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" Perfectionnements aux pales d'hélice "
La présente invention se rapporte au travail des métaux et plus particulièrement à un procédé pour forger les pales d'hélices d'aéroplanes, elle se rapporte aussi aux pales produites par ce procédé.
Jusqu'à présent, on a construit beauooup de pales d'héli- ces pour aéroplanes en aluminium ou en alliage d'un autre métal léger. Les alliages de métaux légers conviennent parti- culièrement bien pour de telles hélices car ils donnent la solidité et la section de pale nécessaire avec un poids mini- mum, ce qui est désirable non seulement au point de vue du poids total de l'avion mais aussi pour réduire les efforts dus à la force centrifuge.
La présente invention a pour objet de réduire en propor- tion de leurs dimensions le poids des pales d'hélices métalli- ques tout en conservant la solidité, la durée, la résistance à la fatigue et l'uniformité nécessaires.
La principale caractéristique de la présente invention consiste d'une façon générale à former une ébauohe creuse
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allant en s'amincissant vers l'extrémité qui doit former la pointe de la pale, et présentant une section aroitc. suffisante en tous les points de sa longueur de façon à ce que la pale terminée présente la quantité de métal nécessaire et des pa- rois d'épaisseur non uniforme, l'invention consiste au:si ' former par forgeage ou pressage une pale présentant une ou deux parties de paroi épaisses formant un ou deux bords de la pale.
De préférence, les parties à paroi épaisse sont faites en faisant paraître par forgeage des ailerons dépassant, laté- ralement le long des c8tés opposés de l'ébauche, apres quoi le corps de l'ébauche est creusé de n'importe quelle façon convenable, et l'ébauche est finalement pressée ou l'ornée pour lui donner sa forme définitive, le trou intérieur se trouvant aplati de façon à suivre sensiblement le contour extérieur de la pale terminée.
On comprendra néanmoins que l'invention vue sous son aspect le plus large ne concerne pas les façons particulières de fabriquer l'ébauche creuse. rendant le pres- sage ou aplatissage final, le métal des ailerons dépassant latéralement, ou parties à parois épaisses, est presse pour lui donner la forme désirée des bords avant et, arrière de la pale, ce qui permet d'avoir alors sur ces bords un plus grand volume de métal que sur les faces plates de la pale.
Durant l'aplatissage, le métal immédiatement voisin de la cavité interne de la pale, se trouve plié suivant des courbes progressives et de formes commodes, puisque l'ouvertu- re ne s'étend pas jusqu'aux bords de la pale. En conséquence, les fatigues imposées au métal sont maintenues sensiblement uniformes dans tout le pourtour de la pale et elles restent en tous les points bien en deçà des limites de fatigue permi- ses.
Les opérations ou la fatigua non uniformes du métal pen- dent la fabrication sont nuisibles même lorsque la fatigue maximum est maintenue en deçà des limites permises pour le métal traité, car, en effet, tout travail subipar le métal tend à rendre plus fin le grain proportionnellerient au traite-
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ment subi. Lorsque l'opération est terminée, les pales d'allia- ge de métal léger sont soumises à des traitements thermiques convenables, au cours desquels les grains fins tendent à grossir. Le grossissement du grain est plus grand danà les ré- gions où le métal présente des contrastes les plus marqués dans la grosseur des grains, sans doute parce que les grains les plus gros tendent à assimiler les plus petits et s'accroissent à leur dépens.
En conséquence, plus le traitement auquel le métal est soumis est uniforme, et moins est grand le contraste entre les dimensions des grains, et moins il se produira de grossissement de grains au cours du forgeage final. Dans les régions où il existe des constrastes excessifs dans la dimen- sion des grains, comme à la jonction des zones dans lesquelles le métal a été traité avec des intensités très différentes, l'accroissement plus rapide des grains produit une étendue où il y a des grains excessivement grands et celle-ci consti- tue une partie faible de la pale terminée.
Tous ces défauts résultant de ce que les différentes parties du métal formant la pale n'ont pas été travaillées de façon uniforme sont évités ou diminués par la présente inven- tion en maintenant les cavités intérieures à une plus grande distance des bords extérieurs du métal dans les parties qui doivent former les bords de la pale, de façon que le travail subi par le métal pendant l'aplatissement de l'ébauche soit sensiblement uniforme tout autour de la cavité interne.
L'invention comporte aussi plusieurs autres stades de fabrication qui sont particulièrement utiles lorsqu'ils sont employés en même temps que la principale caractéristique de l'invention, mais ils sont aussi utiles séparément ou employés avec d'autres procédés pour fabriquer des hélices ou des ob- jets analogues. L'ébauche est de préférence formée en partant d'une billette qui a été obtenue par laminage ou refoulage, elle est d'abord amincie vers une extrémité, celle qui doit être plus tard éventuellement la pointe de la pale d'hélice.
