EP0331539B1 - Procédé de fabrication d'ébauches forgées en barre par refoulage, notamment pour aubes de compresseur et outillage de mise en oeuvre - Google Patents
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- EP0331539B1 EP0331539B1 EP89400273A EP89400273A EP0331539B1 EP 0331539 B1 EP0331539 B1 EP 0331539B1 EP 89400273 A EP89400273 A EP 89400273A EP 89400273 A EP89400273 A EP 89400273A EP 0331539 B1 EP0331539 B1 EP 0331539B1
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- B21K3/04—Making engine or like machine parts not covered by sub-groups of B21K1/00; Making propellers or the like blades, e.g. for turbines; Upsetting of blade roots
Definitions
- the present invention relates to a process for manufacturing blanks forged at the foot of a turbomachine compressor blade by upsetting as well as a tool intended for the implementation of said process according to the preamble of claims 1 and 5.
- Figures 1a, 1b, 1c, 1d of the accompanying drawings illustrate the production of a delivery on a bar B, placed in a container A, during which during four successive operations corresponding respectively to the four figures, a reduction in length l1, l2, l3 and l4 is obtained and the phenomena which have just been reported (buckling then twisting) appear leading to the defects which have been noted (folds and disturbed fiber drawing).
- a discharge tool wrapping a bar forged blank intended for the implementation of said method is defined by the combination of characteristics of claim 5.
- the first container has a cruciform section cavity, the cylindrical bar being in contact with the interior surface of the container along four generatrices located at 90 ° from one another and the second container has a square section cavity , with rounded corners, the tops of the protuberances or lobes of the cruciform section of the bar obtained at the end of the first step being in contact respectively with one side of said square.
- the bar is held in support at least along three generatrices, thus avoiding any deformation by buckling, while the flow of the alloy can only be done in the direction hollow parts of the container, thus making any torsional deformation impossible.
- the contact maintained between the end generators of the blank and the walls of the container prevents any deformation by buckling or twisting.
- the method for manufacturing blanks forged by upsetting according to the invention applies in particular to bar products such as a cylindrical bar 1 shown in its initial form in FIGS. 2a and 2b.
- the bar 1 is placed in a first container 2 secured to a forging press or machine repress of a type known per se which is not shown in more detail in the drawings.
- a forging press or machine repress of a type known per se which is not shown in more detail in the drawings.
- one end 1a of the bar 1 is subjected to the pushing action of a punch 3 moved by the pushing and control means of said machine.
- the portion 1b of the bar 1 subjected to the upsetting thus tends to occupy the available volume of the container 2 limited by the face of the punch 3, which results in a reduction in length of said portion 1b, accompanied by an increase in the corresponding cross section. .
- the first container 2 used during the first step of the upsetting process comprises a cavity 4 which has in cross section a generally cruciform shape composed of four lobed parts 4a, 4b, 4c, 4d arranged symmetrically in pairs, thus providing four generators 5a, 5b, 5c, 5d located at 90 ° one from the other, which cooperate with four corresponding generatrices of the repressed portion 1b of the bar 1 while maintaining, from a first deformation stage, permanent contact with them during the repression step .
- Said contact following the generators between container and bar becomes necessary from the moment when during the upsetting operation there are risks of creating irreversible defects by buckling or twisting. Contact can be made from the start of the operation.
- the intermediate blank 1c obtained at the end of the first step (a) is placed in a second container 6, as shown diagrammatically in FIGS. 4a and 4b, and its end is again subjected to the pushing action of a punch 7.
- the second container 6 has a cavity 8 which has in cross section a generally square shape, with rounded corners.
- Intermediate draft 1c has a cruciform section which reproduces the shape of the cavity 4 of the first container 2 and the generators 1d, 1e, 1f and 1g corresponding to the vertices of the lobed parts of this cruciform section of the intermediate blank 1c are placed in contact with lines of corresponding support of the sides of the square of cavity of the second container 6 and in a similar manner to the first step (a), during the second step (b) of delivery, the contact is also maintained permanently, from a first deformation stage, at the level of these four symmetrical generators two by two, between the external surface of the blank 1c and the surface of the cavity 8 of the second container 6.
