FR2972125A1 - Procede de realisation d'une piece metallique telle qu'un renfort d'aube de turbomachine - Google Patents

Procede de realisation d'une piece metallique 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 telle qu'un renfort métallique d'aube de turbomachine comportant successivement : une étape de réalisation d'une structure métallique (320a) formée par l'assemblage d'une pluralité d'agrafes métalliques (301') présentant un orifice traversant (310) et par au moins un fil métallique (321) introduit dans ledit orifice (310) de ladite pluralité d'agrafes métalliques (301') ; une étape de positionnement de ladite structure métallique (320a) dans un outillage de forme ; une étape de pressage à chaud de ladite structure métallique (320a) dans ledit outillage de forme provoquant l'agglomération de la structure métallique (320a) de manière à obtenir ladite pièce métallique.

Description

PROCEDE DE REALISATION D'UNE PIECE METALLIQUE TELLE QU'UN RENFORT D'AUBE DE TURBOMACHINE.
La présente invention concerne un procédé de réalisation d'une pièce métallique 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 structurel métallique. 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 toutes pièces métalliques massives 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, on utilise des aubes en matériaux composites qui sont plus légères. 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 l'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. Cependant, le renfort métallique d'un bord d'attaque d'aube est une pièce complexe à réaliser, nécessitant de nombreuses opérations de reprises et des outillages complexes impliquant des coûts de réalisation importants. Dans ce contexte, l'invention vise à résoudre les problèmes mentionnés ci-dessus en proposant un procédé de réalisation d'un renfort métallique de bord d'attaque ou de bord de fuite d'aube de turbomachine permettant de réduire significativement les coûts de réalisation d'une telle pièce et de simplifier la gamme de fabrication. A cette fin, l'invention propose un procédé de réalisation d'une pièce métallique, telle qu'un renfort métallique d'aube de turbomachine, comportant successivement : - une étape de réalisation d'une structure métallique formée par l'assemblage d'une pluralité d'agrafes métalliques présentant un orifice traversant et par au moins un fil métallique introduit dans ledit orifice de chacune desdites agrafes métalliques de ladite pluralité ; - une étape de positionnement de ladite structure métallique dans un outillage de forme ; - une étape de pressage à chaud de ladite structure métallique dans ledit outillage de forme provoquant l'agglomération de la structure métallique de manière à obtenir ladite pièce métallique. On entend par agrafe, une pièce métallique recourbée ou pliée de façon à former par exemple une pièce sensiblement en forme de U ou de V. Grâce à l'invention, la pièce métallique, telle que par exemple un renfort structurel métallique comportant deux courbures selon deux plans distincts (ou un vrillage selon un axe), est réalisée de façon simple et rapide à partir d'une pluralité d'agrafes métalliques présentant un orifice traversant, obtenues par une simple opération de mise en forme de fils métalliques initialement rectilignes combinée à une opération de perçage ainsi que par un procédé de pressage et/ou de compactage à chaud permettant d'obtenir une pièce compacte. Avantageusement, le procédé de pressage à chaud est un procédé de pressage ou de compactage isostatique (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 agrafes métalliques sont avantageusement formées par le pliage de fils métalliques issus d'une filière pouvant être indifféremment de section circulaire, carré, hexagonale, etc. Les agrafes métalliques présentant un orifice traversant sont ainsi facilement assemblable les unes aux autres par enfilement d'au moins un fil métallique à l'intérieur de chaque orifice de la pluralité d'agrafes de manière à réaliser une structure métallique souple (i.e. déformable manuellement en opposition à une déformation nécessitant des moyens mécaniques, hydrauliques, ...) en forme de guirlande ou encore de collier d'agrafes métalliques. La structure métallique est ainsi formée par les agrafes métalliques suspendues aux fils métalliques. La structure métallique ainsi confectionnée est alors facilement transportable et positionnable dans un outillage de forme comportant une forme complexe, tel qu'un outillage de renfort métallique d'aube de turbomachine comportant deux courbures selon deux plans distincts, la structure métallique souple pouvant s'adapter à n'importe quelles courbures de l'outillage. 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.