Pendant cet amincissement,une partie au moins de la billette
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est traitée de façon à prendre une forme grossièrement coni- que dont l'extrémité la plus petite est du côté où sera formée la pointe de la pule, et dont la section droite est suffisante sur toute la longueur de la partie conique pour fournir assez de métal pour la section droite correspondante de la pale terminée. De préférence, on laisse sans la travail- ler une partie assez longue de lu oillette, et cette partie doit devenir ultérieurement le corps et l'extrémité; côté moyeu de la pale. L'opération d'aminci sement peut être fui- te par n'importe quel procédé, sans sortir de lu présente invention, soit par usinage, soit par déformation mécanique.
Une autre caractéristique de la proses Le invention est la production d'une paroi d'épaisseur non uniforme dans l'ébauche faite en partant d'une billette amincie de cette façon. La billette amincie est déformée mécaniquement de fa- çon à produire des oreilles ou ailerons disposés longitudina- lement le long de la partie amincie et dépassant cette derniè- re latéralement, ces oreilles ou ailerons deviendront ultérieu- rement les bords avant et arrière de la pale d'hélice, une cavité interne est formée sur la majeure par tie de la longueur de l'ébauche par perçage ou alésage, ou par une combinaison convenable de ces deux opérations, cette cavité est de préfé- rence sensiblement circulaire et va en diminuant vers la poin- te de l'ébauche .
Le contour extérieur non circulaire et la cavité circulaire se combinent pour faire que des parois non uniformes puissent être formées sans fatigue excessive du métal.
Une autre caractéristique de celte invention et qui pour- ra être d'un usage général dans la fabrication des hélices est la formation du corps de la pale. Le corps de l'ébauche creuse reçoiun diamètre plus grand qu'il n'est nécessaire ou désirable pour la dimension particulière de la pale,de sorte que la cavité interne peut recevoir un diamètre unifor- me dans le corps et la partie pale.
Le corps de l'ébauche est alors êtampé ou traité d'une autre façon pour réduire son
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Les figutes 9 à 16 inclusivement sont des coupes faites respectivement suivant les lignes 9-9 à 16-16 de la figure 8;
La figure 17 est une vue partie en plan et partie en coupe longitudinale de l'ébauche après étampage du corps;
Les figutes 18, 19, 20, 21 et 22 sont respectivement des coupes faites par les lignes 18-18, 19-19, 20-20, SI-SI et 22-22 de la figure 17 ;
La figure 23 est une vue en plan de la pale grossière- ment finie.
La figure 24 est un dessin schématique montrant la façon de former les oreilles ou ailerons dépassant latérale- ment;
La figure 25 est un dessin schématique montrant la façon d'étamper le corps de l'ébauche;
Les figures 26 à 33 sont des coupes faites respective- ment suivant les lignes 26-26 , à 33-33 de la figure 23.
En se reportant aux dessins, on voit que pour le mode de réalisation spécifique de l'invention représenté ici on part d'une billette dtalliage d'aluminium obtenue par la- minage ou refoulement telle que celle montrée sur la figure 1. Comme représenté, cette billette est de section sensible- ment circulaire, néanmoins, on comprendra dans la suite de la description qu'elle peut être elliptique ou d'une autre forme. Pour faciliter les opérations initiales, cette billet- te est pourvue d'une languette 2 formant poignée comme re- présenté sur la figure 1.
La majeure partie de la billette opposée à la languette 2 est amincie ou mise en forme de cône de la façon représen- tée sur la figure 2, de manière à donner à cette billette sensiblement la longueur de la pale voulue en ayant des sec- tions droites correspondant à la quantité de métal nécessaire à la formation de la pale à tous les divers points de sa longueur . L'ébauche consiste alors en la partie amincie et conique 3 et en une partie 4 qui est demeurée sensiblement
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diamètre en accroissant l'épaisseur de la paroi tout en main-tenant sensiblement une section circulaire. Le corps est alors amené à la dimension désirée par rapport à la partie pale tout en conservant une épaisseur de paroi suffisante pour résister convenablement aux charges dues à la force centrifuge et aux flexions qu'il doit subir.
Cette opération produit aussi un travail auquel est soumis le corps et les parties moyeu de l'ébauche qui n'avaient pas été travaillées pendant les stades précédents, ce qui rend le travail subi uniforme sur toute la pièce . Le corps étampé de l'ébauche est de préférence usiné à l'intérieur et à l'extérieur pour l'amener avoir sensiblement les dimensions finales et il est rectifié sur ses surfaces intérieure et extérieure qui ont pu être déformées par l'étampage. De préférence, so,it avant, soit après la mise en forme définitive de l'ébauche, on fait apparaître sur le corps un rebord par refoulement.
L'invention porte aussi sur la pale et le corps nou- veaux produits par ces diverses opérations. Ces caractéris- tiques ainsi que d'autres caractéristiques et avantages de la présente invention seront plus visibles d'après la description détaillée suivante d'un procédé préféré et du produib ootenu.
