Procédé pour la fabrication d'une aube présentant au moins un canal interne La présente invention a pour objet un procédé pour la fabrication d'une aube pré sentant au moins un canal interne, par exemple d'une aube pour rotor ou stator de turbine à gaz ou de compresseur.
Dans certaines aubes de ce genre, il est souhaitable de prévoir des canaux intérieurs susceptibles d'être utilisés pour le refroidis sement de l'aube (ou, dans certains cas, pour son chauffage) et il est important que ces canaux, dans l'aube terminée, aient des di mensions et formes exactes et soient position nés de façon précise par rapport au reste de l'aube.
On mentionnera qu'il existe un procédé connu pour la fabrication d'aubes de distribu teurs de turbines, à canaux intérieurs, selon lequel une billette d'acier est tout d'abord per cée de plusieurs trous présentant chacun le diamètre prescrit et qui sont situés dans leur position relative déterminée, ces trous étant alors remplis au moyen d'un matériel de rem plissage approprié. La billette est alors refou lée de manière à obtenir par extrusion le profil d'aile désiré puis les noyaux de matière de remplissage sont enlevés par dissolution dans un acide.
Des aubes de rotor de turbine pré sentant des canaux de refroidissement sont également fabriquées selon ce procédé, le re- foulement étant interrompu avant l'extrémité de l'aube de manière à conserver un supplé ment de matière destiné à la formation de la racine, l'aube étant éventuellement soumise à une opération finale de matriçage au mouton avant l'enlèvement des bouchons de matière de remplissage.
Dans une aube, il est cependant des plus important que le ou les canaux de refroidis sement soient positionnés de façon très exacte par rapport à la surface extérieure en profil d'aile de l'aube, pour qu'ils ne nuisent ni à la résistance de l'aube ni à ses autres caractéris tiques. Avec l'opération d'extrusion ou de re foulement du procédé cité ci-dessus, il n'est possible d'assurer ni le positionnement final réellement exact des canaux par rapport à la surface extérieure de l'aube, ni la forme finale desdits canaux.
La présente invention a pour but de remé dier aux inconvénients précités.
Le procédé objet de l'invention pour la fa brication d'une aube présentant. au moins un canal interne est caractérisé en ce qu'on forme tout d'abord une ébauche de dimension et de forme telles que l'aube puisse être obtenue à sa forme finale par au moins une opération de forgeage de précision de cette ébauche, en ce qu'on perce au moins un trou dans cette ébauche, en ce qu'on remplit ce trou avec une matière de remplissage susceptible d'être en levée par la suite et en ce qu'on soumet l'ébau che à au moins une opération de forgeage de précision effectuée entre deux matrices sus ceptibles d'être rapprochées l'une de l'autre, en vue de donner la forme finale de l'aube à ladite ébauche, et en ce qu'on enlève enfin la matière de remplissage.
Le dessin annexé illustre, à titre d'exem ple, différentes mises en #uvre du procédé de l'invention.
Dans une première mise en #uvre illustrée par les fig. 1 à 4, on part d'une ébauche for gée représentée à la fi-. 1 qui comprend des parties 10, 11 et 12 destinées à former, res pectivement, le corps profilé, le pied et l'épau lement supérieur de l'aube. Cette ébauche est tout d'abord percée de cinq trous longitudinaux 13, de section circulaire, comme bien visible à la fig. 2 qui est une coupe selon la ligne 2-2 de la fig. 1.
La fig. 3 est une coupe analogue à celle de la fig. 2, à plus grande échelle, de la partie 10 de l'aube, qui présente une section droite en _ forme de haricot . Les trous 13 qui traversent l'ébauche de bout en bout sont alors tamponnés ou remplis avec une matière de remplissage qui sera susceptible d'être enlevée par la suite, de l'acier doux par exemple. L'ébauche, une fois ses trous 13 remplis, est alors soumise à une ou plusieurs opérations de forgeage de précision au cours desquelles la section en forme de haricot représentée à la fig. 3 est amenée au profil d'aile final repré senté à la fig. 4.
