FR2970891A1 - Procede de realisation d’une piece metallique renforcee, telle qu’un renfort d’aube de turbomachine - Google Patents

Procede de realisation d’une piece metallique renforcee, telle qu’un renfort d’aube de turbomachine Download PDF

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Abstract

La présente invention concerne un procédé de réalisation d'une pièce métallique renforcée comportant : une étape de découpe dans au moins une feuille métallique souple d'une pluralité de clinquants métalliques (101, 101') correspondant sensiblement au développé de ladite pièce métallique à réaliser ; une étape de solidarisation d'au moins un fil métallique de renfort (105) sur au moins un clinquant métallique (101, 101'), ledit fil métallique (105) étant positionné en fonction de l'orientation du renfort structurel désiré ; une étape de confection d'une pluralité de poches métalliques renforcées (100), chaque poche métallique (100) étant confectionnée à partir de deux clinquants métalliques renforcées (101, 101'); une étape de positionnement de ladite pluralité de poches métalliques renforcées (100) dans un outillage de forme ; une étape de pressage isostatique à chaud desdites poches métalliques renforcées (100) provoquant l'agglomération desdites poches métalliques (100) et dudit fil métallique de renfort (105) de manière à obtenir ladite pièce métallique incorporant des moyens de renforts structuraux.

Description

PROCEDE DE REALISATION D'UNE PIECE METALLIQUE RENFORCEE, TELLE QU'UN RENFORT D'AUBE DE TURBOMACHINE.
La présente invention concerne un procédé de réalisation d'une pièce métallique renforcée, telle qu'un renfort métallique d'aube composite ou métallique de turbomachine. Plus particulièrement, l'invention concerne un procédé de réalisation d'un renfort métallique de bord d'attaque ou de bord de fuite d'aube de turbomachine. Le domaine de l'invention est celui des turbomachines et plus particulièrement celui des aubes de soufflante, en matériau composite ou métallique, de turbomachine et dont le bord d'attaque comporte un renfort métallique protégeant l'aubage.
Toutefois, l'invention est également applicable à la réalisation d'un renfort métallique destiné à renforcer un bord d'attaque ou un bord de fuite d'aube de tout type de turbomachine, terrestre ou aéronautique, et notamment un turbomoteur d'hélicoptère ou un turboréacteur d'avion, mais également d'hélices telles que des hélices de double soufflantes contrarotatives non carénées (« open rotor » en langue anglaise). L'invention est également applicable à la réalisation de toute pièce métallique massive et de forme géométrique complexe. On rappelle que le bord d'attaque correspond à la partie antérieure d'un profil aérodynamique qui fait face au flux d'air et qui divise l'écoulement d'air en un écoulement d'air d'intrados et en un écoulement d'air extrados. Le bord de fuite correspond à la partie postérieure d'un profil aérodynamique où se rejoignent les écoulements intrados et extrados. Les aubes de turbomachine, et notamment les aubes de soufflante, subissent d'importantes contraintes mécaniques, liées notamment à la vitesse de rotation, et doivent satisfaire à des conditions strictes de poids et d'encombrement. Par conséquent, les aubes en matériaux composites qui sont plus légères sont utilisées de façon préférentielle. Il est connu d'équiper les aubes de soufflante d'une turbomachine, réalisées en matériaux composites, d'un renfort structurel métallique s'étendant sur toute la hauteur de l'aube et au-delà de leur bord d'attaque comme mentionné dans le document EP1908919. Un tel renfort permet de protéger I'aubage composite lors d'un impact d'un corps étranger sur la soufflante, tel que par exemple un oiseau, de la grêle ou encore des cailloux.