Sur les dessins ci-annexés qui montrent un mode de réalisation préféré de l'invention :
La figure 1 est une vue en perspective d'une billette;
La figure 2 est une vue semblable de l'ébauche après la première opération d'amincissement ou mise sous forme conique ;
La figure 3 est une vue en plan de l'ébauche après la formation des oreilles ou ailerons dépassant latéralerient;
4, Les figures 5, 6 et 7 sont des coupes faites respective- ment suivant les lignes 4-4, 5-5, 6-6 et 7-7 de la figure 3;
La figure 8 est une vue partie en plan et partie en cou- pe longitudinale de l'ébauche après que la cavité interne y a été pratiquée;
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sans changement.
De préférence, cette opération est effec- tuée par laminage et peut comprendre une série de passes dans un seul sens, celui allant du corps vers la pointe, et entre des rouleaux ayant des contours convenables pour appli- quer à la billette une force progressivement croissante afin de lui donner progressivement la forme amincie ou conique désirée. Lorsque la billette a été primitevement soumise à un refoulement ou à un laminage et ensuite à l'opération d'a- mincissement ou de mise en forme conique, elle a la forme représentée sur la figure 2 et les lignes d'écoulement lon- gitudinal de la billette sont rassemblées ou mises en fais- ceau sans que leur continuité soit interrompue , de sorte que les lignes d'écoulement de l'ébauche montrée sur la figure 2 se conforment au contour de l'ébauche et sonnent la solidité maximum.
On forme alors sur l'ébauche représentée sur la figure 2 des ailerons 5 et 6 dépassant latéralement par forgeage au marteau, pressage, laminage ou tout autre procédé. De préférence, les ailerons sont disposés légèrement en hélice autour/de l'ébauche, comme indiqué sur les figures 4 à 7, de façon à représenter grossièrement le pas de l'hélice finie. Comme montré, l'aileron 5 doit former le bord arrière de la pale et l'aileron 6 le bord avant. De préférence,comme représenté., l'aileron 5 a une étendue latérale légèrement plus grande et une épaisseur légèrement plus faible que ltaileron 6, de façon à ménager la quantité et la disposi- tion nécessaire du métal qui doit former les bords avant et arrière de la pale terminée.
On comprend naturellement que les positions et dimensions relatives des ailerons 5 et 6 varieront suivant la pale à obtenir. On fait ressortir làté- ralement les ailerons 5 et 6 de la partie conique de l'ébau- che représentée sur la figure 2 an laissant une partie cen- trale 7 grossièrement conique. Quand l'ébauche 2 est faite suivant le procédé préféré décrit ci-dessus, les lignes d'écoulement longitudinal de la partie conique 3 sont simple-
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ment repoussées latéralement au dehors sans être rompues ni sérieureraent déformées lors de la formation des ailerons 5 et 6.
Il est préférable de former ces ailerons par martelage ou pressage au moyen d'étampes telles que celles montrées schématiquement sur la figure 24. Comme représenté,les êtam- pes de matage présentent des creux 10 plus petits que le dia- mètre correspondant de la partie conique 3 de l'ébauche. Les étampes présentent égalementdes creux 11 et 12 ayant la forme convenable pour l'usinage des ailerons 5 et 6 et telle que le métal qui se répand latéralement à partir de la partie 3 de l'ébauche se trouve forgé ou pressé de façon prendre la forme des ailerons.
Une cavité interne est pratiquée alors dans l'ébauche représentée sur la figure 3. Avec le mode de réalisation représenté, cela est effectué en forant un trou sensible- ment cylindrique 13 partir de l'extrémité moyeu de l'é- bauche et à travers la plus grande partie de la longueur de celle-ci, ce trou se termine par une partie sensiblement conique 14 qui s'arrête près de la pointe de la pale, comme représenté sur la figure 8.
On comprend néanmoins que la ca- vité interna peut être faite de n'importe quelle façon conve- nable. Par exemple, l'ébauche peut avoir des dimensions plus petites que celles représentée sur la figure 3, et le trou peut; être formé au moins partiellement par perçage,le reste au trou étant, si nécessaire, terminé par alésage ou de toute autre façon appropriée.
A la fin de cette opération, l'ébauche présente la forme montrée sur les figures 8 à 16 avec une partie 4 creuse et sensiblement cylindrique, et une partie creuse conique 7 portant les ailerons 5 et 6.
Suivant un mode de réalisation préféré de l'invention, on façonne le corps de l'ébauche par étampage ou autrement, en partant de la partie creuse sensiblement cylindrique 4 pour l'amener à avoir la forme du corps 15 représenté sur la
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figure 17. Cette opération est de préférence effectuée par étampage comme représenté schématiquement sur la figure 25.
Comme montré, on emploie une paire d'étampes de matage 16 et 17 présentant des ouvertures ovales qui reçoivent et façonnent la partie creuse 4 en l'ovalisant suivant une cer- taine direction. L'ébauche est alors tournée de 90 et de nouveau prise entre les étampes 16 et 17 pour être ovalisée dans une direction différente. Cette opération est continuée avec un ou plusieurs jeux d'étampes jusqu'à ce que les pa- rois de la partie creuse cylindrique 4 soient amenées à avoir sensiblement le diamètre et l'épaisseur du corps 15 tel qu'il est montré sur les figures 17 à 22. On peut, si on le désire, remplacer l'étampage par d'autres opérations telles que le laminage.
