FR3132860A1 - Procede de realisation d’un evidement dans une piece aeronautique realisee en materiau composite a matrice ceramique - Google Patents

Procede de realisation d’un evidement dans une piece aeronautique realisee en materiau composite a matrice ceramique Download PDF

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Abstract

Procédé de réalisation d’un évidement (50) dans une pièce aéronautique (52) réalisée en matériau composite à matrice céramique, ce procédé comprenant les étapes de : - électroérosion par enfonçage d’une électrode (54) dans la pièce (52) de façon à réaliser une ébauche de l’évidement (50), et - usinage de finition des parois de l’évidement (50) grâce à un outil de coupe. Figure pour l'abrégé : Figure 5

Description

PROCEDE DE REALISATION D’UN EVIDEMENT DANS UNE PIECE AERONAUTIQUE REALISEE EN MATERIAU COMPOSITE A MATRICE CERAMIQUE Domaine technique de l'invention
La présente invention concerne un procédé de réalisation d’un évidement dans une pièce aéronautique réalisée en matériau composite à matrice céramique.
Aval-plan technique
L’état de l’art comprend notamment les documents FR-A1-3 070 715, FR-A1-3 072 825 et FR-A1-3 103 012.
Une turbomachine, telle qu’illustrée à la , comprend en général un générateur de gaz 12 comportant, d’amont en aval par référence à la direction d’écoulement des gaz, au moins un compresseur 14, une chambre annulaire de combustion 16 et au moins une turbine 18. Un flux d’air pénètre dans le générateur de gaz 12 et est comprimé dans les compresseurs 14. L’air comprimé est mélangé à du carburant et brûlé dans la chambre de combustion 16. Les gaz de combustion sortant de la chambre 16 sont détendus dans les turbines 18, ce qui entraîne les rotors des turbines 18 ainsi que les rotors des compresseurs 14 et d’une hélice, appelée soufflante 20, située en amont du générateur de gaz 12.
Comme illustré à la , un compresseur 14 ou une turbine 18 comprend en général plusieurs étages (de compression pour un compresseur et de détente pour une turbine) comprenant chacun un aubage de stator 22 et un aubage de rotor 24.
L’aubage de stator 22 comprend une rangée annulaire d’aubes ou de pales 26 fixes et est appelé redresseur dans le cas d’un compresseur 14 et distributeur 22’ dans le cas d’une turbine 18. Les pales 26 s’étendent entre deux plateformes annulaires 28 coaxiales, qui s’étendent autour de l’axe longitudinal X de la turbomachine, qui est l’axe de rotation de ses rotors.
L’aubage de rotor 24 comprend également une rangée annulaire d’aubes 30 portées par un disque 32. L’aubage de rotor tourne à l’intérieur d’un anneau d’étanchéité 34 porté par un carter 36. L’aubage de rotor 24 comprend par exemple à sa périphérie externe des léchettes annulaires 38 qui peuvent coopérer par frottement avec un revêtement abradable 40 situé à la périphérie interne de l’anneau d’étanchéité 34, pour assurer une étanchéité axiale entre l’aubage de rotor 24 et l’anneau 34 en fonctionnement.
Il est connu de sectoriser un distributeur 22’ ou un anneau d’étanchéité 34. Le distributeur 22’ ou l’anneau 34 comprend alors plusieurs secteurs à orientation circonférentielle qui sont disposés les uns à côté des autres autour de l’axe X (cf. ).
Il est important d’assurer une étanchéité entre les secteurs en fonctionnement, pour éviter des fuites de gaz en dehors de la veine d’écoulement des gaz. Pour cela, les bords latéraux 35 des secteurs qui sont en regard les uns des autres sont pourvus de fentes 42 de logement de languettes d’étanchéité 44 (cf. figures 4 et 5).
La montre l’étanchéité réalisée entre les bords latéraux 35 en regard des secteurs des plateformes 28 du distributeur 22’, grâce au montage de languettes 44 dans les fentes 42 de ces bords.
La montre l’étanchéité réalisée entre les bords latéraux 35 en regard des secteurs d’anneau 34, grâce au montage de languettes 44 dans les fentes 42 de ces bords.
Chacun des bords 35 peut comprendre une ou plusieurs fentes 42 d’engagement d’une ou plusieurs languettes 44.
Chacune de ces languettes 44 a une forme générale allongée et comprend deux bords longitudinaux opposés engagés respectivement dans les fentes 42 de deux bords latéraux 35 en regard de deux secteurs adjacents. On comprend donc que les languettes 44 sont réparties autour de l’axe X du distributeur 22’ ou de l’anneau 34 et sont montées entre les secteurs du distributeur 22’ ou de l’anneau 34.
Il est connu de réaliser un distributeur 22’ et un anneau 34 en alliage métallique. Dans ce cas, les languettes 44 sont également réalisées en alliage métallique. Les fentes 42 sont en général réalisées par usinage des bords latéraux 35 des secteurs. C’est par exemple la technologie d’électroérosion par enfonçage ou EDM (acronyme de l’anglaisElectro Discharge Machining) qui est utilisée pour réaliser cet usinage. Les languettes 44 ont une forme générale plate et parallélépipédique et les fentes 42 de réception des bords longitudinaux de ces languettes 44 ont des formes générales complémentaires.
