FR2653366A1

FR2653366A1 - METHOD AND APPARATUS FOR REMOVING MATERIAL FROM AN INTERNAL SURFACE OF A PART HAVING A CLOSED CURVED SHAPE.

Info

Publication number: FR2653366A1
Application number: FR9013121A
Authority: FR
Inventors: Allan E Boothroyd; Richard J Dansereau
Original assignee: United Technologies Corp
Current assignee: Raytheon Technologies Corp
Priority date: 1989-10-23
Filing date: 1990-10-23
Publication date: 1991-04-26
Also published as: KR910007613A; IE903757A1; DE4031428A1; JPH03178702A; GB9022379D0

Abstract

La présente invention concerne un appareil pour enlever une quantité constante de matière à partir d'une surface interne (14) d'une pièce (10) ayant un profil courbe fermé, cette pièce (10) ayant une surface externe (16). Cet appareil est caractérisé en ce qu'il comprend un organe de guidage (26) pour suivre la surface externe (16) de la pièce (10), un moyen de coupe (22) pour enlever la matière à partir de la surface interne (14) et des moyens de liaison (28,32) pour relier entre eux le moyen de coupe (22) et l'organe de guidage (26) de telle façon que cet organe de guidage (26) et ce moyen de coupe (22) suivent le profil courbe de la pièce, y compris n'importe quelle partie excentrée de celle-ci.The present invention relates to an apparatus for removing a constant amount of material from an inner surface (14) of a workpiece (10) having a closed curved profile, said workpiece (10) having an outer surface (16). This apparatus is characterized in that it comprises a guide member (26) for following the outer surface (16) of the workpiece (10), a cutting means (22) for removing material from the inner surface ( 14) and connecting means (28,32) for interconnecting the cutting means (22) and the guide member (26) such that this guide member (26) and this cutting means (22) ) follow the curved profile of the part, including any eccentric part of it.

Description

La présente invention concerne un ensemble à outil de coupe et plusThe present invention relates to a cutting tool assembly and more

particulièrement un ensemble à outil de coupe particularly a cutting tool assembly

comportant une monture coulissante.having a sliding frame.

Le réusinage de composants de turbomoteurs ayant des formes courbes fermées, tels que les stators ou d'autres pièces de formes annulaires, exige fréquemment l'enlèvement précis de minces revêtements. Ces revêtements sont utilisés pour maintenir des jeux étroits entre des composants fixes et rotatifs et/ou pour protéger les composants à l'égard de la chaleur, de l'oxydation-corrosion et de l'usure. De tels composants revêtus sont constitués par un substrat métallique de forme courbe fermée, (ci-après désigné par "pièce annulaire") ayant une couche de liaison métallique, d'une épaisseur habituelle de 0,2 millimètre, et un joint d'étanchéité érodable, un revêtement formant barrière thermique, un revêtement abrasif ou un placage en matière dure, ayant couramment une épaisseur comprise entre environ Re-machining components of turboshaft engines with closed curved shapes, such as stators or other parts of annular shape, frequently requires the precise removal of thin coatings. These coatings are used to maintain tight clearances between fixed and rotating components and / or to protect the components from heat, oxidation-corrosion and wear. Such coated components consist of a metallic substrate of closed curved shape, (hereinafter referred to as "annular part") having a metallic bonding layer, of a usual thickness of 0.2 millimeter, and a seal. erodible, a thermal barrier coating, an abrasive coating or a hard material plating, commonly having a thickness of between about

0,2 et 0,6 millimètre, sur la couche de liaison métallique. 0.2 and 0.6 millimeter, on the metallic bonding layer.

Ces derniers revêtements peuvent être métalliques, des céramiques intermétalliques et leurs mélanges, et ils doivent présenter une porosité déterminée dans certaines circonstances. Des joints d'étanchéités érodables peuvent comporter également une structure en nid d'abeilles These latter coatings can be metallic, intermetallic ceramics and their mixtures, and they must have a determined porosity under certain circumstances. Erodible seals may also have a honeycomb structure

métallique remplie d'une matière érodable. metallic filled with erodible material.