Il est évident que ce mode d'opération permet la forma- tion d'un trou droit s'étendant dans l'ébauche depuis l'ex- trémité côté du moyeu et qui présente un diamètre plus grand que la cavité existant dans le corps terminé. Cela permet d'enlever la quantité maximum de métal de la portion pale sans détruire les proportions de la pale terminée et sans sacrifier rien de la solidité du corps. En même temps,cette opération fait subir au métal des parties corps et moyeu un travail qui le rend plus fin alors que ces parties n'avaient pas été travaillées au cours des stades de formation de la pale. L'affinage du grain du métal et le travail subi par ce dernier sont ainsi rendus uniformes dans toute l'étendue de la pale terminée.
De préférence, le corps 15 de la pale est usiné inté- rieurement et extérieurement pour lui donner grossièrement ses dimensions finales et, au cours de cette opération, les irrégularités dans le contour et l'épaisseur du corps qui ont été produites pendant l'étampage sont éliminées. Avec le mode de réalisation représenté, le corps 15 est soumis à un refoulement pour former un rebord 18, et au besoin une bague support 19 peut être maintenue sur le corps par le re-
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bord 18. On comprend que ce rebord peut être formé soit après, soit avant le forgeage final de la pale.
L'ensemble de la pale tel qu'il est représenté sur la figure 17 est alors placé dans des étampes de pressage ou de forgeage et il est aplati dans la partie pale sensible- ment suivant le contour représenté sur les figures 23 et 26 à 33. Durant l'aplatissage, les ailerons 5 et 6 formés par la partie pale sont pressés et mis sous la forme des bords avant et arrière 20 et 21 de la pale. Le corps creux 15 est partiellement aplati, comme représenté sur les figures 27 et 28, et ses bords se raccordent doucement avec les bords 20 et El formés en partant des ailerons 5 et 6.
Au cours de la même opération on donne de préférence à l'ébau- che la torsion ou le pas désiré et sur la pale représentée une face est aplatie pour former un côté plat 22 de la pale et l'autre côté reçoit une forme convenable pour fbrmer le contour 23.
Il est évident qu'au cours des étampages destinés à former le corps 15, la structure fibreuse longitudinale des lignes d'écoulement de la partie cylindrique creuse 4 est simplement resserrée, de sorte que ces lignes restent sen- siblement conformes au contour du corps terminé 15. De même au cours du pressage ou forgeage final, qui met l'ébauche en forme, le métal du crops creux 15 et de la partie conique creuse 17 est simplement plié pour prendre le contour dé- siré et ce métal n'est en aucun point plié suivant un angle suffisamment aigu pour lui causer une fatigue indue. Les parties les plus effilées des bords de la pale à l'ayant ou à l'arrière en 20 et 21 proviennent des ailerons 5 et 6, de sorte qu'il est inutile de plier la partie creuse de l'ébauche suivant les angles très aigus que forment ces bords.
Par suite, au cours de cette opération, la structure métallique produite dans la pale par les opérations de forgeage antérieures n'est pas endommagée.
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Au cours du forgeage ou du pressage final l'ébauche est rendue légèrement plus petite, ce qui a pour conséquence la production d'un faible écoulement de métal autour des bords avant et arrière de la pale. Comme le métal présente la di.sposition appropriée et comme l'aire de sa section droite convient pour la formation finale du contour en n'im- porte quel point de la longueur de la pale,cet écoulement de métal présente en tous points une épaisseur sensiblement uniforme et il est maintenu d'une extrême petitesse afin déviter toute perturbation pouvant être apportée par lui dans la structure métallique produite au cours des opéra- tions antérieures.
Au cours du forgeage ou du pressage final de la pale, une matière déformable peut au besoin être maintenue dans la cavité intérieure de façon à exercer contre ses parois une pression empêchant toute tendance à l'écrasement. Du sable ou une matière similaire peuvent être employés et retirés après que l'opération a été entièrement faite. De même, la cavité interne peut être remplie d'air ou de gaz comprimé pour exercer une pression contre les parois de cette cavité interne. On a reconnu néanmoins que l'opéra- tion de forgeage ou de pressage peut être effectuée avec succès sur la plupart des formes de pales sans aucune matiè- re formant noyau à l'intérieur de la cavité interne,cette dernière restant ouverte à l'air libre.
Les possibilités d'écrasement des parois de la pale sont grandement réduites sinon entièrement supprimées par la formation des ailerons 5 et 6 antérieure à l'aplatissement.
A la suite des opérations décrites,le forgeage de la pale est complété de n'importe quelle façon voulue, généra- lement par ajustage, mise à la dimension et traitement ther- mique. La pale est alors soumise à toute opération de finis- sage voulue telle que travail mécanique, meulage et polissa- ge pour l'amener aux dimensions et à la forme de surface exactes désirées,la pale est alors prête à être montée sur
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un moyeu.
