FR3125451A1 - Dispositif de guidage d’une électrode d’appareil de perçage par électroérosion - Google Patents
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Abstract
L’invention concerne un guide (16) de dispositif de perçage par électroérosion, comportant un alésage (18) dans lequel une électrode (22) est montée coulissante. Selon l’invention, il comporte au moins deux paliers (19, 21) de guidage de l’électrode espacés l’un de l’autre dans l’alésage (18) en étant rigidement solidarisés à cet alésage (18), ces deux paliers (19, 21) présentent une dureté supérieure à celle de l’électrode (22) Figure pour l’abrégé : Figure 3
Description
L’invention concerne la réalisation de perçages ou micro-trous dans une aube de turbomachine, telle qu’un turboréacteur, un turbopropulseur, ou une turbine à gaz, et elle s’applique en particulier à une aube de turbine haute pression.
ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE
Dans un moteur de type turboréacteur, l'air est admis dans une manche d'entrée pour traverser une soufflante avant de se scinder en un flux primaire central et un flux secondaire entourant le flux primaire.
Le flux primaire est comprimé par des compresseurs basse et haute pression avant d'atteindre une chambre de combustion, après quoi il se détend en traversant des turbines haute et basse pression, avant d'être évacué en générant une poussée auxiliaire. Le flux secondaire est propulsé directement par la soufflante pour générer une poussée principale.
Chaque turbine comporte des aubes refroidies en y faisant circuler de l'air prélevé en amont de la chambre de combustion et admis en pied d'aube, cet air étant évacué par les perçages traversant les parois de ces aubes.
Les aubes de la turbine haute pression subissent les conditions de fonctionnement les plus critiques en termes de pression et de température, c’est pourquoi elles sont constituées d’une pièce monobloc en alliage métallique issue de fonderie, dans laquelle les micros trous sont constitués après fonderie.
Une telle aube, repérée par 1 sur la figure, comprend un pied P par lequel elle est fixée à un disque de rotor, et une pale 2 portée par ce pied P. Cette pale 2 qui est creuse comporte des cavités internes dans lesquelles circule de l'air de refroidissement admis par des embouchures situées à une face radialement interne 3 du pied P, cet air étant évacué par des trous 4 traversant ses parois d’intrados et d’extrados.
Ces trous sont usinés par micro électroérosion : une électrode est rapprochée de la pièce brute pour générer un arc électrique qui ablate la matière de cette pièce brute. La formation d’un trou est obtenue en faisant avancer l’électrode progressivement dans la pièce au fur et à mesure que la matière en est retirée, l’avance de l’électrode étant asservie sur la différence de potentiel entre la pièce et l’électrode.
Dans ce cadre, l’électrode est portée par un guide dans lequel elle coulisse, pour être déplacée dans l’axe du trou durant son usinage, et pour être ensuite rétractée afin de déplacer la pièce brute sans collision avec l’électrode afin de passer à l’usinage du trou suivant.
En pratique, au fil de la réalisation des trous, l’électrode se dégrade, de sorte qu’elle doit être régulièrement changée, mais de plus, le guide s’use de sorte qu’il n’assure plus un positionnement suffisamment précis de l’électrode, de sorte que les trous ne sont plus réalisés selon les tolérances géométriques requises.
Dans ce cadre, l’invention a pour objet d’apporter une solution pour rendre un tel appareillage à la fois robuste dans le temps et précis dans ses opérations, de façon à augmenter sa durée de vie.
A cet effet, l’invention a pour objet un guide de dispositif de perçage par électroérosion, comportant un alésage dans lequel une électrode est montée coulissante,caractériséen ce qu’il comporte plusieurs paliers de guidage de l’électrode espacés l’un de l’autre dans l’alésage en étant rigidement solidarisés à cet alésage, et en ce que le matériau constitutif d’au moins un de ces paliers présente une dureté supérieure à celle de l’électrode.
Ceci permet aux paliers de ne plus être détériorés par les résidus de matière s’agglomérant à la surface externe de l’électrode au fil de la réalisation des microtrous, ce qui permet d’augmenter significativement la durée de vie du guide. Le choix de plusieurs paliers distincts permet en outre de réduire les efforts de frottements apparaissant lorsque l’électrode est déplacée dans le guide.
L’invention concerne également un guide ainsi défini, comprenant au moins un palier formé dans un matériau ayant une dureté Vickers supérieure à 450 HV.
L’invention concerne également un guide ainsi défini, dans lequel le matériau constitutif des paliers est électriquement isolant.
