EP0824981A1 - Procédé de fabrication d'une aube creuse de turbomachine et équipement de vrillage évolutif à chaud utilisé - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to twisting equipment hot scalable used in a process for manufacturing a hollow turbomachine blade.
- One of the aims of the invention is to make it possible to carry out course of the operative flow above an operation additional shaping of parts by twisting without risk of causing buckling type ripples according to the central fiber. These ripples are generated by compression stresses induced during elongation of lateral fibers due to differences in length between the starting flat part and the obtained twisted part.
- the method of manufacturing a hollow turbomachine blade comprising an operation in accordance with the invention of setting workpiece shape using twisting equipment evolving hot according to the invention avoids the disadvantages of prior known methods and obtaining blades having geometric characteristics and improved and optimized mechanical conditions of use, guaranteeing repetitive quality while facilitating manufacturing conditions at the lowest cost.
- the method of manufacturing a hollow turbomachine blade according to the invention includes a twist operation hot-swappable, of an element intended for the manufacture of the blade by the hot twist of said alloy element TA6V type titanium, at a temperature above 700 ° C by the action of several bars animated by a movement of rotation around the twist axis and acting on shackles, previously fixed on the element, distributed according to the predetermined twist law, the distribution and number of shackles are determined so as to obtain between each yoke a linear evolution of the twist.
- Hot-swappable twist equipment for manufacture of a hollow turbine engine vane with a high rate of compression in the lower blade area is characterized by metal frame on which is vertically fixed a cylindrical oven with slots allowing the passage of bars, of a circular frame enveloping said oven, of free crowns rotating around the frame on which are fixed the bars acting on clamped shackles on the element to be twisted.
- the process for manufacturing a hollow turbine engine blade 1 comprises in accordance with the invention, an operation remarkable hot twist of the welded assembly 1 made of titanium alloy, of type TA6V consisting of hot twist of the welded assembly at a temperature between 700 and 940 °, by the action of several bars, integral with crowns driven by a frame circular with a rotational movement around the axis of the element, said bars acting on shackles flanged on the element.
- Scalable hot twist can be preceded by a bending operation including the shaping of dawn sections.
- a complementary operation of shaping by twisting and calibration may be required.
- the hot-swappable twisting equipment shown on the Figures 3 and 4 is used for carrying out the operation twisting of the hollow blade element 1 of a turbomachine in the manufacturing process according to the invention and which comes to be described.
- This hot-swappable twisting equipment consists of three separate parts: an upper part mainly intended for blocking one end of the part 1 by two jaws 3, in order to ensure immobilization in rotation and keeping in an upright position, part central unit equipped with an electric oven 2, a frame circular 6 mobile in rotation around the workpiece axis acting on free crowns 7 rotating around the frame, distributed vertically along the height of the element to be twisted and a lower part whose function main is to block the other end of element 1, to ensure during a twist a constant distance between these two ends by a tensile force supplied by means a cylinder 8 limited in its stroke by a ball bearing 9 and the transfer of part 1 from the loading station to inside the oven 2.
- Said central part composed of an electric oven circular 2 capable of a temperature range included between 700 and 940 ° C, have slots 24 intended for passage of bars 5 integral with crowns 7 whose purpose is to act on shafts 23 mounted on the part and visible in Figure 5.
- Metallic screens filled with material fibrous seal the oven to the right of the slots.
- a circular frame 6 of tubular mechanically welded construction is rotated by an electric motor 10 to variable speed by means of a ring gear 11 fixed to the upper end of the frame 6.
- the frame 6 is connected to the metal structure 12 of the equipment by connections to rollers 13, and has as many crowns 7 as necessary according to the law of evolution of the twist, said free crowns 7 rotating around the frame are connected to it by means of roller connections 14.
- Frame 6 and the crowns 7 are also fitted with drive stops 15-16, positioned to apply the twist value required on each yoke 23.