La pale terminée représentée sur la figure 23 a la for- me habituelle des pales d'hélices présentant un corps 15 sensiplement cylindrique se raccordant avec la pale,oette dernière présentant des faces relativement plates 22 et 23 et des bords avant et arrière 20 et 21 qui, respectivement, divergent en partant du corps jusqu'à un point intermédiai- re et convergent ensuite pour se réunir à la pointe de la pale . Comme on le voit sur les figures 23 et 28 à 32,les parois de la pale sont sensiblement plus épaisses vers les bords avant et arrière que sur les faces latérales par suite de la formation de ces bords en partant des ailerons 5 et 6.
Il sera de même évident que, lorsque la portion pale est aplatie pendant l'opération de forgeage final,le péri- mètre de la cavité de cette partie pale reste sensiblement constant sauf qu'il peut être diminué par un léger épaissis- sement des parois et par l'écoulement consécutif du métal cans la cavité au cours du forgeage final, tandis quele périmetre de la cavité dans le corps est sensiblement réduit par la réduction du corps pendant l'étampage ou travail ana- lo@ue.
Bien qu'on ait reconnu que l'invention présente sa plus grande utilité pour la fabrication des pales en alliage d'aluminium ou autre métal léger, elle peut s'appliquer fa- cilement àd'autres métaux, Par exemple, les pales peuvent être faites en fer, acier, cuivre ou ses alliages,tels que le laiton ou le bronze, et en alliage de nickel. En fait, tout métal pouvant être forgé ou laminé peut être transfor- mé en pale par ce procédé.
On a aécrit plus haut un exemple spécifique de réalisa- tion de l'invention, mais il doit être bien compris qu'on peut apporter de no breuses variations et modifications aux stades décrits sans sortir de l'esprit de l'inventions Par exemple, les diverses opérations de formation de l'ébauche creuse à parois d'épaisseur non uniforme peuvent être oombi-
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nées ensemble de toutes les façons voulues. De même, les diverses caractéristiques nouvelles de l'invention,bien qu'elles prennent leur plus grande valeur lorsqu'elles sont employées simultanément,peuvent également être employées séparément et dans d'autres combinaisons.
REVENDICATIONS.
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1. Pale d'hélice caractérisée par le fait qu'elle est composée d'une seule pièce de métal ayant une partie creuse et aplatie formant la pale,les parois de cette partie pré- sentant une êpaisseur sensiblement plus grande sur un bord de la pale, ou sur les deux,que sur les faces latérales.
2. Pale d'hélice suivant 1 ,caractérisée par le fait qu'elle est composée d'une seule pièce de métal présentant des bords avant et arrière et des faces latérales relative- ment plates, ladite juta pale étant creuse sur la plus grande partie de sa longueur et les parois de la cavité étant sen- siblement plus épaisses sur l'un des bords ou sur les deux que sur les faces latérales.
3. Une pale d'hélice métallique creuse suivant l'une des revendications précédentes,caractérisée par le fait qu'elle comprend une partie sensiblement cylindrique formant corps qui se raccorde avec une partie aplatie formant pale, le corps présentant une cavité de section sensiblement cir- culaire qui s'étend à travers lui à partir de l'extrémité du moyeu et qui se racoorde avec une cavité aplatie exis- tant dans la partie pale, le périmètre de la cavité dans la partie corps étant sensiblement inférieur au périmètre de la cavité dans la partie pale au point de la plus grande largeur.
4. Pale d'hélice creuse suivant 3 caractérisée par le fait que la cavité aplatie dans la partie pale présente une forme analogue à celle de la pale.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.
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"Improvements to the propeller blades"
The present invention relates to metalworking and more particularly to a process for forging the blades of airplanes propellers, it also relates to the blades produced by this process.
Hitherto, many propeller blades for airplanes have been constructed from aluminum or an alloy of another light metal. Light metal alloys are particularly suitable for such propellers because they provide the strength and the necessary blade section with minimum weight, which is desirable not only from the point of view of the total weight of the aircraft but also to reduce the forces due to centrifugal force.
It is the object of the present invention to reduce the weight of the metal propeller blades proportionally to their dimensions while maintaining the necessary strength, durability, fatigue resistance and uniformity.
The main feature of the present invention is generally to form a hollow blank
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tapering towards the end which should form the tip of the blade, and presenting an aroitc section. sufficient at all points of its length so that the finished blade has the necessary quantity of metal and walls of non-uniform thickness, the invention consists in: if 'forming by forging or pressing a blade having a or two thick wall parts forming one or two edges of the blade.
Preferably, the thick-walled portions are made by forging protruding fins to appear laterally along the opposite sides of the blank, after which the body of the blank is hollowed out in any suitable manner. and the blank is finally pressed or decorated to give it its final shape, the inner hole being flattened so as to substantially follow the outer contour of the finished blade.
It will nevertheless be understood that the invention seen in its broadest aspect does not relate to the particular ways of manufacturing the hollow blank. making the final pressing or flattening, the metal of the laterally protruding ailerons, or thick-walled parts, is pressed to give it the desired shape of the front and rear edges of the blade, which then makes it possible to have on these edges a greater volume of metal than on the flat faces of the blade.
