BR112017018132B1

BR112017018132B1 - Ferramental para a usinagem de uma ranhura anular e método para usinar uma ranhura anular

Info

Publication number: BR112017018132B1
Application number: BR112017018132-0A
Authority: BR
Inventors: Laureline Mery; Kévin COUE; Adrien Paixao
Original assignee: Safran Aircraft Engines
Priority date: 2015-03-18
Filing date: 2016-03-14
Publication date: 2022-11-16
Also published as: FR3033722A1; JP2018507789A; CN107427937B; EP3271099A1; CA2978162C; CA2978162A1; EP3271099B1; US10272503B2; JP6785785B2; RU2699603C2; US20180056406A1; RU2017130547A; WO2016146926A1; FR3033722B1; BR112017018132A2; CN107427937A; RU2017130547A3

Abstract

FERRAMENTAL PARA A USINAGEM DE UMA RANHURA ANULAR E MÉTODO PARA USINAR UMA RANHURA ANULAR. A presente invenção refere-se a um ferramental (24) para usinar uma ranhura anular de um envoltório de motor de turbina, em que o referido ferramental (24) compreende uma ferramenta de usinagem (25), uma placa de base (33), primeiros meios de posicionamento (28) da ferramenta de usinagem (25) em relação à placa de base (33) ao longo de um primeiro eixo geométrico (Y) que forma um eixo geométrico radial, segundos meios de posicionamento (30) da ferramenta de usinagem (25) em relação à placa de base (33) ao longo de um segundo eixo geométrico (X) perpendicular ao primeiro eixo geométrico (Y), em que o referido segundo eixo geométrico (X) se estende ao longo do eixo geométrico da ranhura e do envoltório anular e terceiros meios de posicionamento com capacidade para posicionar a placa de base (33) axialmente e radialmente em relação à ranhura do envoltório.

Description

CAMPO DA INVENÇÃO

[001] A presente invenção refere-se a um ferramental para a usinagem de uma ranhura anular de um envoltório de motor de turbina, além de um método para usinar tal ranhura.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[002] Um motor de turbina compreende convencionalmente um envoltório intermediário que contém um invólucro, conhecido como um invólucro de envoltório intermediário, projetado para criar uma interface entre o envoltório intermediário do motor de turbina e as coberturas de inversão de empuxo da nacela.

[003] Um exemplo de um invólucro de envoltório intermediário é descrito, por exemplo, no documento FR 2 925 120.

[004] O invólucro de envoltório intermediário compreende uma ranhura anular que é projetada para receber um rebordo anular adicional que forma parte das coberturas de inversão de empuxo. O rebordo repousa radialmente e/ou axialmente contra as faces internas da ranhura.

[005] Durante a operação do motor de turbojato, a direção e a amplitude das forças de sustentação variam de acordo com as condições de operação do motor de turbojato.

[006] Desse modo, por exemplo, o motor de turbojato é estacionário, o invólucro sustenta a cobertura de inversão de empuxo e o rebordo, portanto, repousa radialmente para baixo contra a parte inferior da ranhura.

[007] Por outro lado, durante a inversão do empuxo, o rebordo repousa axialmente em uma direção contra a parede da ranhura e radialmente contra a parte inferior da ranhura.

[008] Além disso, o motor de turbojato produz vibrações que resultam em movimento relativo entre o rebordo e a ranhura.

[009] Todas essas tensões e vibrações causam desgaste das paredes da ranhura. Esse desgaste é distribuído de modo irregular sobre a periferia da ranhura.

[010] Quando esse desgaste excede um limite predeterminado, na ordem de alguns décimos de milímetro, a ranhura precisa ser reparada. Na falta de um método de reparação existente, o invólucro é substituído, que requer a desmontagem completa do motor, com uma operação deste tipo sendo longa e dispendiosa.

DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

[011] A invenção propõe um ferramental que permite a usinagem das áreas desgastadas com vista à sua reparação, diretamente sob a asa de uma aeronave, isto é, sem desmontar o motor.