Il est également connu de réaliser un distributeur 22’ et un anneau 34 en matériau composite à matrice céramique (CMC). Les matériaux CMC présentent de bonnes propriétés mécaniques les rendant aptes à constituer des éléments de structure et conservent avantageusement ces propriétés à températures élevées. En effet, la contrainte majeure des turbomachines est la tenue aux températures élevées. Ainsi, un assemblage en matériau CMC a une bonne capacité de résistance aux températures élevées, ce qui améliore le rendement global de la turbomachine. Par ailleurs, un tel assemblage réduit la masse de la turbomachine et donc sa consommation de carburant.
L’électroérosion par enfonçage ou usinage EDM n’est pas adapté pour réaliser des fentes dans un secteur en matériau CMC. En effet, l’utilisation de la technologie EDM génère des problèmes d’étincelage lors de l’usinage, liés à l’hétérogénéité du matériau, qui se traduisent par une dégradation de la zone usée et des états de surface dégradés dans cette zone. L’usinage de la fente par un outil d’usinage est envisageable mais est trop onéreuse car elle consomme un trop grand nombre d’outils qui se rompent rapidement et qui peuvent générer des défauts de surface lors de cette rupture entraînant la mise au rebut du secteur.
Il existe donc un besoin d’améliorer la réalisation des fentes de réception de languettes d’étanchéité sur des secteurs en CMC, et de manière générale de tout évidement dans une pièce en CMC, de façon à réduire la durée de cette opération ainsi que son coût.
La présente invention propose un perfectionnement qui apporte une solution simple, efficace et économique à ce besoin.
L’invention concerne un procédé de réalisation d’un évidement dans une pièce aéronautique réalisée en matériau composite à matrice céramique, ce procédé comprenant les étapes de :
- électroérosion par enfonçage d’une électrode dans la pièce de façon à réaliser une ébauche de l’évidement, et
- usinage de finition des parois de l’évidement grâce à un outil de coupe.
Le procédé selon l’invention permet de bénéficier de l’avantage de chacune des technologies d’usinage, par électroérosion par enfonçage et par outil, sans leurs inconvénients. Ainsi, l’électroérosion par enfonçage permet de retirer plus rapidement la matière (le taux volumique d’usinage est supérieure à celui par outil), il ne risque pas d’entraîner d’usure ou de casse d’outil, et il permet d’usiner plusieurs pièces simultanément. L’usinage de finition par l’outil de coupe permet de retirer la couche des parois de l’évidement qui a été affectée thermiquement par l’électroérosion par enfonçage. Il permet en outre d’obtenir un meilleur état de surface que l’enfonçage EDM. Bien que l’électroérosion par enfonçage génère un état de surface dégradé et une zone affectée thermiquement dans le matériau CMC, ces inconvénients sont supprimés par l’usinage de finition. Par ailleurs, l’usinage de finition risque moins d’entraîner de casse d’outil et dure moins longtemps car cet outil est engagé dans l’ébauche d’évidement réalisé au préalable par l’électroérosion par enfonçage.
De manière générale, l’invention permet donc de réaliser des évidements dans une pièce en CMC avec un bon état de surface et sans ressaut, et en limitant le coût, la durée de l’opération et le nombre d’outils consommés.
Dans la présente demande, on distingue une électrode qui permet de réaliser une électroérosion par enfonçage, d’un outil qui permet de réaliser un usinage, en particulier par coupe ou abrasion.
Le procédé selon l’invention peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques et/ou étapes suivantes, prises isolément les unes des autres, ou en combinaison les unes avec les autres :
- la pièce est un distributeur de turbine ou un anneau d’étanchéité,
- la pièce comprend des fibres et une matrice en carbure de silicium (SiC/SiC),
- l’évidement est une fente configurée pour recevoir une languette d’étanchéité,
- l’électrode a une forme similaire à celle de la fente et est déplacée uniquement dans une direction d’enfonçage lors de l’électroérosion par enfonçage,
- l’outil comprend une fraise cylindrique comportant des éléments coupants ou abrasifs sur sa surface cylindrique externe, la fraise comportant un axe de rotation perpendiculaire à une surface de la pièce dans laquelle est formé l’évidement,
- l’outil comprend une fraise en forme de disque comportant à sa périphérie externe des éléments coupants ou abrasifs, la fraise comportant un axe de rotation parallèle à une surface de la pièce dans laquelle est formé l’évidement,
- l’outil est à base diamant ou à base de nitrure de bore cubique (CBN).
Brève description des figures
D’autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description qui suit d’un mode de réalisation non limitatif de l’invention en référence aux dessins annexés sur lesquels :
la est une demi vue schématique en coupe axiale d’une turbomachine d’aéronef ;
la est une demi vue schématique en coupe axiale d’un étage de turbine d’une turbomachine d’aéronef ;