- a variable radial clearance from O to O, 5 mm in the present application, can be provided at the start of the second step between the cooperating generators of the bar and of the container.
- the initial upsetting portion 1b has a final section 1d of forged blank as shown in FIG. 5 in the embodiment which comes from 'be described.
- This repressed portion of bar 1b may in particular be intended to constitute the base of a turbomachine blade obtained by forging.
- 7a, 7b, 7c respectively represent, in a schematic section, other usable forms of container cavity 9a, 9b, 9c, respectively associated with a portion of bar to be driven back section 10a, 10b, 10c, 10c, 10d.
- This bar section at the start is of a shape adapted to the final part to be obtained and, in addition to being cylindrical, can in particular be rectangular or square.
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Description
- La présente invention concerne un procédé de fabrication d'ébauches forgées en barre du pied d'une aube de compresseur de turbomachine par refoulage ainsi qu'un outillage destiné à la mise en oeuvre dudit procédé selon le préambule des revendications 1 et 5.
- Il est courant dans la fabrication de certaines pièces telles que des aubes de compresseur à partir d'ébauches forgées d'effectuer une opération de refoulage de l'extrémité d'une barre cylindrique afin d'obtenir par augmentation de la section le volume de matière necessaire, par exemple, à la réalisation du pied dans le cas d'une aube.
- Dans les données de définition d'une telle opération de refoulage, on peut retenir deux types de paramètres :
- des paramètres technologiques tel que le taux de refoulage t, défini par :
où Lo est la longueur initiale de la portion de barre à refouler,
Ll est la longueur de cette même portion après refoulage,
Do est le diamètre initial de la barre à refouler ;
Lo - Ll représente la course utile du poinçon de la machine de forgeage utilisée et la limite supérieure de cette course est une donnée de construction de ladite machine ; - des paramètres métallurgiques et notamment le rapport de réduction r défini par :
où So est la section transversale initiale de la barre,
Sl est la section transversale de la barre après refoulage et Dl est le diamètre correspondant. - Dans les diverses applications connues du procédé de refoulage, il apparaît que pour éviter des défauts inacceptables sur les ébauches obtenues, le procédé est soumis à des limitations géométriques. Ces défauts dus à une maîtrise insuffisante de la déformation au cours de l'opération consistent notamment en replis qui peuvent être dus à un phénomène de flambage de la portion de barre à refouler ou en un fibrage perturbé, dû à un phénomène de torsion de la barre après flambage.
- Les figures 1a, 1b, 1c, 1d des dessins joints en annexe illustrent la réalisation d'un refoulage sur une barre B, placée dans un conteneur A, au cours duquel lors de quatre opérations successives correspondant respectivement aux quatre figures, une réduction de longueur l₁, l₂, l₃ et l₄ est obtenue et les phénomènes qui viennent d'être signalés (flambage puis torsion) apparaissent conduisant aux défauts qui ont été notés (replis et fibrage perturbé).
- Il est couramment admis que pour éviter ces défauts, une valeur limite supérieure du taux de refoulage t de 4 lorsque le refoulage est effectué en une opération ou de 6 lorsqu'il est effectué en deux opérations successives doit être respectée. Une limitation du rapport Dl/Do de 1,5 à 2 suivant le type d'alliage concerné est également fixée quelquefois.
