BRPI0909404B1

BRPI0909404B1 - processo de fabricação de um disco com pás monobloco

Info

Publication number: BRPI0909404B1
Application number: BRPI0909404-0A
Authority: BR
Inventors: Serge Berlanger; Sébastien Bordu; Thierry Jean Maleville; Christophe Charles Maurice Roca
Original assignee: Snecma
Priority date: 2008-03-31
Filing date: 2009-03-25
Publication date: 2020-10-13
Also published as: BRPI0909404A2; EP2257409B1; JP5587287B2; US20110016715A1; WO2009121767A1; CA2719354C; RU2010144483A; CN101980823A; CN101980823B; FR2929153B1; RU2493948C2; JP2011518049A; US8732949B2; FR2929153A1; EP2257409A1; CA2719354A1

Abstract

PROCESSO DE FABRICAÇÃO DE UM DISCO COM PÁS MONOBLOCO. A presente invenção se refere a um processo de fabricação de um disco com pás monobloco, que compreende: - uma etapa de recorte por jato de água abrasivo de um bloco de matéria (100), realizada de maneira a fazer aparecer pré-formas de pás (102) que se estendem radialmente a partir de um disco (4), e depois uma etapa de fresagem das pré-formas de pás (102).

Description

DESCRIÇÃO DOMÍNIO TÉCNICO

[0001] A presente invenção se refere de modo geral ao domínio da fabricação dos discos com pás monoblocos, de preferência para turbomáquina de aeronave.

ESTADO DA TÉCNICA ANTERIOR

[0002] Para a fabricação de um disco com pás monobloco, também denominado “DAM”, ou “blisk” em inglês, é habitualmente executada por fresagem de um bloco de matéria, geralmente feito de titânio.

[0003] Essa técnica, ainda que controlada, não se revela totalmente otimizada, na medida em que os tempos de fabricação são muito grandes, principalmente em razão da grande retirada de matéria a realizar, a saber às vezes até 75 % em peso do bloco de matéria inicial, e mesmo mais ainda.

[0004] Os custos de produção se revelam também prejudicados por esse longo tempo de fabricação, que por um lado implica a presença prolongada dos operadores junto às fresadoras, e por outro lado provoca um grande desgaste das ferramentas, em especial das cabeças das fresadoras relativamente onerosas.

EXPOSIÇÃO DA INVENÇÃO

[0005] A invenção tem, portanto, como objetivo corrigir pelo menos parcialmente os inconvenientes mencionados acima, relativos às realizações da arte anterior.

[0006] Para fazer isso, a invenção se refere a um processo de fabricação de um disco com pás monobloco, que compreende: - uma etapa de recorte por jato de água abrasivo de um bloco de matéria, realizada de maneira a fazer aparecer pré-formas de pás que se estendem radialmente a partir de um disco, e depois - uma etapa de fresagem das pré-formas de pás.

[0007] Assim, o princípio da invenção repousa na execução de uma etapa prévia de recorte por jato de água abrasivo de um bloco de matéria, antes que esse último seja submetido a uma ou várias etapas de fresagem.

[0008] Isso permite reduzir consideravelmente os tempos e custos de fabricação em relação a um processo unicamente baseado na fresagem de um bloco cheio, visto que a técnica de recorte por jato de água abrasivo permite retirar uma quantidade grande de matéria, em um tempo relativamente pequeno. A título de exemplo indicativo, para a obtenção de um DAM que necessitaria de cerca de 310 horas de fresagem com a técnica anterior, ela só necessita agora cerca de 140 horas, combinadas a um número muito restrito de horas de recorte com jato de água abrasivo.

[0009] A diminuição do tempo de fresagem implica que os operadores dedicados às fresadoras são substancialmente descarregados, de modo que eles podem nesse caso se ocupar de várias fresadoras, e/ou comandar também a ferramenta que assegura o recorte por jato de água abrasivo.

[0010] Finalmente, a diminuição do tempo de fresagem implica também vantajosamente uma baixa substancial do desgaste da ferramenta, em especial das cabeças de fresadoras, o que diminui ainda mais os custos de produção.

[0011] A execução do processo se revela, portanto, especialmente bem adaptada aos casos em que a retirada de matéria operada se eleva a 75 %, e mesmo mais, do bloco de matéria de partida, visto que uma grande parte dessa retirada pode ser efetuada rapidamente por recorte com jato de água abrasivo. Com relação a isso, faz-se de preferência de modo com que a dita etapa de recorte por jato de água abrasivo leve a retirar no mínimo 50 % em peso do dito bloco de matéria. Em outros termos, a relação entre o peso do bloco no momento da iniciação da etapa de recorte por jato de água abrasivo, e o peso desse bloco no final dessa etapa que fez aparecer as pré-formas de pás, é de preferência superior a dois.