la est une vue en perspective d’un assemblage au sens de l’invention, qui est ici un distributeur de turbine ;
la est une vue en perspective de deux secteurs adjacents de l’assemblage de la ;
la est une vue en perspective d’un secteur d’un autre assemblage au sens de l’invention, qui est ici un anneau d’étanchéité ;
les figures 6a et 6b montrent de manière très schématique une étape d’électroérosion par enfonçage pour la réalisation d’un évidement conformément au procédé selon l’invention ;
les figures 6c et 6d montrent de manière très schématique une étape d’usinage de finition pour la réalisation d’un évidement conformément au procédé selon l’invention.
 Description détaillée de l'invention
Les figures 1 à 5 ont été décrites dans ce qui précède.
Bien que ces figures aient été décrites dans le cadre de la technique actuelle et pour présenter le problème technique résolu par la présente invention, elles illustrent le contexte général de l’invention et la description de ces figures peut donc être utilisée pour décrire le contexte général de l’invention et certaines caractéristiques de cette invention.
L’invention concerne ainsi un procédé de réalisation d’un évidement 50 dans une pièce aéronautique 52 réalisée en matériau composite à matrice céramique (CMC), par exemple SiC/SiC, ce procédé comprenant les étapes de :
- électroérosion par enfonçage (EDM) d’une électrode 54 dans la pièce 52 de façon à réaliser une ébauche de l’évidement, et
- usinage de finition des parois de l’évidement 50 grâce à un outil de coupe 56.
Le procédé selon l’invention comprend ainsi deux étapes, une étape de réalisation d’une ébauche de l’évidement 50 et une étape de finition de l’évidement 50.
La première étape est réalisée par électroérosion par enfonçage, comme illustré aux figures 6a et 6b, c’est-à-dire par enfonçage d’une électrode EDM 54 dans la pièce 52. L’électroérosion par enfonçage est une technique bien connue de l’homme du métier qui consiste à enlever de la matière dans une pièce en utilisant des décharges électriques entre l’électrode 54 et la pièce 52. On parle aussi d'usinage par étincelage.
L’électroérosion par enfonçage permet de retirer plus rapidement la matière (le taux volumique d’usinage est supérieure à celui par outil), il ne risque pas d’entraîner d’usure ou de casse d’outil, et il permet d’usiner plusieurs pièces 52 simultanément.
L’électrode EDM 54 peut avoir une forme similaire à celle de l’évidement 50 à réaliser, de façon à ce que l’électrode 54 soit simplement déplacée dans une direction d’enfonçage F1 et ne soit pas déplacée dans des directions latérales. Dans le cas où plusieurs pièces 52 seraient disposées à côté les unes des autres, il serait possible de réaliser l’enfonçage de plusieurs pièces 52 simultanément. Le nombre d’électrodes EDM 54 serait alors égal au nombre de pièces à usiner ou, le cas échéant, au nombre d’évidements à réaliser pour l’ensemble des pièces.
En variante, l’électrode EDM 54 pourrait avoir une forme simple et être d’abord déplacée dans une direction d’enfonçage F1, puis dans des directions latérales, pour réaliser l’évidement 50.
La seconde étape est réalisée par un outil d’usinage 56, comme illustré aux figures 6c et 6d.
L’outil est de préférence à base diamant ou à base de nitrure de bore cubique (CBN).
L’usinage de finition par ce type d’outil permet de retirer la couche des parois de l’évidement 50 qui a été affectée thermiquement par l’électroérosion par enfonçage, et d’obtenir un meilleur état de surface que l’électroérosion par enfonçage.
L’outil 56 peut comprendre une fraise en forme de disque et comportant à sa périphérie externe des éléments coupants ou abrasifs. La fraise comporte un axe de rotation et est positionnée lors de l’usinage de façon à ce que cet axe soit parallèle à une surface de la pièce 52 dans laquelle est formé l’évidement 50.
En variante, l’outil 56 est une fraise cylindrique et comporte des éléments coupants ou abrasifs sur sa surface cylindrique externe. La fraise comporte un axe de rotation et est positionnée lors de l’usinage de façon à ce que cet axe soit perpendiculaire à une surface de la pièce dans laquelle est formé l’évidement.
Lors de l’usinage, l’outil 56 ou la fraise est mis en rotation autour de son axe et est déplacé dans une direction F2 parallèle à la direction F1 d’enfonçage précitée. L’outil 56 est ensuite déplacé latéralement dans l’évidement 50 si besoin pour usiner la totalité de la paroi ou des parois de l’évidement 50.
De manière générale, l’invention permet de réaliser des évidements 50 dans une pièce 52 en CMC avec un bon état de surface et sans ressaut, et en limitant le coût, la durée de l’opération et le nombre d’outils 56 consommés.
La pièce aéronautique 52 peut être par exemple un distributeur de turbine ou un anneau d’étanchéité, tels que décrits dans ce qui précède.
L’évidement 50 peut alors être une fente 42 configurée pour recevoir une languette 44 d’étanchéité. En variante, l’évidement pourrait être un orifice ou un trou.

