FR3114986A1 - Outil rotatif pour la retouche d’une piece par usinage, de preference d’une piece de turbomachine d’aeronef - Google Patents
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Abstract
L’invention se rapporte à un outil rotatif (1) pour la retouche d’une pièce (124a) par usinage, l’outil s’étendant selon un axe central longitudinal (2) correspondant à son axe de rotation, le long duquel cet outil comprend une queue d’outil (4) suivie d’une portion de travail (6). Selon l’invention, la portion de travail (6) comprend plusieurs têtes d’usinage (10a-10c) se succédant selon l’axe central longitudinal (2), deux têtes d’usinage (10a-10b) quelconque et directement consécutives de la portion de travail étant séparées l’une de l’autre par une zone de jonction sécable (12), de section réduite par rapport à celle des deux têtes d’usinage. Figure pour l’abrégé : Figure 8.
Description
La présente invention se rapporte au domaine de la retouche de pièces par usinage, de préférence pour les pièces de turbomachine d’aéronef. Une application privilégiée, mais aucunement limitative, consiste en la retouche par usinage de secteurs d’anneau de turbine d’une turbomachine d’aéronef, à l’aide d’un outil à tête diamantée.
ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE
La fabrication de pièces de turbomachine d’aéronef implique souvent la mise en œuvre de nombreuses étapes successives, parmi lesquelles une ou plusieurs étapes de retouche par usinage.
A titre d’exemple indicatif, il est connu de fabriquer des secteurs d’anneau de turbine en matériau composite à matrice céramique, plus communément dénommé matériau CMC. Au cours de cette fabrication, il est habituellement procédé à une étape de densification par siliciuration, au cours de laquelle du silicium liquide est infiltré dans les pores du matériau. L’objectif de cette densification par siliciuration réside dans l’obtention d’une pièce de très faible porosité, par exemple inférieure à 1%.
Après cette infiltration de silicium fondu, le refroidissement conduit à la sortie d’éventuels excès de silicium à la surface du secteur d’anneau. Celui-ci fait alors l’objet d’un procédé de retouche par usinage des excès de silicium solides, habituellement à l’aide d’un outil à tête diamanté.
La retouche des excès de silicium solides peut s’avérer essentielle pour garantir un bon positionnement du secteur d’anneau sur un poste d’usinage employé ultérieurement. De même, lorsque le secteur d’anneau doit subir une ou plusieurs étapes ultérieures de traitement, comme le dépôt d’une couche avec des propriétés particulières, il peut s’avérer important de faire disparaitre les reliefs causés par ces excès de silicium, avant d’effectuer ce/ces traitements.
La retouche est généralement réalisée par usinage, à l’aide d’un outil à tête diamanté. Le diamant présentant les meilleures propriétés de dureté, il se révèle tout à fait adapté pour l’élimination des excès de silicium. Néanmoins, l’usure de la tête diamantée demeure relativement rapide, et peut amener à devoir procéder à de nombreux changement d’outils au cours de la retouche de l’ensemble des secteurs d’anneau.
Cette manière de procéder peut ainsi se révéler coûteuse en raison de la consommation d’une quantité élevée d’outils à tête diamantée, et également fastidieuse et coûteuse du fait des changements répétés d’outils pour retoucher ces secteurs d’anneau de turbine.
Il est noté que cette problématique de consommation rapide des outils de retouche s’applique à de nombreuses autres pièces de turbomachine d’aéronef au cours de leur fabrication, ainsi qu’à des pièces mises en œuvre dans d’autres domaines techniques.
Pour résoudre au moins partiellement les inconvénients mentionnés ci-dessus, relatifs aux solutions de l’art antérieur, l’invention a tout d’abord pour objet un outil rotatif pour la retouche d’une pièce par usinage, l’outil s’étendant selon un axe central longitudinal correspondant à son axe de rotation, le long duquel cet outil comprend une queue d’outil suivie d’une portion de travail. Selon l’invention, la portion de travail comprend plusieurs têtes d’usinage se succédant selon l’axe central longitudinal, deux têtes d’usinage quelconque et directement consécutives de la portion de travail étant séparées l’une de l’autre par une zone de jonction sécable, de section réduite par rapport à celle des deux têtes d’usinage.
