizado, seja ele forja, usinagem, ou ainda colagem.

[00100] De acordo com outra modalidade de realização, várias insertos 150 são incorporados no interior da estrutura fibrosa 1300.

Petição 870180011855, de 14/02/2018, pág. 23/30

18/21 [00101] A terceira etapa 1230 do método de realização 1200 é uma etapa de instalação e da formação do conjunto fibroso 1500 formado pela estrutura fibrosa 1300 e o inserto 150 em uma ferramenta 1400. Essa etapa 1230 é ilustrada particularmente na Figura 11. A ferramenta 1400 compreende uma impressão 1410 (matriz) correspondente à forma externa final do reforço metálico 130 e uma contraimpressão 1420 (perfuração) correspondente à forma interna final do reforço metálico do bordo de ataque.

[00102] O método de realização 1200 pode compreender anteriormente à terceira etapa de instalação do conjunto fibroso na ferramenta, uma etapa 1225 de prédeformação em uma ferramenta específica. Essa etapa de pré-deformação do conjunto fibroso pode ser útil especialmente no momento da utilização de fios metálicos com diâmetros significativos.

[00103] Quando a tecedura da estrutura fibrosa é realizada por meio de cabos maleáveis, a etapa 1225 de pré-deformação não é necessária. Na realidade, a utilização de cabos permite solucionar os relevantes problemas de retorno elástico ligados à rigidez dos fios à base de titânio com diâmetro superior a 0,4 mm.

[00104] A quarta etapa 1240 do método de realização 1200 é uma etapa de prensagem isostática a quente (HIP para Hot Isostatic Pressing em língua inglesa) do conjunto fibroso 1500 na ferramenta 1400, ilustrada na Figura 12.

[00105] A prensagem isostática a quente é um método de fabricação bastante utilizado e conhecido por reduzir a porosidade dos metais e influenciar a densidade de inúmeros metais, tais como as cerâmicas. O método de prensagem isostática permite aprimorar, além disso, as propriedades mecânicas, a capacidade explorável dos materiais.

[00106] A prensagem isostática é realizada à elevada temperatura (tradicionalmente entre 400 °C e 1400°C, e da ordem de 1000°C para o titânio) e à pressão isostática.

[00107] Além disso, a aplicação do calor combinada à pressão interna elimina os espaços vazios da estrutura fibrosa 1300, bem como as microporosidades por meio de uma combinação de deformação plástica, fluência, e soldagem por difusão de

Petição 870180011855, de 14/02/2018, pág. 24/30

19/21 maneira a formar uma peça maciça 1430.

[00108] A peça maciça 1430 resultante da etapa de prensagem isostática compreende os perfis interno e externo do reforço metálico 130. A peça maciça 1430 é em seguida desmoldada da ferramenta 1400.

[00109] A etapa de prensagem isostática é realizada a vácuo, beneficamente, em vácuo secundário, seja em uma ferramenta soldada na qual o vácuo secundário é realizado, seja embalado em autoclave, a escolha do método dependendo do número de peças que serão produzidas. O vácuo secundário permite evitar a presença de oxigênio na ferramenta e na estrutura fibrosa, no momento da etapa de prensagem isostática do titânio.

[00110] A ferramenta 1400 é realizada em um liga mecânica da dita superliga ou liga de alto desempenho.

[00111] A etapa 1240 de prensagem isostática pode compreender anteriormente uma etapa 1235 de limpeza, de desengraxamento e/ou ataque químico do conjunto fibroso 1500 de maneira a suprimir as impurezas residuais da estrutura fibrosa 1300. [00112] Sob o aspecto vantajoso, a etapa de limpeza das impurezas é realizada por saturação do conjunto fibroso em um banho de agente de limpeza ou de agente químico.

[00113] A quinta etapa 1250 do método de realização 1200 é uma etapa do ataque químico do inserto 150 incorporado no material da peça maciça 1430 por meio de um agente químico apto a atacar o material no qual o inserto 150 é realizado. Essa etapa é ilustrada na Figura 13.

[00114] O ataque químico do inserto 150 permite dissolver o inserto 150 de maneira que o espaço liberado pelo inserto 50 dissolvido forma a cavidade interna 140 do reforço metálico 130 ilustrada na Figura 7.

[00115] Sob o aspecto vantajoso, a etapa 1250 do ataque químico é realizada por saturação da peça maciça 1430 em um banho que compreende o agente químico apto a dissolver o inserto 150.

[00116] O agente químico é, por exemplo, um ácido ou uma base.

[00117] Sob o aspecto vantajoso, o agente químico é apto a dissolver cobre,

Petição 870180011855, de 14/02/2018, pág. 25/30

20/21 quartzo ou ainda silício.