[012] Para esse propósito, a invenção se refere ao ferramental para a usinagem de uma ranhura anular de um envoltório de motor de turbina, em que o referido ferramental compreende uma ferramenta de usinagem, uma placa de base, primeiro meio de posicionamento da ferramenta de usinagem em relação à placa de base ao longo de um primeiro eixo geométrico formando um eixo geométrico radial, segundo meio de posicionamento do ferramental de usinagem em relação à placa de base ao longo de um segundo eixo geométrico perpendicular ao primeiro eixo geométrico, em que o segundo eixo geométrico se estende ao longo do eixo geométrico da ranhura e do envoltório anular e terceiro meio de posicionamento com capacidade para posicionarem a placa de base axialmente e radialmente em relação à ranhura do envoltório.

[013] O ferramental desse tipo permite um posicionamento preciso da ferramenta de usinagem em relação à ranhura, através de vários meios de posicionamento, posteriormente permitindo a usinagem precisa de cada área desgastada, sem nenhuma necessidade de desmontar o motor. Desse modo, a referida usinagem pode ser executada área por área sob a asa de uma aeronave. A desmontagem completa do motor é evitada dessa forma, além de completara a substituição do invólucro de envoltório intermediário. Após a usinagem das várias áreas desgastadas, uma tira antidesgaste, por exemplo, pode ser posteriormente afixada a cada área usinada, com uma tira antedesgaste deste tipo que é produzida com base em resina e que compreende fibras. Outra solução envolve, por exemplo, aplicar uma camada de resina além de uma solução para lubrificar a área reparada.

[014] De preferência, o primeiro meio de posicionamento compreende um anel micrométrico com capacidade para adaptar a posição da ferramenta de usinagem ao longo do primeiro eixo geométrico, girando-se o anel. Um anel desse tipo permite o posicionamento preciso da ferramenta de usinagem em relação à ranhura.

[015] Além disso, o segundo meio de posicionamento compreende uma mesa micrométrica que compreende um apoio que é móvel ao longo do segundo eixo geométrico em relação à placa de base, em que a ferramenta de usinagem é montada no apoio móvel. O uso da mesa micrométrica permite o posicionamento axial preciso da ferramenta de usinagem em relação à ranhura.

[016] Neste caso, a ferramenta de usinagem pode ser montada no apoio móvel através do primeiro meio de posicionamento.

[017] Além disso, o terceiro meio de posicionamento pode compreender pelo menos uma área de sustentação da placa de base, com capacidade para ser engatada e/ou repousar radialmente e axialmente em uma maneira de forma ajustável em lados anulares, por exemplo, lados radiais, delimitando a ranhura do envoltório do motor de turbina.

[018] De acordo com uma característica da invenção, a ferramenta de usinagem pode ser uma ferramenta de fresagem.

[019] O primeiro meio de posicionamento pode ter capacidade para posicionar a ferramenta de usinagem radialmente em relação à placa de base com uma tolerância de menos do que 0,05 mm, de preferência, menos do que 0,025 mm, em que o segundo meio de posicionamento pode ter capacidade para posicionar a ferramenta de usinagem axialmente em relação à placa de base com uma tolerância de menos do que 0,1 mm, de preferência menos do que 0,05 mm.

[020] Além disso, o ferramental pode compreender meio de pressão com capacidade para reter a placa de base contra o envoltório. Uma característica deste tipo mantém a posição correta da placa de base e, portanto, da ferramenta de usinagem, em relação à ranhura.

[021] Neste caso, o meio de pressão pode compreender pelo menos um rolo e meio de retorno elástico que se destina a reter o referido rolo no envoltório, oposto à referida ranhura e à placa de base.

[022] A invenção compreende um processo para usinar uma ranhura anular de um envoltório de motor de turbina, por exemplo, de um envoltório intermediário de motor de turbina, que compreende as etapas que envolvem: - identificar uma área desgastada da referida ranhura, - instalar o ferramental de acordo com a invenção no referido envoltório de modo que a placa de base seja montada na referida ranhura através do terceiro meio de posicionamento, no nível da referida área desgastada, - usinar pelo menos parte da referida área desgastada da ranhura movendo-se o ferramental ao longo da referida área desgastada.