Après une certaine période d'utilisation, la pièce annulaire exige une réparation et le revêtement doit être enlevé. On a utilisé jusqu'à présent diverses techniques pour assurer ce travail, telles qu'usinage, attaque chimique, grenaillage et leurs combinaisons (voir les brevets US N 4 339 282 et 4 425 185). Cependant chacune de ces techniques présente ses propres inconvénients. Une fois que la pièce a été utilisée dans un moteur, elle devient souvent gauchie. Si on utilise l'usinage, au moyen d'un porte-outil traditionnel, pour enlever le revêtement, on peut également enlever une partie du substrat métallique, en endommageant ainsi la pièce. L'attaque chimique utilise des bases ou acides forts qui peuvent attaquer le substrat. Le grenaillage peut également provoquer des dommages notables au substrat s'il After a certain period of use, the annular part requires repair and the coating must be removed. Various techniques have hitherto been used for this work, such as machining, chemical attack, shot blasting and combinations thereof (see US Pat. Nos. 4,339,282 and 4,425,185). However, each of these techniques has its own drawbacks. Once the part has been used in an engine, it often becomes warped. If machining, using a traditional tool holder, is used to remove the coating, part of the metal substrate can also be removed, thereby damaging the part. Chemical attack uses strong bases or acids which can attack the substrate. Shot blasting can also cause significant damage to the substrate if it

n'est pas réalisé correctement.is not done correctly.

Comme il a été mentionné ci-dessus, l'usinage peut être réalisé au moyen d'un tour et en particulier avec un tour vertical à tourelle. Les tours ont été couramment utilisés dans la technique pour la fabrication de pièces, pour enlever des copeaux, pour la taille de filetages, et pour également enlever du caoutchouc ou une matière plastique à partir de rouleaux en acier, parmi d'autres applications (voir les brevets US N 1 354 776, 2 351 892, 3 763 727 et 3 771 392). L'outillage des tours s'est développé de telle façon qu'un ressort peut être utilisé avec un outil de coupe As mentioned above, the machining can be carried out by means of a lathe and in particular with a vertical turret lathe. Lathes have been widely used in the art for making parts, for removing chips, for cutting threads, and also for removing rubber or plastic from steel rollers, among other applications (see U.S. Patent Nos. 1,354,776, 2,351,892, 3,763,727 and 3,771,392). The tooling of the lathes has developed so that a spring can be used with a cutting tool

mobile (brevets US N 932 576 et 2 726 650). mobile (US Pat. Nos. 932,576 and 2,726,650).

Cependant un outil de tour qui taille en permanence une profondeur prédéterminée du diamètre interne d'une pièce de forme courbe fermée (gauchie) tel qu'un stator par exemple, sans endommager la pièce, n'est pas disponible couramment. Soit une quantité de matière prédéterminée est enlevée, ce qui ne permet pas de tenir compte des déformations, soit une quantité de matière variable est enlevée, l'outil de coupe se rétractant lorsqu'une matière ayant une dureté variable est rencontrée. Il en résulte que la recherche d'un outil de coupe amélioré, précis et utilisé However, a lathe tool which permanently cuts a predetermined depth of the internal diameter of a piece of closed curved shape (warped) such as a stator for example, without damaging the piece, is not commonly available. Either a predetermined quantity of material is removed, which does not allow deformations to be taken into account, or a variable quantity of material is removed, the cutting tool shrinking when a material having a variable hardness is encountered. As a result, the search for an improved, precise and used cutting tool

aisément se poursuit.easily continues.

La présente invention est constituée par un ensemble à outil de coupe monté à coulissement pour l'usinage de pièces à forme courbe fermée, qui ont un plan perpendiculaire à leur axe central, tel que des anneaux ou des stators, afin d'enlever une couche à partir d'une surface circonférentielle The present invention consists of a sliding-mounted cutting tool assembly for machining parts with a closed curved shape, which have a plane perpendicular to their central axis, such as rings or stators, in order to remove a layer. from a circumferential surface

(habituellement une surface essentiellement cylindrique). (usually an essentially cylindrical surface).