- Diverses tentatives d'amélioration ont recherché à dépasser les limitations géométriques imposées jusqu'à présent sans encourir l'apparition des défauts. On a ainsi tenté d'effectuer l'opération de refoulage au moyen d'un outillage animé d'un mouvement de nutation sur l'extrémité à refouler de la barre, celle-ci étant simultanément déplacée vers la zone de travail d'une longueur correspondant au volume à déformer. On a également tenté d'effectuer un refoulage en plusieurs passes en avançant successivement, à chaque passe, la barre d'une longueur correspondant au volume à déformer. Des exemples de telles réalisations sont donnés par FR-A-2050 483, FR-A-2050 484, et par FR-A-2220 328. Dans ces procédés, les résultats n'ont pas été entièrement satisfaisants et notamment une orientation suffisamment régulière du fibrage ne peut pas être assurée.
On connaît par ailleurs par SU-A-804 163, qui représente l'état de la technique le plus proche, un outil de matriçage en ébauche d'un objet à section en polygonale tel qu'un écrou. - Cet outil a une cavité de travail intérieure à faces convexes raccordées par des angles arrondis dont le rayon de courbure est tel que le contour sort des limites du contour de l'empreinte de l'outil de finition.
Le procédé de fabrication d'ébauches forgées en barre par refoulage permettant d'éviter ces inconvénients est caractérisé en ce qu'il comporte au moins deux étapes successives : - (a) une première étape de refoulage durant laquelle, au moins à partir d'un premier stade de déformation, un contact est maintenu entre au moins trois génératrices de ladite portion de barre et la surface intérieure d'un premier conteneur qui comporte, entre deux desdites lignes de contact respectivement, une excroissance en creux longitudinale formant en section transversale une partie lobée,
- une deuxième étape de refoulage durant laquelle, au moins à partir d'un premier stade de déformation, un contact est maintenu entre les génératrices de sommet des excroissances longitudinales obtenues sur la première ébauche à l'issue de la première étape (a) et la surface intérieure d'un deuxième conteneur, ladite surface intérieure de cavité présentant une forme de contour enveloppant ladite première ébauche,
- Un outillage de refoulage enveloppant une ébauche forgée en barre destiné à la mise en oeuvre dudit procédé est défini par la combinaison de caractéristiques de la revendication 5.
- Avantageusement, le premier conteneur présente une cavité de section cruciforme, la barre cylindrique étant en contact avec la surface intérieure du conteneur le long de quatre génératrices situées à 90° l'une de l'autre et le deuxième conteneur présente une cavité de section carrée, à coins arrondis, les sommets des excroissances ou lobes de la section cruciforme de la barre obtenue à l'issue de la première étape étant en contact respectivement avec un côté dudit carré.
- Dans certaines applications concernant des alliages de titane, des taux de refoulage de 8 à 10 obtenus en deux opérations par le procédé conforme à l'invention nécessitaient par les procédés antérieurs connus auparavant au minimum cinq opérations successives. Selon les critères de qualité imposés et selon les applications, notamment en fonction des alliages utilisés, des taux de refoulage supérieurs peuvent être obtenus et dans tous les cas, supérieurs aux résultats antérieurs. En outre, les examens métallographiques effectués sur les ébauches forgées obtenues par le procédé de refoulage selon l'invention ont montré une nette amélioration de l'orientation du fibrage par rapport à ces procédés antérieurs ainsi qu'une absence totale de défauts. Ces résultats améliorés proviennent directement de l'application du procédé selon l'invention et peuvent s'expliquer par ses caractéristiques. En effet, lors de la première étape du procédé, la barre est maintenue en appui au moins suivant trois génératrices, évitant ainsi toute déformation par flambage, alors que l'ecoulement de l'alliage ne peut se faire qu'en direction des parties en creux du conteneur, rendant ainsi toute déformation par torsion impossible. De même, lors de la deuxième étape, le contact maintenu entre les génératrices extrêmes de l'ébauche et les parois du conteneur empêche toute déformation par flambage ou par torsion.
