FR2867095A1 - Procede de fabrication d'une aube creuse pour turbomachine. - Google Patents

Abstract

Un procédé de fabrication d'une aube creuse (1) pour turbomachine dans lequel l'aube (1) est réalisée à partir d'une préforme (14) issue de pièces primaires externes (28, 30). Afin de réduire les coûts, la partie pied (2) de l'aube est formée par une réserve de matière (34) qui se situe intégralement sur une seule des deux pièces primaires externes de la préforme (14).

Description

PROCEDE DE FABRICATION D'UNE AUBE CREUSE POUR

TURBOMACHINE

DESCRIPTION

DOMAINE TECHNIQUE ET ETAT DE LA TECHNIQUE

La présente invention se rapporte de façon générale au domaine des procédés de fabrication d'aubes pour turbomachine, telles que des aubes creuses de soufflante, ou encore de tout autre type d'aubes de rotor ou de stator pour turbomachine.

Habituellement, une aube creuse de soufflante pour turbomachine comprend un pied d'épaisseur relativement importante servant à la fixation de cette aube dans un disque de rotor, ce pied étant prolongé radialement vers l'extérieur par une partie aérodynamique fine, appelée pale de l'aube.

De l'art antérieur (voir par exemple US-A-5 636 440), on connaît un procédé de fabrication d'une telle aube creuse, basé principalement sur l'utilisation de la technique de soudage par diffusion, associée à celle de formage superplastique. Dans ce procédé de l'art antérieur, deux ou trois pièces constitutives de l'aube sont d'abord définies, puis fabriquées séparément avant d'être superposées et assemblées entre elles à l'aide de la technique de soudage par diffusion, dans le but d'obtenir une préforme de l'aube désirée.

Par la suite, il est procédé à une mise au profil aérodynamique de la préforme préalablement fabriquée, puis à un gonflage par pression gazeuse et à un formage superplastique de cette préforme, afin d'aboutir à une aube présentant sensiblement sa forme finale.

Comme cela a été évoqué ci-dessus, la fabrication de la préforme d'aube requiert une étape de réalisation d'au moins deux pièces externes. La fabrication des pièces externes s'effectue typiquement par usinage d'éléments d'approvisionnement. Dans la mesure où chacune des deux pièces externes usinées doit présenter deux portions radialement opposées d'épaisseurs très différentes, ces deux portions constitutives de la pièce externe étant respectivement appelées la partie pied et la partie pale, les éléments d'approvisionnement disposent nécessairement de dimensions initiales relativement importantes.

Ainsi, la fabrication des pièces externes destinées à constituer au moins partiellement la préforme d'aube, par exemple obtenues par laminage, génère des coûts de matière et des coûts d'usinage extrêmement élevés, de sorte que ce procédé de fabrication de l'aube creuse n'est pas totalement optimisé.

EXPOSÉ DE L'INVENTION L'invention a pour but de proposer un procédé de fabrication d'une aube creuse pour turbomachine, remédiant au moins partiellement aux inconvénients mentionnés ci-dessus.

Plus précisément, sous l'un de ses aspects, l'invention concerne un procédé de fabrication d'une aube creuse dont l'étape de réalisation des pièces externes de la préforme d'aube engendre des coûts de fabrication réduits de façon significative par rapport à ceux rencontrés dans l'art antérieur.

En particulier, l'une des pièces primaires externes seulement est de forme complexe: la partie pied de la préforme, futur pied de l'aube, est formée à partir de cette seule première pièce primaire, qui contient donc à une de ses extrémités une réserve de matière suffisante pour former la totalité de la partie pied. Avantageusement, une autre pièce primaire externe peut ainsi avoir sensiblement la forme d'une tôle, élément simple, facile à usiner sans coût prohibitif. Une troisième pièce primaire peut par ailleurs être usinée, afin de constituer un élément central de maintien, ou raidisseur, dans la préforme.

Avantageusement, le soudage par diffusion de la préforme est suivie d'un formage superplastique afin de fabriquer l'aube elle-même. Le formage superplastique peut être précédé d'une mise au profil aérodynamique de la préforme et d'un gonflage par pression gazeuse.

Le procédé selon l'invention comprend de façon préférée une étape de basculement de la réserve de matière localisée sur la première pièce primaire externe afin de former une partie de pied symétrique.

Cette étape peut être effectuée par forgeage, de préférence à chaud. Le basculement peut avoir lieu après le soudage par diffusion, par exemple lors de la mise au profil aérodynamique de la préforme.