[00118] Associado às principais etapas de realização, e qualquer que seja a modalidade de realização da invenção, o método de acordo com a invenção também pode compreender uma etapa de acabamento e de recuperação por usinagem da peça maciça obtida na saída da ferramenta de maneira a obter o reforço 30, 130. Essa etapa de recuperação compreende:

- uma etapa de recuperação do perfil da base 39, 139 do reforço 30, 130 de maneira a afiná-lo e especialmente do perfil aerodinâmico do bordo de ataque 31, 131;

- uma etapa de recuperação dos flancos 35, 135, 37, 137; essa etapa consistindo especialmente no recorte dos flancos 35, 135, 37, 137 e o adelgaçamento dos flancos intradorso e extradorso;

- uma etapa de acabamento que permite obter o estado da superfície requisitado.

[00119] Associado às principais etapas de realização, o método de acordo com a invenção também pode compreender a etapas de controle não destrutivo do reforço 30, 130 permitindo assegurar a adequação geométrica e metalúrgica do conjunto obtido. A título de exemplo, os controles não destrutivos podem ser realizados por um método utilizando raios X.

[00120] A presente invenção foi principalmente descrita com a utilização de filamentos metálicos à base de titânio para a realização de cabos; entretanto, o método de realização também pode ser aplicado a todos os tipos de filamentos metálicos.

[00121] O método de acordo com a invenção permite realizar de maneira simples as peças dotadas de geometria complexa e com espessuras variando significativamente entre 0,1 e 70 mm. Além disso, o método de acordo com a invenção permite realizar tanto peças maciças quanto peças de espessura reduzida. [00122] A invenção foi particularmente descrita para a realização de um reforço metálico de uma pá compósita de turbomáquina; entretanto, a invenção também pode ser aplicada à realização de um reforço metálico de uma pá metálica de

Petição 870180011855, de 14/02/2018, pág. 26/30

21/21 turbomáquina.

[00123] A invenção foi particularmente descrita para a realização de um reforço metálico de um bordo de ataque da pá de turbomáquina; entretanto, a invenção também pode ser aplicada à realização de um reforço metálico de um bordo de fuga de uma pá de turbomáquina ou ainda à realização de um reforço metálico da hélice em compósito ou metálico.

[00124] Constam a seguir especialmente vantagens adicionais da invenção:

- redução dos custos de realização;

- redução do tempo de realização;

- simplificação da gama de fabricação;

- redução dos custos de material.

Petição 870180011855, de 14/02/2018, pág. 27/30

1/2

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Método de realização (200) de uma peça maciça (430) caracterizado pelo fato de que compreende sucessivamente:

- uma etapa (210) de tecedura de uma estrutura fibrosa (300) tridimensional por tecedura, sendo a dita tecedura realizada a partir de cabos metálicos (301, 302) formados por uma pluralidade de filamentos metálicos torcidos entre si em torno do eixo geométrico longitudinal do cabo;

- uma etapa (230) de prensagem isostática a quente da dita estrutura fibrosa (300) que provoca a aglomeração dos cabos metálicos da dita estrutura fibrosa (300) de maneira a obter uma peça maciça (430).
2. Método de realização (200), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a dita etapa (210) de tecedura é realizada a partir de cabos metálicos (301, 302) formados por uma pluralidade de filamentos metálicos cujo diâmetro de cada filamento é inferior a 0,1 mm.
3. Método de realização (200), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que a dita etapa (210) de tecedura é realizada a partir de cabos metálicos (301,302) de diâmetro igual ou superior a 0,5 mm.
4. Método de realização (200), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que a dita etapa (210) de tecedura é realizada a partir de cabos metálicos (301, 302) de diâmetro igual ou superior a 1 mm.
5. Método de realização (200), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que a dita etapa (210) de tecedura é realizada a partir de cabos metálicos (301, 302) formados por uma pluralidade de filamentos metálicos de titânio ou por uma pluralidade de filamentos metálicos de diferentes materiais.
6. Método de realização (200), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que a dita etapa (210) de tecedura é realizada a partir de cabos metálicos (301, 302) formados por uma pluralidade de

Petição 870180011855, de 14/02/2018, pág. 28/30

2/2 filamentos metálicos de diferentes diâmetros.
7. Método de realização (200), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que anteriormente à dita etapa (230) de prensagem isostática a quente, o dito método compreende uma etapa (230) de conformação da dita estrutura fibrosa (300), sendo a dita conformação realizada manualmente.
8. Método de realização (200), de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que a dita conformação da dita estrutura fibrosa (300) é realizada no momento da instalação da dita estrutura fibrosa (300) em uma ferramenta (400).
9. Método de realização (200), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de que, anteriormente à dita etapa (230) de prensagem isostática a quente, o dito método (200) compreende uma etapa de limpeza (225) da dita estrutura fibrosa (300).
10. Método de realização (200), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo fato de que a dita peça maciça (430) é um reforço metálico (30) do bordo de ataque ou do bordo de fuga de pá de ventoinha de turbomáquina ou de hélice.

Petição 870180011855, de 14/02/2018, pág. 29/30

1/6