FR3116221A1 - Système d’ajustement angulaire pour dispositif de finition par usinage d’une aube de turbomachine - Google Patents

Système d’ajustement angulaire pour dispositif de finition par usinage d’une aube de turbomachine Download PDF

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Abstract

L’invention concerne un système d’ajustement angulaire (40) pour dispositif de finition (30) par usinage d’une aube (10) de turbomachine, le dispositif de finition (30) par usinage comprenant un plateau (32) et un support amovible (34) conformé pour supporter l’aube de manière à ménager une zone libre d’usinage du pied de l’aube selon au moins une direction perpendiculaire à l’axe longitudinal, le système d’ajustement angulaire (40) étant agencé entre une embase (36) du support amovible (34) et le plateau (32) du dispositif de finition et étant conformé pour former un angle entre l’embase (36) du support amovible et le plateau (34) du dispositif de finition de manière réglable dans un plan perpendiculaire au plateau. Figure pour l'abrégé : Figure 3

Description

SYSTÈME D’AJUSTEMENT ANGULAIRE POUR DISPOSITIF DE FINITION PAR USINAGE D’UNE AUBE DE TURBOMACHINE
Le domaine de la présente invention est celui de la fabrication des pièces de turbomachines et, plus particulièrement, celui de l'usinage final réalisé sur des pièces issues de fonderie ou de forgeage.
De façon plus générale la présente invention est relative à la finition de pièces chaque fois que l’on a une pièce brute, aux cotes finies, sur laquelle doit encore être effectué un dernier usinage, dit de finition. Il s'applique tout particulièrement aux aubes de turbomachines réalisées par fonderie ou par forgeage.
Ainsi, l’invention concerne un système d’ajustement angulaire pour dispositif de finition par usinage d’une aube de turbomachine ainsi que le dispositif de finition par usinage comportant un tel système d’ajustement angulaire.
L’amélioration des performances des moteurs à turbine à gaz passe par la réalisation d’aubages au profil aérodynamique optimisé. En particulier on cherche à obtenir des aubes présentant un bord de fuite, d’épaisseur aussi faible que possible compte tenu de contraintes de tenue mécanique et de fabrication.
Les aubes de turbine des turbomachines sont généralement réalisées par la technique dite de la cire perdue qui permet d'obtenir directement la forme recherchée pour la plus grande partie de la pièce, sans passer par la réalisation d'une pièce brute qu'il faut ensuite usiner pour obtenir sa forme définitive. Cette technique nécessite tout de même un usinage de finition ou de rectification qui comprend des opérations sur les différentes parties de l’aube et notamment sur le bord d’attaque ou sur le bord de fuite afin d’obtenir une épaisseur aussi faible que possible. L’ébauche du pied des aubes, et en particulier l’usinage de la plate-forme pour son raccordement avec le profil aérodynamique de la pale de l’aube, nécessite l'enlèvement de quantités importantes de matière. A la fin de l’étape de finition, l’angle de la sélection finale défini comme l’angle entre le pied de l’aube et l’angle d’attaque de la pale de l’aube doit être de 0 minute afin que l’aube soit conforme afin de garantir une qualité optimale pour le moteur.
De façon connue, l’étape de finition de l’aube est réalisée par un dispositif de finition par usinage comportant un outil d’usinage, telle qu’une meule, monté sur un bras articulé, par exemple une machine-outil à commande numérique, telle qu’une machine rectifieuse trois axes à commande numérique par ordinateur. Le dispositif de finition comprend un support amovible de l’aube dans une direction donnée de manière à ménager une zone libre d’usinage du pied de l’aube, selon au moins une direction perpendiculaire à l’axe longitudinal. Ce support amovible est fixé sur un plateau du dispositif de finition et présente une inclinaison déterminée afin de permettre un accès et une orientation de l’outil d’usinage plus aisée.
La illustre une telle étape de finition du pied 18 d’une aube 10 au cours de laquelle le pied de l’aube et en particulier la plateforme est usiné par une meule 2.