- the upper part of the oven incorporates clamping jaws 3 from one end of the part 1 and also allows the passage of the guide rod 25 connecting the jaws with the metallic structure 12.
- the upper part is mainly intended for clamping from one end of part 1 to be twisted.
- the rod 25 water-cooled ensures the guidance and connection of the jaws of clamping 3 adapted to the shape of the part 1 with the structure 12 of the equipment.
- a blocking system by corners 22 shown in more detail in Figure 5 allows position and immobilize the part 1 in a fixed position while allowing vertical translation of the part 1 of the oven 2 to the loading / unloading station located under the oven.
- a counterweight system allows the balancing of this together in order not to constrain the element to unloading.
- the lower part intended for the transfer of the loading / unloading to oven 2 also ensures clamping function of the other end of element 1 to by means of two jaws 4, free to rotate, extended by a rod 20 guided vertically by a sleeve 18 integral with a carriage 17 with vertical translation provided by the jack 19.
- the carriage 17 is equipped with a stop system at balls 9 and a jack 8 in order to apply a force of traction to element 1 so as to maintain a distance constant between jaws 3 and 4 high and low.
- the cylinder 8 also absorbs the effects of expansion of room 1 during heating.
- Shackles 23 made up of mechanically welded mechanical parts are clamped on the workpiece in positions defined by law evolution of the twist.
- a preparation table allows position them perfectly on the element.
- Figure 2 shows the determined positions A, B, C, D, E of the shafts 23 as a function of the curve evolution of the twist and these positions are reported on Figure 3.
- the electric oven 2 is maintained at a temperature greater than 700 ° for application on an alloy of TA6V type titanium, jaws 3 and 4 are in the low position ready to receive a welded assembly comprising shafts 23 distributed over the height of the welded assembly according to the law of twisting evolution, as indicated above.
- the carriage 17 transfers to oven 2 to an end position predefined stroke, then the jaws 3 are immobilized by a wedge system 22 shown in FIG. 5.
- the oven doors 21 being closed the welded assembly 1 is kept in oven 2 until it reaches the twist temperature.
- the motor 10 drives the circular frame 6 which by means of the stops 15 and 16 distributed according to the angle of twisting to be supplied in turn drives the crowns 7 of which the bars 5 by acting on the shafts 23 print at the whole welded 1 the desired twist law, then the frame 6 is driven in the opposite direction by bringing in its race the crowns 7 in the cycle start position. At this point the oven doors open and cart 17 transfers assembly 1 welded to the loading / unloading station.
Abstract
Un procédé de fabrication d'une aube creuse de turbomachine comporte une opération de vrillage évolutif à chaud d'un élément d'aube (1) par torsion à chaud dudit élément (1) en alliage de titane, du type TA6V, à une température supérieure à 700°C sous l'action de plusieurs barrettes (5) animées d'un mouvement de rotation autour de l'axe de vrillage et agissant sur des carcans, préalablement fixés sur l'élément (1), répartis suivant la loi de vrillage prédéterminée, la répartition et le nombre de carcans étant déterminés de manière à obtenir entre chaque carcan une évolution linéaire du vrillage. Un équipement spécifique est utilisé pour réaliser l'opération. <IMAGE>
Description
La présente invention concerne un équipement de vrillage
évolutif à chaud utilisé dans un procédé de fabrication d'une
aube creuse de turbomachine.
Les avantages découlant de l'utilisation d'aubes à grande
corde pour les turbomachines sont apparus notamment dans le
cas des aubes de rotor de soufflante des turboréacteurs à
double flux. Ces aubes doivent répondre à des conditions
sévères d'utilisation et posséder notamment des
caractéristiques mécaniques suffisantes associées à des
propriétés antivibratoires et de résistance aux impacts de
corps étrangers. L'objectif de vitesses suffisantes en bout
d'aube a en outre amené à rechercher une réduction des
masses. Ce but est notamment atteint par l'utilisation
d'aubes creuses.