[0012] Com relação a isso, é notado que a etapa de recorte por jato de água abrasivo é seguida por uma etapa de fresagem das pré-formas de pás, essa última sendo preferencialmente realizada de maneira a obter esboços de pás perfilados, essa etapa sendo de preferência seguida por uma etapa de acabamento por fresagem dos esboços de pás, de maneira a obter as pás com o perfil final.

[0013] De preferência, o dito disco com pás apresenta um diâmetro superior ou igual a 800 mm. De preferência, as pás têm um comprimento mínimo de 150 mm.

[0014] De preferência, o dito disco com pás monobloco apresenta um disco de espessura superior ou igual a 100 mm. No entanto, ele pode apresentar uma espessura da ordem de 160 mm, e mesmo mais ainda, em razão dos altos desempenhos suscetíveis de serem atingidos pela técnica de recorte por jato de água abrasivo. Essa espessura corresponde também substancialmente à distância de acordo com a qual se estende cada pá, adaptada de acordo com o eixo do DAM, entre a borda de ataque e a borda de fuga.

[0015] De preferência, as pás do disco com pás monobloco são torcidas, o ângulo de torção podendo ir até 45°, e mesmo mais ainda.

[0016] De preferência, o dito bloco de matéria utilizado é feito de titânio ou uma de suas ligas.

[0017] De preferência, o dito disco com pás monobloco é um disco com pás monobloco para turbomáquina de aeronave.

[0018] Ainda mais preferencialmente, o dito disco com pás monobloco é um disco com pás monobloco de rotor de turbina ou de compressor de turbomáquina de aeronave.

[0019] Outras vantagens e características da invenção aparecerão na descrição detalhada não limitativa abaixo.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0020] Essa descrição será feita em referência aos desenhos anexos entre os quais: - a figura 1 representa uma vista parcial em perspectiva de um disco com pás monobloco para turbomáquina, capaz de ser obtido pela execução do processo de fabricação de acordo com a presente invenção; e - as figuras 2a a 2d representam vistas que esquematizam o disco com pás monobloco em diferentes etapas de seu processo de fabricação, quando esse último se apresenta sob a forma de um primeiro modo de realização preferido.

EXPOSIÇÃO DETALHADA DE MODOS DE REALIZAÇÃO PREFERIDOS

[0021] Em referência primeiramente à figura 1, é possível ver um disco com pás monobloco 1 destinado a ser obtido pela execução de um processo de fabricação de acordo com a presente invenção. Ele é preferencialmente destinado à constituição de um rotor de compressor ou de turbina de uma turbomáquina para aeronave.

[0022] O disco com pás monobloco, abaixo denominado DAM, que se procura obter pelo processo objeto da invenção, tem grandes dimensões, a saber que ele apresenta um diâmetro superior ou igual a 800 mm, pás 2 de comprimento pelo menos igual a 150 mm, e um disco 4 de espessura “e” superior ou igual a 130 mm. Além disso, as pás levadas pelo disco 4 de eixo central 5 são torcidas de maneira importante, visto que o ângulo de torção pode atingir 45°, e mesmo mais. A título informativo, esse ângulo corresponde de maneira conhecida ao ângulo fictício entre o pé 6 e o topo 8 de uma mesma pá 2.

[0023] Um primeiro modo de realização preferido do processo de fabricação do DAM 1 vai agora ser descrito em referência às figuras 2a a 2d.

[0024] Primeiramente, um bloco de matéria feito de liga de titânio, também chamado “bruto monobloco” e de preferência pré-usinado, é submetido a uma primeira etapa de torneamento, que visa por exemplo usinar esse bloco a 1 mm das cotas finais.

[0025] A etapa seguinte consiste em um recorte por jato de água abrasivo do bloco cheio, de maneira a fazer aparecer pré-formas de pás.

[0026] Para fazer isso é utilizada uma máquina (não representada) de recorte por jato de água de pressão muito alta, por exemplo 3000 bars, e de precisão muito alta, por exemplo de seis eixos. É o nível de pressão muito alto da água que permite veicular o abrasivo que otimiza seu efeito cortante sobre a matéria. De maneira conhecida, o jato de água é criado por intermédio de um bico feito de diamante ou feito de safira. Além disso, uma câmara de mistura permite a adição do abrasivo, tal como areia. Com relação a isso, um canhão de focalização homogeneíza a água e a areia focalizando essa última na zona a recortar.

[0027] Essa técnica de recorte por jato abrasivo permite uma vazão de retirada de matéria grande, assim como uma boa aptidão para a repetição. Ele se revela assim absolutamente adaptado para a retirada de matéria que visa criar espaços interpás que atravessam inteiramente a espessura “e” do bloco de matéria de acordo com seu eixo 5.