4 BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS

Les caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre et en référence aux dessins annexés, donnés à titre illustratif et nullement limitatifs, sur lesquels: La figure 1 représente une aube creuse classique de turbomachine; La figure 2 représente une préforme d'aube, telle qu'obtenue après soudage par diffusion ou telle que modélisée pour définir les pièces primaires.

La figure 3 représente une vue schématique en perspective de l'ensemble des pièces constitutives de la préforme.

La figure 4 représente une vue schématique de l'opération de basculement de la réserve de matière.

EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS La figure 1 représente une aube creuse 1, du type aube de rotor de soufflante à grande corde, pour turbomachine (non représentée). De géométrie complexe, une telle aube, réalisée par exemple en titane ou un de ses alliages tel TiAlV, comporte un pied 2 prolongé par une pale 4 dans une direction radiale. La pale 4, destinée à être placée dans la veine de circulation d'un flux d'air d'une turbomachine, est munie de deux surfaces extérieures, respectivement appelées surface d'extrados 6 et surface d'intrados 8, raccordées par un bord d'attaque 10 et un bord de fuite 12.

Pour fabriquer un tel profil complexe, on utilise, pour une aube creuse, de préférence le procédé de soudage par diffusion et formage superplastique (SPF/DB, de la dénomination anglo-saxonne Super Plastic Forming / Diffusion Bonding ).

Quel que soit le procédé utilisé, la première étape consiste à modéliser le profil de l'aube 1 pour obtenir une préforme que l'on peut fabriquer par soudage de pièces primaires: les parois intrados 6 et extrados 8, ou leur représentation graphique, sont plaquées sur un même plan. Cette opération peut s'effectuer par simulation, en utilisant des moyens de CAO (conception assistée par ordinateur), par exemple comportant un dégonflage suivi d'un dévrillage et d'un décambrage , qui permet d'obtenir une préforme 14 telle qu'illustrée sur la figure 2.

Cette préforme 14 comporte une partie pied 16 qui est prolongée dans une direction radiale par une partie pale 18. Comme on peut le voir sur cette figure 2, la partie pied 16 dispose d'une portion interne 20 d'une épaisseur moyenne E élevée. Il est noté à titre indicatif que la portion interne 20 est ultérieurement destinée à assurer la fixation de l'aube dans un disque de rotor de la turbomachine, notamment grâce à deux parties de projection 22a et 22b se situant de part et d'autre d'une partie centrale 22c agencée dans le prolongement de la portion pale 18.

La partie pale 18 de la préforme 14 dispose d'une extrémité radialement interne 24 d'une épaisseur e et d'une extrémité radialement externe 26 d'une épaisseur e', plus faible généralement que l'épaisseur e'. Cependant, la partie pale 18 de la préforme 14 est d'épaisseur sensiblement homogène.

Afin de fabriquer la préforme 14 (qui doit, pour une aube creuse 1, pouvoir être gonflée donc ne peut être constituée d'un seul bloc), des pièces. primaires sont définies, qui seront solidaris ées. Il est possible de définir les pièces primaires de différentes façons, la plus évidente étant une section longitudinale selon l'axe AA, telle que pratiquée dans le document US-A-5 636 440. Cette option présente cependant comme principal inconvénient que deux pièces au profil complexe au moins doivent être usinées, chacune comprenant une partie 22a, respectivement 22b, du pied 16.

Dans le cadre de l'invention, une seule pièce primaire peut être de profil complexe: par basculement, la matière nécessaire à la formation de la partie pied 16 est localisée sur un seul des côtés de l'axe AA de la préforme 14. On peut ainsi obtenir deux pièces primaires externes 28, 30 telles que représentées sur la figure 3: la première pièce primaire 30 présente une partie pale 32 sensiblement sous forme de tôle et une réserve de matière 34 à l'une de ses extrémités; la seconde pièce primaire externe 28 se présente sensiblement sous la forme d'une tôle.

Les première et seconde pièces primaires externes 28, peuvent indifféremment être utilisées pour l'intrados 6 ou l'extrados 8.

Suivant la taille de l'aube, les contraintes qui lui seront appliquées,_ une troisième pièce primaire 36 peut être définie, qui pourra servir de raidisseur à la préforme en étant insérée entre les deux pièces externes 28, 30. Cette pièce de maintien 36 présente également une forme sensiblement de tôle.

Par pièce sensiblement sous forme de tôle, il faut comprendre une pièce de faible épaisseur par rapport à sa longueur et sa largeur, et dont l'épaisseur est sensiblement homogène, avantageusement de l'ordre de 2 à 8 mm, de préférence 5 mm. La technique de réalisation par laminage est particulièrement adaptée pour ces pièces 28, 36, et tout à fait optimisée en termes de coûts de matière et d'usinage, dans la mesure où l'élément d'approvisionnement nécessaire à sa fabrication peut facilement disposer de dimensions proches des dimensions finales que présentent ces pièces.