En particulier, le renfort structurel métallique protège le bord d'attaque de l'aube composite en évitant des risques de délaminage, de rupture de fibre ou encore d'endommagement par décohésion fibre/matrice. De façon classique, une aube de turbomachine comporte une surface aérodynamique s'étendant, selon une première direction, entre un bord d'attaque et un bord de fuite et, selon une deuxième direction sensiblement perpendiculaire à la première direction, entre un pied et un sommet de l'aube. Le renfort structurel métallique épouse la forme du bord d'attaque de la surface aérodynamique de l'aube et s'étend selon la première direction au-delà du bord d'attaque de la surface aérodynamique de l'aube pour épouser le profil de l'intrados et de l'extrados de l'aube et selon la deuxième direction entre le pied et le sommet de l'aube. De façon connue, le renfort structurel métallique est une pièce métallique en titane réalisée entièrement par fraisage à partir d'un bloc de matière. La réalisation du renfort métallique par fraisage est complexe à réaliser et nécessite de nombreuses opérations de reprises et des outillages complexes impliquant des coûts de réalisation importants. Il est également connu de réaliser des pièces métalliques de forme complexe telles qu'un renfort métallique d'aube de turbomachine par l'empilement dans un outillage de forme d'une succession de poches métalliques souples de faible épaisseur formant une préforme de la pièce à réaliser et par une opération de pressage ou de compactage isostatique à chaud (HIP pour Hot Isostatic Pressing en langue anglaise) permettant d'obtenir une pièce compacte et sans porosité par la combinaison de déformation plastique, de fluage et de soudage diffusion. Les poches métalliques sont réalisées par découpe de clinquants métalliques, dont la géométrie correspond au développé du renfort métallique à réaliser, à partir d'au moins une feuille ou d'un feuillard métallique de faible épaisseur, les clinquants étant ensuite solidarisés de façon à confectionner une poche facile à glisser ou à assembler par insertion sur un gabarit ou un outillage de forme. Ce procédé est décrit plus particulièrement dans la demande de brevet FR1058078. Or dans certaines situations, il est nécessaire de réaliser un renfort métallique d'aube de turbomachine comportant des renforts et/ou des épaisseurs localisés afin d'améliorer les caractéristiques mécaniques du renfort d'aube. Dans ce contexte, l'invention vise à proposer un procédé de réalisation d'une pièce métallique renforcée, telle qu'un renfort métallique renforcé d'aube de turbomachine, à partir d'une pluralité de clinquants métalliques permettant d'incorporer des renforts structurels aptes à renforcer le renfort en fonction de ces différentes sollicitations mécaniques,; ainsi que de s'affranchir des nombreuses opérations de reprises et de l'utilisation d'outillages complexes impliquant des coûts de réalisation importants pour la réalisation d'une pièce métallique, telle qu'un renfort métallique d'aube de turbomachine, renforcée. A cette fin, l'invention propose un procédé de réalisation d'une pièce métallique renforcée, telle qu'un renfort métallique d'aube de turbomachine comportant successivement : - une étape de découpe dans au moins une feuille métallique souple d'une pluralité de clinquants métalliques correspondant sensiblement au développé de ladite pièce métallique à réaliser ; - une étape de solidarisation d'au moins un fil métallique de renfort sur au moins un clinquant métallique parmi ladite pluralité, ledit fil métallique étant positionné en fonction de l'orientation du renfort structurel désiré sur la pièce métallique à réaliser ; - une étape de confection d'une pluralité de poches métalliques renforcées, chaque poche métallique étant confectionnée à partir de deux clinquants métalliques renforcées ; - une étape de positionnement de ladite pluralité de poches métalliques renforcées dans un outillage de forme ; - une étape de pressage isostatique à chaud desdites poches métalliques renforcées provoquant l'agglomération desdites poches métalliques et dudit fil métallique de renfort de manière à obtenir ladite pièce métallique incorporant des moyens de renforts structuraux. On entend par les termes « clinquant correspondant sensiblement au développé de ladite pièce métallique renforcée » un clinquant dont la forme générale se rapproche de la forme générale du développé de la pièce à réaliser, mais dont les dimensions ne sont pas obligatoirement les dimensions finales de la pièce métallique renforcée. Grâce à l'invention, le renforcement structurel d'une pièce métallique de forme complexe, telle qu'un renfort métallique d'aube de turbomachine, est réalisé de façon simple et rapide à partir d'une pluralité de poches métalliques souples comportant au moins un fil métallique idéalement positionné afin d'apporter un renfort structurel directif de la pièce à réaliser en fonction des besoins et d'un procédé de pressage ou de compactage isostatique à chaud (HIP pour Hot Isostatic Pressing en langue anglaise) permettant d'obtenir une pièce compacte et sans porosité par la combinaison de déformation plastique, de fluage et de soudage diffusion. Les poches métalliques servant à la réalisation de la pièce sont réalisées par découpe d'une pluralité de clinquants métalliques, dont la géométrie correspond sensiblement au développé de la pièce à réaliser, à partir d'au moins une feuille ou d'un feuillard métallique de faible épaisseur, les clinquants étant solidarisés de façon à confectionner une poche métallique souple facile à glisser ou à assembler par insertion sur un gabarit ou dans un outillage de forme.