L’invention concerne également un guide ainsi défini, comprenant au moins un palier en corindon synthétique.
L’invention concerne également un guide ainsi défini, comprenant au moins un palier en verre métallique.
L’invention concerne également un guide ainsi défini, comprenant deux paliers situés chacun à une extrémité de l’alésage.
L’invention concerne également un guide ainsi défini, comprenant au moins un palier solidarisé à l’alésage par sertissage.
L’invention concerne également un guide ainsi défini, comprenant au moins un palier solidarisé à l’alésage par frettage.
L’invention concerne également un guide ainsi défini, dans lequel l’électrode et l’alésage sont incurvées.
L’invention concerne également un procédé de réalisation de microtrous par électroérosion dans une pièce, en utilisant un dispositif ainsi défini, et dans lequel le matériau constitutif d’au moins un palier présente une dureté supérieure à celle du matériau de la pièce.
La est une vue d’ensemble d’une aube de turbine haute pression de turbomachine ;
La est une vue en coupe d’un guide d’électrode pour réaliser des trous par électroérosion ;
La est une vue en coupe d’un guide selon l’invention pour réaliser des trous par électroérosion ;
La est une vue en coupe d’une portion du guide selon l’invention représentée en perspective et montrant deux paliers ;
La est une vue en coupe d’une portion du guide selon l’invention au niveau d’un palier de guidage.
EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS
Sur la , un guide 6 comporte un corps 7 traversé par un alésage 8 s’étendant selon un axe principal AX, avec une gaine 9 cylindrique qui est engagée dans cet alésage en s’étendant sur toute sa longueur et en étant rigidement solidaire de cet alésage.
Ce guide 6 porte une électrode 11 ayant une forme générale de tige rectiligne qui est engagée dans la gaine 9 de façon à pouvoir coulisser selon l’axe AX dans cette gaine 9.
L’invention est basée sur le constat selon lequel lors de l’électroérosion d’un trou, des particules 12 du matériau percé sont transférées sur la face latérale de l’électrode. Ceci rend la face externe de l’électrode irrégulière : elle se « charbonne » en accumulant des agglomérats de particules dures, ce qui tend entre autres à augmenter sensiblement son diamètre.
Lorsque l’électrode 11 est ensuite rétractée, sa face externe devenue irrégulière détériore la face interne de la gaine 9, ce qui tend à en accroître le diamètre interne, de sorte qu’au fil des cycles, le guidage de l’électrode 11 par la gaine 9 devient trop imprécis.
Sur la , le guide 16 selon l’invention comporte un corps 17 traversé par un alésage 18 s’étendant selon un axe principal AX’, dans lequel sont montés deux paliers 19 et 21 qui sont espacés l’un de l’autre le long de l’axe AX’.
Ce guide 16 porte une électrode 22 en forme de tige cylindrique qui est ici rectiligne, et qui coulisse dans les paliers 19 et 21. Comme visible sur la , les paliers 19 et 21 sont placés aux extrémités de l’alésage 18 auquel ils sont l’un et l’autre rigidement solidarisés. Ces paliers ont des formes de manchons cylindriques, la face interne cylindrique de chacun d’eux ayant un diamètre correspondant précisément au diamètre externe de l’électrode 22, de manière à guider cette électrode en translation de la façon la plus précise possible le long de l’axe AX’, la précision requise étant de l’ordre du centième de millimètre.
Selon l’invention, ces paliers 19, 21 sont constitués d’un matériau ayant une dureté très supérieure à celle de l’électrode. Avantageusement ce matériau présente également une dureté supérieure à celle du matériau de l’aube devant être percée. Ainsi, les particules 23 de l’aube qui s’agglomèrent à la face externe de l’électrode lorsque des perçages sont réalisés ont une dureté inférieure à celle de ces paliers 19, 21, de sorte que lorsque l’électrode coulisse dans le guide, ce sont les particules qui sont dégradées par les paliers, et par là même retirées de l’électrode, de manière à conserver une précision de guidage appropriée.
Les paliers peuvent être constitués de tout matériau adapté présentant une dureté supérieure de l’électrode, et avantageusement à celle de la pièce. A titre d’ordre de grandeur, l’alliage constitutif des aubes de turbines haute pression présente une dureté Vickers pouvant être de 450 HV, de sorte que des paliers formés dans un matériau ayant une dureté supérieure à 450 HV peuvent être considérés comme appropriés.