La première pièce primaire 30 peut également être réalisée à partir d'une tôle, de préférence présentant un gradient d'épaisseur, ou d'une pièce forgée, ou toute autre forme d'approvisionnement présentant les caractéristiques recherchées. Toute technique connue de l'homme du métier peut être employée pour usiner la pièce en elle-même.

Une fois réalisées, les pièces primaires externes 28, 30 sont assemblées en une préforme 14 et solidarisées, éventuellement avec une pièce primaire de maintien 36 destinée à raidir la structure creuse. Avantageusement, les pièces sont assemblées par soudage par diffusion.

Selon un mode de réalisation préféré, la 30 réserve de matière est ensuite basculée , c'est-à-dire partiellement transférée de l'autre côté de la deuxième pièce primaire externe 28 de façon à répartir la masse du pied 2 de l'aube 1 (respectivement de la partie pied 16 de la préforme 14), de part et d'autre de la pale 6 (respectivement partie pale 18) : figure 4. Cette opération de basculement peut avantageusement se faire par forgeage, de préférence à chaud sur presse, par formage à chaud, par exemple entre 850 et 950 C, ceci notamment sur tous les moyens de forgeage connus du type presse .

En même temps que le basculement, ou suite au basculement, la préforme 14 est avantageusement mise au profil aérodynamique.

Ensuite, la préforme, éventuellement mise au profil aérodynamique, est usinée pour obtenir une aube 1. De façon préférée, cette étape est réalisée par un gonflage par pression gazeuse et un formage superplastique, selon les conditions connues dans la technique SPF/DB.

Grâce au procédé selon l'invention, il est donc possible de fabriquer une aube et une préforme d'aube à partir d'éléments simples, comme des tôles, en ce qui concerne au moins une des deux pièces externes et éventuellement une pièce centrale, et un seul élément d'approvisionnement complexe, comprenant une réserve de matière pour le pied de l'aube; il est à noter que la fabrication de ce genre de pièce complexe atteint plus de 40% du coût d'une aube. En conséquence, le coût de fabrication est considérablement réduit: seule une pièce engendre des pertes de matières et un usinage délicat.

Claims (9)

REVENDICATIONS

1. Procédé de fabrication d'une aube (1) creuse pour turbomachine comprenant un pied (2) et une 5 pale (4), ledit procédé comprenant: - une étape de réalisation de deux pièces primaires externes au moins (28, 30) ; - une étape de soudage par diffusion des deux pièces primaires externes pour réaliser une préforme d'aube (14), la préforme d'aube disposant d'une partie pale (18) et d'une partie pied (16), caractérisé en ce que l'étape de réalisation des deux pièces externes comprend la fabrication d'une première pièce primaire (30) comprenant une partie pale (32) et une réserve de matière (34) à une de ses extrémités, la réserve de matière (34) étant telle que la partie pied (16) de la préforme (14) est formée par la réserve de matière (34).

2. Procédé de fabrication selon la revendication 1 dans lequel l'étape de réalisation des deux pièces externes comprend la fabrication d'une deuxième pièce primaire externe (28) sensiblement sous forme de tôle.

3. Procédé de fabrication selon l'une des revendications 1 ou 2 comprenant une étape de basculement de la réserve de matière (34) après le soudage par diffusion des deux pièces primaires externes (28, 30) pour former la partie pied (16) de la préforme (14).

4. Procédé de fabrication selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'opération de basculement du pied est obtenue par forgeage.

5. Procédé de fabrication selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'opération de basculement du pied est obtenue par formage à chaud entre 850 et 950 C.

6. Procédé de fabrication selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'étape d'assemblage par soudage par diffusion des deux pièces externes (28, 30) est suivie d'un gonflage par pression gazeuse et formage superplastique de ladite préforme (14).

7. Procédé de fabrication selon la revendication 6 dans lequel le gonflage est précédé d'une mise au profil aérodynamique de ladite préforme (14).

8. Procédé selon la revendication 7 comprenant l'étape de basculement de la réserve de matière (34) en même temps que la mise au profil aérodynamique de la préforme (14).

9. Procédé selon l'une des revendications 1 à 8 comprenant la réalisation d'une troisième pièce primaire de maintien (36), la préforme (14) étant constituée des deux pièces primaires externes (28, 30) encadrant la pièce primaire de maintien (36).