Avantageusement, la pièce métallique est un renfort métallique de bord d'attaque ou de bord de fuite d'aube de soufflante de turbomachine. Le procédé de réalisation d'une pièce métallique 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 obtenue lors de ladite étape de pressage isostatique est un renfort métallique ; - ladite étape de pressage à chaud est une étape de pressage isostatique ou une étape de forgeage isotherme ; - préalablement à ladite étape de réalisation de ladite structure métallique, ledit procédé comporte une étape de réalisation desdites agrafes métalliques par formage à froid de tronçons métalliques de forme rectiligne ; - lesdites agrafes métalliques sont pliées en forme de U ou de V lors de ladite étape de formage à froid ; - préalablement ou postérieurement à ladite étape de réalisation desdites agrafes métalliques par formage à froid, ledit procédé comporte une étape de réalisation dudit orifice traversant ; - ledit orifice traversant est réalisé par des moyens de perçage par laser, lors de ladite étape de réalisation dudit orifice traversant ; - ledit procédé comporte une étape de positionnement de ladite structure métallique dans un outillage de forme présentant un poinçon et une matrice, ladite structure métallique étant positionnée dans ladite matrice dudit outillage ; - ledit procédé comporte une étape de positionnement de ladite structure métallique dans un outillage de forme présentant un poinçon et une matrice, ladite structure métallique étant positionnée sur ledit poinçon dudit outillage ; - ledit fil métallique introduit dans lesdits orifices traversant desdites agrafes métalliques et/ou lesdites agrafes métalliques sont des fils métalliques à base de titane et/ou des fils à base de carbure de silicium et de titane, et/ou des fils à base de carbure de silicium enduit de bore et/ou des fils de carbure de silicium ; - préalablement à ladite étape de formage à froid, ledit procédé comporte une étape de découpe d'une pluralité de tronçons de fils métalliques rectilignes ; - ladite structure métallique est formée par l'assemblage d'une pluralité d'agrafes métalliques dont chaque agrafe métallique comporte une géométrie adaptée à la forme de la pièce métallique à réaliser.
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 l'aube illustrée à 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 du renfort métallique de bord d'attaque d'aube de turbomachine lors de la première étape du procédé illustré à la figure 3 ; - la figure 5 illustre une vue du renfort métallique de bord d'attaque d'aube de turbomachine lors de la deuxième étape du procédé illustré à la figure 3 ; - la figure 6 illustre une vue du renfort métallique de bord d'attaque d'aube de turbomachine selon un premier exemple de réalisation de la troisième étape du procédé illustré à la figure 3 : - la figure 7 illustre une vue du renfort métallique de bord d'attaque d'aube de turbomachine selon un deuxième exemple de réalisation de la troisième étape du procédé illustré à la figure 3 ; - les figures 8 et 9 illustre une vue du renfort métallique de bord d'attaque d'aube de turbomachine lors de la deuxième et de la troisième étape d'un deuxième mode de réalisation du procédé selon l'invention ; - la figure 10 illustre une vue du renfort métallique de bord métallique de bord d'attaque d'aube de turbomachine lors de quatrième étape du procédé illustré à la figure 3 selon le premier exemple de réalisation illustré à la figure 6 ; - la figure 11 illustre une vue du renfort métallique de bord métallique de bord d'attaque d'aube de turbomachine lors de quatrième étape du procédé illustré à la figure 3 selon le deuxième exemple de réalisation illustré à la figure 7 ; - la figure 12 une vue du renfort métallique de bord d'attaque d'aube de turbomachine lors de la cinquième étape du procédé illustré à la figure 3; - la figure 13 une vue du renfort métallique de bord d'attaque d'aube de turbomachine lors de la sixième étape du procédé illustré à la figure 3. Dans toutes les figures, les éléments communs portent les mêmes numéros de référence sauf précision contraire. 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 aminci en direction du bord de fuite de l'aube. La base 39 comporte un profil interne 33 arrondi apte à épouser la forme arrondie du bord d'attaque 16 de l'aube 10.
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 dans la demande de brevet E P 1908919. Le procédé selon l'invention permet de réaliser notamment 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 tronçon de fils métalliques 301 à partir d'un fil métallique continu par exemple issu d'une filière, dont chaque longueur de tronçon 301 est déterminée en fonction de la pièce finale à réaliser. Des tronçons métalliques 301 ainsi découpés sont illustrés à la figure 4.