A cet effet, il est connu d’utiliser une cale agencée entre le plateau et le support mobile pour permettre l’ajustement angulaire désiré.
Néanmoins, la cale a généralement une valeur d’angle standard et si la valeur standard de la cale n’est pas adaptée à l’aube à usiner, il faut remplacer la cale par une autre ayant une autre valeur d’angle. Dans ce cas, le spécialiste du procédé de finition par usinage doit démonter le lourd assemblage afin de remplacer la cale et remonter le lourd assemblage.
En outre, ce remplacement de cale augmente les temps de fabrication de l’aube d’environ quatre heures ainsi que les coûts de fabrication puisqu’il est nécessaire de fabriquer beaucoup de cales, chacune ayant un angle spécifique, selon l’ajustement à réaliser.
Partant de ces constations, un objectif de l’invention est donc de pallier aux inconvénients précités.
À cet effet, l’invention concerne un système d’ajustement angulaire pour dispositif de finition par usinage d’une aube de turbomachine, l’aube comprenant une pale s’étendant selon un axe longitudinal et un pied formant support pour la pale, le dispositif de finition par usinage comprenant un plateau et un support amovible conformé pour supporter l’aube de manière à ménager une zone libre d’usinage du pied de l’aube selon au moins une direction perpendiculaire à l’axe longitudinal, le système d’ajustement angulaire étant agencé entre une embase du support amovible et le plateau du dispositif de finition et étant conformé pour former un angle entre l’embase du support amovible et le plateau du dispositif de finition de manière réglable dans un plan perpendiculaire au plateau.
L’invention permet de changer l’angle du support amovible supportant la pièce par rapport au plateau du dispositif de finition sans devoir soulever et démonter l’assemblage formé par le système amovible fixé au dispositif de finition et supportant l’aube, le plateau du dispositif de finition et le système d’ajustement angulaire. Ainsi, le système d’ajustement angulaire selon l’invention présente une ergonomie accrue par rapport aux dispositifs de l’art antérieur.
En outre, le système selon l’invention permet de s’affranchir de la fabrication d’une pluralité de cales d’angles différents permettant un gain important en termes de coûts de production.
De plus, le système selon l’invention permet une forte diminution du temps de fabrication de l’aube, puisqu’elle ne nécessite plus de démontage et de remontage du dispositif de finition d’une part, ni la fabrication des cales ayant la valeur d’angle adaptée d’autre part.
Le système d’ajustement angulaire selon l’invention peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément les unes des autres ou en combinaison les unes avec les autres :
- l’angle entre l’embase du support amovible et le plateau du dispositif de finition est réglable entre -10° et +10° par rapport à la normale au plateau du dispositif de finition, de préférence entre -5° et +5°, et de préférence encore entre -2° et +2° ;
- le système d’ajustement angulaire comprend une cale d’ajustement ayant une face destinée à être fixée à une face inférieure de l’embase du support amovible et un moyen de réglage de l’angle entre la face de la cale et le plateau du dispositif de finition, la cale étant agencée et conformée pour être mobile en rotation autour d’un axe de rotation parallèle à l’axe longitudinal de l’aube lorsque l’aube est supportée par le support amovible fixé au système d’ajustement angulaire ;
- le moyen de réglage comporte une embase et une vis de réglage, l’embase étant conformée pour venir en appui contre une face opposée à la face destinée à être fixée au support amovible et comportant un trou fileté traversant et configuré pour recevoir la vis de réglage, la vis de réglage s’étendant dans une direction perpendiculaire au plateau ;
- la vis de réglage comporte une extrémité articulée conformée pour être en appui sur le plateau du dispositif de finition ;
- le système d’ajustement angulaire comporte un moyen de verrouillage de l’angle entre la face de la cale et le plateau du dispositif de finition ;
- le système d’ajustement angulaire comprend un moyen pour amortir les vibrations lors de l’usinage ;
- le moyen pour amortir les vibrations lors de l’usinage comprend des supports latéraux de la cale d’ajustement supportés par le plateau et s’étendant perpendiculairement au plateau ;
- le système d’ajustement angulaire comporte un moyen de calibrage de l’angle entre la face de la cale et le plateau du dispositif de finition à une valeur nulle.