Ce procédé de réalisation permet ainsi de s'affranchir de la réalisation complexe du renfort d'aube par usinage dans la masse, de type fraisage, brochage, à partir de méplats nécessitant de grand volume de matière de mise en oeuvre et par conséquent des coûts importants en approvisionnement de matière première. Le procédé permet également de réaliser facilement des renforts métalliques qui respectent des exigences strictes de masse et/ou géométriques. Selon un mode avantageux de l'invention, le fil métallique faisant office de renfort structurel directif est cousu sur le clinquant métallique par des moyens de couture. L'orientation de la couture du fil métallique est définie en fonction de l'orientation désirée du renfort structurel dans la pièce métallique à réaliser. Le procédé de réalisation d'un renfort métallique d'aube de turbomachine selon l'invention peut également présenter une ou plusieurs des caractéristiques ci-dessous, considérées individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles : ledit procédé est un procédé de réalisation d'un renfort métallique de bord d'attaque, ou de bord de fuite, d'aube de turbomachine ou d'un renfort métallique d'hélice de sorte que ladite pièce métallique renforcée obtenue lors de ladite étape de pressage isostatique est un renfort métallique renforcée d'aube de turbomachine ; - ladite étape de confection d'une pluralité de poches métalliques est réalisée par superposition de deux clinquants métalliques distincts puis par assemblage d'au moins une bordure desdits deux clinquants métalliques par des moyens de liaison ; - ladite étape de confection d'une pluralité de poches métalliques est réalisée par pliage d'une zone de jonction entre deux clinquants métalliques puis par assemblage d'au moins une bordure desdits deux clinquants métalliques par des moyens de liaison ; - ladite étape de solidarisation d'au moins un fil métallique de renfort sur au moins un clinquant métallique est réalisée par des moyens de couture ; - ladite étape de solidarisation d'un fil métallique de renfort sur au moins un clinquant métallique est réalisée par des moyens de collage et/ou par des moyens de soudage ; - ladite étape de solidarisation d'un fil métallique de renfort sur au moins un clinquant métallique est réalisée avec un fil métallique d'une épaisseur variant entre 0,05 mm et 0,3 mm ; - ladite étape de solidarisation d'un fil métallique de renfort sur au moins un clinquant métallique est réalisée avec un fil métallique à base de titane et/ou des fils à base de Carbure de Silicium enduit de titane et/ou des fils à base de carbure de silicium et enduit de Bore et/ou des fils à base de carbure de silicium enduit de carbure de silicium ; - ladite étape de positionnement de chacune desdites poches métalliques renforcées (100) est réalisée par empilement de chacune desdites poches métalliques renforcées dans une empreinte d'une matrice dudit outillage de forme ; - ladite étape de positionnement de chacune desdites poches métalliques renforcées est réalisée par encastrement de chacune desdites poches métalliques renforcées dans une pluralité d'encoches agencées dans un poinçon dudit outillage de forme. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront plus clairement de la description qui en est donnée ci-dessous, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux figures annexées, parmi lesquelles : - la figure 1 est une vue latérale d'une aube comportant un renfort structurel métallique de bord d'attaque obtenu au moyen du procédé de réalisation selon l'invention ; - la figure 2 est une vue partielle en coupe de la figure 1 selon un plan de coupe AA ; - la figure 3 est un schéma synoptique présentant les principales étapes de réalisation d'un renfort structurel métallique de bord d'attaque d'aube de turbomachine du procédé de réalisation selon l'invention ; - la figure 4 illustre une vue de côté du renfort métallique de bord d'attaque d'aube de turbomachine selon un premier exemple de réalisation de la première étape du procédé illustré à la figure 3 ; - la figure 5 illustre une vue de côté du renfort métallique de bord d'attaque d'aube de turbomachine selon un deuxième exemple de réalisation de la première étape du procédé illustré à la figure 3 ; - la figure 6 illustre une vue de côté du renfort métallique de bord d'attaque d'aube de turbomachine lors de la deuxième étape du procédé illustré en figure 3 ; - la figure 7 illustre une vue en perspective du renfort métallique de bord d'attaque d'aube de turbomachine lors de la troisième étape du procédé illustré en figure 3 ; - la figure 8 illustre une vue en coupe du renfort métallique de bord d'attaque d'aube de turbomachine selon un premier exemple de réalisation de la quatrième étape du procédé illustré en figure 3 ; - la figure 9 illustre une vue en coupe du renfort métallique de bord d'attaque d'aube de turbomachine selon un deuxième exemple de réalisation de la quatrième étape du procédé illustré en figure 3 ; - la figure 10 illustre une vue en coupe du renfort métallique de bord d'attaque d'aube de turbomachine lors de la cinquième étape du procédé illustré en figure 3. Dans toutes les figures, les éléments communs portent les mêmes numéros de référence sauf précision contraire. Dans la suite de la description, le renfort métallique de bord d'attaque ou de bord de fuite sera indifféremment nommé renfort métallique ou encore renfort. La figure 1 est une vue latérale d'une aube comportant un renfort structurel métallique de bord d'attaque obtenu au moyen du procédé de réalisation selon l'invention.
L'aube 10 illustrée est par exemple une aube mobile de soufflante d'une turbomachine (non représentée). L'aube 10 comporte une surface aérodynamique 12 s'étendant selon une première direction axiale 14 entre un bord d'attaque 16 et un bord de fuite 18 et selon une deuxième direction radiale 20 sensiblement perpendiculaire à la première direction 14 entre un pied 22 et un sommet 24. La surface aérodynamique 12 forme la face extrados 13 et intrados 11 de l'aube 10, seule la face extrados 13 de l'aube 10 est représentée sur la figure 1. L'intrados 11 et l'extrados 13 forment les faces latérales de l'aube 10 qui relient le bord d'attaque 16 au bord de fuite 18 de l'aube 10.