- D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre d'un mode de réalisation de l'invention, en référence aux dessins annexés sur lesquels :
- les figures 1a, 1b, 1c, 1d qui ont été précédemment décrites représentent schématiquement les déformations d'une barre lors d'opérations successives de refoulage n'appliquant pas l'invention :
- les figures 2a, 2b représentent la barre dans sa forme initiale avant refoulage, respectivement en vue de face et en vue selon une section transversale,
- les figures 3a, 3b représentent schématiquement la barre représentée aux figures 2a, 2b au cours de la première étape de l'opération de refoulage selon le procédé conforme à l'invention, respectivement en vue suivant une coupe longitudinale et selon une section transversale ;
- les figures 4a, 4b représentent schématiquement l'ébauche obtenue à l'issue de la première étape, au cours de la deuxième étape de l'opération de refoulage selon le procédé conforme à l'invention, respectivement, selon des vues analogues aux figures 3a et 3b, suivant une coupe longitudinale et selon une section transversale ;
- la figure 5 représente une vue de l'ébauche forgée finale obtenue par le procédé conforme à l'invention, selon une section transversale ;
- la figure 6 représente selon une vue analogue à la figure 4b, en section transversale, une variante de mise en oeuvre de la deuxième étape du procédé conforme à l'invention ;
- les figures 7a, 7b, 7c montrent des variantes de mise en oeuvre d'étapes du procédé de refoulage conforme à l'invention.
- Le procédé de fabrication d'ébauches forgées par refoulage conforme à l'invention s'applique notamment à des produits en barre tels que une barre cylindrique 1 représentée dans sa forme initiale aux figures 2a et 2b. Comme représenté schématiquement sur les figures 3a et 3b, pour la réalisation de la première étape (a) du procédé de refoulage conforme à l'invention, la barre 1 est placée dans un premier conteneur 2 solidaire d'une presse à forger ou machine à refouler d'un type connu en soi qui n'est pas représentée plus en détails sur les dessins. Au cours de cette première étape (a) de refoulage, une extrémité 1a de la barre 1 est soumise à l'action de refoulement d'un poinçon 3 mû par les moyens de poussée et de commande de ladite machine. La portion 1b de la barre 1 soumise au refoulage tend ainsi à occuper le volume disponible du conteneur 2 limité par la face du poinçon 3, ce qui entraîne une diminution de longueur de ladite portion 1b, accompagnée d'une augmentation de la section transversale correspondante. Dans le mode de réalisation de l'invention représenté sur les figures 3a et 3b, le premier conteneur 2 utilisé lors de la première étape du procédé de refoulage comporte une cavité 4 qui présente en section transversale une forme générale cruciforme composée de quatre parties lobées 4a, 4b, 4c, 4d disposées symétriquement deux à deux, ménageant ainsi quatre génératrices 5a, 5b, 5c, 5d situées à 90° l'une de l'autre, qui coopèrent avec quatre génératrices correspondantes de la portion refoulée 1b de la barre 1 en maintenant, à partir d'un premier stade de déformation, un contact permanent avec elles au cours de l'étape de refoulage. Ledit contact suivant les génératrices entre conteneur et barre devient nécessaire à partir du moment où au cours de l'opération de refoulage apparaissent des risques de création de défauts irréversibles par flambage ou torsion. Le contact peut être réalisé dès le début de l'opération. Il est souvent dans la pratique plus aisé, pour des facilités de mise en oeuvre, de prévoir un jeu radial au départ entre lesdites génératrices qui peut aller dans le présent mode de réalisation jusqu'à 0,5mm. L'action, dans le sens de l'effort appliqué et du déplacement obtenu, du poinçon 3 s'exerce suivant la flèche F tandis que les flèches f symbolisent les directions d'écoulement de l'alliage constituant la barre 1 au cours du refoulage.