During flattening, the metal immediately adjacent to the internal cavity of the blade is bent in progressive curves and of convenient shapes, since the opening does not extend to the edges of the blade. Consequently, the fatigue imposed on the metal is kept substantially uniform throughout the circumference of the blade and it remains at all points well within the permissible fatigue limits.
The uneven operations or fatigue of the metal during fabrication are detrimental even when the maximum fatigue is kept below the limits allowed for the metal being processed, since, indeed, any work done by the metal tends to make the grain finer. would be proportional to the treaty
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ment suffered. When the operation is complete, the light metal alloy blades are subjected to suitable heat treatments, during which the fine grains tend to grow larger. The grain magnification is greatest in regions where the metal presents the most marked contrasts in grain size, presumably because the larger grains tend to assimilate the smaller ones and increase at their expense.
Accordingly, the more uniform the treatment to which the metal is subjected, the less the contrast between grain sizes, and the less grain growth will occur during final forging. In areas where there are excessive contrasts in grain size, such as at the junction of areas in which the metal has been treated with very different intensities, the more rapid growth of the grains produces an expanse where there is excessively large grains and this constitutes a weak part of the finished blade.
All these defects resulting from the fact that the different parts of the metal forming the blade have not been worked uniformly are avoided or reduced by the present invention by keeping the interior cavities at a greater distance from the exterior edges of the metal in the parts which are to form the edges of the blade, so that the work undergone by the metal during the flattening of the blank is substantially uniform all around the internal cavity.
The invention also includes several other stages of manufacture which are particularly useful when employed in conjunction with the main feature of the invention, but they are also useful separately or employed with other methods for making propellers or propellers. analogous objects. The blank is preferably formed starting from a billet which has been obtained by rolling or upsetting, it is first thinned towards one end, that which is later possibly the tip of the propeller blade.
During this thinning, at least part of the billet
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is treated so as to assume a roughly conical shape, the smaller end of which is on the side where the tip of the pule will be formed, and the cross section of which is sufficient over the entire length of the conical part to provide enough metal for the corresponding straight section of the completed blade. Preferably, a fairly long part of the eyelet is left unworked, and this part should subsequently become the body and the end; hub side of the blade. The thinning operation can be avoided by any method, without departing from the present invention, either by machining or by mechanical deformation.
Another feature of the invention is the production of a wall of non-uniform thickness in the blank made from a billet thinned in this way. The thinned billet is mechanically deformed so as to produce ears or ailerons arranged longitudinally along the thinned part and protruding from the latter laterally, these ears or ailerons will subsequently become the front and rear edges of the blade. helix, an internal cavity is formed over the major part of the length of the blank by drilling or reaming, or by a suitable combination of these two operations, this cavity is preferably substantially circular and decreases towards the point of the blank.
The non-circular outer contour and circular cavity combine to make non-uniform walls can be formed without excessive metal fatigue.
Another feature of this invention which could be of general use in the manufacture of propellers is the formation of the blade body. The body of the hollow blank is given a larger diameter than is necessary or desirable for the particular size of the blade, so that the internal cavity can accommodate a uniform diameter in the body and the blade portion.
The body of the blank is then stamped or otherwise treated to reduce its
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Figures 9 to 16 inclusive are sections made respectively along lines 9-9 to 16-16 of Figure 8;
FIG. 17 is a view partly in plan and partly in longitudinal section of the blank after stamping of the body;
Figures 18, 19, 20, 21 and 22 are sections taken through lines 18-18, 19-19, 20-20, SI-SI and 22-22 of Figure 17, respectively;
Figure 23 is a plan view of the roughly finished blade.
Fig. 24 is a schematic drawing showing how to form the laterally projecting ears or fins;
Fig. 25 is a schematic drawing showing how to stamp the body of the blank;
Figures 26-33 are sections taken along lines 26-26, through 33-33 of Figure 23, respectively.
Referring to the drawings, it can be seen that for the specific embodiment of the invention shown here, the starting point is an aluminum alloy billet obtained by rolling or upsetting such as that shown in FIG. 1. As shown, this billet has a substantially circular section, however, it will be understood in the remainder of the description that it may be elliptical or of another shape. To facilitate the initial operations, this billet is provided with a tab 2 forming a handle as shown in FIG. 1.
The major part of the billet opposite the tongue 2 is thinned or cone shaped as shown in Figure 2, so as to give this billet substantially the desired blade length by having sections. straight lines corresponding to the quantity of metal necessary for the formation of the blade at all the various points of its length. The blank then consists of the thinned and conical part 3 and of a part 4 which has remained substantially
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diameter by increasing the wall thickness while maintaining substantially a circular section. The body is then brought to the desired dimension with respect to the blade part while retaining a sufficient wall thickness to suitably withstand the loads due to the centrifugal force and to the flexions it must undergo.
This operation also produces work to which the body and hub parts of the blank which had not been worked during the previous stages are subjected, which makes the work undergone uniform throughout the part. The stamped body of the blank is preferably machined inside and out to bring it to substantially the final dimensions and is ground on its inner and outer surfaces which may have been deformed by the stamping. Preferably, so, it before or after the final shaping of the blank, a flange is made to appear on the body by upsetting.