Grâce à l'utilisation d'une monture coulissante mise en position par un mécanisme de guidage (un organe suiveur de came) qui est en contact avec une seconde surface circonférentielle de la pièce qui est habituellement essentiellement cylindrique en étant différente de celle qui est usinée mais coaxiale avec celle-ci, un moyen de coupe est capable de suivre les parties excentrées d'une pièce non circulaire tandis qu'un mouvement relatif est produit entre l'ensemble à outil de coupe et la pièce. Ceci permet d'enlever la quantité désirée de revêtement ou de revêtement et de couche de liaison métallique, et ce sans endommager le substrat. On décrira ci-après, à titre d'exemples non limitatifs, diverses formes d'exécution de la présente invention, en référence au dessin annexé sur lequel: La figure 1 est une vue en élévation d'une forme Through the use of a sliding frame positioned by a guide mechanism (a cam follower) which is in contact with a second circumferential surface of the part which is usually essentially cylindrical, being different from that which is machined but coaxial with it, a cutting means is capable of following the eccentric parts of a non-circular part while a relative movement is produced between the cutting tool assembly and the part. This removes the desired amount of coating or coating and metallic bonding layer without damaging the substrate. Various embodiments of the present invention will be described below, by way of non-limiting examples, with reference to the appended drawing in which: FIG. 1 is an elevation view of a form

d'exécution de la présente invention. of the present invention.

La figure 2 est une vue en élévation, à plus grande échelle, de la forme d'exécution représentée sur la figure 1, une pièce de forme courbe fermée qui est en train d'être Figure 2 is an elevational view, on a larger scale, of the embodiment shown in Figure 1, a part of closed curved shape which is being

usinée, étant représentée en coupe. machined, being shown in section.

La figure 1 représente une forme d'exécution de la présente invention. Les composants principaux sont constitués par un ensemble suiveur et porte-outil, un outil de coupe et une table rotative. La figure 1 représente une pièce de forme courbe à profil fermé 10 qui est adaptée de manière à tourner autour d'un axe 12. La pièce 10 a une surface cylindrique interne 14 et une surface cylindrique externe 16. Sur la surface interne 14 se trouve un revêtement 18 qui doit être éliminé sans endommager le substrat métallique. Ceci est réalisé au moyen de l'ensemble à outil de coupe 20 suivant l'invention malgré un gauchissement et toute autre distorsion Figure 1 shows an embodiment of the present invention. The main components consist of a follower and tool holder assembly, a cutting tool and a rotary table. FIG. 1 represents a part of curved shape with closed profile 10 which is adapted so as to rotate about an axis 12. The part 10 has an internal cylindrical surface 14 and an external cylindrical surface 16. On the internal surface 14 is located a coating 18 which must be removed without damaging the metal substrate. This is achieved by means of the cutting tool assembly 20 according to the invention despite warping and any other distortion

de la pièce résultant de son utilisation. of the part resulting from its use.

L'ensemble à outil de coupe 20 suivant l'invention, qui est représenté d'une manière plus détaillée sur la figure 2, comprend un moyen de coupe 22, dans ce cas un outil au The cutting tool assembly 20 according to the invention, which is shown in more detail in Figure 2, includes cutting means 22, in this case a tool

carbure ou en matière similaire, qui est monté sur un porte- carbide or similar material, which is mounted on a holder

outil 24 en étant opposé à un organe de guidage 26 formant suiveur de came. L'espacement entre l'outil de coupe 22 et l'organe de guidage 26 est commandé par un micromètre 28. La pièce à profil courbe fermé a une surface interne 14 et une surface externe 16 et, dans le cas particulier qui est représenté sur la figure 2, elle comprend une structure en nid d'abeilles remplie 38 brasée à l'intérieur de la pièce de tool 24 being opposed to a guide member 26 forming a cam follower. The spacing between the cutting tool 22 and the guide member 26 is controlled by a micrometer 28. The piece with a closed curved profile has an internal surface 14 and an external surface 16 and, in the particular case which is shown on FIG. 2, it comprises a filled honeycomb structure 38 brazed inside the part of

forme annulaire.annular shape.