Les canaux internes, qui pré sentaient une section initiale circulaire, pré sentent alors une section allongée approxima tivement de même forme que le profil d'aile donné à l'aube. Les opérations de forgeage de précision sont effectuées de manière à laisser une légère surépaisseur indiquée en 14 qui sera éliminée en cours d'usinage, lors de la finition de l'aube.
Dans une seconde mise en #uvre illustrée par les fig. 5 à 9, l'ébauche qui, dans la pré- mière mise en oeuvre, était obtenue par for geage, est obtenue par un procédé de refoule ment. Dans ce cas, un lingot de métal de forme générale cylindrique est tout d'abord percé de deux trous de section circulaire dis posés symétriquement par rapport à l'axe du lingot comme représenté aux fig. 5 et 6. Le lingot ainsi percé est alors disposé dans la ma trice 15 d'une presse à refouler dont le poin çon 16 est pourvu de deux mandrins 17 de section circulaire constante.
Ces mandrins sont destinés à pénétrer dans les trous du lingot lorsque le poinçon pénètre dans la matrice 15, comme représenté à la fig. 7, le lingot étant amené au cours de ce procédé de refoulement à la forme représentée aux fig. 8 et 9. L'ébau che ainsi obtenue présente une section en forme de haricot et est percée de deux trous longi tudinaux de section circulaire. Le procédé est poursuivi comme pour l'ébauche forgée re présentée à la fig. 1, c'est-à-dire que les trous sont remplis d'une matière de remplissage et que l'ébauche est amenée à la forme finale de l'aube par des opérations de forgeage de précision.
L'opération de refoulement décrite ci-dessus constitue donc uniquement une opé ration préliminaire pour obtenir l'ébâuche de forme appropriée pourvue des canaux internes désirés. La mise en forme finale de l'aube est réalisée uniquement par forgeage de précision, soit à la presse, entre deux matrices.
Les fig. 10 et 11 illustrent une troisième mise en #uvre qui permet d'obtenir un canal conique dans une aube de turbine. Selon cette mise en aeuvre, un lingot 18 de forme cylin drique est tout d'abord percé d'un trou axial 19 de section droite circulaire et constante (fig. 10). Ce trou est alors rempli avec une matière appropriée, comme précédemment, et le lingot avec son noyau est déformé mécani quement au cours d'une opération de forgeage, par exemple, de manière que sa surface exté rieure présente une forme conique comme re présenté en 20 à la fig. 11.
Cette opération a également pour effet de donner une certaine conicité au trou représenté en 21 et l'on peut alors procéder au forgeage de précision de l'aube, comme précédemment, la fig. 11 repré sentant uniquement l'ébauche partiellement for mée de forme tronconique qui constitue un stade intermédiaire du procédé.
Les fig. 12 et 13 illustrent une variante du procédé dans laquelle le lingot de départ 22 est lui-même de forme tronconique. Ce lingot 22 est tout d'abord percé axialement d'un trou 23 de section circulaire et constante, puis ce trou est rempli .avec une matière appropriée et le lingot est soumis à une opération au cours de laquelle il est aplati, par laminage par exem ple, de manière à obtenir un lingot de section droite. extérieure constante, comme représenté à la fig. 13. Pendant l'opération de laminage qui entraine la disparition de la conicité exté rieure du lingot, le canal intérieur, lui, prend une forme conique, comme représenté en 24.
On peut alors procéder au forgeage de préci sion, comme précédemment, après lequel le noyau sera extrait du trou conique 24. La fig. 14 représente, en perspective, une aube de turbine quia été forgée et usinée à sa forme finale, cette aube présentant un canal interne 25 et un pied 26 de la forme classique bien connue.
Les fig. 15 et 16 sont des sections droites, à une échelle légèrement supérieure, de deux aubes de turbine présentant chacune un seul canal interne. Dans l'aube représentée à la fig. 15, une pièce additionnelle 27 est logée dans ce canal qu'elle divise en plusieurs pas sages indépendants en vue d'améliorer le re froidissement de l'aube. Dans l'aube représen tée à la fig. 16, le même résultat est obtenu avec des tubes 28 logés dans le canal interne de l'aube.