[0028] Com relação a isso, a figura 2a mostra na parte de cima o bloco de matéria 100, uma vez que a etapa de recorte por jato de água abrasivo terminou. Esse bloco apresenta, portanto, pré-formas de pás 102 que se estendem radialmente a partir do disco 4, quer dizer ortogonalmente ao eixo central 5. De uma maneira geral, o recorte é realizado na espessura do bloco 100 de modo a fazer aparecer espaços interpás 110 entre as pré-formas de pás 102 diretamente consecutivas circunferencialmente.

[0029] Essa etapa de recorte por jato de água abrasivo pode ser executada realizando-se para isso uma primeira operação de recorte que visa retirar um primeiro pedaço de matéria que se estende substancialmente de maneira torcida ou helicoidal na direção radial a partir do disco, seguida por uma segunda operação de recorte que visa retirar um segundo pedaço de matéria menos volumoso, que se estende também substancialmente de maneira torcida ou helicoidal na direção radial.

[0030] Mais precisamente em referência à representação esquemática da figura 2b, é possível ver na parte esquerda dessa última que a primeira operação de recorte visa de fato recortar um primeiro pedaço de matéria 114 que se estende em toda a espessura do bloco 100 de acordo com seu eixo 5. Para fazer isso, o eixo do canhão de focalização 116 se desloca ao longo de uma linha fechada 118 em forma global de U mostrada na parte baixa da figura 2a, iniciada a partir de uma extremidade radial do bloco 100, e que se estende radialmente para o interior até o disco 4, a linha 118 passando ao longo em seguida desse disco na direção circunferencial, antes de se estender de novo radialmente para o exterior até a outra extremidade radial do bloco 100.

[0031] Durante seu percurso ao longo da linha 118 precitada, o eixo do canhão 116 é animado por um movimento adicional apropriado em relação ao eixo 5 que permanece preferencialmente fixo, esse movimento adicional se traduzindo essencialmente por um pivotamento do eixo do canhão de acordo com a direção radial, e assegurando a formação de um primeiro pedaço 114 de forma substancialmente torcida na direção radial. De um modo mais geral, é notado que a trajetória descrita pelo canhão 116 em relação ao eixo 5 é uma trajetória dita de cinco eixos, obtida com o auxílio de duas rotações simultâneas. O primeiro pedaço 114 é preferencialmente retirado manualmente pelo operador, como mostrado esquematicamente pela parte central da figura 2b. Como está visível nessa mesma figura, em uma seção qualquer ortogonal à direção radial, o pedaço 114 toma a forma de um quadrilátero do qual os dois lados opostos, que se estendem de acordo com a espessura do bloco, passam respectivamente o mais próximo possível das duas pás diretamente consecutivas 2 destinadas a ser obtidas uma vez que o processo terminou.

[0032] Como decorre do que precede, cada retirada de um primeiro pedaço 114 deixa aparecer a superfície de duas pré-formas de pás 102 diretamente consecutivas. De preferência, é primeiro procedido ao recorte de todos os primeiros pedaços 114 cujo número é previsto em função do número de pás desejado para o DAM, e depois é procedido à retirada manual desses pedaços 114, antes de executar a segunda operação de recorte.

[0033] Essa segunda operação é realizada de maneira a que as pré-formas de pás que decorrem dela se aproximem o máximo possível da forma torcida com curvatura invertida das pás finais, da qual é difícil se aproximar por um simples e único recorte, visto que o jato de água abrasivo atravessa o bloco de maneira substancialmente retilínea, por oposição à forma curva das seções de pás.

[0034] Em referência à representação esquemática da figura 2b, é possível ver na parte direita dessa última que a segunda operação de recorte visa de fato recortar um segundo pedaço de matéria 120 que se estende desta vez somente em uma parte da espessura do bloco 100, quer dizer somente em uma parte da espessura dos elementos radiais 122 formados pela retirada dos primeiros pedaços 114. Por outro lado, o pedaço 120 se estende também somente em uma porção radial de seu elemento 122 associado, a saber que ele se estende a partir do pé sem atingir o topo, como se destaca da figura 2a.

[0035] Para fazer isso, o eixo do canhão de focalização 116 se desloca ao longo de uma linha radial 124, da qual uma porção é mostrada na figura 2a. Ela é iniciada a partir do pé 4, e se estende, portanto, substancialmente radialmente sem atingir o anel 112 que apareceu por ocasião da retirada dos primeiros pedaços 114. Por exemplo, a linha 124 atravessada pelo jato de água abrasivo se situa a cerca de meia espessura dos elementos radiais 122, e é interrompida para além da meia altura radial desses últimos.

