FR3129478A1

FR3129478A1 - Outil de mise sous contrainte

Info

Publication number: FR3129478A1
Application number: FR2112239A
Authority: FR
Inventors: Lionel POCHELUBERRY; Frédéric André CHAIGNEAU
Original assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Current assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Priority date: 2021-11-19
Filing date: 2021-11-19
Publication date: 2023-05-26
Anticipated expiration: 2041-11-19
Also published as: FR3129478B1

Abstract

TITRE : Outil de mise sous contrainte et procédé associé Outil (300) de mise sous contrainte comprenant : un anneau (20) élastique fendu, qui s’étend autour d’un axe (A), comprenant au moins une fente (21) qui ouvre l’anneau sur toute une section de l’anneau, un système de réglage mécanique (60) qui relie entre elles une première partie (71) de l’anneau et une deuxième partie (72) de l’anneau situées respectivement de part et d’autre de ladite fente, et qui permet d’écarter ou de rapprocher l’une de l’autre ces première et deuxième parties de l’anneau de manière réglable, et une semelle (10), présentant une surface d’appui (11) plane, perpendiculaire à l’axe de l’anneau, et qui s’étend au moins en partie autour de cet axe. Figure à publier avec l’abrégé : Figure 1

Description

Outil de mise sous contrainte

DOMAINE TECHNIQUE DE L’INVENTION

Le domaine technique de l’invention est, d’une façon générale, celui des bancs d’essais, et plus particulièrement des bancs d’essais pour des pièces mises sous contraintes mécaniques.

ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE DE L’INVENTION

Les turbomachines, en particulier les turboréacteurs pour aéronefs, comprennent de nombreuses pièces qui sont globalement à symétrie de révolution. Ces pièces sont soumises à des contraintes importantes en cours d’utilisation (en vol). Ces contraintes sont particulièrement importantes au niveau des brides de fixation, annulaires, par lesquelles ces éléments sont fixés les uns aux autres. Ces brides servent d’ailleurs souvent, aussi, à tenir et manipuler les pièces en phase d’usinage ou de fabrication, situations dans lesquelles elles peuvent aussi être soumises à des contraintes importantes.

Il existe alors un besoin de test et vérification de cotes ou de géométrie de telles pièces lorsqu’elles sont soumises à des contraintes mécaniques, en particulier des contraintes tendant à modifier le diamètre de parties circulaires de ces pièces.

Pour contraindre le diamètre d’une pièce, une solution classique consiste à utiliser un mandrin, par exemple un mandrin pneumatique.

Dans ce cas, la pièce est mise sous contrainte sur sa circonférence par plusieurs mors du mandrin, répartis en plusieurs positions angulaires. Un système de d’actionnement vient ensuite écarter ou resserrer les mors du mandrin.

Mais un tel mandrin est généralement couteux. En outre, avec un mandrin, la contrainte exercée sur la pièce est souvent répartie de manière inhomogène (localisée) le long de la circonférence de la pièce.

Et un système à mandrin est généralement encombrant. Aussi, sur certaines pièces pour lequel l’accès est difficile (par exemple lorsqu’il s’agit de contraindre un diamètre interne, au cœur d’une pièce tubulaire), l’usage d’un mandrin est impossible. Par ailleurs, du fait de ce caractère encombrant, une fois la pièce mise sous contrainte, il est ensuite difficile d’accéder à cette pièce pour mesurer ses dimensions. Cela pose problème aussi pour mettre en place des éléments de guidage ou de mise sous contrainte supplémentaires, en plus du mandrin.
Enfin, un mandrin, de dimensions limitées, ne permet généralement de contraindre que des pièces de petit diamètre, ou facilement accessibles.

Dans ce contexte, l’invention propose un nouvel outil de mise sous contrainte permettant de contraindre un diamètre d’une pièce grâce à un anneau élastique fendu.