L’invention concerne également un dispositif de finition par usinage d’une aube de turbomachine comprenant un plateau, un support amovible conformé pour supporter l’aube de manière à ménager une zone libre d’usinage du pied de l’aube et un système d’ajustement angulaire tel que décrit précédemment.
L’invention concerne également un procédé de finition par usinage du pied d’une aube par un dispositif tel que décrit précédemment, le procédé comprenant une étape d’ajustement angulaire de l’angle entre l’embase du support amovible et le plateau du dispositif de finition de manière réglable dans un plan perpendiculaire à l’axe longitudinal de l’aube.
La présente invention sera mieux comprise et d’autres détails, caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description d’un exemple non limitatif qui suit, en référence aux dessins annexés sur lesquels :
la figure 1, déjà décrite, illustre une étape de finition du pied d’une aube,
la figure 2 représente une aube de turbine,
la figure 3 illustre schématiquement une vue en perspective d’un dispositif de finition selon l’invention,
la figure 4 représente schématiquement une vue en perspective d’un système d’ajustement angulaire fixé sur un plateau du dispositif de la figure 2,
la figure 5 est une vue agrandie de face du système d’ajustement de la selon la flèche A illustrée sur la figure 4,
la figure 6 illustre une vue en perspective partiellement en coupe du dispositif de la figure 4,
la figure 7 est la même vue en perspective que la figure 5 sans plan de coupe, et
la figure 8 représente schématiquement une autre vue en perspective d’un système d’ajustement angulaire fixé sur un plateau du dispositif de la figure 2.
Sur les différentes figures, les éléments analogues sont désignés par des références identiques. En outre, les différents éléments ne sont pas nécessairement représentés à l’échelle afin de présenter une vue permettant de faciliter la compréhension de l’invention.
La illustre une aube 10 pour organe de turbomachine, tel qu'une turbine basse pression. L’aube 10 comprend classiquement une pale 12 présentant un bord d'attaque 14 et un bord de fuite 16, et un pied 18 formant un support de la pale 12 et par lequel elle est montée sur un rotor de turbine. Le pied 18 comprend une plateforme 20 depuis laquelle la pale 12 fait radialement saillie vers l'extérieur par rapport à un axe de rotation de l'aube. La pale 12 s’étend selon un axe longitudinale C.
L’ébauche du pied de l’aube et en particulier l’usinage de la plateforme nécessite d’enlever/usiner au moins une première portion de matière 22 d’un bord latéral de la plateforme 20 et une second portion de matière 24 du pied 18. La première portion de matière 22 s’étend selon une direction perpendiculaire à l’axe longitudinal A et la seconde portion de matière 24 s’étend sur un bord latéral du pied s’étendant selon une direction perpendiculaire à l’axe longitudinal C et sous le pied, c’est-à-dire dans un plan transverse à l’axe longitudinal C.
La présente invention concerne un dispositif de finition 30 par usinage du pied d’une aube de turbomachine comportant un outil d’usinage monté sur un bras articulé (non illustré). L’outil d’usinage est par exemple une machine-outil à commande numérique par ordinateur, telle qu’une machine rectifieuse trois axes à commande numérique par ordinateur. Un tel dispositif de finition 30 est illustré en . L’outil est un outil d’enlèvement de matière adaptatif, de préférence une meule abrasive profilée avec la préforme du pied de l'aube mobile.
Le dispositif de finition 30 comporte un plateau 32 s’étendant selon deux directions perpendiculaires X et Y.
En outre, le dispositif de finition 30 comprend un support amovible 34 de l’aube 10 configuré pour supporter l’aube pendant l’usinage dans une position prédéterminée, et notamment permettant de ménager une zone libre d’usinage du pied 18 de l’aube. La zone libre d’usinage du pied 18 de l’aube 10 comprend au moins une des portions de matière à usiner 22, 24. Par conséquent, la zone libre d’usinage du pied de l’aube est selon au moins une direction perpendiculaire à l’axe longitudinal C. Dans l’exemple illustré sur la , l’aube est positionnée sur le support amovible 34 de sorte que l’axe longitudinal C est compris dans un plan YZ. Par conséquent, la zone libre d’usinage du pied de l’aube s’étend selon l’axe X dans l’exemple illustré, les directions X, Y et Z formant un trièdre direct.
