EP2042248A1 - Dispositif de conformation circulaire d'une pièce de revolution, notamment un carter d'échappement d'une turbomachine - Google Patents

Dispositif de conformation circulaire d'une pièce de revolution, notamment un carter d'échappement d'une turbomachine Download PDF

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EP2042248A1
EP2042248A1 EP08165031A EP08165031A EP2042248A1 EP 2042248 A1 EP2042248 A1 EP 2042248A1 EP 08165031 A EP08165031 A EP 08165031A EP 08165031 A EP08165031 A EP 08165031A EP 2042248 A1 EP2042248 A1 EP 2042248A1
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EP
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revolution
rollers
turntable
conformation
shaping device
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Laurent Maine
Xavier Denis Jean Marie Olivier
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Safran Aircraft Engines SAS
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SNECMA SAS
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D3/00—Straightening or restoring form of metal rods, metal tubes, metal profiles, or specific articles made therefrom, whether or not in combination with sheet metal parts
    • B21D3/14—Recontouring
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/49316—Impeller making
    • Y10T29/4932—Turbomachine making

Definitions

  • the invention relates to a device for circular conformation of a part of revolution, in particular an exhaust casing of a turbomachine.
  • Turbomachine exhaust casings are large-diameter parts made of nickel-based alloy by mechanical welding.
  • the operations of welding the casing generate multiple deformations. This is why it is necessary to put the casing back to the round, that is to say, to restore a circular shape before continuing construction.
  • the axes X1 and Y1 on the one hand, X2 and Y2 on the other hand are coaxial.
  • rollers are mounted on force actuators (or cylinder) and they exert a stress on the housing. Cylinders of the same unit exert efforts in opposite directions.
  • the shaping device of a revolution piece of the invention makes it possible to put the piece to the round quickly avoiding the hours of work required according to the prior art.
  • the lower unit and the upper unit further comprise means for measuring the circularity and the diameter of the part of revolution.
  • These means consist, for example, of a probe and a resistive linear displacement sensor.
  • the senor is connected to an analog acquisition card of a digital control.
  • the rollers of the upper unit are mounted on a beam pivotally mounted relative to a frame of the device between a first position in which the rollers are disengaged from the part of revolution and a second position in which the rollers are engaged on the piece of revolution.
  • the locking means of the part of revolution on the plate consist of three quarter-turn flanges and three locking jacks.
  • a control cycle of the part is carried out after its rounding.
  • a touch-up cycle is performed if the inspection cycle revealed that the part was out of tolerance.
  • the general reference 2 designates a static frame and fixed to the ground.
  • a lower unit, designated by the general reference 4 is mounted on a lower step 6 of the frame 2.
  • An upper unit, designated by the general reference 8, is mounted on an upper step 10 of the frame 2.
  • a turntable 12 is mounted on an intermediate step 14 of the frame 2.
  • the turntable 12 supports a part of revolution, a turbojet exhaust casing in the example shown.
  • the housing comprises a central hub 18 and arm portions 20 connected to the central hub 18.
  • the central hub and the arms 20 are made in one piece by molding.
  • a ferrule 22 connected to the arm 20 by arm members 24 constitutes a mechanically welded part of the exhaust casing. As a result of the welding operations, the ferrule 22 undergoes multiple deformations.
  • a numerical control is provided near the frame 2.
  • This numerical control is conventionally presented as a computer connected to the circular conformation device by a series of interfaces, for example by a PLC and power relays. Its function is the display of information and the control of the conformation device according to a program introduced in advance.
  • the means for clamping the exhaust casing on the turntable 12 consist on the one hand by three quarter-turn flanges 26 and by three clamping jacks 28 arranged at 120 ° from each other.