- Pour la deuxième étape (b) du procédé de refoulage conforme à l'invention dont le déroulement est similaire à celui de la première étape (a) qui vient d'être décrit ci-dessus, l'ébauche intermédiaire 1c obtenue à l'issue de la première étape (a) est placée dans un deuxième conteneur 6, comme représenté schématiquement sur les figures 4a et 4b, et son extrémité est à nouveau soumise à une action de refoulement d'un poinçon 7. Dans le mode de réalisation de l'invention représenté aux figures 4a et 4b, le deuxième conteneur 6 comporte une cavité 8 qui présente en section transversale une forme générale carrée, à coins arrondis. L'ébauche intermédiaire 1c présente une section cruciforme qui reproduit la forme de la cavité 4 du premier conteneur 2 et les génératrices 1d, 1e, 1f et 1g correspondant aux sommets des parties lobées de cette section cruciforme de l'ébauche intermédiaire 1c sont placées au contact de lignes d'appui correspondantes des côtés du carré de cavité du deuxième conteneur 6 et de manière similaire à la première étape (a), au cours de la deuxième étape (b) de refoulage, le contact est également maintenu en permanence, à partir d'un premier stade de déformation, au niveau de ces quatre génératrices symétriques deux à deux, entre la surface externe de l'ébauche 1c et la surface de la cavité 8 du deuxième conteneur 6. Comme précédemment, un jeu radial variable, de O à O,5 mm dans la présente application, peut être ménagé au départ de la deuxième étape entre les génératrices coopérantes de la barre et du conteneur.
- A l'issue de cette deuxième étape (b) du procédé de refoulage conforme à l'invention, la portion refoulée initiale 1b présente une section finale 1d d'ébauche forgée telle que représentée à la figure 5 dans le mode de réalisation qui vient d'être décrit. Cette portion refoulée de barre 1b peut notamment être destinée à constituer le pied d'une aube de turbomachine obtenue par forgeage.
- Divers modes de réalisation appliquant les caractéristiques du procédé de refoulage conforme à l'invention qui ont été décrites peuvent être envisagées. Notamment, en fonction de la nature des alliages concernés, des pièces dont la fabrication est envisagée, du taux de refoulage recherché, un nombre différent d'étapes du procédé de refoulage peut être appliqué. Différentes formes de cavité du conteneur utilisé, ou suivant les étapes associées, peuvent également être associées à condition de ménager, conformément à l'invention, un contact permanent au cours d'une étape entre plusieurs génératrices de l'ébauche et de la surface de cavité du conteneur. Le deuxième conteneur 6 utilisé lors de la deuxième étape (b) de refoulage dans le mode de réalisation qui a été décrit et dont la section est représentée à la figure 4b peut, par exemple, comporter une cavité 8a délimitée par une surface qui est représentée par une section circulaire à la figure 6. Les figures 7a, 7b, 7c, représentent respectivement, selon une section schématique, d'autres formes utilisables de cavité de conteneur 9a, 9b, 9c, respectivement associé à une portion de barre à refouler de section 10a,10b,10c, 10c, 10d. Cette section de barre au départ est de forme adaptée à la pièce finale à obtenir et outre cylindrique peut notamment être rectangulaire ou carrée.