Le support mobile 34 est configuré pour serrer l’aube 10 par exemple entre un mors amovible et un mors fixe de manière à former un ensemble rigide. L’aube 10 est serrée sur la plus grande surface possible afin de réduire les vibrations tout en maintenant l’accessibilité aux outils pour l’usinage.
Dans l’exemple illustré sur la , le dispositif de finition 30 comporte deux supports amovibles 34, chacun supportant un aube 10 dans une position prédéterminée permettant de ménager une zone libre d’usinage du pied 18 pour chaque de aube. Les deux supports amovibles 34 sont agencés tête-bêche de sorte que les pieds des aubes sont en regard l’un de l’autre.
Le support amovible 34 comprend une embase 36 agencée pour la fixation du support 34 au plateau 32 et un moyen de fixation de l’aube 10 sur l’embase 36.
Le dispositif de finition 30 comporte également un système d’ajustement angulaire 40 agencé entre l’embase 36 du support amovible 34 et le plateau 32 du dispositif de finition 30.
Les figures 4 à 8 illustrent un tel système d’ajustement angulaire 40 conformé pour former un angle entre l’embase 36 du support amovible et le plateau 32 du dispositif de finition de manière réglable dans un plan perpendiculaire au plateau 32.
L’angle entre l’embase 36 du support amovible et le plateau 32 du dispositif de finition est réglable entre -10° et +10° par rapport à la normale Z du plateau 32 du dispositif de finition, de préférence entre -5° et +5°, et de préférence encore entre -2° et +2°.
Ainsi, le système d’ajustement angulaire 40 permet d’incliner l’aube 10 via le support amovible 34 afin de faciliter l’accès à la zone du pied à usiner pour l’outil d’usinage pour usiner le pied de l’aube avec l’angle correcte par rapport à la pale.
Le système d’ajustement angulaire 40 comprend une cale d’ajustement 42 ayant une face 44 destinée à être fixée à une face inférieure 38 de l’embase 36 du support amovible 34, par exemple par des vis.
La cale d’ajustement 42 s’étend longitudinalement selon la direction Y entre une première et une deuxième extrémités 46, 48. Elle est agencée et conformée pour être mobile en rotation autour d’un axe de rotation 50 (visible sur la ). L’axe de rotation 50 est ménagé dans la cale 42 sensiblement à égale distance des première et une deuxième extrémités 46, 48 de la cale afin de pouvoir basculer la cale d’ajustement entre deux positions extrêmes. L’axe de rotation 50 est parallèle à la direction Y sur les figures 4 à 8. Les deux positions extrêmes sont de préférence symétriques par rapport à un plan parallèle à l’axe de rotation 50 de la cale et perpendiculaire au plateau 32 du dispositif de finition lorsque la cale est fixée au plateau, c’est-à-dire s’étendant selon les directions Y et Z. Ainsi, la cale 42 est agencée et conformée pour être mobile en rotation autour d’un axe de rotation parallèle à l’axe longitudinal de l’aube lorsque l’aube est supportée par le support amovible fixé au système d’ajustement angulaire.
En outre, le système d’ajustement angulaire 40 est également fixé au plateau 32 via des supports 45 agencés de part et d’autre de la cale 42. Chaque support 45 s’étend perpendiculairement à l’axe de rotation 50 de la cale et est fixé, par exemple grâce à des vis à la fois au plateau 32 et à la cale 42.
