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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.
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