FR2886179A1 - Procede et dispositif d'usinage d'une rainure en pheripherie d'une piece telle qu'un disque de rotor d'une turbomachine - Google Patents
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Abstract
Procédé et dispositif d'usinage d'une rainure en périphérie d'une pièce, telle qu'un disque de rotor d'une turbomachine, le procédé consistant à former la rainure par brochage et ensuite à soumettre les parois de la rainure à un polissage abrasif au moyen d'un outil de polissage (24) monté sur la machine de brochage. Le dispositif comprend une machine de brochage équipée d'un outil (16) de brochage et d'au moins un outil de polissage (24), solidaire de l'outil de brochage (16) et disposé coaxialement derrière celui-ci par rapport à la direction d'usinage, ou monté sur la même machine que l'outil de brochage (16).
Description
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Procédé et dispositif d'usinage d'une rainure en périphérie d'une pièce telle qu'un disque de rotor d'une turbomachine La présente invention concerne un procédé et un dispositif d'usinage d'une rainure ou analogue en périphérie d'une pièce, telle notamment qu'un disque de rotor d'une turbomachine, cette rainure étant par exemple destinée au montage d'une aube de rotor.
Il est connu de former une telle rainure au moyen d'un outil allongé de brochage, qui comprend des successions d'arêtes de coupe et que l'on déplace en translation vers le disque dans une direction parallèle à l'axe de la rainure à former.
On a constaté sur certains disques, et notamment ceux réalisés dans un alliage à base de nickel, de titane ou d'acier, que cet usinage par brochage provoque des défauts surfaciques ou subsurfaciques par déformation et arrachement de matière des parois de la rainure sur une épaisseur faible, qui sont susceptibles de conduire par la suite à des défauts plus importants du disque aubagé. Il apparaît donc nécessaire d'éliminer ces défauts de surface, ce que la présente invention propose de faire par un polissage abrasif.
Ce polissage peut être réalisé au moyen d'une technique de rodage, par exemple avec extrusion d'une pâte abrasive, ou d'une technique de tribofinition, mais se traduit alors par une étape supplémentaire d'usinage qui est longue et nécessite l'utilisation d'une machine spécifique encombrante et très coûteuse, différente de la machine de brochage.
L'invention a notamment pour but d'apporter une solution simple, économique et efficace à ce problème.
Elle propose à cet effet un procédé d'usinage d'une rainure en périphérie d'une pièce, telle en particulier qu'un disque de rotor d'une turbomachine, ce procédé consistant à former la rainure par brochage, caractérisé en ce qu'il consiste ensuite à soumettre les parois de la rainure à un polissage abrasif, par translation d'au moins un outil de polissage monté sur la machine de brochage.
L'outil de polissage est monté sur la même machine que l'outil de brochage, ce qui permet d'intégrer l'opération de polissage de la rainure à son usinage par brochage et d'éviter ainsi le transfert de la pièce sur une machine spécifique de polissage, son positionnement précis sur cette machine, etc. Le polissage selon l'invention est réalisé juste après le brochage de la rainure et dure moins de vingt minutes environ contre une ou plusieurs heures avec d'autres techniques.
Ce polissage consiste à enlever une épaisseur de matière pouvant atteindre 301.im environ, pour s'assurer que les défauts précités provoqués par le brochage sont éliminés.
Dans un mode de réalisation de l'invention, le procédé consiste à usiner la rainure par brochage puis par polissage abrasif en une seule passe, ce qui est simple et rapide.
Dans une variante de réalisation, le procédé consiste à former successivement plusieurs rainures par brochage à la périphérie de la pièce, puis à soumettre successivement les parois des rainures à un polissage abrasif sur la même machine de brochage.
L'invention propose également un dispositif d'usinage d'une rainure en périphérie d'une pièce, telle en particulier qu'un disque de rotor d'une turbomachine, comprenant une machine de brochage équipée d'au moins un outil allongé de brochage formé avec des successions d'arêtes de coupe, caractérisé en ce qu'il comprend également au moins un outil de polissage par abrasion, disposé coaxialement derrière l'outil de brochage par rapport à la direction d'usinage, ou indépendant de l'outil de brochage et monté sur la même machine que l'outil de brochage pour être utilisé après l'outil de brochage.