Le système d’ajustement angulaire 40 comporte un guide arrière 90 visible sur les figures 4 et 7. Le guide arrière 51 est agencé entre la cale d’ajustement 42 et un des supports 45. Il s’étend dans un plan XZ. Le guide arrière 90 comporte une rainure 92 ouverte et ménagée dans l’épaisseur du guide arrière 90 selon la direction Y et s’étend longitudinalement selon une direction formant un angle non nul avec la normale Z à la face 44 de la cale d’ajustement 42. Le guide arrière 90 est pressé contre le support 45 via un moyen de serrage, tel qu’une vis 94. La tige de la vis 94 est insérée dans la rainure 92 et ainsi la tête de vis 94 permet de presser le guide arrière 90 contre le support 45.
Le guide arrière 90 comporte en outre une surface d’appui 96 s’étendant dans un plan YZ, parallèle à l’axe de rotation 50 de la cale lorsque l’ensemble est assemblé. Cette surface d’appui 96 est conformée pour venir en appui contre un épaulement 98 de forme complémentaire ménagé dans la cale d’ajustement. Le guide arrière 51 est ainsi conformé pour guider la cale d’ajustement 42 et augmenter la stabilité de la cale d’ajustement 42 pendant l’usinage. Le système d’ajustement angulaire 40 comprend en outre un moyen de réglage 52 de l’angle entre la face 44 de la cale 42 et le plateau 32 du dispositif de finition. Le moyen de réglage 52 est davantage visible sur les figures 5 et 8. De préférence, le moyen de réglage 52 comporte une embase 53 et une vis de réglage 54, agencés à la seconde extrémité 48 de la cale. La vis de réglage 54 s’étend longitudinalement dans une direction perpendiculaire au plateau 32.
L’embase 53 comporte un trou traversant, fileté et ménagé dans l’embase et configuré pour recevoir la vis de réglage 54. L’embase 53 comporte en outre une surface d’appui 55 s’étendant dans un plan XY, parallèle à la face 44 de la cale lorsque l’ensemble est assemblé. Cette surface d’appui 55 est conformée pour venir en appui contre un épaulement de forme complémentaire ménagé dans la cale d’ajustement notamment dans la face opposée à la face 44.
Avantageusement, la vis de réglage 54 comporte en outre une extrémité articulée 56 conformée pour être en appui sur le plateau 32 du dispositif de finition assurant ainsi la stabilité de la position de la cale selon l’angle réglé.
Un tel moyen de réglage 52 assure un réglage précis de l’angle de la face supérieure 44 de la cale par rapport au plateau 32 et par conséquent de l’angle entre l’embase 36 du support amovible et le plateau 32 du dispositif de finition.
Un tel moyen de réglage forme également avantageusement un moyen de verrouillage 60 de l’angle entre la face 44 de la cale 42 et le plateau 32 du dispositif de finition 30.
De préférence, le système d’ajustement angulaire 40 comprend un moyen pour amortir les vibrations lors de l’usinage comportant des supports latéraux 72 de la cale 42 d’ajustement supportés chacun par le plateau 32. Chaque support latéral 72 est réalisé en matériau très robuste afin d’éviter les vibrations et agencé à chaque extrémité longitudinale 46, 48 de la cale 42. Chaque support latéral 72 s’étend dans un plan perpendiculaire à la face supérieure 44 la cale, ici dans un plan YZ. Chaque support est pourvu de deux fentes 74, s’étendant selon la normale au plateau 32 c’est-à-dire selon la direction Z, permettant de recevoir chacune une vis de fixation 76 du support latéral 72 à la cale 42 et autorisant la rotation de la cale autour de son axe de rotation 50. Ainsi, chaque vis de fixation 76 est mobile en translation dans la fente 74 pendant le réglage du système d’ajustement angulaire par rotation de la cale.
Avantageusement, le système d’ajustement angulaire comporte un moyen de calibrage 80. Ce moyen de calibrage 80 permet de régler le système d’ajustement de sorte que l’angle entre la face 44 de la cale 42 et le plateau 32 du dispositif de finition à une valeur nulle. En d’autres termes, dans cette position de calibrage la face 44 de la cale 42 est parallèle au plateau 32 du dispositif de finition 30.