EP-A-0 700 738 décrit un procédé de fabrication d'une aube
creuse de turbomachine, notamment une aube de rotor de
soufflante à grande corde. Il est connu dans ce cas selon une
première étape
Un des buts de l'invention est de permettre de réaliser au
cours du découlé opératoire ci-dessus une opération
supplémentaire de mise en forme des pièces par vrillage sans
risque de provoquer des ondulations de type flambage suivant
la fibre centrale. Ces ondulations sont générées par des
contraintes de compression induites lors de l'allongement des
fibres latérales par suite des différences de longueur entre
la pièce à plat de départ et la pièce obtenue vrillée.
Le procédé de fabrication d'une aube creuse de turbomachine
comportant une opération conforme à l'invention de mise en
forme de pièce en utilisant un équipement de vrillage
évolutif à chaud conforme à l'invention permet d'éviter les
inconvénients des procédés connus antérieurs et d'obtenir des
aubes présentant des caractéristiques géométriques et
mécaniques améliorées et optimisées dans les conditions
d'utilisation, en garantissant une qualité répétitive tout en
facilitant les conditions de fabrication au moindre coût.
Le procédé de fabrication d'une aube creuse de turbomachine
conforme à l'invention comporte une opération de vrillage
évolutif à chaud, d'un élément destiné à la fabrication de
l'aube par la torsion à chaud dudit élément en alliage de
titane du type TA6V, à une température supérieure à 700°C par
l'action de plusieurs barrettes animées d'un mouvement de
rotation autour de l'axe de vrillage et agissant sur des
carcans, préalablement fixés sur l'élément, répartis suivant
la loi de vrillage prédéterminée, dont la répartition et le
nombre de carcans sont déterminés de manière à obtenir entre
chaque carcan une évolution linéaire du vrillage.
Il est connu d'obtenir une torsion de pièce et notamment
d'une aube de turbomachine en utilisant des moyens faisant
appel à au moins un mors en rotation avec ou sans
précontrainte et à chaud ou à froid et notamment par une mise
en forme par fluage à 950°, dans le cas d'une aube en alliage
de titane de typ TA6V, sur une empreinte sous
l'action de masses fixées aux extrémités de la pièce créant
un couple de torsion.
Ces moyens connus se révèlent toutefois inadaptés aux
vrillages très évolutifs rencontrés dans le procédé de
fabrication d'une aube creuse de turbomachine à fort taux de
compression en zone de bas de pale conforme à l'invention.
L'équipement de vrillage évolutif à chaud destiné à la
fabrication d'une aube creuse de turbomachine à fort taux de
compression en zone de bas de pale se caractérise par une
charpente métallique sur laquelle est fixé verticalement un
four cylindrique muni de fentes permettant le passage de
barrettes, d'un cadre circulaire enveloppant ledit four, de
couronnes libres en rotation autour du cadre sur lesquelles
sont fixées les barrettes agissant sur des carcans bridés sur
l'élément à vriller.
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 :
- la figure 1 représente une vue en perspective de l'ensemble soudé de l'aube creuse après vrillage à chaud ;
- la figure 2 représente un exemple de courbe d'évolution du vrillage en fonction de la hauteur de l'aube et la position des carcans ;
- la figure 3 représente selon une vue schématique en coupe d'un équipement de vrillage évolutif à chaud ;
- La figure 4 représente selon une vue schématique une coupe horizontale de l'équipement de vrillage évolutif à chaud ;
- la figure 5 montre un détail de l'équipement de vrillage représenté sur les figures 3 et 4.