Lorsque l'outil de polissage est disposé coaxialement derrière lui par rapport à la direction d'usinage, la machine d'usinage peut former la rainure par brochage et la polir par abrasion en une seule passe. Ceci simplifie le polissage et évite de centrer et orienter l'outil de polissage par rapport à la rainure du disque après le passage de l'outil de brochage.
Dans certains cas, l'outil de polissage par abrasion peut comporter, en amont du matériau abrasif par rapport à la direction d'usinage, une zone 5 à arête de coupe.
Lorsque l'outil de polissage est indépendant de l'outil de brochage et est monté sur la même machine que celui-ci, on peut former une série de rainures par brochage sur la pièce et soumettre ensuite cette série de rainures à un polissage abrasif.
Le matériau abrasif de l'outil de polissage peut être déposé par collage ou électrodéposition. Ce mode de réalisation est particulièrement adapté au polissage de rainures à géométrie complexe, par exemple du type sapin ou analogue.
Dans une variante de réalisation, le matériau abrasif peut être formé 15 par concrétion et fixé par collage ou brasage. Cela permet un remplacement plus facile du matériau abrasif après usure.
L'enlèvement de matière par abrasion est réalisé par déplacement du matériau abrasif dans la rainure dans une direction parallèle à l'axe de la rainure, et frottement du matériau abrasif sur les parois de cette rainure.
Avantageusement, des moyens de mise en pression du matériau abrasif contre au moins une surface de la rainure sont prévus dans l'outil de polissage.
Avantageusement, deux types d'outil de polissage sont prévus, l'un pour polir les parois latérales de la rainure et l'autre pour polir le fond de la rainure. Ces deux types d'outil comprennent par exemple des patins abrasifs portés par des moyens précités de mise en pression.
La section transversale de l'outil de polissage est en queue d'aronde, en sapin ou autre et est complémentaire de la section transversale de la rainure.
D'autres caractéristiques, détails et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante faite à titre d'exemple non limitatif en référence aux dessins annexés dans lesquels: la figure 1 représente schématiquement un outil d'usinage d'une rainure en périphérie d'un disque de rotor d'une turbomachine, selon la technique antérieure; - la figure 2 représente schématiquement un outil d'usinage d'une rainure selon l'invention; - les figures 3 et 4 sont des vues schématiques en perspective de deux variantes de réalisation de l'outil de polissage selon l'invention; - les figures 5 à 8 représentent schématiquement des outils de polissage de rainures en queue d'aronde et en sapin, respectivement.
On a représenté schématiquement en figure 1 un dispositif 10 d'usinage d'une rainure en périphérie d'une pièce qui dans cet exemple est un disque 12 de rotor d'une turbomachine.
Le disque 12 comprend un alésage axial 14 et est destiné à être engagé sur l'arbre de la turbomachine et fixé sur celui-ci et sur d'autres disques de rotor par des moyens appropriés.
Le dispositif 10 est utilisé pour usiner successivement une pluralité de rainures en périphérie du disque pour le montage des aubes de rotor, ces aubes ayant des pieds à section transversale en queue d'aronde, en sapin ou autre.
Le dispositif 10 comprend un outil allongé 16 de brochage monté sur une machine de brochage non représentée et destiné à être déplacé en translation perpendiculairement au disque 12, ou obliquement par rapport à celui-ci, dans une direction 18 parallèle à l'axe de la rainure à former.
L'outil de brochage 16 est formé de plusieurs éléments 20 coaxiaux montés les uns derrière les autres, ces éléments 20 présentant des successions d'arêtes de coupe 22 et étant destinés à enlever les uns après les autres des copeaux de matière à la périphérie du disque 12 pour former progressivement la rainure.
L'outil de brochage 16 comprend des éléments 20a disposés en avant par rapport à la direction d'usinage 18, qui sont des éléments dits d'ébauche , et des éléments 20b disposés en arrière par rapport à cette même direction, qui sont des éléments dits de finition pour la formation progressive de la rainure.
La formation d'une rainure par brochage peut provoquer des défauts de surface dans la rainure par déformation et arrachement de matière. Ces défauts de surface peuvent fragiliser le disque 12 et doivent être éliminés.