En pratique, les matériaux utilisables pour constituer les paliers de guidage peuvent être le rubis d’horlogerie ou bien le verre métallique.
Le rubis d’horlogerie, à savoir le corindon synthétique, présente une dureté Vickers de 3000 HV qui est de ce fait très supérieure à celle de l’alliage constituant les aubes de turbines haut pression. Ce matériau est de plus peu coûteux et électriquement non conducteur.
Le verre métallique est un alliage métallique amorphe, qui est obtenu par refroidissement très rapide d’un alliage depuis son état fondu, ce qui lui confère une dureté très élevée permettant son utilisation pour constituer de tels paliers de guidage.
En ce qui concerne leur montage, ces paliers de guidage peuvent avantageusement être solidarisés au guide par frettage ou bien par sertissage dans l’alésage qui les reçoit.
Dans ce cas, et comme illustré schématiquement sur les figures 4 et 5, l’alésage 18 peut avantageusement comporter à chacune de ses extrémités un épaulement, à savoir une région présentant un diamètre supérieur à son diamètre nominal, destinées à recevoir chacune un palier. Ces épaulements permettent de bloquer longitudinalement chaque palier 19, 21 à sa position de référence dans l’alésage 18.
D’une manière générale, les paliers 19 et 21 ont une longueur comprise entre 1 et 10 millimètres, l’alésage 18 ayant lui une longueur comprise entre 70 et 150 millimètres.
Le matériau des paliers est avantageusement, non conducteur électriquement, ce qui permet de mettre le corps 17 au même potentiel que la pièce dans laquelle les microtrous doivent être réalisés, afin d’éviter la formation d’arcs électriques entre le corps 17 et la pièce.
Dans le cas où le matériau des paliers 19 et 21 est électriquement conducteur, ils peuvent être entourés par une bague en matériau isolant de façon à rester électriquement isolés du corps 17.
Par ailleurs, dans l’exemple des figures, l’électrode et l’alésage sont rectilignes, mais ces éléments peuvent également être incurvés en arc de cercle, de façon atteindre des positions non atteignables avec un guide rectiligne.
Dans ce cas, l’invention apporte un gain supplémentaire en réduisant significativement les efforts de frottements entre l’électrode et ses éléments de guidage, du fait que le choix de paliers selon l’invention permet de réduire de façon importante la longueur de guidage.
L’invention permet d’améliorer significativement le guidage de l’électrode dans les opérations de perçage par électroérosion, ce qui permet d’augmenter la durée de vie du guide ainsi que la précision des perçages réalisés. L’invention a ici été présentée dans le cadre du perçage d’aubes de turbine haute pression, mais elle s’applique d’une façon plus générale à tout procédé de réalisation de trous micro électroérosion.
Claims (10)
- Guide (16) de dispositif de perçage par électroérosion, comportant un alésage (18) dans lequel une électrode (22) est montée coulissante,caractériséen ce qu’il comporte plusieurs paliers (19, 21) de guidage de l’électrode espacés l’un de l’autre dans l’alésage (18) en étant rigidement solidarisés à cet alésage (18), et en ce que le matériau constitutif d’au moins un de ces paliers (19, 21) présente une dureté supérieure à celle de l’électrode (22).
- Guide selon la revendication 1, comprenant au moins un palier (19, 21) dont le matériau constitutif présente une dureté Vickers supérieure à 450 HV.
- Guide selon l’une des revendications 1 ou 2, dans lequel le matériau constitutif des paliers (19, 21) est électriquement isolant.
- Guide selon l’une des revendications 1 à 3, comprenant au moins un palier (19, 21) en corindon synthétique.
- Guide selon l’une des revendications 1 à 4, comprenant au moins un palier (19, 21) en verre métallique.
- Guide selon l’une des revendications 1 à 5, comprenant deux paliers (19, 21) situés chacun à une extrémité de l’alésage (18).
- Guide selon l’une des revendications 1 à 6, comprenant au moins un palier (19, 21) solidarisé à l’alésage (18) par sertissage.
- Guide selon l’une des revendications 1 à 7, comprenant au moins un palier (19, 21) solidarisé à l’alésage (18) par frettage.
- Guide selon l’une des revendications précédentes, dans lequel l’électrode (22) et l’alésage (18) sont incurvées en arc de cercle.
- Procédé de réalisation de microtrous par électroérosion dans une pièce, en utilisant un dispositif selon la revendication 1, et dans lequel le matériau constitutif d’au moins un palier (19, 21) présente une dureté supérieure à celle du matériau de la pièce.
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