L’invention concerne plus particulièrement un outil de mise sous contrainte comprenant :

un anneau élastique fendu, qui s'étend autour d'un axe, comprenant au moins une fente qui ouvre l'anneau sur toute une section de l'anneau,
un système de réglage mécanique qui relie entre elles une première partie de l'anneau et une deuxième partie de l'anneau situées respectivement de part et d'autre de ladite fente, et qui permet d'écarter ou de rapprocher l'une de l'autre ces première et deuxième parties de l'anneau de manière réglable, et
une semelle, présentant une surface d'appui plane, perpendiculaire à l'axe de l'anneau, et qui s'étend au moins en partie autour de cet axe.

Utiliser un tel anneau fendu permet de contraindre une pièce sur sa circonférence, de manière homogène et pour un coût de revient modéré. Un tel anneau a par ailleurs un encombrement réduit, ce qui facilite l’accès à la pièce à tester, pour les mesures, et permet l’ajout d’éléments de guidage ou de mise sous contrainte additionnels. Un tel anneau est par ailleurs bien adapté à la mise sous contrainte de diamètres importants, par exemple supérieurs à 30 centimètres, et il peut, si besoin, contraindre des parties peu accessibles, par exemple internes, de pièces mécaniques complexes.

Par ailleurs, l’utilisation couplée de cet anneau fendu et de la semelle mentionnée plus haut permet un guidage, par la surface d’appui de la semelle, de la partie de la pièce à tester contrainte par l’anneau fendu. On évite ainsi de voiler ou tordre de manière indésirable cette partie de la pièce lors de sa mise sous contrainte. Cet agencement permet en outre d’appliquer une contrainte supplémentaire, axiale (typiquement une contrainte de compression) sur la pièce à tester. Cela permet de se rapprocher de conditions d’utilisation réalistes, dans lesquelles de telles portions de pièces sont souvent compressées axialement, par exemple par des liaisons boulonnées servant à assembler les pièces ensemble.

On peut prévoir en particulier que l’anneau soit délimité par une surface radialement externe par rapport à l’axe de l’anneau, et par une surface radialement interne par rapport à l’axe de l’anneau, une partie au moins de ladite surface d’appui étant située plus loin de l’axe de l’anneau que la surface radialement externe de l’anneau, ou plus près de l’axe de l’anneau que sa surface radialement interne.

Le cas où une partie au moins de la surface d’appui est située plus loin de l’axe de l’anneau que la surface radialement externe de l’anneau correspond à une configuration bien adaptée pour contraindre la circonférence d’une pièce d’un côtéinternede cette pièce (par l’intérieur). L’anneau fendu est alors situé du côté interne de cette pièce, et la surface d’appui, qui s’étend au-delà de l’anneau, permet de bien guider la partie de la pièce à tester, qui sera poussée par l’anneau.

Le cas où une partie au moins de la surface d’appui est située plus près de l’axe de l’anneau que sa surface radialement interne correspond quant à lui à une configuration bien adaptée pour contraindre la circonférence d’une pièce du côtéexternede cette pièce (par l’extérieur), l’anneau entourant alors la pièce à contraindre.

Outre les caractéristiques mentionnées ci-dessus, l’outil de mise sous contrainte selon l’invention peut présenter une ou plusieurs caractéristiques complémentaires parmi les suivantes, considérées individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles :

le système de réglage est situé plus près de l'axe de l'anneau que la surface radialement externe de l'anneau ; Ainsi, la partie externe de l’anneau est laissée libre, si bien que l’outil peut être inséré à l’intérieur d’une pièce creuse, pour la contraindre du côté interne ;
la semelle présente un épaulement circulaire qui s'étend autour de l'axe de l'anneau et qui définit une surface d'arrêt essentiellement cylindrique (c’est-à-dire que la majeure partie de la surface d’arrêt épouse une forme cylindrique), située en vis-à-vis de la surface radialement externe de l'anneau et ayant un diamètre fixe supérieur au diamètre de cette surface radialement externe, ou située en vis-à-vis de la surface radialement interne de l'anneau et ayant un diamètre fixe inférieur au diamètre de la surface radialement interne ; la surface d’arrêt permet, à la manière d’une butée, de limiter mécaniquement les variations de diamètre de l’anneau (et cela de manière particulière sûre) ; ceci permet de ne pas détériorer la pièce à tester en effectuant une trop grande contrainte sur un de ses diamètres ;
l’outil comprend une ou plusieurs brides de serrage présentant chacune une surface de pression située en vis-à-vis de la surface d’appui de la semelle ; les brides de serrage contribuent au guidage de la pièce à tester, en la maintenant contre la surface d’appui plane de la semelle ; elles permettent aussi une mise sous contrainte supplémentaire, dans la direction axiale ;
l’anneau comprend un ou plusieurs trous, chaque trou traversant radialement l’anneau depuis sa surface radialement interne jusqu’à sa surface radialement externe ; les trous traversant l’anneau permettent à des instruments de mesure, par exemple à un palpeur, d’accéder à la pièce sous contrainte et notamment à la partie de la pièce contre laquelle l’anneau vient appuyer ;
l’anneau comprend plusieurs tels trous traversant, répartis régulièrement sur une circonférence de l’anneau, par exemple avec un écart angulaire constant entre deux trous successifs ou avec un écart angulaire constant entre deux couples de trous ; en répartissant régulièrement les trous, les instruments de mesure pourront palper plusieurs points régulièrement répartis le long de la surface de la pièce mise sous contrainte par l’anneau permettant ainsi une détermination précise de diamètre, ou une détermination de circularité de la surface mise sous contrainte ;
le système de réglage fait saillie depuis l’anneau, dans une direction radiale vers l’axe de l’anneau, ou dans une direction axiale ; ainsi le système de réglage n’obstrue pas la zone externe de l’anneau, permettant l’insertion de l’anneau dans une pièce creuse à tester ;
au niveau de la fente, la première partie de l’anneau comprend une première portion saillante, faisant saillie radialement ou axialement par rapport au reste de l’anneau, tandis que la deuxième partie de l’anneau comprend une deuxième portion saillante, faisant elle aussi saillie radialement ou axialement par rapport au reste de l’anneau ;
le système de réglage comprend une vis, qui traverse un trou lisse ménagé dans la première portion saillante, et qui est engagée dans un trou taraudé ménagé dans la deuxième portion saillante ; employer une telle vis de réglage rend le système peu encombrement et est peu onéreux, et permet, en utilisant une clef dynamométrique, de bien contrôler des contraintes appliquées à la pièce à tester ; en outre, ce type de système de réglage ne demande aucune énergie électrique, hydraulique ou pneumatique ;
une bague montée sur la vis bloque le déplacement axial de la vis par rapport à la première portion saillante ; en particulier, cette bague peut, en coopération avec une tête de la vis, bloquer le déplacement axial de la vis par rapport à la première portion saillante de l'anneau, selon les deux sens de déplacement axial de la vis dans ledit trou lisse ; grâce au caractère bilatéral de la liaison ainsi réalisée, la vis permet à la fois de resserrer l’anneau (i.e. : de le rendre plus petit qu’au repos), par exemple pour l’introduire à l’intérieur de la pièce à tester, et d’élargir l’anneau, par exemple pour contraindre cette pièce de l’intérieur ;
ladite bague est insérée dans une rainure circulaire ménagée sur le corps de la vis ;
l’axe de la vis est orthoradial par rapport à l’axe de l’anneau ;
la semelle est distincte de l’anneau (c’est-à-dire qu’il s’agit de deux pièces distinctes sans continuité de matière entre elles, pouvant être dissociées l’une de l’autre).

Un autre aspect de l’invention concerne un ensemble comprenant :

un outil de mise sous contrainte tel que décrit ci-dessus; et
une pièce à tester comprenant un corps principal pourvu d'une collerette circulaire qui s'étend en saillie, radialement, depuis le corps principal de la pièce jusqu'à un bord libre circulaire de la collerette, et dans lequel
une face plane de la collerette s'appuie contre la surface d'appui plane de la semelle de l'outil tandis que la surface radialement externe ou radialement interne de l'anneau vient s'appuyer contre le bord libre circulaire de la collerette.

La collerette est par exemple une bride de fixation de la pièce à tester ; elle est par exemple située à une extrémité du corps principal de la pièce à tester.