[0036] Durante seu percurso ao longo da linha 124 precitada, o eixo do canhão 116 é animado por um movimento adicional apropriado em relação ao eixo 5 que permanece preferencialmente fixo, esse movimento adicional se traduzindo essencialmente por um pivotamento do eixo do canhão de acordo com a direção radial, e assegurando a formação de um segundo pedaço 120 de forma também substancialmente torcida na direção radial. De um modo mais geral, é notado que a trajetória descrita pelo canhão 116 em relação ao eixo 5 é uma trajetória dita de cinco eixos, obtida com o auxílio de duas rotações simultâneas. Esse segundo pedaço 120, uma vez que ele foi inteiramente dessolidarizado do pé 5, ainda por jato de água abrasivo, se desprende preferencialmente sozinho, sem auxílio do operador, como mostrado esquematicamente pela parte direita da figura 2b.

[0037] A esse título, é notado que o canhão 116 se desloca não somente ao longo da linha substancialmente radial 124, mas também ao longo de uma linha (não representada) em forma de porção circular que se estende a partir da extremidade radial interior da linha 124, ao longo do pé 4, para a dessolidarização total do pedaço 120 em relação a esse último.

[0038] Como está visível na figura 2b, em uma seção qualquer ortogonal à direção radial, o pedaço 120 toma a forma de um triângulo do qual um dos lados passa o mais próximo possível da pá 2 destinada a ser obtida a partir do elemento radial 122 em questão, uma vez que o processo terminou.

[0039] Uma vez que todos os segundos pedaços 120 foram retirados, o bloco só apresenta então as pré-formas de pás 102 provenientes do disco 4, e espaçadas umas das outras pelos espaços interpás 110.

[0040] Em seguida, é executada uma etapa de fresagem das pré-formas de pás 102, realizada de maneira a obter esboços de pás 202 perfilados. Em outros termos, o objetivo dessa etapa, executada por exemplo com o auxílio de uma ferramenta de fresagem de cinco eixos, é retirar a matéria restante nas pré-formas de pás 102, a fim de chegar o mais próximo possível das cotas finais, por exemplo a 0,6 mm.

[0041] Aqui, as pré-formas 102 são preferencialmente usinadas umas após as outras, para formar cada uma elas um esboço de pá 202 perfilado, como representado na figura 2c.

[0042] Em seguida uma outra etapa de fresagem é realizada, essa etapa dita de acabamento visando obter, por fresagem, as pás 2 com o perfil final, a partir dos esboços 202. A ferramenta utilizada permite uma usinagem mais precisa, que assegura a colocação nas cotas finais, e, portanto, a obtenção das pás 2 como é mostrado na parte direita da figura 2d.

[0043] Nesse estágio do processo, o bloco de matéria restante apresenta um volume inferior a 25 % do volume desse mesmo bloco tal como ele se apresentava justo antes da iniciação da etapa de recorte com jato de água abrasivo, a saber justo depois da etapa precitada de torneamento.

[0044] Por outro lado, o processo pode ser prosseguido por uma ou várias etapas clássicas, entre as quais são contadas, uma etapa de polimento, por exemplo por ajuste manual ou por acabamento por atrito, uma etapa de limpeza por projeção de limalha, uma etapa de colocação em comprimento das pás, e/ou uma etapa de equilíbrio do DAM.

[0045] Naturalmente, diversas modificações podem ser trazidas pelo profissional à invenção que acaba de ser descrita, unicamente a título de exemplos não limitativos.

Claims

1. Processo de fabricação de um disco com pás monobloco (1), compreendendo: - uma etapa de recorte por jato de água abrasivo de um bloco de matéria (100), realizada de maneira a fazer aparecer pré-formas de pás (102) que se estendem radialmente a partir de um disco (4), o processo sendo caracterizado pelo fato de que compreende depois: - uma etapa de fresagem das pré-formas de pás (102).

2. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a dita etapa de recorte por jato de água abrasivo é realizada de maneira a retirar no mínimo 50 % em peso do dito bloco de matéria (100).

3. Processo de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que a dita etapa de fresagem das pré-formas de pás (102) é realizada de maneira a obter esboços de pás (202) perfilados, essa etapa sendo seguida por uma etapa de acabamento por fresagem dos esboços de pás (202), de maneira a obter as pás (2) com o perfil final.

4. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que o dito disco com pás monobloco apresenta um diâmetro superior ou igual a 800 mm.

5. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que o dito disco com pás monobloco apresenta um disco (4) de espessura (e) superior ou igual a 100 mm.

6. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que as pás (2) do disco com pás monobloco são torcidas.

7. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que o dito bloco de matéria (100) utilizado é feito de titânio ou uma de suas ligas.

8. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que o dito disco com pás monobloco é um disco com pás monobloco para turbomáquina de aeronave.

9. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizadopelo fato de que o dito disco com pás monobloco é um disco com pás monobloco de rotor de turbina ou de compressor de turbomáquina de aeronave.