[023] Desse modo, a invenção propõe um método de usinagem simples que permite a usinagem somente das áreas desgastadas da ranhura, sem desmontar o motor e diretamente sob a asa da aeronave.

[024] De preferência, a etapa de instalação da ferramenta no envoltório compreende uma etapa de posicionamento radial e axial do ferramental de usinagem em relação à referida ranhura, utilizando-se o primeiro, o segundo e o terceiro meios de posicionamento.

[025] A referida etapa de posicionamento pode compreender uma etapa de determinação da diferença em tamanho entre a área desgastada e a área sonora da ranhura.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[026] A invenção será mais bem compreendida e outros detalhes, características e vantagens da invenção aparecerão na leitura da seguinte descrição fornecida a título de exemplo não limitante e com referência aos desenhos anexos, em que: - a Figura 1 ilustra diagramaticalmente uma seção em corte transversal axial parcial de um motor de turbojato de aeronave, - a Figura 2 é uma vista detalhada em larga escala do motor de turbojato ilustrado na Figura 1, que mostra a ligação entre a parte de rotação do envoltório e as coberturas de inversão de empuxo, - a Figura 3 é uma vista em perspectiva do ferramental de acordo com a invenção, - a Figura 4 é uma vista frontal do ferramental, - a Figura 5 é uma vista em perspectiva do ferramental do invólucro de envoltório intermediário, em que o ferramental é instalado na ranhura do invólucro, - a Figura 6 é uma vista que ilustra uma área desgastada da ranhura que é parcialmente usinada, em que a placa de base do ferramental é instalada na ranhura.

DESCRIÇÃO DE RELAIZAÇÕES DA INVENÇÃO

[027] A Figura 1 mostra um motor de turbojato de aeronave 1 que compreende uma nacela 2 e um envoltório de ventilador 3, estendido para trás por um envoltório intermediário 4.

[028] O envoltório intermediário 4 compreende um invólucro radialmente externo 5 localizado na extensão aerodinâmica para trás do envoltório de ventilador 3 e flanges transversais 6 dispostos radialmente para dentro em relação ao referido invólucro externo 5. O envoltório intermediário 4 compreende adicionalmente braços estruturais 7 distribuídos de modo angular e se estendendo radialmente entre os flanges 6 até o invólucro externo 5 com o qual os mesmos entram em contato.

[029] O invólucro externo 5 do envoltório intermediário 4 compreende, em sua porção a jusante, uma parte de rotação 8, cujo objetivo principal é estabelecer uma ligação entre o invólucro externo 5 e as coberturas de nacela diretamente adjacentes na direção a jusante.

[030] A nacela 2 forma uma superfície externa aerodinâmica, constituída por uma entrada de ar 9, coberturas de ventilador 10, coberturas de inversão de empuxo 11 e um envoltório traseiro fixado 12, em que esses componentes são dispostos adjacentes uns aos outros de frente para trás.

[031] As coberturas de inversão de empuxo 11, geralmente duas em número e conectadas de forma articulada à estrutura rígida do pilão, delimitam em uma forma conhecida um canal anular de fluxo secundário 13, por meio de peles anulares, externas 14 e internas 15.

[032] Conforme pode ser visto em mais detalhes na Figura 2, a ligação entre a parte de rotação 8 do envoltório e as coberturas de inversão de empuxo 11 é estabelecida por meio de uma ranhura anular 16 criado na parte de rotação 8 e um rebordo anular 17 que é montado em uma estrutura de apoio 18 que sustenta as coberturas 11, que são recebidas na ranhura 16.

[033] Essa interação entre o rebordo anular 17 e a ranhura 16 fornece a retenção axial e radial das coberturas de inversão 11 na nacela 2.

[034] Uma vedação anular 19 é disposta entre a ranhura 16 e o rebordo 17 para impedir qualquer circulação de ar na junção entre a parte de rotação 8 e a estrutura de apoio 18.

[035] A seção axial da ranhura 16 é de modo geral em formato de U e a ranhura 16, assim, compreende uma superfície frontal de rotação 20, uma superfície traseira de rotação 21 oposta à superfície frontal 20 e uma superfície inferior cilíndrica 22 que conecta as superfícies frontal e traseira 20, 21 em suas extremidades radiais internas.