Dans ce mode de réalisation, l'aube 10 est une aube composite obtenue typiquement par mise en forme d'une texture fibreuse tissée. A titre d'exemple, le matériau composite utilisé peut être composé par un assemblage de fibres de carbone tissées et d'une matrice résineuse, l'ensemble étant formé par moulage au moyen d'un procédé d'injection de résine de type RTM (pour « Resin Transfer Molding ») ou encore VARTM (pour VAccum Resin Transfer Molding). L'aube 10 comporte un renfort structurel métallique 30 collé au niveau de son bord d'attaque 16 et qui s'étend à la fois selon la première direction 14 au-delà du bord d'attaque 16 de la surface aérodynamique 12 de l'aube 10 et selon la deuxième direction 20 entre le pied 22 et le sommet 24 de l'aube. Comme représenté à la figure 2, le renfort structurel 30 épouse la forme du bord d'attaque 16 de la surface aérodynamique 12 de l'aube 10 qu'il prolonge pour former un bord d'attaque 31, dit bord d'attaque du renfort. De façon classique, le renfort structurel 30 est une pièce monobloc comportant une section sensiblement en forme de V présentant une base 39 formant le bord d'attaque 31 et prolongée par deux flancs latéraux 35 et 37 épousant respectivement l'intrados 11 et extrados 13 de la surface aérodynamique 12 de l'aube. Les flancs 35, 37 présentent un profil effilé ou amincie en direction du bord de fuite de l'aube. Le renfort structurel 30 est métallique et préférentiellement à base de titane. Ce matériau présente en effet une grande capacité d'absorption de l'énergie due aux chocs. Le renfort est collé sur l'aube 10 au moyen de colle connue de l'homme du métier, comme par exemple une colle époxy. Ce type de renfort structurel métallique 30 utilisé pour le renfort d'aube composite de turbomachine est plus particulièrement décrit notamment dans la demande de brevet EP1908919. Le procédé selon l'invention permet de réaliser un renfort structurel tel qu'illustré à la figure 2, la figure 2 illustrant le renfort 30 dans son état final. La figure 3 représente un schéma synoptique illustrant les principales étapes d'un procédé de réalisation 200 d'une pièce métallique permettant de réaliser par exemple un renfort structurel métallique 30 de bord d'attaque d'aube 10, tel qu'illustré aux figures 1 et 2.
La première étape 210 du procédé de réalisation 200 est une étape de découpe d'une pluralité de pièces métalliques 101, 101', 102, 102' souples, appelées clinquants métalliques par la suite, à partir d'une feuille métallique ou d'un feuillard métallique souple de faible épaisseur à base de titane. Deux exemples de découpage de clinquants métalliques sont illustrés aux figures 4et5. Les clinquants métalliques 101, 101', 102, 102', tels qu'illustrés aux figures 4 et 5, sont découpés par des moyens classiques de découpe de feuilles métalliques de faible épaisseur, c'est à dire d'une épaisseur inférieure à 0,3mm. Ainsi, les clinquants métalliques 101, 101', 102, 102' peuvent être découpés par exemple par des moyens de découpe à l'emporte-pièce, des moyens de découpe par cisaillement, ou encore par jet d'eau, etc. Les clinquants métalliques 101, 101', 102, 102' découpés ont une géométrie correspondant sensiblement au développé de la pièce finale à réaliser, telle que par exemple un renfort métallique 30 de bord d'attaque d'aube 10 illustré aux figures 1 et 2. Dans le cadre de la réalisation d'un renfort d'aube de turbomachine, les clinquants métalliques 101, 101' et 102, 102' ont une géométrie correspondant sensiblement au développé de la face intrados et extrados du renfort métallique 30. La deuxième étape 220 du procédé de réalisation 200 est une étape de solidarisation d'un ou de plusieurs fil(s) métallique(s) 105 sur les clinquants métalliques 101, 101', 102, 102' découpés lors de l'étape précédente. La solidarisation des fils métalliques 105 est réalisée selon une orientation définie en fonction des renforts structurels directifs souhaités dans la pièce à réaliser. Selon un premier exemple avantageux de réalisation de l'invention illustré à la figure 6, la solidarisation du fil métallique de renfort 105 sur le clinquant 101, 101', 102, 102' est réalisée par couture du fil métallique 105 par des moyens ad-hoc de couture. Dans le cadre de réalisation d'un renfort métallique 30 d'aube de turbomachine, le fil métallique 105 apte à renforcer structurellement le renfort d'aube est avantageusement un fil métallique à base de titane, tel qu'un fil à base de carbure de silicium et de titane (SiC-Ti). Toutefois, le fil métallique 105 apte à renforcer structurellement le renfort d'aube peut également être un fil métallique à base de carbure de silicium enduit de Bore (SiC-Bore) ou encore enduit de silicium (SiC-SiC).