Claims (8)

  1. Procédé de réalisation d’un évidement (50) dans une pièce aéronautique (52) réalisée en matériau composite à matrice céramique, ce procédé comprenant les étapes de :
    - électroérosion par enfonçage d’une électrode (54) dans la pièce (52) de façon à réaliser une ébauche de l’évidement (50), et
    - usinage de finition des parois de l’évidement (50) grâce à un outil de coupe (56).
  2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la pièce (52) est un distributeur (22’) de turbine ou un anneau d’étanchéité (34).
  3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel l’évidement (50) est une fente (42) configurée pour recevoir une languette d’étanchéité (44).
  4. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel l’électrode (54) a une forme similaire à celle de la fente (42) et est déplacée uniquement dans une direction d’enfonçage lors de l’électroérosion par enfonçage.
  5. Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel l’outil (56) comprend une fraise cylindrique comportant des éléments coupant ou abrasifs sur sa surface cylindrique externe, la fraise comportant un axe de rotation perpendiculaire à une surface de la pièce dans laquelle est formé l’évidement.
  6. Procédé selon l’une des revendications 1 à 4, dans lequel l’outil (56) comprend une fraise en forme de disque comportant à sa périphérie externe des éléments coupant ou abrasifs, la fraise comportant un axe de rotation parallèle à une surface de la pièce dans laquelle est formé l’évidement.
  7. Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel l’outil (56) est à base diamant ou à base de nitrure de bore cubique.
  8. Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la pièce (52) comprend des fibres et une matrice en carbure de silicium (SiC/SiC).
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