Les fig. 17 à 29 illustrent une quatrième mise en oeuvre du procédé qui est réalisée à partir d'un lingot 29 de forme cylindrique percé d'un trou axial 30 (fig. 17). Ce lingot percé est introduit dans la matrice 31 d'une presse à refouler dont le poinçon 32 est pourvu d'un mandrin effilé 33. L'extrémité antérieure du mandrin 33 est suffisamment mince pour péné trer dans le trou 30 du lingot et, du fait de la descente du poinçon, on obtient une pièce refoulée présentant la forme indiquée à la fig. 19 et de section droite elliptique. Cette pièce a un trou central 34 de section décrois sante et présente une partie 35 destinée à constituer le pied de l'aube terminée.
Cette pièce est alors remplie avec une matière de remplissage et sa partie 35 est forgée de ma nière à l'amener à la forme représentée en 36 à la fig. 20. L'opération suivante est repré sentée par les fig. 21 à 23, la fig. 21 étant une vue en coupe de l'aube obtenue par un aplatissement de l'ébauche représentée à la fig. 20, le degré d'aplatissement ressortant des fig. 22 et 23 qui sont des coupes respective ment selon les lignes 22-22 et 23-23 de la fig. 21. La pièce aplatie ainsi obtenue est alors soumise à une opération de forgeage qui l'amène à la forme représentée aux fig. 24 à 26.
Les fig. 25 et 26 sont des coupes res pectivement selon les lignes 25-25 et 26-26 de la fig. 24. Il est à remarquer que l'on dis pose à ce-stade de la fabrication d'une ébauche ou<B> </B>moulage<B> </B> qui présente un seul canal interne de section droite variable et dont la forme est déjà voisine du profil d'aile. Les fig. 27 à 29 illustrent l'opération de forgeage de précision finale de l'aube, les fig. 28 et 29 étant des coupes respectivement selon les li gnes 28-28 et 29-29 de la fig. 27. On remar quera qu'une torsion a été communiquée à l'aube lors de ce matriçage final.
Il est à sou ligner que, dans cette mise en oeuvre illustrée par les fig. 17 à 29, la phase essentielle du procédé est constituée par le forgeage de pré cision d'une ébauche qui présente préalable ment un canal rempli par un noyau, l'opération préliminaire de refoulement ne servant qu'à produire un trou de section variable. Les fig. 30 et 31 illustrent une autre va riante du procédé utilisée pour la fabrication d'aubes de turbine du type à pied ou racine en forme de queue d'aronde simple ou mul tiple.
Comme représenté à la fig. 30, l'extré mité de la racine de l'aube a une section droite de relativement petite surface et il peut se pro duire, lors du matriçage final, que le noyau déjà en place soit quelque peu décalé et même amené à crever sur l'un des côtés de la racine au lieu de déboucher à l'extrémité de celle-ci. Afin d'éviter cette éventualité, le noyau déjà formé est repercé comme représenté en 37 à la fig. 30, de manière qu'une partie du noyau située dans le pied de l'aube soit enlevée.
Le pied est alors soumis à un resserrage qui l'amène à la forme représentée à la fig. 31, de telle sorte que l'extrémité du trou 37 est réduite à une fente 38. Lors du forgeage de précision final qui suivra, cette fente risquera beaucoup moins de crever sur les faces laté rales du pied de l'aube, du fait de ses petites dimensions latérales, le forgeage de précision final pouvant de ce fait être effectué sans que l'on risque que.la fente 38 se décale sérieu sement latéralement.
Une fois le forgeage de précision final effectué, le pied de l'aube est percé ou fraisé à partir de son extrémité de manière à obtenir une ouverture qui se rac corde avec le canal constitué dans le reste de l'aube qui, bien entendu, présente à ce stade final une section en forme de profil d'aile.
Method for manufacturing a blade having at least one internal channel The present invention relates to a process for manufacturing a blade having at least one internal channel, for example a blade for a rotor or stator of a turbine. gas or compressor.
In some blades of this kind, it is desirable to provide internal channels which can be used for cooling the blade (or, in certain cases, for heating it) and it is important that these channels, in the vane completed, have exact dimensions and shapes, and be precisely positioned relative to the rest of the vane.