Selon un deuxième exemple de réalisation de l'invention (non représenté), la solidarisation du fil métallique de renfort sur le clinquant 101, 101', 102, 102' est réalisée par collage du fil métallique 105 sur le clinquant métallique 101, 101', 102, 102' ou encore pas soudure par point du fil métallique 105 sur le clinquant.
Les fils métalliques 105 solidarisés sur le clinquant sont des fils de faible épaisseur présentant une certaine souplesse apte à leur manipulation et à leur solidarisation sur les clinquants métalliques. Avantageusement, les fils métalliques ont un diamètre variant entre sensiblement entre à 0,1 mm et 0,3 mm.
La troisième étape 230 du procédé de réalisation 200 est une étape de confection de poches métalliques 100, telle qu'illustré à la figure 7, à partir des clinquants métalliques souples 101, 101', 102, 102' renforcés par des fils métalliques de renfort 105. Selon le premier exemple de découpe de clinquants métalliques 101, 101' illustré à la figure 4 pour la réalisation d'un renfort d'aube de turbomachine, les poches 100 sont confectionnées en superposant un premier clinquant 101 correspondant à la géométrie de la face intrados du renfort métallique 30 avec un deuxième clinquant 101' correspondant à la géométrie de la face extrados du renfort métallique 30.
Les deux clinquants renforcés 101, 101' sont ensuite assemblés au moins au niveau d'une bordure commune 105 correspondant sensiblement au profil du bord d'attaque 31 du renfort 30 par exemple par collage ou par des moyens de soudure de façon à former une poche métallique renforcée 100. Le collage des deux clinquants métalliques 101, 101' en titane peut être réalisé simplement par échauffement des clinquants métalliques 101, 101' superposés sous une atmosphère faiblement pressurisée. La soudure au niveau de la bordure 105 est réalisée par des moyens de soudure connus permettant de souder deux feuilles métalliques en titane de faible épaisseur. Ainsi, à titre d'exemple, les deux clinquants 101, 101' sont assemblés par des points 111 de soudure par un procédé de soudage électrique à points. Selon le deuxième exemple de découpe des clinquants métalliques 102, 102' illustré à la figure 5, les deux clinquants 102, 102', formant les faces intrados et extrados du renfort métallique 30, sont maintenus solidaires au niveau d'une zone de jonction 103 ainsi qu'éventuellement par deux pattes de maintien 104 de part et d'autre de la zone de jonction 103 assurant ainsi une stabilité des clinquants métalliques après l'étape de découpe 210, par exemple lors des diverses opérations de manipulation. La confection de la poche 100 est réalisée par pliage des deux clinquants 102, 102' au niveau de la zone de jonction 103 de façon à superposer les deux clinquants 102, 102' l'un sur l'autre. Lors de l'opération de pliage, les deux pattes de maintien 104 sont retirées par des moyens de découpe. De façon similaire au premier exemple décrit précédemment, la poche renforcée 100 est confectionnée en réalisant une liaison, par un procédé de collage ou encore un procédé de soudage, au moins au niveau des bordures 105 des deux clinquants 102, 102' définissant le profil du bord d'attaque du renfort. La quatrième étape 240 est une étape de positionnement des poches métalliques renforcées 100 dans un outillage de forme 400, 500 par superposition ou empilement des différentes poches 100.
L'outillage de forme 400, illustré de manière schématique à la figure 8, comporte une matrice 440 présentant une empreinte 410 correspondant à la forme externe finale du renfort métallique 30 et un poinçon 420 correspondant à la forme interne finale du renfort métallique de bord d'attaque.
Selon un premier exemple de réalisation illustré à la figure 8, le positionnement des différentes poches 100 est réalisé dans l'empreinte 410 de la matrice 440. Les poches métalliques 100 étant souples et découpés selon une géométrie correspondant sensiblement au développé du renfort métallique d'aube, l'étape de positionnement se réalise simplement par emboîtement successif des différentes poches métalliques renforcées 100 formant la préforme du renfort d'aube. La réalisation de la préforme en une pluralité de poches métalliques souples et déformables permet donc de réaliser un dépôt de matière métallique épousant une forme complexe d'une empreinte 410 comportant deux courbures selon deux plans distincts. Selon un second exemple de réalisation illustré à la figure 9, le positionnement des différentes poches 100 est réalisé sur le poinçon 420. A cet effet, l'ouillage de forme 500 comporte une matrice 440 présentant une empreinte 410 similaire au premier exemple de réalisation, et un poinçon 520 correspondant à la forme interne finale du renfort métallique de bord d'attaque et comportant dans sa partie supérieure deux épaulements 521, de part et d'autre de la forme en V 522 correspondant à la forme interne finale du renfort métallique. La face des épaulements 521, en regard vers l'intérieur de l'outillage 500, comporte des encoches 522, réparties sur toute la longueur du poinçon 520 (i.e. le long de l'axe longitudinal du poinçon), aptes à recevoir et à maintenir en position les poches métalliques insérées dans les encoches 522. Ces encoches 522 sont avantageusement des fentes agencées de manière à ce qu'une fois les poches métalliques 100 insérées dans les fentes 522 du poinçon 520, elles ne puissent pas se désolidariser sous l'effet de la gravité. Selon ce second exemple de réalisation, le positionnement des poches métalliques renforcées 100 sur le poinçon 520 est réalisé par positionnement successif des différentes poches dans les encoches 522 du poinçon 520 situés de part et d'autre de la forme en V du poinçon 520. Préalablement à cette quatrième étape 240, le procédé de réalisation peut comporter une étape supplémentaire de réalisation d'une préforme 110 obtenu par l'emboîtement successif d'une pluralité de poches 10 sur un gabarit de forme.