  • the quarter-turn flanges 26 are raised pneumatically and then pivoted by a quarter of a turn in order to clamp the exhaust casing 16 on the turntable 12.
  • the quarter-turn flanges and the external clamping cylinders are controlled in position by sensors. mechanical limit switches.
  • the clamping pressure is controlled by two pressure switches ensuring that the pressures are maintained. All position information is communicated to the numerical control.
  • the turntable is rotated by means of a motor 30 whose maximum speed is for example 600 revolutions / minute.
  • the motor 30 is connected to a 1:10 reducer which is itself connected to a 1:12 reducer. In this way, the maximum speed of rotation of the plate is 5 revolutions per minute.
  • Two rollers 32 are mounted on a support 34 which moves in translation along an axis X1.
  • the displacement of the support 34 is controlled by a gear motor 36 which drives a ball screw.
  • the diameter of the ball screw is 32 millimeters and its pitch is 5 millimeters.
  • an inner roller 38 moves in translation along an axis Y1.
  • the inner roller 38 is mounted on a support 40 whose displacement is controlled by a gear motor group 42.
  • the gear motor 42 causes the carrier 40 to move by means of a ball screw.
  • the diameter of the ball screw is 32 millimeters and its pitch is 5 millimeters.
  • the assembly makes it possible to adjust the displacement of the rollers with an accuracy of 1 micrometer.
  • the axes X1 and Y1 are coaxial.
  • the upper unit 8 comprises a support 44 on which a beam 46 is pivotally mounted. A jack 47 acts on the beam 46 to rotate it.
  • the upper unit 8 has a first axis X2 and a second axis Y2. In the example, these two axes are coaxial.
  • Two outer rollers 48 (partially visible on the figure 4 ) are movable in translation in the direction X2 under the action of a motor driving a ball screw (not visible in the figure).
  • an inner roller 50 (partially visible on the figure 4 ) is movable in translation along the axis Y2. It is driven by a gear motor 52 acting on a ball screw.
  • the rollers 48 and 50 are moved via the tilt cylinder 48 between a first position in which they are disengaged from the part of revolution and a second position in which they are engaged on the part of revolution.
  • a measurement unit 60 forming part of the lower unit 4.
  • This measurement unit comprises a pneumatic cylinder of positioning 62.
  • This jack ensures the support of a roller 64 integral with the rod of the cylinder 66 on the outer periphery of the piece of revolution.
  • the measurement unit 60 measures the circularity and the diameter of the part.
  • a measurement sensor is connected to the digital control.
  • the sensor consists of a probe and a resistive linear displacement sensor. The latter is connected to an analog acquisition board of the numerical control.
  • a comparator 68 allows manual control and adjustment of the unit.
  • the unit of measurement 70 forming part of the upper unit 8.
  • This unit is identical, in principle, to the measurement unit 60 described with reference to FIG. figure 5 . It comprises a pneumatic cylinder 72 whose rod 74 is secured to a support 76 on which is mounted the measurement sensor 78.
  • the sensor 78 consists of a probe 80 and a resistive displacement sensor. The latter is connected to a digital control acquisition board.
  • a comparator 82 allows manual control and adjustment of the unit.
  • This ferrule 22 has a lower portion 22a and an upper portion 22b that is to return to the round.
  • it establishes in a first step (optional) a map of the deformation of the ends 22a and 22b of the shell 22.
  • the numerical control contains an algorithm that calculates, as a function of the deformation, how much it is necessary to deform the casing to put it in a circular shape, taking into account the elasticity of the metal.
  • the numerical control places the rollers in the desired position thanks to the electric gear motor and the ball screws which allow to move them in translation along the axes X1, Y1, X2 and Y2, as explained above, the rotation of the turntable continuing.
  • the rollers in the desired position thanks to the electric gear motor and the ball screws which allow to move them in translation along the axes X1, Y1, X2 and Y2, as explained above, the rotation of the turntable continuing.
  • Diagrammatically by the arrow 84 the direction of rotation of the part.
  • the deformation Before conformation of the part the deformation is 5 millimeters maximum. After conformation it is about five tenths of a millimeter.