Chaque tronçon métallique 301 peut donc avoir une longueur spécifique en fonction de la partie du renfort métallique 30 qu'il représente, la longueur de recouvrement des flancs 35, 37 du renfort 30 variant selon la deuxième direction 20 entre le pied 22 et le sommet 24 de l'aube. Le diamètre des tronçons métalliques 301 peut varier en fonction des besoins de l'utilisateur, et de l'épaisseur matière nécessaire pour la réalisation de la pièce. La détermination du diamètre des tronçons est réalisée en fonction d'un compromis entre souplesse et épaisseur matière nécessaire dans l'outillage. Le tronçon métallique est typiquement formé à partir d'un fil métallique de section circulaire mais peut tout aussi bien être formé à partir d'un profil métallique de section carrée, rectangulaire, hexagonale, etc. La deuxième étape 220 du procédé de fabrication 200 est une étape de formage à froid ou de mise en forme des tronçons métalliques 301 découpés lors de la première étape 210. Cette deuxième étape est illustrée à la figure 5. Cette deuxième étape 220 permet la mise en forme à froid (i.e. à température ambiante) de chaque tronçon métallique 301 rectiligne par déformation plastique. Cette étape permet donc d'obtenir un tronçon métallique préformé 301', appelé agrafe par la suite, dont la géométrie est déterminée en fonction de la pièce finale à réaliser et notamment en fonction de la forme de l'outillage de compaction servant à la réalisation de la pièce finale. Les agrafes 301' sont réalisées par déformation des tronçons métalliques rectilignes 301 au moyen d'un outillage simple qu'il est possible d'actionner manuellement, la déformation individuelle de chaque tronçon ne nécessitant pas des moyens hydrauliques conséquent pour réaliser la déformation du tronçon métallique 301. Avantageusement, l'outillage de déformation est un outillage classique de déformation qu'il est possible d'automatiser et/ou de calibrer tant au niveau de la forme finale des agrafes métalliques 301' qu'en force de pression, en fonction des besoins de l'utilisateur. Ainsi, les agrafes 301' peuvent être formées de façon individuelle ou par paquet composé d'une pluralité de tronçons métalliques 301.
L'étape 220 de déformation des tronçons permet ainsi de passer d'un tronçon métallique 301 de forme rectiligne à un tronçon métallique préformé formant une agrafe 301', comportant deux branches 302 et 303 sensiblement rectilignes jointes entre-elles à l'une de leur extrémité par une partie du fil métallique formant une zone de jonction 304 ayant subi au moins une déformation. Les longueurs des branches 302 et 303 peuvent être différentes pour une même agrafe 301'. Le tronçon métallique 301 peut être aussi entièrement ou partiellement écrasé (par exemple pour une restriction d'épaisseur locale) lors de l'étape de déformation.
Dans le cadre de la réalisation d'un renfort métallique d'aube de turbomachine, les agrafes 301' sont avantageusement en forme de U ou de V. Les agrafes 301' sont réalisées à partir de tronçons de fils métalliques d'une épaisseur variant sensiblement de 0,1 mm à 5mm.
Selon un second mode de réalisation de l'invention, l'étape 220 de formage à froid peut être précédée par une opération supplémentaire consistant à étirer une partie de la matière de chaque tronçon métallique rectiligne 301 pour réaliser une diminution du diamètre du tronçon métallique et donc créer une surépaisseur localisée. La diminution de diamètre est réalisée par exemple par étirement des extrémités du tronçon tout en bloquant la partie de la matière du tronçon où l'on souhaite créer une surépaisseur. L'étirement de matière est réalisé aussi à bien à chaud (i.e. avec un dispositif apte à chauffer la matière) qu'à froid (i.e. à température ambiante).