Le dispositif selon l'invention permet de supprimer ces défauts de surface par polissage par abrasion au moyen d'au moins un outil monté avantageusement sur la même machine que l'outil de brochage 16. Le ou les outils de polissage sont destinés à enlever par abrasion une épaisseur de matière pouvant atteindre 30 m environ, suffisante pour supprimer les défauts de surface des parois de la rainure.
Dans l'exemple de réalisation de l'invention représenté en figure 2, un outil de polissage 24 réalisé en trois parties successives est solidaire de l'outil de brochage 16 et monté coaxialement derrière celui-ci par rapport à la direction d'usinage 18.
Il est alors possible de former une rainure sur le disque 12 et de polir par abrasion les parois de cette rainure par un déplacement unique en translation de l'outil de brochage 16 et de l'outil de polissage 24 vers le disque, c'est-à-dire en une seule passe.
L'outil de polissage 24 peut également comporter, sur sa partie avant par rapport à la direction d'usinage 18, une zone à arête de coupe (non représentée).
Dans une autre variante, l'outil de polissage 24 est monté sur la machine de brochage indépendamment de l'outil de brochage 16 et est destiné à polir par abrasion les rainures du disque les unes après les autres, après que leur usinage par brochage ait été achevé.
La machine de brochage peut dans ce cas être équipée de plusieurs coulisseaux qui sont destinés respectivement à être équipés de l'outil de polissage 24 et de l'outil de brochage 16, ou d'un seul coulisseau destiné à être équipé successivement de l'outil de brochage 16 et de l'outil de polissage 24.
Deux types d'outil de polissage 24 selon l'invention sont représentés aux figures 3 et 4 et comprennent des moyens 32 de mise en pression d'un matériau abrasif contre au moins une surface de la rainure.
Le matériau abrasif est par exemple formé par concrétion de grains d'alumine ou de carbure de silicium à liant vitrifié, dont la taille et la compacité sont déterminées en fonction du matériau du disque à usiner, de la profondeur et de la longueur de la rainure, et de l'état de surface souhaité de la rainure après polissage.
En figure 3, l'outil de polissage 24 comprend deux patins abrasifs latéraux 34, qui ont chacun une surface abrasive latérale 36 de forme complémentaire à celle d'une paroi latérale de la rainure, qui est dans l'exemple représenté à section transversale en queue d'aronde.
Les moyens 32 de mise en pression sont montés sur un corps 28 de l'outil entre les patins 34 et portent ces derniers. Les moyens 32 peuvent être du type mécanique, électrique ou hydraulique et sont destinés à pousser les patins 34 dans des directions 38, 40 opposées l'une à l'autre et perpendiculaires à l'axe de la rainure pour les appliquer à pression sur les surfaces latérales de la rainure.
En figure 4, l'outil de polissage 24 comprend un patin abrasif central 42 ayant une surface supérieure 44 de forme complémentaire de celle du fond de la rainure à polir.
Les moyens 32 de mise en pression sont agencés entre le corps 28 de l'outil et le patin 42 et sont destinés à pousser le patin 42 dans une direction 48 opposée au corps de l'outil et perpendiculaire à l'axe de la rainure pour appliquer le patin 42 sur le fond de la rainure.
L'outil de polissage 24 comprend également des guides latéraux 50 montés sur le corps 28 et disposés de chaque côté des moyens 32 entre le corps 28 et le patin 42, ces guides ayant une forme complémentaire de celle des parois latérales de la rainure pour centrer et guider l'outil de polissage dans celle-ci.
2886179 7 De façon préférée, le polissage est réalisé au moyen des deux types d'outil de polissage des figures 3 et 4. Après que la rainure ait été formée par l'outil de brochage 16, l'outil de polissage de la figure 3 est engagé dans la rainure et les moyens 32 sont actionnés pour appliquer à pression les patins abrasifs 34 sur les parois latérales de la rainure, puis l'outil de polissage de la figure 4 est engagé à son tour dans la rainure pour polir le fond de la rainure avec actionnement des moyens 32 et mise en pression du patin abrasif 42 contre le fond de la rainure.
En variante, l'outil de la figure 3 peut être placé derrière l'outil de la figure 4 par rapport à la direction d'usinage 18.
Dans encore une autre variante, le dispositif selon l'invention comprend trois outils de polissage 24 qui sont destinés respectivement à polir une paroi latérale de la rainure, la paroi latérale opposée, et le fond de la rainure, comme représenté schématiquement dans les figures 5 et 6 pour le polissage d'une rainure 52 en queue d'aronde et dans les figures 7 et 8 pour le polissage d'une rainure 54 en sapin.