The invention also relates to the new blade and body produced by these various operations. These and other features and advantages of the present invention will be more apparent from the following detailed description of a preferred process and product.
In the accompanying drawings which show a preferred embodiment of the invention:
Figure 1 is a perspective view of a billet;
Figure 2 is a similar view of the blank after the first thinning or conical shaping operation;
FIG. 3 is a plan view of the blank after the formation of the ears or fins projecting from the lateral side;
4, Figures 5, 6 and 7 are sections taken along lines 4-4, 5-5, 6-6 and 7-7 of Figure 3, respectively;
FIG. 8 is a view partly in plan and partly in longitudinal section of the blank after the internal cavity has been made therein;
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without change.
Preferably this is done by rolling and may include a series of passes in one direction only, that from the body to the tip, and between rollers having suitable contours to apply a progressively increasing force to the billet. in order to gradually give it the desired thinned or conical shape. When the billet has first been subjected to upsetting or rolling and subsequently to the thinning or conical shaping operation, it has the shape shown in Figure 2 and the longitudinal flow lines of the billet are gathered or bundled without their continuity being interrupted, so that the flow lines of the blank shown in Fig. 2 conform to the outline of the blank and sound maximum strength.
Ailerons 5 and 6 projecting laterally are then formed on the blank shown in FIG. 2 by hammer forging, pressing, rolling or any other process. Preferably the ailerons are arranged slightly helically around / around the blank, as shown in Figures 4-7, so as to roughly represent the pitch of the finished propeller. As shown, aileron 5 should form the trailing edge of the blade and aileron 6 the leading edge. Preferably, as shown, the fin 5 has a slightly greater lateral extent and a slightly smaller thickness than the fin 6, so as to provide the necessary amount and arrangement of the metal which is to form the front and rear edges. of the finished blade.
It will naturally be understood that the relative positions and dimensions of the ailerons 5 and 6 will vary depending on the blade to be obtained. The ailerons 5 and 6 of the conical part of the blank shown in FIG. 2 are brought out there, leaving a central part 7 roughly conical. When the blank 2 is made according to the preferred method described above, the longitudinal flow lines of the conical part 3 are simple.
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They are pushed out laterally without being broken or deformed during the formation of ailerons 5 and 6.
It is preferable to form these fins by hammering or pressing using stamps such as those shown schematically in Figure 24. As shown, the matting stamps have recesses 10 smaller than the corresponding diameter of the portion. conical 3 of the blank. The stamps also have recesses 11 and 12 having the shape suitable for machining fins 5 and 6 and such that the metal which spreads laterally from part 3 of the blank is forged or pressed into the shape fins.
An internal cavity is then made in the blank shown in Fig. 3. With the embodiment shown this is done by drilling a substantially cylindrical hole 13 from the hub end of the blank and through. most of the length thereof, this hole ends in a substantially conical portion 14 which stops near the tip of the blade, as shown in Figure 8.
It is understood, however, that the internal cavity can be done in any suitable way. For example, the blank may have dimensions smaller than those shown in Figure 3, and the hole may; be formed at least partially by drilling, the remainder at the hole being, if necessary, terminated by reaming or in any other suitable manner.
At the end of this operation, the blank has the shape shown in FIGS. 8 to 16 with a hollow and substantially cylindrical part 4, and a conical hollow part 7 carrying the fins 5 and 6.
According to a preferred embodiment of the invention, the body of the blank is shaped by stamping or otherwise, starting from the substantially cylindrical hollow part 4 to bring it to have the shape of the body 15 shown in the figure.
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Figure 17. This operation is preferably carried out by stamping as shown schematically in Figure 25.
As shown, a pair of matting stamps 16 and 17 are used with oval openings which receive and shape the hollow part 4 by ovalizing it in a certain direction. The blank is then rotated 90 and again taken between the stamps 16 and 17 to be ovalized in a different direction. This operation is continued with one or more sets of stamps until the walls of the cylindrical hollow part 4 are brought to substantially the diameter and thickness of the body 15 as shown in the figures. 17 to 22. It is possible, if desired, to replace the stamping by other operations such as rolling.
It is evident that this mode of operation allows the formation of a straight hole extending into the blank from the side end of the hub and which has a larger diameter than the cavity existing in the finished body. . This allows the maximum amount of metal to be removed from the blade portion without destroying the proportions of the finished blade and without sacrificing any of the strength of the body. At the same time, this operation causes the metal of the body and hub parts to undergo a work which makes it finer when these parts had not been worked during the stages of formation of the blade. The refining of the grain of the metal and the work undergone by the latter are thus made uniform throughout the extent of the finished blade.
Preferably, the blade body 15 is machined internally and externally to roughly give it its final dimensions and, during this operation, the irregularities in the contour and thickness of the body which have been produced during stamping. are eliminated. With the embodiment shown, the body 15 is subjected to a discharge to form a flange 18, and if necessary a support ring 19 can be held on the body by the rebate.
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edge 18. It is understood that this edge can be formed either after or before the final forging of the blade.