[036] O rebordo anular 17 é recebido na ranhura 16 e repousa axialmente e/ou radialmente contra as superfícies 20, 21, 22 da ranhura 16.

[037] Durante a operação do motor de turbojato 1, as vibrações geradas pelas partes móveis provocam o movimento do rebordo 17 na ranhura 16 e, portanto, desgaste gradual das superfícies 20, 21, 22 da ranhura 16.

[038] A fim de limitar o peso total do motor de turbojato, a parte de rotação 8 é feita de material à base de alumínio, que se desgasta rapidamente.

[039] Se o desgaste das superfícies 20, 21, 22 da ranhura 16 for excessivo, uma ampla folga se desenvolve entre o rebordo 17 e a ranhura 16.

[040] A fim de ser capaz de reparar as referidas superfícies 20, 21, 22, antes de tudo é necessário usinar as áreas desgastadas 23 (Figura 6) dessas superfícies 20, 21, 22, antes de fixar uma tira antidesgaste, por exemplo, em cada área usinada, com uma tira antidesgaste deste tipo sendo produzida, por exemplo, baseada em resina e compreendendo fibras. Outra solução envolve, por exemplo, aplicar a cada área usinada uma camada de resina além de uma solução para lubrificar a área reparada.

[041] A fim de executar a usinagem das diferentes áreas usadas diretamente sob a asa de uma aeronave, isto é, sem remoção e/ou desmontagem completa do motor 1, a invenção propõe o ferramental 24 ilustrado nas Figuras 3 a 6.

[042] A última compreende uma ferramenta de usinagem 25 fornecida na forma de uma máquina de fresagem, cuja broca gira ao redor de um eixo geométrico radial Y, perpendicular ao eixo geométrico longitudinal X do motor de turbina 1. A referida máquina de usinagem 25 é, por exemplo, do tipo pneumática e é conectada a uma linha de suprimento de ar comprimido 26 (figura 5).

[043] A extremidade radialmente interna da parte fixa da referida ferramenta de usinagem 25 é fixada a uma placa em formato de anel 27, através de um anel micrométrico 28. A broca da ferramenta de usinagem 25 é, portanto, radialmente móvel, a uma determinada extensão, em relação à 27. A rotação do anel 28 ao redor do eixo geométrico Y permite o ajuste da posição da broca da ferramenta de usinagem 25.

[044] A posição radial da broca pode ser ajustada com uma tolerância de menos do que 0,05 mm, de preferência, menos do que 0,025 mm.

[045] A placa 27 é fixada a um apoio 29 de uma mesa micrométrica 30. A última compreende adicionalmente uma estrutura 31, com o apoio 29 que é móvel ao longo do eixo geométrico X em relação à estrutura 31. O movimento do apoio móvel 29 é atuado por um parafuso micrométrico 32. A posição axial do apoio 29 e, portanto, da broca, pode ser ajustada com uma tolerância de menos do que 0,1 mm, de preferência menos do que 0,05 mm.

[046] A estrutura 31 é fixada à superfície radialmente externa de uma placa de base 33. A referida placa de base 33 compreende adicionalmente duas ranhuras 34 (Figuras 5 e 6) que se estendem circunferencialmente, isto é, perpendicularmente aos eixos geométricos X e Y e que emergem radialmente para dentro. As referidas ranhuras 34 são de formatos que correspondem aos lados 35 que delimitam a ranhura16 do invólucro 5 do invólucro intermediário 4 e delimitam mutuamente uma parte protuberante 36, projetada para ser engatada na ranhura 16 do invólucro 5.

[047] Mais particularmente, as superfícies das referidas ranhuras 34 são projetadas para repousar nas superfícies 37 dos lados 35 opostos às superfícies, 20, 21, que delimitam a ranhura16 e/ou nas extremidades radialmente externas 38 dos lados 35.