En figures 5 et 6, les patins central 42 et latéral 34 sont formés par concrétion et sont portés par les moyens 32 de mise en pression, et en figures 7 et 8, le matériau abrasif 26 est déposé par collage ou électrodéposition sur les patins central 43 et latéral 35 qui sont portés par les moyens 32.
Dans ce dernier cas, le matériau abrasif 26 peut par exemple être formé de grains de CBN (nitrure de bore cubique) ou de diamant, dont la taille et la densité de surface sont déterminées notamment en fonction du matériau du disque à usiner, de la profondeur et de la longueur de la rainure, et de l'état de surface souhaité.
La vitesse de déplacement de l'outil de brochage 16 est en général comprise entre 2 et 10 mètres par minute et est par exemple de 4 mètres par minute pour un disque réalisé dans un matériau à base de nickel et de 6 mètres par minute pour un disque réalisé dans un matériau à base de titane. La vitesse de déplacement de l'outil de polissage peut être identique ou différente de celle de l'outil de brochage 16.
Les moyens de lubrification qui sont utilisés pendant le brochage de la rainure, tels qu'une huile entière ou une huile soluble, sont également utilisés pendant le polissage par abrasion de la rainure au moyen des outils 24 précités.
Claims (14)
1. Procédé d'usinage d'une rainure en périphérie d'une pièce, telle en particulier qu'un disque (12) de rotor d'une turbomachine, ce procédé consistant à former la rainure par brochage, caractérisé en ce qu'il consiste ensuite à soumettre les parois de la rainure à un polissage abrasif, par translation d'au moins un outil de polissage (24) monté sur la machine de brochage.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à enlever une épaisseur de matière pouvant atteindre 301..Lm environ par le polissage abrasif.
3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il consiste à usiner la rainure par brochage puis par polissage abrasif en une seule passe.
4. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il consiste à former successivement plusieurs rainures par brochage à la périphérie de la pièce, puis à soumettre successivement les parois des rainures à un polissage abrasif sur la machine de brochage.
5. Dispositif d'usinage d'une rainure en périphérie d'une pièce, telle en particulier qu'un disque (12) de rotor d'une turbomachine, comprenant une machine de brochage équipée d'au moins un outil allongé (16) de brochage formé avec des successions d'arêtes de coupe (22), caractérisé en ce qu'il comprend également au moins un outil (24) de polissage par abrasion, disposé coaxialement derrière l'outil de brochage (16) par rapport à la direction d'usinage, ou indépendant de l'outil de brochage et monté sur la même machine que l'outil de brochage (16) pour être utilisé après l'outil de brochage.
6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'outil de polissage (24) comprend un matériau abrasif déposé par collage ou électrodéposition.
7. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'outil de polissage (24) comprend un matériau abrasif formé par concrétion et fixé par collage ou brasage.
8. Dispositif selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce que l'outil de polissage (24) comprend une zone à arête de coupe en amont du matériau abrasif par rapport à la direction d'usinage.
9. Dispositif selon l'une des revendications 6 à 8, caractérisé en ce que l'outil de polissage (24) comprend des moyens (32) de mise en pression du matériau abrasif contre au moins une surface à polir de la rainure.
10. Dispositif selon l'une des revendications 5 à 9, caractérisé en ce qu'il comprend deux types d'outil de polissage (24), l'un destiné à polir les parois latérales de la rainure et l'autre destiné à polir le fond de la rainure.
11. Dispositif selon l'ensemble des revendications 9 et 10, caractérisé en ce que l'outil de polissage (24) des parois latérales de la rainure comprend au moins deux patins abrasifs latéraux (34) entre lesquels sont montés lesdits moyens (32) de mise en pression.
12. Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce que l'outil de polissage (24) du fond de la rainure comprend au moins un patin abrasif (42) porté par lesdits moyens (32) de mise en pression.
13. Dispositif selon l'une des revendications 5 à 12, caractérisé en ce que l'outil de polissage (24) a une section transversale complémentaire de celle de la rainure.
14. Dispositif selon la revendication 13, caractérisé en ce que la section transversale de l'outil de polissage (24) est en queue d'aronde ou en sapin.
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