Cette surépaisseur locale de matière a pour avantage de faciliter l'étape suivante de perçage du procédé de réalisation 200 selon l'invention. Selon une variante de réalisation, l'opération consistant à étirer une partie de la matière peut également intervenir à la suite de l'étape de formage à froid. Dans cette variante, la diminution de matière est obtenue par étirement des branches 302, 303 de l'agrafe métallique 301'. Avantageusement, la surépaisseur de matière est réalisée sensiblement au centre du fil par rapport à ses deux extrémités. La jonction entre la surépaisseur centrale et les extrémités du fil est progressive, c'est-à-dire que le fil métallique comporte une épaisseur constante au niveau des deux zones d'extrémité et au niveau de la zone centrale présentant une surépaisseur, et une épaisseur variable entre la zone centrale et l'une des zones d'extrémité. Selon une variante de réalisation, la surépaisseur de matière est réalisée par usinage du fil métallique rectiligne 301 ou encore par attache chimique du fil métallique rectiligne au niveau de ses extrémités. La troisième étape 230 du procédé de réalisation 200 est une étape de perçage de ladite pluralité d'agrafes métalliques 301' de manière à réaliser au moins un orifice traversant 310. L'étape de perçage est réalisée par un procédé de découpage laser ou par un autre type de procédé connu permettant de réaliser des orifices traversant 310 dans une agrafe métallique 301' de faible épaisseur (i.e. de l'ordre de quelques millimètres d'épaisseur). Selon l'exemple de réalisation illustré à la figure 6, le perçage de l'agrafe 301' est réalisé au niveau de la zone de jonction 304 ayant subi au moins une déformation. Selon un autre exemple de réalisation illustré à la figure 7, le perçage est réalisé au niveau de chacune des extrémités des branches 302 et 303 de l'agrafe 401'. L'agrafe 401' illustrée à la figure 7 est similaire à l'agrafe 301' détaillée précédemment à l'exception du positionnement des orifices traversant 310.
Selon un autre exemple de réalisation (non représenté), les agrafes peuvent comporter une pluralité d'orifices traversant 310 au niveau de la zone de jonction 304 et/ou au niveau des branches 302, 303. Selon un second mode de réalisation de l'invention illustré aux figures 8 et 9, cette étape de perçage peut être réalisée antérieurement à l'étape de mise en forme à froid des agrafes. L'inversion de l'ordre de déroulement des étapes peut être intéressante si l'on souhaite, par exemple, profiter de la déformation du fil 301 pour apporter, de façon simultanée, une déformation à l'orifice traversant. Ainsi par exemple, un orifice circulaire 310 réalisé au niveau de la partie centrale du fil métallique 301 qui servira à former la zone de jonction 304 de l'agrafe 301', antérieurement à l'étape de mise en forme, sera également déformé lors de la déformation de l'agrafe et deviendra une cavité 410 plus large que l'orifice circulaire 310 initial avec une forme s'approchant de la forme d'un U ou d'un V.
La quatrième étape 240 du procédé de réalisation 200 est une étape d'assemblage de la pluralité d'agrafes 301' de façon à réaliser une structure métallique souple 320a, 320b sous la forme d'une guirlande d'agrafes métalliques 301' ou encore de collier constitué par une pluralité d'agrafes métalliques 301'.
Selon le premier exemple de réalisation de perçage de la figure 6, la structure métallique 320a est formée par enfilement d'au moins un fil métallique 321 à l'intérieur de l'orifice 310 de chaque agrafe métallique 301' parmi la pluralité d'agrafes. La structure métallique 320a selon cet exemple de réalisation est particulièrement illustrée à la figure 10.
Selon le deuxième exemple de réalisation de perçage de la figure 7, la structure métallique 320b est formée par l'enfilement d'au moins un fil métallique 321 à l'intérieur de chacun des orifices 310 situés au niveau de chaque extrémité de chaque branche 302, 303 de la pluralité d'agrafes 401'. Ce deuxième exemple de réalisation de la structure métallique 320b est illustré à la figure 11. Le second mode de réalisation, illustré à la figure 9, est avantageusement utilisé pour l'insertion d'une pluralité de fils métalliques 321 à l'intérieur de la cavité 410. La structure métallique 320a, 320b est ainsi formée par des fils métalliques 321 réalisant une armature métallique et par les agrafes métalliques 301', 401' suspendues aux fils métalliques 321. Les fils métalliques 321 utilisés pour réaliser la structure métallique 320a, 320b sont préférentiellement des fils à base de titane dans le cadre de réalisation d'un renfort métallique d'aube de turbomachine. Toutefois, les fils métalliques 321 peuvent également être des fils enduits de Bore (fil SiC-Bore) ou de Carbure de Silicium (fil SiC-SiC) ou encore des fils composites métallique-céramique à base de carbure de silicium et de titane (SiC-Ti). Selon la nature du fil métallique 321 utilisé, le fil métallique peut réaliser de façon ponctuelle et localisée des renforts structurels dans la