Ainsi, lorsque la tête d’usinage est usée, elle peut être coupée pour rendre opérationnelle la tête d’usinage directement consécutive le long de l’axe central longitudinal de l’outil. Le coût de fabrication de tels outils s’en trouve largement optimisé, de même que le nombre d’opérations de changement d’outils est avantageusement réduit.
L’invention présente par ailleurs au moins l’une des caractéristiques optionnelles suivantes, prises isolément ou en combinaison.
De préférence, les têtes d’usinage sont des têtes diamantées.
De préférence, le nombre de têtes d’usinage est compris entre deux et huit.
De préférence, chaque tête d’usinage présente une surface extérieure de révolution, par exemple de forme sphérique, conique, oblongue, ou encore en forme d’ogive.
De préférence, chaque tête d’usinage présente une largeur maximale, dans un plan orthogonal à l’axe central longitudinal de l’outil, comprise entre 1 et 6 mm.
De préférence, toutes les têtes d’usinage sont identiques, même s’il pourrait en être autrement, sans sortir du cadre de l’invention.
L’invention a également pour objet un procédé de retouche d’une ou plusieurs pièces par usinage à l’aide d’un outil tel que décrit ci-dessus, le procédé comprenant les étapes suivantes :
- retouche d’une première pièce à l’aide d’une première tête d’usinage située à l’extrémité longitudinale de l’outil, à l’opposé de la queue d’outil ;
- après usure de la première tête d’usinage, retrait de celle-ci de manière à ce qu’une seconde tête d’usinage se trouve à son tour située à l’extrémité longitudinale de l’outil, à l’opposé de la queue d’outil ; et
- poursuite de la retouche de la première pièce à l’aide de la seconde tête d’usinage, et/ou retouche d’une ou plusieurs autres pièces à l’aide de cette même seconde tête d’usinage.
- retouche d’une première pièce à l’aide d’une première tête d’usinage située à l’extrémité longitudinale de l’outil, à l’opposé de la queue d’outil ;
- après usure de la première tête d’usinage, retrait de celle-ci de manière à ce qu’une seconde tête d’usinage se trouve à son tour située à l’extrémité longitudinale de l’outil, à l’opposé de la queue d’outil ; et
- poursuite de la retouche de la première pièce à l’aide de la seconde tête d’usinage, et/ou retouche d’une ou plusieurs autres pièces à l’aide de cette même seconde tête d’usinage.
Bien évidemment, cette succession d’étapes peut être répétée jusqu’à l’usure de la dernière tête d’usinage de l’outil, ce dernier pouvant ensuite, si besoin, être remplacé par un nouvel outil à plusieurs têtes d’usinage sécables selon l’invention.
De préférence, le procédé s’applique à la retouche de secteurs d’anneau de turbine de turbomachine d’aéronef, de préférence à des secteurs d’anneau de turbine réalisés dans un matériau composite à matrice céramique, et encore plus préférentiellement à des secteurs d’anneau de turbine ayant subi une étape de densification par siliciuration, l’étape de retouche consistant à usiner les excès de silicium apparus au cours de cette siliciuration sur les secteurs d’anneau.
D’autres avantages et caractéristiques de l’invention apparaîtront dans la description détaillée non limitative ci-dessous.
Cette description sera faite au regard des dessins annexés parmi lesquels ;
EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PRÉFÉRÉS
En référence à la figure 1, il est représenté un turboréacteur 100 à double flux et à double corps. Le turboréacteur 100 comporte de façon classique un générateur de gaz 102 de part et d’autre duquel sont agencés un compresseur basse pression 104, et une turbine basse pression 112. Le générateur de gaz 102 comprend un compresseur haute pression 106, une chambre de combustion 108 et une turbine haute pression 110. Par la suite, les termes « avant » et « arrière » sont considérés selon une direction 114 opposée à la direction d’écoulement principale des gaz au sein du turboréacteur, cette direction 114 étant parallèle à l’axe longitudinal 103 du turboréacteur.