De façon avantageuse, les poches 100 sont réalisées à partir de clinquants ayant des largeurs L différentes de sorte que la préforme 110, formée par empilement des différentes poches, respecte les exigences d'épaisseurs matières nécessaire pour la réalisation de la pièce finale (i.e. le renfort métallique 30).
Il est également envisagé d'optimiser les épaisseurs de la préforme en réalisant un empilement avec des poches métalliques souples d'épaisseur différente, c'est-à-dire avec des épaisseurs variant sensiblement entre 0,05 et 0,3 mm. Les poches 100 de différente taille permettent également de réaliser simplement un empilement facilement transportable, notamment par empilement successif par ordre de taille décroissante des poches 100 tel qu'illustré à la figure 8. Ainsi, la poche de plus grande taille forme la surface externe de la préforme 110 en contact avec l'empreinte 410 et la poche de plus petite taille forme la surface interne de la préforme 110 en contact avec la contre-empreinte 420. Ainsi, les différentes poches 100 de la préforme sont englobées et maintenues par la poche externe de plus grande taille. Toutefois, un empilement différent de celui présenté précédemment est également envisagé.
Selon un autre exemple de réalisation, un insert peut être inséré, lors de l'opération d'empilement, entre deux poches métalliques renforcées 100 successives de manière à fournir par exemple une surépaisseur de matière plus conséquente, un renfort spécifique réalisé dans un matériau différent ou encore pour réaliser un renfort métallique creux.
A titre d'exemple, l'insert peut être un insert massif réalisé par un procédé de forgeage, d'usinage, ou encore par coulé. ou encore un insert tissé au moyen de fils métalliques par exemple avec des fils de titane et/ou des fils à base de carbure de silicium et de titane (SiC-Ti), et/ou des fils à base de carbure de silicium et enduits de Bore (SiC-Bore), ou encore de Carbure de Silicium (SiC-SiC). Quelle que soit la nature du matériau utilisé pour la réalisation de l'insert inséré entre différentes poches métalliques renforcées, il est nécessaire que ce matériau soit compatible avec la nature du matériau utilisé pour la réalisation poches métalliques et présente des propriétés permettant le formage superplastique et le soudage diffusion. Pour la réalisation d'un renfort métallique creux (non représenté), l'insert est un insert fugitif réalisé dans un matériau différent du matériau des clinquants métalliques 100. On entend par « insert fugitif » un insert qui n'est pas destiné à être permanant et qui est seulement nécessaire à la réalisation du renfort métallique creux de bord d'attaque. L'insert fugitif n'est donc pas présent dans le renfort métallique dans son état final et ne participe aucunement aux caractéristiques mécaniques du renfort métallique. L'insert fugitif est par exemple réalisé dans un matériau capable de résister à une haute température, de l'ordre de 900°C, une haute pression, de l'ordre de 1000 bar, et qui est compatible avec les matériaux des clinquants métalliques 100 de façon à ne pas créer d'impuretés ou d'oxydation dans la préforme 110.
Le matériau de l'insert fugitif doit également pouvoir être attaqué chimiquement par dissolution au moyen d'un agent chimique. Avantageusement, l'insert fugitif est réalisé en cuivre, ou en quartz ou en silice. La forme de l'insert fugitif incorporé dans l'empilement des poches de clinquants métalliques 100 est fonction de la forme de la cavité interne finale désirée. La cinquième étape 250 du procédé de réalisation 200 est une étape de pressage isostatique à chaud (HIP pour Hot Isostatic Pressing en langue anglaise) des différentes poches métalliques renforcées positionnées dans l'outillage de forme 400, tel qu'illustré à la figure 8. Le pressage isostatique à chaud est un procédé de fabrication très utilisé et connu pour réduire la porosité des métaux et influer sur la densité de nombreux matériaux par exemple sous forme de poudre pré-compacté. Le procédé de pressage isostatique permet d'améliorer en outre les propriétés mécaniques, l'exploitabilité des matériaux. Le pressage isostatique est réalisé à haute température (classiquement entre 400 °C et 1400 °C, et de l'ordre de 1000 °C pour le titane) et à pression isostatique. Ainsi, l'application de la chaleur combinée à la pression interne élimine les espaces vides de la préforme, ainsi que les microporosités au moyen d'une combinaison de déformation plastique, de fluage, et de soudage diffusion de façon à former une pièce massive 430. La pièce massive 430 résultant de l'étape de pressage isostatique comporte les profils interne et externe du renfort métallique 30. La pièce massive 430 est ensuite démoulée de l'outillage 400. L'étape de pressage isostatique est réalisée sous vide, avantageusement sous vide secondaire soit dans un outillage soudé dans lequel le vide secondaire est réalisé, soit sous sac à l'autoclave, le choix du procédé dépendant du nombre de pièce à produire. Le vide secondaire permet d'éviter la présence d'oxygène dans l'outillage et au niveau de la structure fibreuse, lors de l'étape de pressage isostatique du titane. L'outillage 400, 500 est réalisé dans un alliage mécanique dit superalliage ou alliage à haute performance.