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  • Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
  • Jigs For Machine Tools (AREA)

Abstract

Dispositif de conformation circulaire d'une pièce (16) de révolution, notamment un carter d'échappement d'une turbomachine. I1 comporte une unité inférieure (4) comportant deux galets de conformation (32) montés mobiles suivant un axe X1 et un galet de conformation (38) monté mobile suivant un axe Y1 ; une unité supérieure (8) comportant deux galets de conformation (48) montés mobiles suivant un axe X2 et un galet de conformation (50) monté mobile suivant un axe Y2 ; un plateau tournant (12) disposé entre l'unité inférieure (4) et l'unité supérieure (8) ; des moyens de blocages (26, 28) de la pièce de révolution sur le plateau tournant (12).

Description

  • L'invention concerne un dispositif de conformation circulaire d'une pièce de révolution, notamment un carter d'échappement d'une turbomachine.
  • Les carters d'échappement de turbomachine, particulièrement des turboréacteurs, sont des pièces de grand diamètre réalisées en alliage à base nickel par mécano soudage. Les opérations de soudage du carter engendrent de multiples déformations. C'est pourquoi il est nécessaire de remettre le carter au rond, c'est-à-dire de lui restituer une forme circulaire avant de poursuivre la construction.
  • Actuellement, ces opérations de mise au rond sont effectuées en chaudronnerie manuelle à l'aide d'un marteau. Cette technique fastidieuse demande une main d'oeuvre qualifiée, nécessite de nombreuses heures de travail, génère du bruit et provoque des traumatismes musculo squelettiques qui engendrent des arrêts de travail.
  • L'invention a précisément pour objet un dispositif et un procédé qui remédient à ces inconvénients. Ces buts sont atteints, conformément à l'invention, par le fait que le dispositif de conformation comporte :
    • une unité inférieure comportant deux galets de conformation montés mobiles suivant un axe X1 et un galet de conformation monté mobile suivant un axe Y1 ;
    • une unité supérieure comportant deux galets de conformation montés mobiles suivant un axe X2 et un galet de conformation monté mobile suivant un axe Y2 ;
    • un plateau tournant disposé entre l'unité inférieure et l'unité supérieure ;
    • des moyens de blocage de la pièce de révolution sur le plateau tournant.
  • Avantageusement, les axes X1 et Y1 d'une part, X2 et Y2 d'autre part sont coaxiaux.
  • Les galets sont montés sur des actionneurs de force (ou vérin) et ils exercent une contrainte sur le carter. Les vérins d'une même unité exercent des efforts de sens contraire.
  • Grâce à ces caractéristiques le dispositif de conformation d'une pièce de révolution de l'invention permet de mettre la pièce au rond rapidement en évitant les heures de travail nécessaires selon la technique antérieure.
  • Avantageusement l'unité inférieure et l'unité supérieure comportent en outre des moyens de mesure de la circularité et du diamètre de la pièce de révolution.
  • Ces moyens sont constitués, par exemple, d'un palpeur et d'un capteur à déplacement en linéaire résistif.
  • De préférence, le capteur est relié à une carte d'acquisition analogique d'une commande numérique.
  • Dans une réalisation particulière, les galets de l'unité supérieure sont montés sur une poutre montée pivotante par rapport à un bâti du dispositif entre une première position dans laquelle les galets sont dégagés de la pièce de révolution et une seconde position dans laquelle les galets sont engagés sur la pièce de révolution.
  • Avantageusement les moyens de blocage de la pièce de révolution sur le plateau sont constitués par trois brides quart de tour et par trois vérins de blocage.
  • L'invention concerne par ailleurs un procédé de conformation circulaire d'une pièce de révolution, notamment d'un carter d'échappement de turboréacteur d'avion. Selon ce procédé :
    • un opérateur dispose la pièce à conformer sur un plateau tournant ;
    • l'opérateur enclenche le cycle de travail
    • une commande numérique bride la pièce sur le plateau tournant ;
    • la commande numérique met la rotation le plateau tournant ;
    • la commande numérique mesure le diamètre moyen de la pièce ainsi que les écarts de circularité maximum et minimum ;