Le compresseur basse pression 104 et la turbine basse pression 112 forment un corps basse pression, et sont reliés l’un à l’autre par un arbre basse pression 111 centré sur l’axe 103. De même, le compresseur haute pression 106 et la turbine haute pression 110 forment un corps haute pression, et sont reliés l’un à l’autre par un arbre haute pression 113 centré sur l’axe 103 et agencé autour de l’arbre basse pression 111. Les arbres sont supportés par des paliers de roulement 119, qui sont lubrifiés en étant agencés dans des enceintes d’huile. Il en est de même pour le moyeu de soufflante 117, également supporté par des paliers de roulement 119.
Le turboréacteur 100 comporte par ailleurs, à l’avant du générateur de gaz 102 et du compresseur basse pression 104, une soufflante 115 qui est ici agencée directement à l’arrière d’un cône d’entrée d’air du moteur. La soufflante 115 est rotative selon l’axe 103, et entourée d’un carter de soufflante 109. Cette soufflante est préférentiellement entraînée indirectement par l’arbre basse pression 111, via un réducteur 120, ce qui lui permet de tourner avec une vitesse plus lente.
En outre, le turboréacteur 100 définit une veine primaire 116 destinée à être traversée par un flux primaire, ainsi qu’une veine secondaire 118 destinée à être traversée par un flux secondaire situé radialement vers l’extérieur par rapport au flux primaire.
La figure 2 montre une partie de la turbine haute pression 110 du turboréacteur, et, plus précisément, une partie d’une roue mobile en rotation autour de l’axe 103. La roue mobile de turbine comprend des aubes 122 (une seule étant visible sur la figure 2), entourées par un anneau fixe de turbine 124. De manière connue, cet anneau 124 peut être réalisé à l’aide de plusieurs secteurs d’anneau 124a agencés bout-à-bout le long de la direction circonférentielle 126, en rapport à l’axe 103. Chaque secteur d’anneau de turbine 124a est maintenu par un carter de turbine 128.
Chaque secteur d’anneau 124a est préférentiellement réalisé dans un matériau CMC. Lors de la fabrication de ces anneaux, il est procédé à une densification par siliciuration, au cours de laquelle du silicium liquide est infiltré dans les pores du matériau. L’objectif de cette densification réside dans l’obtention d’une pièce de très faible porosité, par exemple inférieure à 1%. Après cette infiltration de métal fondu, le refroidissement conduit à l’apparition d’éventuels excès de silicium 130 à la surface des secteurs d’anneau, comme cela a été représenté schématiquement sur la figure 3.
Il convient alors de mettre en œuvre un procédé de retouche par usinage des excès de silicium solides 130, en particulier au niveau de la surface des secteurs destinée à être radialement en regard des bouts de pales des aubes de turbine 122. Ce procédé de retouche est réalisé à l’aide d’un outil spécifique à l’invention, qui va à présent être décrit ci-dessous.
En référence tout d’abord à la figure 4, il est représenté un outil rotatif 1 pour la retouche par usinage des secteurs d’anneau 124a. Cet outil 1, également dénommé meule, présente un axe central longitudinal 2 correspondant à son axe de rotation. A l’une de ses extrémités longitudinales, l’outil 1 comporte une queue d’outil cylindrique 4, destinée à coopérer avec une machine rotative, portable ou fixe. Cette queue d’outil reste conventionnelle, notamment en présentant un diamètre D1 de l’ordre de plusieurs millimètres. A l’opposé, l’outil 1 comporte une portion de travail 6, reliée à la queue d’outil 4 par une zone de transition 8, par exemple de forme conique d’axe 2.
La portion de travail 6, spécifique à l’invention, se caractérise par la présence de plusieurs têtes de travail 10a, 10b, 10c espacées les unes des autres en se succédant le long de l’axe 2. Dans le mode de réalisation de la figure 4, ce sont trois têtes de travail 10a, 10b, 10c qui se succèdent, mais leur nombre pourrait différer, de préférence entre deux et huit.