L'étape 250 de pressage isostatique peut comporter préalablement une étape de nettoyage, de dégraissage et/ou d'une attaque chimique des différentes poches métalliques renforcées 100 de façon à supprimer les impuretés résiduelles de la préforme. Avantageusement, l'étape de nettoyage des impuretés est réalisée par trempage de l'ensemble dans un bain d'agent nettoyant ou d'agent chimique. Dans le cadre de fabrication d'un renfort métallique creux, le procédé selon l'invention peut comporter une étape supplémentaire d'attaque chimique de l'insert introduit lors de l'étape d'empilement des différentes poches métalliques. L'attaque chimique est réalisée au moyen d'un agent chimique apte à attaquer le matériau dans lequel l'insert est réalisé. L'attaque chimique de l'insert fugitif permet de dissoudre l'insert fugitif de sorte que l'espace libéré par l'insert dissout forme la cavité interne dans le renfort métallique. Avantageusement, l'étape d'attaque chimique est réalisée par trempage de la pièce finale 430 dans un bain comportant l'agent chimique apte à dissoudre l'insert. L'agent chimique est par exemple un acide ou une base. Avantageusement, l'agent chimique est apte à dissoudre le cuivre, le quartz ou encore la silice. En association avec ces principales étapes de réalisation, le procédé selon l'invention peut également comporter une étape de finition et de reprise par usinage de la pièce finale obtenue à la sortie de l'outillage de façon à obtenir le renfort 30. Cette étape de reprise comporte : - une étape de reprise du profil de la base 39 du renfort 30 de façon à l'affiner et notamment du profil aérodynamique du bord d'attaque 31 ; - une étape de reprise des flancs 35, 37 ; cette étape consistant notamment au détourage des flancs 35, 37 et à l'amincissement des flancs intrados et extrados ; - une étape de finition permettant d'obtenir l'état de surface requis.
En association avec ces principales étapes de réalisation, le procédé selon l'invention peut également comporter des étapes de contrôle non destructif du renfort 30 permettant de s'assurer de la conformité géométrique et métallurgique de l'ensemble obtenu. A titre d'exemple les contrôles non destructifs peuvent être réalisés par un procédé par rayon X.
La présente invention a été principalement décrite avec l'utilisation de fils métalliques et de clinquants métalliques à base de titane ; toutefois, le procédé de réalisation est également applicable avec n'importe quelle matière métallique présentant des propriétés permettant le formage superplastique et/ou le soudage diffusion, telle que par exemple l'aluminium.
L'invention a été particulièrement décrite pour la réalisation d'un renfort métallique d'une aube composite de turbomachine ; toutefois, l'invention est également applicable pour la réalisation d'un renfort métallique d'une aube métallique de turbomachine. L'invention a été particulièrement décrite pour la réalisation d'un renfort métallique d'un bord d'attaque d'aube de turbomachine ; toutefois, l'invention est également applicable pour la réalisation d'un renfort métallique d'un bord de fuite d'une aube de turbomachine ou encore à la réalisation d'un renfort métallique d'hélice en composite ou métallique. L'invention a été particulièrement décrite avec l'utilisation de fils métalliques comme renforts structurels directifs positionnés dans la masse de la pièce à réaliser ; toutefois, l'invention est également applicable avec l'utilisation de câbles métalliques comme renforts structurels directifs. Les câbles métalliques sont formés à partir d'une pluralité de brins métallique torsadés, tressés ou enroulés en hélice autour de l'axe longitudinal du câble. Avantageusement, chaque brin métallique formant le câble comporte un diamètre inférieur à 0,1 mm. A titre d'exemple, les câbles métalliques peuvent comporter entre 20 et 30 brins enroulés. L'utilisation de câbles métalliques formés par une pluralité de brins métalliques enroulés permet ainsi d'obtenir un câble de section importante souple et déformable manuellement à froid (i.e. par exemple à la température ambiante) et donc permettre le positionnement aisé des différentes poches métalliques renforcées dans un outillage de forme. Les autres avantages de l'invention sont notamment les suivants : - réduction des coûts de réalisation ; - réduction du temps de réalisation ; - simplification de la gamme de fabrication ; - réduction des coûts matière.20

Claims (10)