It will be mentioned that there is a known process for the manufacture of turbine distributor blades with internal channels, according to which a steel billet is first of all pierced with several holes each having the prescribed diameter and which are located in their determined relative position, these holes then being filled by means of an appropriate filling material. The billet is then upset so as to obtain by extrusion the desired wing profile and then the filling material cores are removed by dissolution in an acid.
Turbine rotor blades with cooling channels are also manufactured according to this process, the return being interrupted before the end of the blade so as to retain additional material for the formation of the root, the blade possibly being subjected to a final operation of stamping with the sheep before the removal of the plugs of filling material.
In a vane, however, it is most important that the cooling channel (s) be positioned very exactly with respect to the outer surface in the wing profile of the vane, so that they neither impair the resistance. dawn or its other characteristics. With the extrusion or rewinding operation of the method cited above, it is not possible to ensure either the really exact final positioning of the channels with respect to the outer surface of the blade, nor the final shape of said canals.
The object of the present invention is to remedy the aforementioned drawbacks.
The method of the invention for the manufacture of a vane exhibiting. at least one internal channel is characterized in that first of all a blank of size and shape is formed such that the blade can be obtained in its final shape by at least one precision forging operation of this blank, in that at least one hole is drilled in this blank, in that this hole is filled with a filling material capable of being lifted subsequently and in that the blank is subjected to at least one precision forging operation carried out between two dies capable of being brought together, in order to give the final shape of the blade to said blank, and in that the filling material is finally removed .
The accompanying drawing illustrates, by way of example, different implementations of the process of the invention.
In a first implementation illustrated by FIGS. 1 to 4, we start with a forged blank shown in fi-. 1 which comprises parts 10, 11 and 12 intended to form, respectively, the profiled body, the root and the upper shoulder of the blade. This blank is first of all pierced with five longitudinal holes 13, of circular section, as clearly visible in FIG. 2 which is a section along line 2-2 of FIG. 1.
Fig. 3 is a section similar to that of FIG. 2, on a larger scale, of part 10 of the blade, which has a cross section in the form of a bean. The holes 13 which pass through the blank from end to end are then buffered or filled with a filling material which will be capable of being removed subsequently, for example mild steel. The blank, once its holes 13 have been filled, is then subjected to one or more precision forging operations during which the bean-shaped section shown in FIG. 3 is brought to the final wing profile shown in FIG. 4.
The internal channels, which had an initial circular section, then present an elongated section approximately of the same shape as the wing profile given to the blade. The precision forging operations are carried out in such a way as to leave a slight excess thickness indicated at 14 which will be eliminated during machining, during the finishing of the blade.
In a second implementation illustrated by FIGS. 5 to 9, the blank which, in the first implementation, was obtained by forging, is obtained by a upsetting process. In this case, a metal ingot of generally cylindrical shape is first of all pierced with two holes of circular section arranged symmetrically with respect to the axis of the ingot as shown in FIGS. 5 and 6. The ingot thus drilled is then placed in the die 15 of a upsetting press, the punch 16 of which is provided with two mandrels 17 of constant circular section.
These mandrels are intended to enter the holes of the ingot when the punch enters the die 15, as shown in FIG. 7, the ingot being brought during this upsetting process to the shape shown in FIGS. 8 and 9. The blank thus obtained has a bean-shaped section and is pierced with two longitudinal holes of circular section. The process is continued as for the forged blank shown in FIG. 1, that is, the holes are filled with a filler material and the blank is brought to the final blade shape by precision forging operations.
The upsetting operation described above therefore constitutes only a preliminary operation in order to obtain the cover of appropriate shape provided with the desired internal channels. The final shaping of the blade is carried out only by precision forging, either with the press, between two dies.
Figs. 10 and 11 illustrate a third embodiment which makes it possible to obtain a conical channel in a turbine blade. According to this implementation, an ingot 18 of cylindrical shape is first of all pierced with an axial hole 19 of circular and constant cross section (FIG. 10). This hole is then filled with a suitable material, as before, and the ingot with its core is mechanically deformed during a forging operation, for example, so that its outer surface has a conical shape as shown in 20 in fig. 11.