Le corps principal de la pièce à tester peut être globalement annulaire ou tubulaire ; il s’agit par exemple d’un moyeu ou d’une portion de moyeu, d’un aube ou d’une portion d’aube, d’un carter ou portion de carter ou encore d’un autre élément de turbomachine, à symétrie de révolution.

Pour cet ensemble, on peut prévoir en particulier que :

avant assemblage et en l'absence de contrainte exercée sur l'anneau (notamment, en l’absence de contrainte exercée par le système de réglage), la surface radialement interne ou la surface radialement externe de l'anneau, destinée à venir en contact avec le bord libre circulaire de ladite collerette, a un premier diamètre,
avant assemblage, en l'absence de contrainte exercée sur la pièce à tester, le bord libre de la collerette de la pièce à tester a un deuxième diamètre, et que
ledit premier diamètre soit égal au dit deuxième diamètre.

Par « égal », on entend par exemple égal à plus ou moins 0,2 mm, ou égal à plus ou moins un pour mille.

Un autre aspect de l’invention concerne un procédé de mise sous contrainte d'une pièce à tester, au moyen d'un outil de mise sous contrainte tel que décrit ci-dessus, la pièce à tester comprenant un corps principal pourvu d'une collerette qui s'étend en saillie, radialement, depuis le corps principal de la pièce jusqu'à un bord libre circulaire de la collerette, le procédé comprenant les étapes suivantes :

montage de l'outil sur la pièce à tester, de manière à ce que la surface radialement externe ou radialement interne de l'anneau fendu soit située en vis-à-vis du bord libre circulaire de la collerette, avec la surface d'appui plane de la semelle en contact avec une face plane de la collerette; puis
mise sous contrainte de la pièce, en réglant le système de réglage de l'outil de manière à élargir, ou resserrer l'anneau fendu.

On peut prévoir en outre, dans ce procédé, qu’une ou plusieurs caractéristiques dimensionnelles de la pièce à tester sont mesurées tandis que la pièce à tester est sous contrainte.

La ou les caractéristiques dimensionnelles mesurées ainsi sous contrainte peuvent comprendre un diamètre du bord libre de la collerette.

Le procédé peut comprendre aussi une mesure de circularité du bord libre de ladite collerette, mise sous contrainte.

Le procédé de mise sous contrainte peut comprendre, lors du montage de l’outil sur la pièce, le positionnement de la ou des brides avec leurs surfaces de pression sur la collerette de la pièce.

Le procédé de mise sous contrainte peut comprendre, à la suite de la mise sous contrainte de la pièce par l’anneau, le serrage de la ou des brides de serrage, sur la collerette de la pièce.

L’invention et ses différentes applications seront mieux comprises à la lecture de la description qui suit et à l’examen des figures qui l’accompagnent.

BREVE DESCRIPTION DES FIGURES

Les figures sont présentées à titre indicatif et nullement limitatif de l’invention.

La est une vue en perspective et en éclaté d’une pièce montée sur un outil de mise sous contrainte.

La est une vue en coupe et en perspective d’une partie de l’ensemble de la , selon un plan de coupe passant par un axe d’un anneau de l’outil.

La est une vue en coupe et en perspective d’un système de réglage de l’outil de la selon un plan de coupe parallèle à l’axe d’une vis de ce système de réglage.

Claims

Outil (300) de mise sous contrainte comprenant :
un anneau (20) élastique fendu, qui s’étend autour d’un axe (A), comprenant au moins une fente (21) qui ouvre l’anneau (20) sur toute une section de l’anneau (20),

un système de réglage mécanique (60) qui relie entre elles une première partie (71) de l’anneau et une deuxième partie (72) de l’anneau situées respectivement de part et d’autre de ladite fente (21), et qui permet d’écarter ou de rapprocher l’une de l’autre ces première et deuxième parties de l’anneau (20) de manière réglable, et

une semelle (10), présentant une surface d’appui (11) plane, perpendiculaire à l’axe (A) de l’anneau (20), et qui s’étend au moins en partie autour de cet axe (A).
Outil (300) selon la revendication précédente dans lequel l’anneau (20) est délimité par :
une surface radialement externe (24) par rapport à l’axe (A) de l’anneau, et par