  1. REVENDICATIONS1. Procédé de réalisation (200) d'une pièce métallique renforcée (30), telle qu'un renfort métallique (30) d'aube de turbomachine comportant successivement : - une étape (210) de découpe dans au moins une feuille métallique souple d'une pluralité de clinquants métalliques (101, 101', 102, 102') correspondant sensiblement au développé de ladite pièce métallique (30) à réaliser ; - une étape (220) de solidarisation d'au moins un fil métallique de renfort (105) sur au moins un clinquant métallique (101, 101', 102, 102') parmi ladite pluralité, ledit fil métallique (105) étant positionné en fonction de l'orientation du renfort structurel désiré sur la pièce métallique (30) à réaliser ; - une étape (230) de confection d'une pluralité de poches métalliques renforcées (100), chaque poche métallique (100) étant confectionnée à partir de deux clinquants métalliques renforcées (101, 101', 102, 102') ; - une étape (240) de positionnement de ladite pluralité de poches métalliques renforcées (100) dans un outillage de forme (400, 500) ; - une étape (250) de pressage isostatique à chaud desdites poches métalliques renforcées (100) provoquant l'agglomération desdites poches métalliques (100) et dudit fil métallique de renfort (105) de manière à obtenir ladite pièce métallique (30) incorporant des moyens de renforts structuraux.
  2. 2. Procédé de réalisation (200) d'une pièce métallique renforcée (30) selon la revendication 1 caractérisé en ce que ledit procédé est un procédé de réalisation d'un renfort métallique de bord d'attaque, ou de bord de fuite, d'aube de turbomachine ou d'un renfort métallique d'hélice de sorte que ladite pièce métallique renforcée (30) obtenue lors de ladite étape (250) de pressage isostatique est un renfort métallique renforcée d'aube de turbomachine.
  3. 3. Procédé de réalisation (200) selon l'une des revendications 1 à 2 caractérisé en ce que ladite étape (230) de confection d'une pluralité de poches métalliques (100) est réalisée par superposition de deux clinquants métalliques distincts (101, 101') puis par assemblage d'au moins une bordure (105) desdits deux clinquants métalliques (101, 101') par des moyens de liaison.
  4. 4. Procédé de réalisation (200) selon l'une des revendications 1 à 2 caractérisé en ce que ladite étape (230) de confection d'une pluralité de poches métalliques (100) est réalisée par pliage d'une zone de jonction (103) entre deux clinquants métalliques (102, 102') puis par assemblage d'au moins une bordure (105) desdits deux clinquants métalliques (102, 102') par des moyens de liaison.
  5. 5. Procédé de réalisation (200) selon l'une des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que ladite étape (220) de solidarisation d'au moins un fil métallique de renfort (105) sur au moins un clinquant métallique (101, 101', 102, 102') est réalisée par des moyens de couture.
  6. 6. Procédé de réalisation (200) selon l'une des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que ladite étape (220) de solidarisation d'un fil métallique de renfort (105) sur au moins un clinquant métallique (101, 101', 102, 102') est réalisée par des moyens de collage et/ou par des moyens de soudage.
  7. 7. Procédé de réalisation (200) selon l'une des revendications 1 à 6 caractérisé en ce que ladite étape (220) de solidarisation d'un fil métallique de renfort (105) sur au moins un clinquant métallique (101, 101', 102, 102') est réalisée avec un fil métallique d'une épaisseur variant entre 0,05 mm et 0,3 mm.
  8. 8. Procédé de réalisation (200) selon l'une des revendications 1 à 6 caractérisé en ce que ladite étape (220) de solidarisation d'un fil métallique de renfort (105) sur au moins un clinquant métallique (101, 101', 102, 102') est réalisée avec un fil métallique à base de titane (Ti) et/ou des fils à base de Carbure de Silicium enduit de titane (SiC-Ti) et/ou des fils à base de carbure de silicium et enduit de Bore (SiCBore) et/ou des fils à base de carbure de silicium enduit de carbure de silicium (SiC-SiC).
  9. 9. Procédé de réalisation (200) selon l'une des revendications 1 à 8 caractérisé en ce que ladite étape (240) de positionnement de chacune desdites poches métalliques renforcées (100) est réalisée par empilement de chacune desdites poches métalliques renforcées (100) dans une empreinte (410) d'une matrice (440) dudit outillage de forme (400).
  10. 10. Procédé de réalisation (200) selon l'une des revendications 1 à 8 caractérisé en ce que ladite étape (240) de positionnement de chacune desdites poches métalliques renforcées (100) est réalisée par encastrement de chacune desdites poches métalliques renforcées(100) dans une pluralité d'encoches (522) agencées dans un poinçon (520) dudit outillage de forme (500).
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