On appellera élément destiné à la fabrication d'une aube
creuse de soufflante de turbomachine telle que 1, représentée
sur la figure 1 à un stade intermédiaire de fabrication, dans
l'application préférentielle qui est faite de l'invention,
soit une peau primaire forgée destinée à constituer la
surface d'intrados ou d'extrados de l'aube,soit une tôle
centrale destinée à former les raidisseurs reliant les peaux
d'intrados et d'extrados de l'aube, soit un ensemble soudé
comportant les peaux externes et au moins une tôle centrale
de l'aube, soit un ensemble soudé comportant une peau
d'intrados et une peau d'extrados. Dans la description qui va
suivre, l'exemple non limitatif retenu concerne un ensemble
soudé 1 dans une étape de fabrication d'une aube creuse de
soufflante à grande corde pour turbomachine, cet exemple
correspondant à des conditions économiques avantageuses
d'application de l'invention.
Le procédé de fabrication d'une aube creuse de turbomachine 1
comporte conformément à l'invention, une opération
remarquable de vrillage évolutif à chaud de l'ensemble soudé
1 en alliage de titane, du type TA6V consistant en une
torsion à chaud de l'ensemble soudé à une température
comprise entre 700 et 940°, par l'action de plusieurs
barrettes, solidaires de couronnes entraínées par un cadre
circulaire animé d'un mouvement de rotation autour de l'axe
de l'élément, lesdites barrettes agissant sur des carcans
bridés sur l'élément.
En fonction du résultat final de forme d'aube à obtenir
suivant les applications particulières, l'opération de
vrillage évolutif à chaud peut être précédée par une
opération de cambrage comportant la mise en forme des
sections de l'aube.
Selon les mêmes critères d'application particulière et de
résultats finaux de forme d'aube à obtenir l'opération de
vrillage évolutif à chaud peut être suivie par une opération
de gonflage sous pression de gaz et formage superplastique
assurant les profils recherchés de l'aube.
En variante, après l'opération de vrillage évolutif à chaud
une opération complémentaire de mise en forme par vrillage et
calibrage peut être nécessaire.
L'équipement de vrillage évolutif à chaud représenté sur les
figures 3 et 4 est utilisé pour la réalisation de l'opération
de vrillage de l'élément d'aube creuse 1 de turbomachine dans
le procédé de fabrication conforme à l'invention et qui vient
d'être décrite.
Cet équipement de vrillage évolutif à chaud est constitué de
trois parties distinctes: une partie supérieure
principalement destinée au blocage d'une des extrémités de la
pièce 1 par deux mors 3, afin d'assurer une immobilisation en
rotation et un maintien en position verticale, une partie
centrale équipée d'un four électrique 2, d'un cadre
circulaire 6 mobile en rotation autour de l'axe pièce
agissant sur des couronnes 7 libres en rotation autour du
cadre, réparties verticalement suivant la hauteur de
l'élément à vriller et une partie inférieure dont la fonction
principale est de bloquer l'autre extrémité de l'élément 1,
d'assurer au cours du vrillage une distance constante entre
ces deux extrémités par un effort de traction fourni au moyen
d'un vérin 8 limité dans sa course par une butée à billes 9
et le transfert de la pièce 1 du poste de chargement vers
l'intérieur du four 2.
Ladite partie centrale composée d'un four électrique
circulaire 2 capable d'une gamme de température comprise
entre 700 et 940°C, comportent des fentes 24 destinées au
passage de barrettes 5 solidaires des couronnes 7 dont le but
est d'agir sur des carcans 23 montés sur la pièce et visibles
sur la figure 5. Des écrans métalliques garnis de matière
fibreuse assurent l'étanchéité du four au droit des fentes.