    • la commande numérique détermine la position des galets de conformation en fonction du diamètre moyen de la pièce ;
    • la commande numérique place les galets à la position déterminée tout en poursuivant la rotation du plateau tournant.
  • On réalise un cycle de contrôle de la pièce après sa mise au rond.
  • On réalise un cycle de retouche, si le cycle de contrôle a révélé que la pièce était hors tolérances.
  • D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront encore à la lecture de la description qui suit d'un exemple de réalisation donné à titre illustratif en référence aux figures annexées. Sur ces figures :
    • la figure 1 est une vue d'ensemble en perspective d'un dispositif de conformation conforme à la présente invention ;
    • la figure 2 est une vue en perspective du plateau tournant et des moyens de bridage ;
    • la figure 3 est une vue en perspective de l'unité inférieure du dispositif de conformation représenté sur la figure 1 ;
    • la figure 4 est une vue en perspective de l'unité supérieure du dispositif de conformation circulaire de l'invention représentée sur la figure 1 ;
    • la figure 5 est une vue en perspective d'une unité de mesure faisant partie de l'unité inférieure ;
    • la figure 6 est une vue en perspective d'une unité de mesure faisant partie de l'unité supérieure représentée sur la figure 7.
    • la figure 7 est une vue schématique en coupe à travers un carter d'échappement d'une turbomachine ;
    • la figure 8 est une vue schématique montrant la position des galets extérieurs et du galet intérieur.
  • Sur la figure 1 la référence générale 2 désigne un bâti statique et fixé au sol. Une unité inférieure, désignée par la référence générale 4, est montée sur une marche inférieure 6 du bâti 2. Une unité supérieure, désignée par la référence générale 8, est montée sur une marche supérieure 10 du bâti 2. Un plateau tournant 12 est monté sur une marche intermédiaire 14 du bâti 2. Le plateau tournant 12 supporte une pièce de révolution, un carter d'échappement de turboréacteur dans l'exemple représenté. Le carter comporte un moyeu central 18 et des parties de bras 20 raccordées au moyeu central 18. Le moyeu central et les bras 20 sont réalisés d'une seule pièce par moulage. Une virole 22 raccordée au bras 20 par des éléments de bras 24 constitue une partie mécano soudée du carter d'échappement. Par suite des opérations de soudage, la virole 22 subit de multiples déformations. C'est pourquoi il est nécessaire de la remettre au rond. Une commande numérique est prévue à proximité du bâti 2. Cette commande numérique se présente classiquement comme un ordinateur relié au dispositif de conformation circulaire par une série d'interfaces, par exemple par un automate et des relais de puissance. Sa fonction est l'affichage d'informations et le pilotage du dispositif de conformation en fonction d'un programme introduit à l'avance.
  • On a représenté sur la figure 2 les moyens de bridage du carter d'échappement sur le plateau tournant 12. Ces moyens sont constitués d'une part par trois brides de quart de tour 26 et par trois vérins de bridage 28 disposés à 120° l'un de l'autre. Les brides quart de tour 26 se soulèvent pneumatiquement puis pivotent d'un quart de tour afin de brider le carter d'échappement 16 sur le plateau tournant 12. Les brides quart de tour et les vérins de bridage externes sont contrôlés en position par des capteurs de fins de course mécaniques. La pression de bridage est contrôlée par deux pressostats garantissant le maintien des pressions. L'ensemble des informations de positions est communiqué à la commande numérique.
  • Le plateau tournant est entraîné en rotation par l'intermédiaire d'un moteur 30 dont la vitesse de rotation maximale est par exemple de 600 tours/minute. Le moteur 30 est raccordé à un réducteur 1:10 qui est lui-même raccordé à un réducteur 1:12. De la sorte, la vitesse de rotation maximale du plateau est de 5 tours par minute.