This operation also has the effect of giving a certain taper to the hole shown at 21 and one can then proceed with precision forging of the blade, as previously, FIG. 11 representing only the partially formed blank of frustoconical shape which constitutes an intermediate stage of the process.
Figs. 12 and 13 illustrate a variant of the process in which the starting ingot 22 is itself frustoconical in shape. This ingot 22 is first of all axially drilled with a hole 23 of circular and constant section, then this hole is filled with a suitable material and the ingot is subjected to an operation during which it is flattened, by rolling by example, so as to obtain an ingot of straight section. constant external, as shown in fig. 13. During the rolling operation which leads to the disappearance of the external conicity of the ingot, the internal channel takes on a conical shape, as shown at 24.
Precision forging can then be carried out, as before, after which the core will be extracted from the conical hole 24. FIG. 14 shows, in perspective, a turbine blade which has been forged and machined to its final shape, this blade having an internal channel 25 and a root 26 of the well-known conventional shape.
Figs. 15 and 16 are straight sections, on a slightly larger scale, of two turbine blades each having a single internal channel. In the dawn shown in FIG. 15, an additional part 27 is housed in this channel which it divides into several independent wise steps in order to improve the cooling of the blade. In the dawn shown in fig. 16, the same result is obtained with tubes 28 housed in the internal channel of the blade.
Figs. 17 to 29 illustrate a fourth implementation of the method which is carried out from an ingot 29 of cylindrical shape pierced with an axial hole 30 (FIG. 17). This drilled ingot is introduced into the die 31 of a upsetting press, the punch 32 of which is provided with a tapered mandrel 33. The front end of the mandrel 33 is thin enough to penetrate into the hole 30 of the ingot and, of the made by the descent of the punch, one obtains an upset part having the shape indicated in fig. 19 and of elliptical cross section. This part has a central hole 34 of decreasing section and has a part 35 intended to constitute the root of the completed blade.
This part is then filled with a filler material and its part 35 is forged so as to bring it to the shape shown at 36 in FIG. 20. The following operation is represented by figs. 21 to 23, fig. 21 being a sectional view of the blade obtained by flattening the blank shown in FIG. 20, the degree of flattening apparent from FIGS. 22 and 23 which are sections respectively along lines 22-22 and 23-23 of FIG. 21. The flattened part thus obtained is then subjected to a forging operation which brings it to the shape shown in FIGS. 24 to 26.
Figs. 25 and 26 are sections respectively along lines 25-25 and 26-26 of FIG. 24. It should be noted that at this stage of the manufacture, a blank or <B> </B> molding <B> </B> is said to have a single internal channel of variable cross section and whose shape is already close to the wing profile. Figs. 27 to 29 illustrate the final precision forging operation of the vane, FIGS. 28 and 29 being sections respectively along lines 28-28 and 29-29 of FIG. 27. It will be noted that a twist was communicated at dawn during this final stamping.
It should be noted that, in this implementation illustrated by FIGS. 17 to 29, the essential phase of the process consists of the precision forging of a blank which previously has a channel filled with a core, the preliminary upsetting operation only serving to produce a hole of variable section. Figs. 30 and 31 illustrate another variant of the process used for the manufacture of turbine blades of the stem or root type in the form of a single or multiple dovetail.
As shown in fig. 30, the end of the root of the blade has a cross section of relatively small area and it can happen, during the final die-forging, that the core already in place is somewhat offset and even caused to burst on the 'one side of the root instead of emerging at the end of it. In order to avoid this possibility, the already formed core is drilled again as shown at 37 in FIG. 30, so that part of the core located in the root of the blade is removed.
The foot is then subjected to a tightening which brings it to the shape shown in FIG. 31, so that the end of hole 37 is reduced to a slot 38. During the final precision forging which will follow, this slot will be much less likely to puncture on the lateral faces of the root of the blade, due to its small lateral dimensions, the final precision forging can therefore be carried out without the risk that the slot 38 shifts seriously laterally.
Once the final precision forging is carried out, the root of the blade is drilled or milled from its end so as to obtain an opening which connects with the channel formed in the rest of the blade which, of course, presents at this final stage a section in the form of a wing profile.