Ainsi, après avoir monté l’aube 10 sur le support amovible 34, lui-même fixé au plateau 32 du dispositif de finition par usinage, via le système d’ajustement angulaire 40, l’opérateur d’usinage règle l’angle entre la face 44 de la cale 42 et le plateau 32 du dispositif de finition 30 selon l’angle prédéterminé au moyen de la vis de réglage 52 permettant la rotation de la cale 42 autour de son axe de rotation 50 dans le sens désiré.
L’usinage ultérieur d’une autre aube avec un angle différent ne nécessitera aucun démontage/remontage de l’assemblage, ni aucune autre fabrication de cale d’ajustement à un angle différent grâce à l’invention.

Claims (10)

  1. Système d’ajustement angulaire (40) pour dispositif de finition (30) par usinage d’une aube (10) de turbomachine, l’aube (10) comprenant une pale (12) s’étendant selon un axe longitudinal (C) et un pied (18) formant support pour la pale, le dispositif de finition (30) par usinage comprenant un plateau (32) et un support amovible (34) conformé pour supporter l’aube de manière à ménager une zone libre d’usinage du pied de l’aube selon au moins une direction perpendiculaire à l’axe longitudinal, le système d’ajustement angulaire (40) étant agencé entre une embase (36) du support amovible (34) et le plateau (32) du dispositif de finition et étant conformé pour former un angle entre l’embase (36) du support amovible et le plateau (32) du dispositif de finition de manière réglable dans un plan perpendiculaire au plateau.
  2. Système d’ajustement angulaire selon la revendication 1, dans lequel l’angle entre l’embase (36) du support amovible (34) et le plateau (32) du dispositif de finition (30) est réglable entre -10° et +10° par rapport à la normale (Z) au plateau du dispositif de finition, de préférence entre -5° et +5°, et de préférence encore entre -2° et +2°.
  3. Système d’ajustement angulaire selon la revendication 1 ou 2, comprenant une cale (42) d’ajustement ayant une face (44) destinée à être fixée à une face inférieure (38) de l’embase du support amovible et un moyen de réglage (52) de l’angle entre la face (44) de la cale et le plateau (32) du dispositif de finition, la cale étant agencée et conformée pour être mobile en rotation autour d’un axe de rotation (50) parallèle à l’axe longitudinal (C) de l’aube lorsque l’aube (10) est supportée par le support amovible fixé au système d’ajustement angulaire.
  4. Système d’ajustement angulaire selon la revendication 3, dans lequel le moyen de réglage (52) comporte une embase (53) et une vis de réglage (52), l’embase (53) étant conformée pour venir en appui contre une face opposée à la face (44) destinée à être fixée au support amovible et comportant un trou fileté traversant et configuré pour recevoir la vis de réglage (54), la vis de réglage s’étendant dans une direction perpendiculaire au plateau (32).
  5. Système d’ajustement angulaire selon la revendication 4, dans lequel la vis de réglage (54) comporte une extrémité articulée (56) conformée pour être en appui sur le plateau (32) du dispositif de finition.
  6. Système d’ajustement angulaire selon l’une des revendications 3 à 5, comportant un moyen de verrouillage (60) de l’angle entre la face (44) de la cale (42) et le plateau (32) du dispositif de finition (30).
  7. Système d’ajustement angulaire selon l’une des revendications 3 à 6, comportant un moyen pour amortir les vibrations lors de l’usinage.
  8. Système d’ajustement angulaire selon la revendication 7, dans lequel le moyen pour amortir les vibrations lors de l’usinage comprend des supports latéraux (72) de la cale d’ajustement (42) supportés par le plateau (32) et s’étendant perpendiculairement au plateau (32).
  9. Système d’ajustement angulaire selon l’une des revendications 3 à 8, comportant un moyen de calibrage (80) de l’angle entre la face de la cale et le plateau du dispositif de finition à une valeur nulle.
  10. Dispositif de finition par usinage d’une aube de turbomachine comprenant un plateau, un support amovible conformé pour supporter l’aube de manière à ménager une zone libre d’usinage du pied de l’aube et un système d’ajustement angulaire selon l’une des revendications précédentes.
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