[048] A referida placa de base 33 também é equipada com um manípulo oco 39, que serve para aspirar as lascas geradas durante a usinagem, conectado a uma linha de sucção não ilustrada. A placa de base 33 também é equipada com meio de sopragem 40 (Figura 3) disposto oposto ao meio de sucção 39, a fim de canalizar as lascas em direção ao referido meio de sucção 39. O meio de sopragem 40 compreende um bocal de sopragem conectado em 41 a uma linha de suprimento de ar comprimido auxiliar (não ilustrada).

[049] O ferramental 24 compreende adicionalmente uma base 42 que se estende radialmente, fixada à placa de base 33, em que um rolo 43 é montado à referida base 42, oposta à placa de base 33, em que o referido rolo 43 é montado em uma forquilha 44, autofixada à extremidade de uma ou diversas hastes móveis 45, em que as referidas hastes 45 e o rolo 43 são retornados radialmente para fora, isto é, na direção da placa de base 33, através de meio de retorno elástico que compreende uma mola de compressão helicoidal 46.

[050] O procedimento abaixo á adaptado para usinar uma ou diversas áreas desgastadas 23, isto é, um ou diversos setores angulares da ranhura 16 do invólucro 5 do envoltório intermediário 4.

[051] Primeiramente, após a abertura das coberturas de inversão de empuxo 11 da nacela 2, o operador monta o ferramental 24 no invólucro 5. Em particular, a porção protuberante 36 da placa de base 33 é engatada na ranhura16 do invólucro 5 e os lados 35 são engatados nas ranhuras 34 da placa de base 33.

[052] O rolo 43 é aplicado, por meio da mola 46, à superfície radialmente interna do invólucro 5, oposto ao ranhuramento 16. As extremidades radialmente externas 38 dos lados 35 têm, então, capacidade para repousar sobre as partes inferiores das ranhuras 34 da placa de base 33, imobilizando, desse modo, a última radialmente em relação ao invólucro 5. Além disso, as superfícies das ranhuras 34 da placa de base 33 repousam contra as superfícies 37 dos lados 35, de modo que a placa de base 33 seja imobilizada da mesma forma em relação ao invólucro. Dependendo do formato das superfícies 37 (por exemplo, em formato de filete ou frustocônico), o posicionamento radial pode ser alcançado meramente pelas superfícies dos sulcos 34 que repousam nas superfícies 37 do invólucro 5, em que as extremidades 38 dos lados 35 não se apoiam neste caso contra a parte inferior das ranhuras 34.

[053] A fim de ajustar de forma precisa a posição radial da broca em relação a uma referência não desgastada e acessível do invólucro 5, por exemplo, a área referida 47 na Figura 2, o operador gira o anel micrométrico 28. Além disso, a fim de ajustar de forma precisa a posição axial da broca em relação à referida referência 47 do invólucro 5, o operador gira o parafuso micrométrico 32 da mesa micrométrica 30 de modo a mover o apoio 29.

[054] Para essa extremidade, o operador pode medir o desgaste da parte desgastada utilizando-se uma ferramenta tipo comparador. Para este propósito, se a ranhura for excessivamente danificada, a última é reconstruída, pelo menos em parte, com o uso de componentes metálicos adicionais e a espessura de uma parte sonora da ranhura é posteriormente usada como uma referência para o comparador. Em outras palavras, o comparador é posicionado, de modo a ser tarado, em uma parte sonora da ranhura. O comparador é posteriormente montado em uma porção usada da ranhura para determinar a diferença na espessura entre uma porção sonora e a porção desgastada da ranhura. A posição da broca é, então, adaptada.

[055] A ferramenta de fresagem 25 pode ser posteriormente iniciada e o ferramental 24 pode ser movido circunferencialmente, com o uso do manípulo 39, ao longo da área desgastada 23 da ranhura 16 do invólucro 5, de modo que a broca tenha capacidade para usinar as áreas desgastadas das superfícies 20, 21, 22.

[056] A Figura 6 ilustra uma área desgastada 23 da ranhura que foi parcialmente usinada. A parte já usinada é referida como 48 nesta figura.

[057] Desse modo, a invenção propõe o ferramental 24 e um método de usinagem que permite a usinagem somente das áreas desgastadas 23 do sulco 16 do invólucro 5, diretamente sob a asa da aeronave.