une surface radialement interne (25) par rapport à l’axe (A) de l’anneau,
et dans lequel une portion au moins de la surface d’appui (11) est située plus loin de l’axe (A) de l’anneau (20) que la surface radialement externe (24) de l’anneau (20).
Outil (300) selon la revendication précédente dans lequel le système de réglage (60) est situé plus près de l’axe (A) de l’anneau (20) que la surface radialement externe (24) de l’anneau (20).
Outil (300) selon la revendication 2 ou 3 dans lequel la semelle (10) présente un épaulement circulaire qui s’étend autour de l’axe (A) de l’anneau (20) et qui définit une surface d’arrêt (44) essentiellement cylindrique, située en vis-à-vis de la surface radialement externe (24) de l’anneau (20) et ayant un diamètre fixe supérieur au diamètre de cette surface radialement externe (24).
Outil (300) selon l’une des revendications précédentes, comprenant en outre une ou plusieurs brides de serrage (12) présentant chacune une surface de pression (121) située en vis-à-vis de la surface d’appui (11) de la semelle (10).
Outil (300) selon l’une des revendications précédentes dans lequel l’anneau (20) comprend un ou plusieurs trous (26), chaque trou (26) traversant radialement l’anneau (20) depuis sa surface radialement interne (25) jusqu’à sa surface radialement externe (24).
Outil (300) selon l’une des revendications précédentes dans lequel :
au niveau de la fente (21), la première partie (71) de l’anneau (20) comprend une première portion saillante (23a), faisant saillie radialement ou axialement par rapport au reste de l’anneau (20), tandis que la deuxième partie (72) de l’anneau (20) comprend une deuxième portion saillante (23b), faisant elle aussi saillie radialement ou axialement par rapport au reste de l’anneau (20),

le système de réglage (60) comprend une vis (22), qui traverse un trou lisse (28) ménagé dans la première portion saillante (23a), et qui est engagée dans un trou taraudé (29) ménagé dans la deuxième portion saillante (23b), et dans lequel

une bague (51) montée sur la vis (22) bloque le déplacement axial de la vis (22) par rapport à la première portion saillante (23a).
Ensemble (400) comprenant :
un outil (300) de mise sous contrainte selon l’une des revendications 1 à 7 ; et

une pièce (30) à tester comprenant un corps principal (36) pourvu d’une collerette circulaire (33) qui s’étend en saillie, radialement, depuis le corps principal (36) de la pièce (30) jusqu’à un bord libre circulaire (31) de la collerette (33), et dans lequel

une face plane (34) de la collerette (33) s’appuie contre la surface d’appui (11) plane de la semelle (10) de l’outil (300) tandis que la surface radialement externe (24) ou radialement interne (25) de l’anneau (20) vient s’appuyer contre le bord libre circulaire (31) de la collerette (33).
Procédé de mise sous contrainte d’une pièce (30) à tester, au moyen d’un outil (300) de mise sous contrainte selon l’une des revendications 1 à 7, la pièce (30) à tester comprenant un corps principal (36) pourvu d’une collerette (33) qui s’étend en saillie, radialement, depuis le corps principal de la pièce (30) jusqu’à un bord libre circulaire (31) de la collerette (33), le procédé comprenant les étapes suivantes :
montage de l’outil (300) sur la pièce (30) à tester, de manière à ce que la surface radialement externe (24) ou radialement interne (25) de l’anneau (20) fendu soit située en vis-à-vis du bord libre circulaire (31) de la collerette (33), avec la surface d’appui (11) plane de la semelle (10) en contact avec une face plane (34) de la collerette (33) ; puis

mise sous contrainte de la pièce (30), en réglant le système de réglage (60) de l’outil (300) de manière à élargir, ou resserrer l’anneau (20) fendu.
Procédé selon la revendication précédente dans lequel une ou plusieurs caractéristiques dimensionnelles de la pièce (30) à tester sont mesurées, la pièce (30) à tester étant alors sous contrainte.