L'organe de guidage 26 formant suiveur de came est adapté de manière à glisser sur la surface externe 16 de la pièce à profil courbe fermé et un ressort 30 sollicite une monture porte-outil 32 de telle façon que l'organe de guidage 26 soit en contact avec la surface externe 16 de la pièce annulaire. L'organe de guidage 26 est disposé de préférence de telle façon qu'il puisse suivre la surface externe 16 sans qu'il y ait un frottement excessif, ceci pouvant être obtenu au moyen d'un palier à billes ou à rouleaux dans l'organe de guidage 26 qui vient effectivement en contact avec la surface 16. Bien qu'un ressort 30 soit représenté comme moyen de sollicitation de l'outil de coupe 22, on peut également utiliser, suivant des variantes, d'autres moyens tels qu'un vérin hydraulique ou pneumatique. Dans certaines applications ce moyen de sollicitation peut être optionnels. L'intervalle entre l'organe de guidage 26 et l'outil de coupe 22 est ajusté, par le micromètre 28, de telle façon que la totalité du revêtement en nid d'abeilles ou seulement une portion de The guide member 26 forming a cam follower is adapted so as to slide on the external surface 16 of the part with a closed curved profile and a spring 30 urges a tool-holder mount 32 so that the guide member 26 is in contact with the external surface 16 of the annular part. The guide member 26 is preferably arranged in such a way that it can follow the external surface 16 without excessive friction, this can be obtained by means of a ball or roller bearing in the guide member 26 which actually comes into contact with the surface 16. Although a spring 30 is shown as a means of biasing the cutting tool 22, other means such as a hydraulic or pneumatic cylinder. In certain applications this means of solicitation can be optional. The interval between the guide member 26 and the cutting tool 22 is adjusted, by the micrometer 28, in such a way that the entire honeycomb coating or only a portion of

ce revêtement soit enlevée suivant les besoins. this coating is removed as required.

Un gauchissement de la pièce annulaire a pour conséquence principale de produire un anneau dont le rayon varie légèrement. La monture porte-outil 32 est adaptée de manière à coulisser dans une direction radiale R, par rapport à la pièce annulaire, sur un bras 34 qui est maintenu perpendiculaire à l'axe 12. Le coulissement se produit automatiquement tandis que la pièce tourne et que le diamètre effectif de cette pièce varie. Ainsi l'outil taille à une distance constante à partir du diamètre externe au lieu d'effectuer cette taille à un diamètre constant à partir de l'axe de la pièce annulaire, comme dans le cas de la The main consequence of warping the annular part is to produce a ring whose radius varies slightly. The tool holder mount 32 is adapted so as to slide in a radial direction R, with respect to the annular part, on an arm 34 which is held perpendicular to the axis 12. The sliding occurs automatically while the part rotates and that the effective diameter of this piece varies. Thus the tool cuts at a constant distance from the external diameter instead of performing this cutting at a constant diameter from the axis of the annular part, as in the case of the

technique antérieure.prior art.

Dans la forme d'exécution représentée sur les figures 1 et 2 la pièce annulaire tourne autour de son axe. Cependant il est clair qu'un résultat équivalent pourrait être obtenu en faisant tourner le bras 34 autour de ce même axe, tout en maintenant l'axe principal du bras essentiellement aligné avec le rayon. Il est également clair que, bien que l'outil de coupe 22 soit représenté comme enlevant un revêtement interne, il pourrait être aisément modifié de manière à enlever un revêtement à partir de la surface annulaire externe, en faisant alors en sorte que le moyen de guidage In the embodiment shown in Figures 1 and 2 the annular part rotates around its axis. However, it is clear that an equivalent result could be obtained by rotating the arm 34 about this same axis, while keeping the main axis of the arm essentially aligned with the radius. It is also clear that, although the cutting tool 22 is depicted as removing an internal coating, it could be easily modified so as to remove a coating from the external annular surface, thereby ensuring that the means for guiding

soit situé sur le diamètre interne. is located on the internal diameter.

L'homme de l'art comprendra que des variantes de ce principe sont possibles. Le moyen de coupe peut être déplacé radialement (par rapport à la pièce annulaire) pendant le processus (par exemple si le micromètre doit être réglé pendant l'opération de coupe), et il peut aussi être déplacé axialement si bien qu'un outil de coupe étroit (un outil à pointe unique) peut enlever le revêtement. Il est également possible d'utiliser un moyen de coupe multiple. A la place du type d'outil de coupe représenté sur les figures 1 et 2, on pourrait également utiliser une meule tournant à grande Those skilled in the art will understand that variants of this principle are possible. The cutting means can be moved radially (relative to the annular part) during the process (for example if the micrometer has to be adjusted during the cutting operation), and it can also be moved axially so that a cutting tool narrow cut (a single point tool) can remove the coating. It is also possible to use a multiple cutting means. Instead of the type of cutting tool shown in Figures 1 and 2, one could also use a grinding wheel turning at great

vitesse pour enlever le revêtement. speed to remove the coating.