Claims (8)
- Procédé de fabrication d'ébauches forgées en barre du pied d'une aube de compresseur de turbomachine par refoulage dans lequel au moins une portion de barre (1b), de longueur initiale Lo et de section initiale So de diamètre Do, est tranformée par refoulage en une portion de barre (1d) de longueur finale Ll et de section finale Sl de diamètre Dl telles que Lo > Ll, So < Sl, Do > Dl, un paramètre technologique t ou taux de refoulage étant représenté par
- (a) une première étape de refoulage durant laquelle, au moins à partir d'un premier stade de déformation, un contact est maintenu entre au moins trois génératrices de ladite portion de barre et la surface intérieure d'un premier conteneur (2) qui comporte, entre deux desdites lignes de contact (5a,5b,5c,5d) respec-tivement, une excroissance (4a,4b,4c,4d) en creux longitudinale formant en section transversale une partie lobée ;- (b) une deuxième étape de refoulage durant laquelle, au moins à partir d'un premier stade de déformation, un contact est maintenu entre les génératrices de sommet (1d,1e,1f,1g) des excroissances longitudinales obtenues sur la première ébauche (1c) a l'issue de la première étape (a) et la surface intérieure de cavité d'un deuxième conteneur (6), ladite surface intérieure de cavité présentant une forme du contour enveloppant ladite première ébauche,et en ce que ledit taux de refoulage (t) obtenu en deux passes est au moins égal à 8. - Procédé de fabrication d'ébauches forgées en barre par refoulage selon la revendication 1 dans lequel lors de la première étape (a), le premier conteneur (2) présente en section transversale un contour intérieur de forme générale cruciforme et la première ébauche (1b,1c) refoulée est maintenue au cours de ladite première étape (a) suivant quatre génératrices (5a,5b,5c,5d) longitudinales périphériquement réparties à 90° l'une de l'autre et présente à l'issue de la première étape (a) quatre excroissances longitudinales orientées à 90° l'une de l'autre.
- Procédé de fabrication d'ébauches forgées en barre par refoulage selon l'une des revendications 1 ou 2 dans lequel lors de la deuxième étape (b), le deuxième conteneur (6) présente en section transversale un contour intérieur de forme générale carrée, a coins arrondis.
- Procédé de fabrication d'ébauches forgées en barre par refoulage selon l'une des revendications 1 ou 2 dans lequel lors de la deuxième étape (b), le deuxième conteneur (8a) présente en section transversale un contour intérieur circulaire.
- Outillage de refoulage enveloppant une ébauche (1b,1c) forgée en barre, destiné à la mise en oeuvre d'un procédé de fabrication conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 4 consistant en deux conteneurs (2,6) comportant chacun une cavité (4,8) dans laquelle est placée ladite ébauche (1b,1c) caractérisé en ce que le premier conteneur (2) adapté pour la réalisation de la première étape (a) dudit procédé présente une géométrie de surface intérieure de cavité (4) telle que l'ébauche (1b) avant forgeage est en contact au moins à partir d'un premier stade de déformation, au moins suivant trois génératrices avec des génératrices (5a,5b,5c,5d) coopérantes du conteneur (2) et telle que des excroissance (4a,4b,4c,4d) longitudinales en creux sont ménagées entre lesdites génératrices (5a,5b,5c,5d) et en ce que le deuxième conteneur (6) adapté pour la réalisation de la deuxième étape (b) dudit procédé présente une géométrie de surface intérieure de cavité (8) telle que le contour de section transversale enveloppe le contour de surface intérieure de cavité du premier conteneur et que les formes de contour de surface intérieure de cavité desdits premier (2) et deuxième conteneur (6) sont tangentes suivant au moins trois génératrices et ne sont sécantes en aucun point.
- Outillages destinés à la mise en oeuvre du procédé de fabrication d'ébauches forgées en barre par refoulage selon la revendication 5 caractérisé en ce que ledit premier conteneur (2) comporte une cavité présentant une section transversale cruciforme à quatre lobes (4a,4b,4c,4d) répartis à 90° l'un de l'autre.
- Outillages destinés à la mise en oeuvre du procédé de fabrication d'ébauches forgées en barre par refoulage selon l'une des revendications 5 ou 6 caractérisés en ce que ledit deuxième conteneur (6) comporte une cavité (8) présentant une section transversale de forme générale carrée, à coins arrondis, la longueur d'un côté du carré représentant la distance entre deux sommets d'excroissances diamétralement opposées (1d-1f,1e-1g) du premier conteneur (2).
- Outillages destinés à la mise en oeuvre du procédé de fabrication d'ébauches forgées en barre par refoulage selon l'une des revendications 5 ou 6 caractérisés en ce que ledit deuxième conteneur comporte une cavité (8a) présentant une section transversale circulaire, dont la circonférence enveloppe la section de cavité (4) du premier conteneur (2).
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