Un cadre circulaire 6 de construction tubulaire mécanosoudé
est entraíné en rotation par un moteur électrique 10 à
vitesse variable au moyen d'une couronne dentée 11 fixée à
l'extrémité supérieure du cadre 6. Le cadre 6 est relié à la
structure métallique 12 de l'équipement par des liaisons à
rouleaux 13, et comporte autant de couronnes 7 que nécessaire
en fonction de la loi d'évolution du vrillage, lesdites
couronnes 7 libres en rotation autour du cadre y sont reliées
au moyen de liaisons à rouleaux 14. Le cadre 6 et les
couronnes 7 sont aussi équipés de butées d'entraínement 15-16,
positionnées de manière à appliquer la valeur de vrillage
nécessaire sur chaque carcan 23. La partie supérieure du four
intégre les mors de serrage 3 d'une des extrémité de la pièce
1 et permet aussi le passage de la tige de guidage 25 reliant
les mors à la structure métallique 12.
La partie supérieure est principalement destinée au serrage
d'une des extrémités de la pièce 1 à vriller. La tige 25
refroidie à l'eau assure le guidage et la liaison des mors de
serrage 3 adaptés à la forme de la pièce 1 avec la struture
12 de l'équipement .Un systeme de blocage par coins 22
représenté plus en détails sur la figure 5 permet de
positionner et d'immobiliser la pièce 1 à une position fixe
tout en permettant une translation verticale de la pièce 1 du
four 2 vers le poste de chargement/déchargement situé sous le
four.
Un système de contre poids permet l'équilibrage de cet
ensemble dans le but de ne pas contraindre l'élément au
déchargement.
La partie inférieure destinée au transfert du poste de
chargement/déchargement vers le four 2 assure aussi la
fonction de bridage de l'autre extrémité de l'élément 1 au
moyen de deux mors 4, libre en rotation, prolongés d'une tige
20 guidée verticalement par un manchon 18 solidaire d'un
chariot 17 à translation verticale assurée par le vérin 19.
De plus le chariot 17 est équipé d'un système de butée à
billes 9 et d'un vérin 8 afin d'appliquer un effort de
traction à l'élément 1 de manière à conserver une distance
constante entre les mors de bridage 3 et 4 haut et bas. Le
vérin 8 permet aussi d'absorber les effets de la dilatation
de la pièce 1 pendant le chauffage.
Les carcans 23 constitués de pièces mécaniques mécanosoudées
sont bridés sur la pièce à des positions définies par la loi
d'évolution du vrillage. Une table de préparation permet de
les positionner parfaitement sur l'élément. Dans un exemple
de réalisation la figure 2 montre les positions déterminées
A, B, C, D, E des carcans 23 en fonction de la courbe
d'évolution du vrillage et ces positions sont reportées sur
la figure 3.
On va maintenant décrire le déroulé d'une opération de
vrillage évolutif à chaud d'un ensemble soudé 1 d'aube de
turbomachine, conformément à l'invention.
Le four électrique 2 est maintenu à une température
supérieure à 700° pour une application sur un alliage de
titane du type TA6V, les mors 3 et 4 sont en position basse
prêts à recevoir un ensemble soudé comportant des carcans 23
répartis sur la hauteur de l'ensemble soudé en fonction de la
loi d'évolution du vrillage, comme indiqué ci-dessus. Dès que
le bridage de l'ensemble est terminé, le chariot 17 le
transfère dans le four 2 jusqu'à une position de fin de
course prédéfinie, alors les mors 3 sont immobilisés par un
système de coins 22 représenté sur la figure 5. A ce stade,
les portes du four 21 étant fermées l'ensemble soudé 1 est
maintenu dans le four 2 jusqu'à ce qu'il ait atteint la
température de vrillage. Dès que la température de vrillage
est atteinte le moteur 10 entraíne le cadre circulaire 6 qui
au moyen des butées 15 et 16 réparties suivant l'angle de
vrillage à fournir entraíne tour à tour les couronnes 7 dont
les barrettes 5 en agissant sur les carcans 23 impriment à
l'ensemble soudé 1 la loi de vrillage désirée, alors le cadre
6 est entraíné en sens inverse en ramenant dans sa course les
couronnes 7 en position de début de cycle. A ce stade les
portes du four s'ouvrent et le chariot 17 transfère
l'ensemble 1 soudé au poste de chargement/déchargement.