Claims

1. FERRAMENTAL (24) PARA A USINAGEM DE UMA RANHURA ANULAR (16) de um envoltório anular (4) de um motor de turbina (1), sendo que o referido ferramental (24) compreender uma ferramenta de usinagem (25), uma placa de base (33), primeiro meio de posicionamento (28) da ferramenta de usinagem (25) em relação à placa de base (33) ao longo de um primeiro eixo geométrico (Y) que forma um eixo geométrico radial, segundo meio de posicionamento (30) da ferramenta de usinagem (25) em relação à placa de base (33) ao longo de um segundo eixo geométrico (X) perpendicular ao primeiro eixo geométrico (Y), em que o referido segundo eixo geométrico (X) se estende ao longo do eixo geométrico da ranhura (16) e do envoltório anular e terceiro meio de posicionamento (34) com capacidade para o posicionamento da placa de base (33) axialmente e radialmente em relação à ranhura (16, 37) do envoltório (4), caracterizado pelo terceiro meio de posicionamento compreende pelo menos uma área de sustentação (34) da placa de base (33) com capacidade para ser engatada e/ou repousar radialmente ou axialmente em uma maneira de forma ajustável em lados anulares, por exemplo, lados radiais (35) que delimitam a ranhura (16) do envoltório (4) do motor de turbina (1), em que o ferramental compreende adicionalmente meio de pressão (42, 43, 44, 45, 46) com capacidade para reter a placa de base (33) contra o envoltório (4).

2. FERRAMENTAL (24), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo primeiro meio de posicionamento compreender um anel micrométrico (28) com capacidade para adaptar a posição da ferramenta de usinagem (25) ao longo do primeiro eixo geométrico (Y), girando-se o anel (28).

3. FERRAMENTAL (24), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 2, caracterizado pelo segundo meio de posicionamento compreender uma mesa micrométrica (30) que compreende um apoio (31) que é móvel ao longo do segundo eixo geométrico (X) em relação à placa de base (33), em que a ferramenta de usinagem (25) é montada no apoio móvel (31).

4. FERRAMENTAL (24), de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pela ferramenta de usinagem (25) ser montada no apoio móvel (31) através do primeiro meio de posicionamento (28).

5. FERRAMENTAL (24), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pela ferramenta de usinagem (25) ser uma ferramenta de fresagem.

6. FERRAMENTAL (24), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo primeiro meio de posicionamento (28) ter capacidade para posicionar a ferramenta de usinagem (25) radialmente em relação à placa de base (33) com uma tolerância de menos do que 0,05 mm, de preferência menos do que 0,025 mm e/ou o segundo meio de posicionamento (30) tem capacidade para posicionar a ferramenta de usinagem (25) axialmente em relação à placa de base (33) com uma tolerância de menos do que 0,1 mm, de preferência menos do que 0,05 mm.

7. FERRAMENTAL (24), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo meio de pressão compreender pelo menos um rolo (43) e meio de retorno elástico (46) que se destina a reter o rolo (43) sobre o envoltório (4), oposto à ranhura (16) e à placa de base (33).

8. MÉTODO PARA USINAR UMA RANHURA ANULAR (16) de um envoltório anular (4) de um motor de turbina (1), por exemplo, de um envoltório intermediário (4) de um motor de turbina (1), caracterizado por compreender as etapas de: - identificar uma área desgastada (23) da ranhura (16), - instalar um ferramental (24), conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 7, no envoltório (4), de modo que a placa de base (33) seja montada na ranhura (16) através do terceiro meio de posicionamento (34, 37), no nível da área desgastada (23) e de modo que os meios de pressão (42, 43, 44, 45, 46) mantenham a placa de base (33) contra o envoltório (4), - usinar pelo menos parte (48) da área desgastada (23) da ranhura (16), movendo-se o ferramental (24) ao longo da área desgastada (23).

9. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pela etapa de instalação do ferramental (24) no envoltório (4) compreender uma etapa de posicionamento radial e axial da ferramenta de usinagem (24) em relação à ranhura (16), utilizando-se o primeiro, o segundo e o terceiro meios de posicionamento.