  • On a représenté sur la figure 3 une vue en perspective de l'unité inférieure 4. Deux galets 32 sont montés sur un support 34 qui se déplace en translation selon un axe X1. Le déplacement du support 34 est commandé par un moto réducteur 36 qui entraîne une vis à bille. Dans l'exemple, le diamètre de la vis à bille est de 32 millimètres et son pas de 5 millimètres. D'autre part, un galet intérieur 38 se déplace en translation selon un axe Y1. Le galet intérieur 38 est monté sur un support 40 dont le déplacement est commandé par un groupe moto réducteur 42. Le moto réducteur 42 entraîne le déplacement du support 40 par l'intermédiaire d'une vis à bille. Dans l'exemple, le diamètre de la vis à bille est de 32 millimètres et son pas de 5 millimètres. L'ensemble permet de régler le déplacement des galets avec une précision de 1 micromètre. De préférence, les axes X1 et Y1 sont coaxiaux.
  • On a représenté sur la figure 4 une vue en perspective de l'unité supérieure 8. Elle comporte un support 44 sur lequel une poutre 46 est montée pivotante. Un vérin 47 agit sur la poutre 46 pour le faire pivoter. De la même manière que l'unité inférieure, l'unité supérieure 8 comporte un premier axe X2 et un second axe Y2. Dans l'exemple, ces deux axes sont coaxiaux. Deux galets extérieurs 48 (partiellement visibles sur la figure 4) sont mobiles en translation selon la direction X2 sous l'action d'un moteur entraînant une vis à bille (non visible sur la figure). De manière similaire, un galet intérieur 50 (partiellement visible sur la figure 4) est mobile en translation selon l'axe Y2. Il est entraîné par un moto réducteur 52 agissant sur une vis à bille. Les galets 48 et 50 sont déplacés par l'intermédiaire du vérin de basculement 48 entre une première position dans laquelle ils sont dégagés de la pièce de révolution et une seconde position dans laquelle ils sont engagés sur la pièce de révolution.
  • On a représenté sur la figure 5 une unité de mesure 60 faisant partie de l'unité inférieure 4. Cette unité de mesure comporte un vérin pneumatique de positionnement 62. Ce vérin assure l'appui d'un galet 64 solidaire de la tige du vérin 66 sur la périphérie extérieure de la pièce de révolution. L'unité de mesure 60 assure la mesure de la circularité et du diamètre de la pièce. Un capteur de mesure est relié à la commande numérique. Le capteur est constitué d'un palpeur et d'un capteur de déplacement linéaire résistif. Ce dernier est relié à une carte d'acquisition analogique de la commande numérique. Un comparateur 68 permet un contrôle et un réglage manuel de l'unité.
  • On a représenté sur la figure 6 l'unité de mesure 70 faisant partie de l'unité supérieure 8. Cette unité est identique, dans son principe, à l'unité de mesure 60 décrite en référence à la figure 5. Elle comporte un vérin pneumatique 72 dont la tige 74 est solidaire d'un support 76 sur lequel est monté le capteur de mesure 78. Le capteur 78 est constitué d'un palpeur 80 et d'un capteur de déplacement résistif. Ce dernier est relié à une carte d'acquisition de la commande numérique.
  • De même la manière que pour l'unité de mesure 60, un comparateur 82 permet un contrôle et un réglage manuel de l'unité.
  • On a explicité sur les figures 7 et 8, la manière dont la virole 22 est remise au rond. Cette virole 22 comporte une partie inférieure 22a et une partie supérieure 22b qu'il s'agit de remettre au rond. A cet effet, on établit dans une première étape (facultative) une cartographie de la déformation des extrémités 22a et 22b de la virole 22. Durant cette étape, on mesure le diamètre moyen de la pièce ainsi que les écarts de circularité maximum et minimum. La commande numérique contient un algorithme qui calcule, en fonction de la déformation relevée, de combien il faut déformer le carter pour le remettre dans une forme circulaire, en tenant compte de l'élasticité du métal. La commande numérique place les galets à la position voulue grâce au moto réducteur électrique et aux vis à billes qui permettent de les déplacer en translation selon les axes X1, Y1, X2 et Y2,comme expliqué précédemment, la rotation du plateau tournant se poursuivant. Comme on peut le voir plus particulièrement sur la figure 8 il y a deux galets extérieurs 32, respectivement 48 entre lesquels est une interposé un galet intérieur 38 respectivement 50. On a schématisé par la flèche 84 le sens de rotation de la pièce.
  • Avant conformation de la pièce la déformation est 5 millimètres maximum. Après conformation elle est de cinq dixièmes de millimètres environ.