Claims (8)
- Procédé de fabrication d'une aube creuse de turbomachine, notamment une aube de rotor de soufflante à grande corde, comportant les étapes suivantes :comporte en outre une opération de vrillage évolutif à chaud d'un élément (1) destiné à la fabrication de l'aube, par une torsion à chaud dudit élément (1) en alliage de titane, du type TA6V, à une température supérieure à 700° sous l'action de plusieurs barrettes (5) animées d'un mouvement de rotation autour de l'axe de vrillage et agissant sur des carcans (23), préalablement fixés sur l'élément (1), répartis suivant la loi de vrillage prédéterminée,la répartition et le nombre de carcans (23) étant déterminés de manière à obtenir entre chaque carcan (23) une évolution linéaire du vrillage.(a) à partir de la définition d'une aube à obtenir, étude en utilisant les moyens de Conception et Fabrication Assistés par Ordinateur / CFAO et réalisation d'une simulation numérique de la mise à plat des pièces constitutives de l'aube ;(b) forgeage sur presse des pièces primaires par matriçage ;(c) usinage des pièces primaires ;(d) dépôt de barrières de diffusion suivant un motif prédéfini ;(e) assemblage des pièces primaires suivi du soudage-diffusion en pression isostatique ;(f) gonflage sous pression de gaz et formage superplastique ;(g) usinage final ,
- Procédé de fabrication d'une aube creuse selon la revendication 1 dans laquelle ladite opération de vrillage est effectuée sur chaque pièce primaire forgée.
- Procédé de fabrication d'une aube creuse selon la revendication 1 dans laquelle ladite opération de vrillage est effectuée sur un ensemble plat composé des pièces constitutives de l'aube non soudées.
- Procédé de fabrication d'une aube creuse selon la revendication 1 dans laquelle ladite opération de vrillage est effectuée sur un ensemble plat (1) obtenu après assemblage des pièces primaires suivi du soudage diffusion.
- Procédé de fabrication d'une aube creuse selon la revendication 1 à 4 dans lequelle ladite opération de vrillage est précédée par une opération de cambrage dans la zone de raccordement du pied et la zone de bas de pale de l'aube.
- Equipement de vrillage évolutif à chaud destiné à la fabrication d'une aube creuse de turbomachine suivant le procédé des revendications 1 à 5 comprenant une structure métallique (12) sur laquelle est fixé verticalement un four électrique cylindrique (2) comprenant des fentes (24) permettant le passage de barrettes (5) , d'un cadre circulaire (6) enveloppant ledit four (2), des couronnes (7) libres en rotation autour du cadre (6) sur lesquelles sont placées des barrettes (5) agissant sur des carcans (23) bridés sur l'élément à vriller (1), des mors (3,4) situés à chaque extrémité de l'élément (1) assurent le positionnement de la pièce (1) dans le four (2) et une traction permanent dans la direction de l'axe de l'élément (1) en cours de vrillage.
- Equipement de vrillage évolutif à chaud destiné à la fabrication d'une aube creuse de turbomachine selon la revendication 6 dans laquelle un système de coins (22) positionne et immobilise en rotation les mors de serrage (3) de la partie supérieure tout en assurant le dégagement au cours des transferts.
- Equipement de vrillage évolutif à chaud destiné à la fabrication d'une aube creuse de turbomachine selon la revendication 6 dans laquelle les barrettes (5) sont réglables en pénétration dans le four.
Applications Claiming Priority (2)
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| FR9610352 | 1996-08-22 |
Publications (2)
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|---|---|
| EP0824981A1 true EP0824981A1 (fr) | 1998-02-25 |
| EP0824981B1 EP0824981B1 (fr) | 2001-05-02 |
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| EP (1) | EP0824981B1 (fr) |
| JP (1) | JP3477043B2 (fr) |
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