pièce à réaliser. Ainsi, de façon avantageuse, la structure métallique 320a, 320b peut comporter en plus des orifices 310 servant à la réalisation de la structure métallique 320a, 320b, des orifices secondaires repartis spécifiquement sur la surface des agrafes métalliques 301', 401' aptes à recevoir des fils métalliques spécifiques qui deviendront des renforts structurels dans la pièce finale réalisée. Les fils métalliques 321 réalisant l'armature métallique de la structure métallique 320a, 320b ainsi que des renforts localisés dans la structure métallique 320a, 320b ont des diamètres inférieurs au diamètre des agrafes métalliques 301', 401'. De façon avantageuse, les fils métalliques 321 ont un diamètre sensiblement compris entre 0,1 mm et 1 mm. Les fils métalliques 321 peuvent également être remplacés par des câbles métalliques constitués par une pluralité de brins métalliques 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 agrafes 301', 401'. Les agrafes métalliques 301' et 401' constituant des différentes couches sont principalement réalisées à partir de fils métalliques à base de titane. Toutefois, il est également possible d'incorporer, parmi les agrafes 301', 401' en titane de la structure métallique 320a, 320b des agrafes métalliques à base de carbure de silicium et de titane (SiC-Ti), de fils enduits de Bore (fil SiC-Bore) ou de Carbure de Silicium (fil SiC-SiC) dans la mesure où le rayon de courbure des agrafes 301', 401' autorise une déformation de ces fils, dits « fils composites », sans atteindre leur limite de rupture. La cinquième étape 250 du procédé de réalisation 200 est une étape de positionnement de la structure métallique 320a, 320b comportant la pluralité d'agrafes 301', 401' dans un outillage de forme 400. L'outillage 400 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. Un exemple de réalisation de cette étape 250 du procédé de réalisation 200 est illustré à la figure 12. Selon cet exemple de réalisation, la structure métallique 320a, est positionnée dans la matrice 440 de l'outillage de forme 400. Selon un autre exemple de réalisation (non représentée), la structure métallique 320a, 320b peut tout aussi bien être positionnée sur le poinçon 420. Les agrafes 301', 401' comportant la forme complémentaire de l'empreinte 410, le positionnement de la structure métallique 320a, 320b souple se réalise simplement et permet donc de réaliser facilement un dépôt de matière métallique sur une empreinte 410 de forme complexe comportant deux courbures selon deux plans distincts. La sixième étape 260 du procédé de réalisation 200, illustrée à la figure 13, est une étape de pressage à chaud de l'empilement formé par les différentes couches d'agrafes 301', 401' positionnées dans l'outillage de forme 400. Selon un premier exemple de réalisation avantageux de l'invention, le pressage à chaud est un pressage isostatique (HIP pour Hot Isostatic Pressing en langue anglaise). 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 l'empilement, 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 de molécules d'oxygène dans l'outillage et au niveau de la structure fibreuse, lors de l'étape de pressage isostatique du titane. Selon un deuxième exemple de réalisation, le pressage à chaud peut 25 également être un procédé de forgeage isotherme sous presse dans une enceinte sous vide. L'outillage 400 est réalisé dans un alliage mécanique dit superalliage ou alliage à haute performance. L'étape 260 de pressage à chaud peut comporter préalablement une étape de nettoyage, de dégraissage et/ou d'une attaque chimique des agrafes métalliques 301', 401' de la structure métallique 320a, 320b de façon à supprimer les impuretés résiduelles dans la structure métallique 320a, 320b. Avantageusement, l'étape de nettoyage des impuretés est réalisée par trempage de la structure métallique 320a, 320b dans un bain d'agent nettoyant ou d'agent chimique avant son positionnement dans l'outillage de forme 400. En association avec ces principales étapes de réalisation, le procédé 200 selon l'invention peut également comporter une étape de finition et de reprise par usinage de la pièce massive 430 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 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 des fils métalliques à base d'aluminium pour la réalisation d'une pièce en 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 pour la réalisation des agrafes métalliques ; toutefois, l'invention est également applicable avec l'utilisation de câbles métalliques pour la réalisation des agrafes métalliques. Les câbles métalliques sont formés à partir d'une pluralité de brins métalliques 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) permettant de s'affranchir de l'étape de formage à froid. La structure métallique formée par une pluralité d'agrafes métalliques à partir de tronçons de câble métallique permet ainsi d'obtenir une structure métallique souple facilement déformable manuellement et positionnable dans l'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.