Claims

1.- Apparatus for removing a constant quantity of material from an internal surface (14) of a part (10) having a closed curved profile, this part (10) having an external surface (16), characterized in that that it comprises a guide member (26) for following the external surface (16) of the part (10), a cutting means (22) for removing the material from the internal surface (14) and means for link (28,32) to connect the cutting means (22) and the guide member (26) so that this guide member (26) and this cutting means (22) follow the curved profile of the part, including any part

off-center of it.

2. Machine for removing at least one layer of material from the internal surface (14) of a part (10) with a closed curved profile, this part having an external cylindrical surface (16), characterized in that it comprises means for holding the workpiece (10), a cutting tool assembly (20) for removing at least one layer of material from the workpiece, this cutting tool assembly (20) comprising an arm (34), arranged essentially along a radius of the part (10) of annular shape, a sliding frame (32) which is arranged on the arm (34), this frame (32) comprising a guide means intended to come into contact against the external surface (16) of the part (10), this guide means comprising a guide member (26) forming a cam follower, with low friction, to allow the guide means to locate and follow the external diameter of the part (10 ), a micrometer (28) to control the guide member (26), the mount (32) t a cutting tool (22) for removing material from the internal surface (14) of the workpiece (10), this cutting tool (22) being kept at a constant distance from the guide member (26 ) along a radius of the workpiece (10), and means for causing relative movement between the machine and the cutting tool assembly, so that movement between the machine and the cutting tool assembly causes the cutting tool (22) to remove at least one layer of material from the part (10) and the frame (32) is mounted freely on the arm (34) thereby allowing the removal of a thickness of constant material, from the external surface (16) of the part (10), regardless of the eccentricities of the

circular piece.

3.- Machine according to claim 2 characterized in that the guide member (22) forming a cam follower, with low friction, is chosen from the group consisting of

roller bearings and ball bearings.

4.- Machine according to any one of

claims 2 and 3 characterized in that the means of

cut is chosen from the group consisting of tools

cutting and grinding wheels at high speed.

5.- Machine according to any one of

claims 2 to 4 characterized in that the means of

stress (30) is chosen from the group consisting of springs, hydraulic cylinders and pneumatic cylinders.

6.- Apparatus for removing material from the internal surface (14) of an annular part (10), this part (10) having an external surface (16), characterized in that it comprises a means of cut (22) for removing the coating (18) from the internal surface (14), a guide member (26) adapted to slide on the external surface (16), the cutting means (22) and the member guide means (26) being aligned along a common radius of the annular part, mounting means (28,32) connecting the cutting means (22) to the guide member (26), these mounting means (28, 32) being adjustable to vary the interval between the cutting means (22) and the guide member (26) so that an adjustable interval separates the cutting means (22) from the guide member (26 ), the mounting means (28,32) being slidably mounted and being adapted so as to be able to move along a radius (R) of the annular part (10), this annular part (10) is ant disposed between the cutting means (22) and the guide member (26) so that, when a relative movement, between the annular piece (10) and the cutting means (22), is caused around an axis (12) passing approximately through the center of the annular part (10), the cutting means (22) removes, from the internal surface

(14), a layer of material of predetermined thickness.

7.- Method for removing material from the internal surface (14) of a part (10) of closed curved shape, this part having an external diameter, characterized in that it comprises the steps consisting in using a cutting tool assembly (20), this assembly (20) comprising a guide member (26) for tracking the external diameter of the workpiece (10), a cutting tool (22) for removing material from the internal diameter , and connecting means (28, 32) for connecting the cutting tool (22) and the guide member (26) so that this guide member (26) and this cutting tool (22) follow the contour of the workpiece, including any eccentric part, to hold the workpiece (10) and create relative movement between the cutting tool (22) and the workpiece (10), so that the relative movement between the cutting tool assembly (20) and the workpiece (10) causes the cutting tool (22) to pass through the internal surface (14) by removing a con tr8ôlée of material, the guide member (26) controlling the amount of material removed by

the cutting tool (22).