Claims (12)

  1. Dispositif de conformation circulaire d'une pièce de révolution (16), notamment un carter d'échappement d'une turbomachine, caractérisé en ce qu'il comporte :
    - une unité inférieure (4) comportant deux galets de conformation (32) montés mobiles suivant un axe X1 et un galet de conformation (38) monté mobile suivant un axe Y1 ;
    - une unité supérieure (8) comportant deux galets de conformation (48) montés mobiles suivant un axe X2 et un galet de conformation (50) monté mobile suivant un axe Y2 ;
    - un plateau tournant (12) disposé entre l'unité inférieure (4) et l'unité supérieure (8) ;
    - des moyens de blocage (26, 28) de la pièce de révolution sur le plateau tournant (12).
  2. Dispositif de conformation selon la revendication 1, caractérisé en ce que les axes X1 et Y1 d'une part, X2 et Y2 d'autre part sont coaxiaux.
  3. Dispositif de conformation selon la revendication 2, caractérisé en ce que les galets étant montés sur des vérins (36, 42, 52), ils exercent une contrainte sur le carter d'échappement (16).
  4. Dispositif de conformation selon la revendication 3, caractérisé en ce que les vérins d'une même unité (36, 42) exercent des efforts de sens contraire.
  5. Dispositif de conformation selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'unité inférieure (4) et l'unité supérieure (8) comportent en outre des moyens de mesure (60, 70) de la circularité de la pièce de révolution.
  6. Dispositif de conformation selon la revendication 5, caractérisé en ce que les moyens de mesure de la circularité de la pièce de révolution sont constitués d'un palpeur (64, 80) et d'un capteur de déplacement linéaire résistif ou autre.
  7. Dispositif de conformation selon la revendication 6, caractérisé en ce que le capteur est relié à une carte d'acquisition d'une commande numérique.
  8. Dispositif de conformation selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les galets de l'unité supérieure (8) sont montés sur une poutre (46) montée pivotante par rapport à un bâti (2) du dispositif entre une première position dans laquelle les galets sont dégagés de la pièce de révolution et une seconde position dans laquelle les galets sont engagés sur la pièce de révolution.
  9. Dispositif de conformation selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que les moyens de blocage de la pièce de révolution sur le plateau (12) sont constitués par trois brides de quart de tour (26) et par trois vérins de blocage (28).
  10. Procédé de conformation circulaire d'une pièce de révolution, notamment d'un carter d'échappement (16) d'un turboréacteur d'avion, caractérisé en ce que :
    - un opérateur dispose la pièce (16) à conformer sur un plateau tournant ;
    - l'opérateur enclenche le cycle de travail
    - une commande numérique bride la pièce (16) sur le plateau tournant ;
    - la commande numérique met en rotation le plateau tournant (12) ;
    - la commande numérique mesure le diamètre moyen de la pièce (16) ainsi que les écarts de circularité maximum et minimum ;
    - la commande numérique détermine la position des galets de conformation (32, 38, 48, 50) en fonction du diamètre moyen de la pièce ;
    - la commande numérique place les galets à la position déterminée tout en poursuivant la rotation du plateau tournant (12).
  11. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que l'on réalise un cycle de contrôle de la pièce (16) après sa mise au rond.
  12. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que l'on réalise un cycle de retouche si le cycle de contrôle selon la revendication 11 a révélé que la pièce (16) était hors tolérance.
EP08165031A 2007-09-28 2008-09-24 Dispositif de conformation circulaire d'une pièce de revolution, notamment un carter d'échappement d'une turbomachine Active EP2042248B1 (fr)

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