Entre deux têtes d’usinage 10a-10c quelconques et directement consécutives, il est prévu une zone de jonction sécable 12, de section réduite par rapport à celle des deux têtes d’usinage concernées. Par section réduite, il entendu qu’en section selon un plan orthogonal à l’axe 2, la largeur maximale L1 de la zone de jonction sécable 12 est strictement inférieure à la largeur maximale L2 de chacune des deux têtes d’usinage, toujours dans un plan orthogonal à l’axe 2. Le rapport entre les largeurs maximales L1 et L2 peut par exemple être compris entre 0,2 et 0,8.
Dans ce mode de réalisation préféré de l’invention, chaque tête d’usinage 10a-10c présente une surface extérieure de révolution selon l’axe 2, et plus précisément de forme sphérique. La largeur maximale L2 indiquée ci-dessus correspond par conséquent au diamètre de cette surface sphérique, par exemple compris entre 1 et 6 mm, et encore plus préférentiellement compris entre 3 et 6 mm.
Les têtes d’usinage 10a-10c présentent de préférence toutes la même forme, ainsi que les mêmes dimensions. Il s’agit ici de têtes diamantées, chacune réalisée de manière conventionnelle. A cet égard, il est indiqué que les têtes d’usinage 10a-10c pourraient être réalisées d’un seul bloc avec les zones de jonction sécables 12 au sein de la portion d’usinage 6, mais préférentiellement, ces têtes 10a-10c prennent chacune la forme d’un revêtement annulaire en diamant agencé autour d’un arbre 14 centré sur l’axe 2 et prolongeant la queue d’outil, comme schématisé sur la figure 5. Par conséquent, il doit être compris que la surface extérieure décrite ci-dessus ne correspond pas nécessairement à une sphère complète, mais préférentiellement à une sphère tronquée par le passage de l’arbre 14 au niveau de deux extrémités diamétralement opposées de cette sphère. Ce principe est applicable à toutes les autres formes révolutionnaires envisageables pour la surface extérieure des têtes d’usinage 10a-10c, par exemple de forme conique, oblongue, ou encore en forme d’ogive.
Un autre exemple de réalisation est montré sur la figure 6 pour les têtes d’usinage 10a-10c, avec une forme générale conique pour leur surface extérieure. Dans ce cas de figure, la largeur maximale L2 à la base de la tête d’usinage conique présente une valeur préférentielle de l’ordre de 3 à 6 mm, tandis qu’en tête, il peut être prévu un rayon de sphère R1 de l’ordre de 1 à 4 mm.
A présent en référence aux figures 7 à 9, il va être décrit le procédé de retouche de plusieurs secteurs d’anneau de turbine, ici un premier secteur 124a ainsi qu’un second secteur 124a’.
Tout d’abord, la première étape schématisée sur la figure 7 consiste à usiner tout ou partie des excès de silicium 130 présents à la surface du premier secteur d’anneau 124a. Cette étape de retouche par usinage s’effectue à l’aide d’une machine à usiner 20, portant à son extrémité l’outil 1 selon l’invention. L’usinage s’effectue à l’aide de la première tête d’usinage 10a, celle située à l’extrémité longitudinale de l’outil, à l’opposé de la queue d’outil 4 enserrée dans la machine d’usinage 20.
Cette première tête d’usinage 10a peut ainsi permettre de retoucher tout ou partie des excès de silicium 130 du premier secteur d’anneau 124a. Après usure de cette première tête 10a, il est procédé à une seconde étape schématisée sur la figure 8, consistant à retirer cette tête 10a en divisant la zone de jonction sécable 12 lui étant directement adjacente. Cette division de la zone de jonction 12, reliant les première et seconde têtes d’usinage 10a, 10b, peut par exemple s’effectuer par découpe par usinage, ou encore par simple cassure.
L’étape suivante, schématisée sur la figure 9, consiste à reprendre la retouche à l’aide du même outil 1 restant emmanché dans la machine 20, c’est-à-dire sans procéder à un changement d’outil, mais en utilisant la seconde tête d’usinage 10b de cet outil 1. Celle-ci sert ainsi à la retouche des excès de silicium 130 restant sur le premier secteur d’anneau 124a, et/ou à la retouche du second secteur d’anneau 124a’ et éventuellement d’autres secteurs si le niveau d’usure le permet. A cet égard, il est indiqué que préférentiellement, une tête d’usinage 10a-10c peut servir pour la retouche d’un ou deux secteurs d’anneau de turbine.