Claims (12)

  1. REVENDICATIONS1. Procédé de réalisation (200) d'une pièce métallique (30), telle qu'un renfort métallique d'aube de turbomachine, comportant successivement : - une étape (240) de réalisation d'une structure métallique (320a, 320b) formée par l'assemblage d'une pluralité d'agrafes métalliques (301', 401') présentant un orifice traversant (310) et par au moins un fil métallique (321) introduit dans ledit orifice (310) de chacune desdites agrafes métalliques (301, 401') de ladite pluralité ; - une étape (250) de positionnement de ladite structure métallique (320a, 320b) dans un outillage de forme (400) ; - une étape (260) de pressage à chaud de ladite structure métallique (320a, 320b) dans ledit outillage de forme (400) provoquant l'agglomération de la structure métallique (320a, 320b) de manière à obtenir ladite pièce métallique (30).
  2. 2. Procédé de réalisation (200) d'une pièce métallique (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 obtenue lors de ladite étape (260) de pressage isostatique est un renfort métallique.
  3. 3. Procédé de réalisation (200) d'une pièce métallique (30) selon l'une des revendications 1 à 2 caractérisé en ce que ladite étape de pressage à chaud est une étape de pressage isostatique ou uneétape de forgeage isotherme.
  4. 4. Procédé de réalisation (200) d'une pièce métallique (30) selon l'une des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que préalablement à ladite étape (240) de réalisation de ladite structure métallique (320a, 320b), ledit procédé comporte une étape (230) de réalisation desdites agrafes métalliques (301', 401 ') par formage à froid de tronçons métalliques (301) de forme rectiligne.
  5. 5. Procédé de réalisation (200) d'une pièce métallique (30) selon la revendication 4 caractérisé en ce que lesdites agrafes métalliques (301', 401 ') sont pliées en forme de U ou de V lors de ladite étape (230) de formage à froid.
  6. 6. Procédé de réalisation (200) d'une pièce métallique (30) selon l'une des revendications 4 à 5 caractérisé en ce que préalablement ou postérieurement à ladite étape (230) de réalisation desdites agrafes métalliques (301', 401') par formage à froid, ledit procédé comporte une étape (220) de réalisation dudit orifice traversant (310).
  7. 7. Procédé de réalisation (200) d'une pièce métallique (30) selon la revendication 6 caractérisé en ce que ledit orifice traversant (310) est réalisé par des moyens de perçage par laser, lors de ladite étape (220) de réalisation dudit orifice traversant (310).
  8. 8. Procédé de réalisation (200) d'une pièce métallique (30) selon l'une des revendications 1 à 7 caractérisé en ce que ledit procédé comporte une étape (250) de positionnement de ladite structure métallique (320a, 320b) dans un outillage de forme (400) présentant un poinçon 2125 (420) et une matrice (440), ladite structure métallique (320a, 320b) étant positionnée dans ladite matrice (440) dudit outillage (400).
  9. 9. Procédé de réalisation (200) d'une pièce métallique (30) selon l'une des revendications 1 à 7 caractérisé en ce que ledit procédé comporte une étape (250) de positionnement de ladite structure métallique (320a, 320b) dans un outillage de forme (400) présentant un poinçon (420) et une matrice (440), ladite structure métallique (320a, 320b) étant positionnée sur ledit poinçon (420) dudit outillage (400).
  10. 10. Procédé de réalisation (200) d'une pièce métallique (30) selon l'une des revendications 1 à 9 caractérisé en ce que ledit fil métallique (321) introduit dans lesdits orifices traversant (310) desdites agrafes métalliques (301', 401 ') et/ou lesdites agrafes métalliques (301', 401 ') sont des fils métalliques à base de titane et/ou des fils à base de carbure de silicium et de titane, et/ou des fils à base de carbure de silicium enduit de bore et/ou des fils de carbure de silicium.
  11. 11. Procédé de réalisation (200) d'une pièce métallique (30) selon l'une des revendications 1 à 10 caractérisé en ce que préalablement à ladite étape (220) de formage à froid, ledit procédé comporte une étape (210) de découpe d'une pluralité de tronçons de fils métalliques rectilignes (301).
  12. 12. Procédé de réalisation (200) d'une pièce métallique (30) selon l'une des revendications 1 à 11 caractérisé en ce que ladite structure métallique (320a, 320b) est formée par l'assemblage d'une pluralité d'agrafes métalliques (301', 401') dont chaque agrafe métallique comporte une géométrie adaptée à la forme de la pièce métallique 23(30) à réaliser.
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