The whole of the blade as represented in FIG. 17 is then placed in pressing or forging stamps and it is flattened in the blade part substantially along the contour shown in FIGS. 23 and 26 to 33. During flattening, the ailerons 5 and 6 formed by the blade part are pressed and formed into the shape of the front and rear edges 20 and 21 of the blade. The hollow body 15 is partially flattened, as shown in Figures 27 and 28, and its edges smoothly merge with the edges 20 and E1 formed from the fins 5 and 6.
During the same operation the blank is preferably given the desired twist or pitch and on the blade shown one face is flattened to form a flat side 22 of the blade and the other side receives a shape suitable for fbrmer the contour 23.
It is evident that during the stampings to form the body 15, the longitudinal fibrous structure of the flow lines of the hollow cylindrical part 4 is simply tightened, so that these lines remain substantially in accordance with the contour of the finished body. 15. Likewise during the final pressing or forging, which shapes the blank, the metal of the hollow crops 15 and the hollow conical part 17 is simply bent to take the desired contour and this metal is not in. no point bent at an angle sharp enough to cause undue fatigue. The most tapered parts of the edges of the blade to the front or to the rear at 20 and 21 come from ailerons 5 and 6, so that it is unnecessary to bend the hollow part of the blank at the very angles. acute that form these edges.
As a result, during this operation, the metallic structure produced in the blade by the previous forging operations is not damaged.
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During forging or final pressing the blank is made slightly smaller, which results in the production of little metal flow around the front and rear edges of the blade. Since the metal is in the proper arrangement and the cross-sectional area is suitable for the final contour formation at any point along the length of the blade, this metal flow is thick at all points. substantially uniform and it is kept extremely small in order to avoid any disturbance which may be caused by it in the metallic structure produced during the previous operations.
During the forging or the final pressing of the blade, a deformable material can, if necessary, be kept in the internal cavity so as to exert against its walls a pressure preventing any tendency to crush. Sand or the like can be used and removed after the operation has been completed. Likewise, the internal cavity can be filled with air or compressed gas to exert pressure against the walls of this internal cavity. It has nevertheless been recognized that the forging or pressing operation can be carried out successfully on most blade shapes without any core material within the internal cavity, the latter remaining open to the eye. outdoors.
The possibilities of crushing the walls of the blade are greatly reduced if not entirely eliminated by the formation of ailerons 5 and 6 prior to the flattening.
Following the operations described, the forging of the blade is completed in any desired way, generally by fitting, sizing and heat treatment. The blade is then subjected to any desired finishing operation such as mechanical work, grinding and polishing to bring it to the exact dimensions and surface shape desired, the blade is then ready to be mounted on.
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a hub.
The completed blade shown in Fig. 23 has the usual shape of propeller blades having a substantially cylindrical body 15 connecting with the blade, the latter having relatively flat faces 22 and 23 and front and rear edges 20 and 21. which, respectively, diverge from the body to an intermediate point and then converge to meet at the tip of the blade. As seen in Figures 23 and 28 to 32, the walls of the blade are substantially thicker towards the front and rear edges than on the side faces as a result of the formation of these edges starting from ailerons 5 and 6.
It will also be evident that, when the blade portion is flattened during the final forging operation, the perimeter of the cavity of this blade portion remains substantially constant except that it can be decreased by a slight thickening of the walls. and by the subsequent flow of metal through the cavity during final forging, while the perimeter of the cavity in the body is substantially reduced by the reduction of the body during stamping or analog work.
Although it has been recognized that the invention has its greatest utility in the manufacture of blades of aluminum alloy or other light metal, it can easily be applied to other metals. For example, the blades can be. made of iron, steel, copper or its alloys, such as brass or bronze, and nickel alloy. In fact, any metal that can be forged or rolled can be made into a blade by this process.
A specific embodiment of the invention has been written above, but it should be understood that many variations and modifications can be made at the stages described without departing from the spirit of the invention. the various operations for forming the hollow blank with walls of non-uniform thickness can be combined
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born together in all ways. Likewise, the various novel features of the invention, although they gain their greatest value when employed simultaneously, can also be employed separately and in other combinations.
CLAIMS.
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1. Propeller blade characterized by the fact that it is composed of a single piece of metal having a hollow and flattened part forming the blade, the walls of this part having a substantially greater thickness on one edge of the blade. blade, or on both, than on the side faces.
2. Propeller blade according to 1, characterized in that it is composed of a single piece of metal having front and rear edges and relatively flat side faces, said juta blade being hollow over the greater part. of its length and the walls of the cavity being appreciably thicker on one or both edges than on the side faces.
3. A hollow metal propeller blade according to one of the preceding claims, characterized in that it comprises a substantially cylindrical part forming a body which connects with a flattened part forming a blade, the body having a cavity of substantially circular section. - ring which extends through it from the end of the hub and which connects with a flattened cavity existing in the blade part, the perimeter of the cavity in the body part being substantially less than the perimeter of the cavity in the blade part at the point of the greatest width.
4. Hollow propeller blade according to 3 characterized in that the flattened cavity in the blade part has a shape similar to that of the blade.
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