Ce principe est appliqué jusqu’à l’usure de la dernière tête d’usinage 10c de l’outil 1, suite à quoi un changement d’outil peut être envisagé sur la machine d’usinage 20.
Diverses modifications peuvent être apportées par l’homme du métier à l’invention qui vient d’être décrite, uniquement à titre d’exemples non limitatifs, et dont la portée est délimitée par les revendications annexées. En particulier, le procédé de retouche selon l’invention s’applique non seulement aux secteurs d’anneau de turbine, haute pression ou basse pression, mais également à toute autre pièce de turbomachine d’aéronef nécessitant de telles retouches par usinage, voire encore à des pièces appartenant à d’autres domaines techniques.
Claims (8)
- Outil rotatif (1) pour la retouche d’une pièce (124a) par usinage, l’outil s’étendant selon un axe central longitudinal (2) correspondant à son axe de rotation, le long duquel cet outil comprend une queue d’outil (4) suivie d’une portion de travail (6),
caractérisé en ce que la portion de travail (6) comprend plusieurs têtes d’usinage (10a-10c) se succédant selon l’axe central longitudinal (2), deux têtes d’usinage (10a-10b) quelconque et directement consécutives de la portion de travail étant séparées l’une de l’autre par une zone de jonction sécable (12), de section réduite par rapport à celle des deux têtes d’usinage. - Outil selon la revendication 1, caractérisé en ce que les têtes d’usinage (10a-10c) sont des têtes diamantées.
- Outil selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le nombre de têtes d’usinage (10a-10c) est compris entre deux et huit.
- Outil selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque tête d’usinage (10a-10c) présente une surface extérieure de révolution, par exemple de forme sphérique, conique, oblongue, ou encore en forme d’ogive.
- Outil selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque tête d’usinage (10a-10c) présente une largeur maximale (L2), dans un plan orthogonal à l’axe central longitudinal (2) de l’outil, comprise entre 1 et 6 mm.
- Outil selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que toutes les têtes d’usinage (10a-10c) sont identiques.
- Procédé de retouche d’une ou plusieurs pièces (124a, 124a’) par usinage à l’aide d’un outil (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comprend les étapes suivantes :
- retouche d’une première pièce (124a) à l’aide d’une première tête d’usinage (10a) située à l’extrémité longitudinale de l’outil (1), à l’opposé de la queue d’outil (4) ;
- après usure de la première tête d’usinage (10a), retrait de celle-ci de manière à ce qu’une seconde tête d’usinage (10b) se trouve à son tour située à l’extrémité longitudinale de l’outil, à l’opposé de la queue d’outil (4) ; et
- poursuite de la retouche de la première pièce (124a) à l’aide de la seconde tête d’usinage (10b), et/ou retouche d’une ou plusieurs autres pièces (124a’) à l’aide de cette même seconde tête d’usinage (10b). - Procédé de retouche selon la revendication 7, caractérisé en ce qu’il s’applique à la retouche de secteurs d’anneau de turbine (124a) de turbomachine d’aéronef, de préférence à des secteurs d’anneau de turbine réalisés dans un matériau composite à matrice céramique, et encore plus préférentiellement à des secteurs d’anneau de turbine ayant subi une étape de densification par siliciuration, l’étape de retouche consistant à usiner les excès de silicium (130) apparus au cours de cette siliciuration sur les secteurs d’anneau de turbine (124a).
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| WO1999052663A1 (fr) * | 1998-04-09 | 1999-10-21 | Novator Ab | Procede pour pratiquer des trous dans des composites renforces de fibres au moyen d'un outil muni d'une tete de coupe a large diametre et a hauteur reduite |
| US20060093446A1 (en) * | 2004-11-04 | 2006-05-04 | Belle Enterprises, Inc. | Glass drill bit |
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| WO1999052663A1 (fr) * | 1998-04-09 | 1999-10-21 | Novator Ab | Procede pour pratiquer des trous dans des composites renforces de fibres au moyen d'un outil muni d'une tete de coupe a large diametre et a hauteur reduite |
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