Procédé pour la fabrication d'une aube présentant au moins un canal interne La présente invention a pour objet un procédé pour la fabrication d'une aube pré sentant au moins un canal interne, par exemple d'une aube pour rotor ou stator de turbine à gaz ou de compresseur.
Dans certaines aubes de ce genre, il est souhaitable de prévoir des canaux intérieurs susceptibles d'être utilisés pour le refroidis sement de l'aube (ou, dans certains cas, pour son chauffage) et il est important que ces canaux, dans l'aube terminée, aient des di mensions et formes exactes et soient position nés de façon précise par rapport au reste de l'aube.
On mentionnera qu'il existe un procédé connu pour la fabrication d'aubes de distribu teurs de turbines, à canaux intérieurs, selon lequel une billette d'acier est tout d'abord per cée de plusieurs trous présentant chacun le diamètre prescrit et qui sont situés dans leur position relative déterminée, ces trous étant alors remplis au moyen d'un matériel de rem plissage approprié. La billette est alors refou lée de manière à obtenir par extrusion le profil d'aile désiré puis les noyaux de matière de remplissage sont enlevés par dissolution dans un acide.
Des aubes de rotor de turbine pré sentant des canaux de refroidissement sont également fabriquées selon ce procédé, le re- foulement étant interrompu avant l'extrémité de l'aube de manière à conserver un supplé ment de matière destiné à la formation de la racine, l'aube étant éventuellement soumise à une opération finale de matriçage au mouton avant l'enlèvement des bouchons de matière de remplissage.
Dans une aube, il est cependant des plus important que le ou les canaux de refroidis sement soient positionnés de façon très exacte par rapport à la surface extérieure en profil d'aile de l'aube, pour qu'ils ne nuisent ni à la résistance de l'aube ni à ses autres caractéris tiques. Avec l'opération d'extrusion ou de re foulement du procédé cité ci-dessus, il n'est possible d'assurer ni le positionnement final réellement exact des canaux par rapport à la surface extérieure de l'aube, ni la forme finale desdits canaux.
La présente invention a pour but de remé dier aux inconvénients précités.
Le procédé objet de l'invention pour la fa brication d'une aube présentant. au moins un canal interne est caractérisé en ce qu'on forme tout d'abord une ébauche de dimension et de forme telles que l'aube puisse être obtenue à sa forme finale par au moins une opération de forgeage de précision de cette ébauche, en ce qu'on perce au moins un trou dans cette ébauche, en ce qu'on remplit ce trou avec une matière de remplissage susceptible d'être en levée par la suite et en ce qu'on soumet l'ébau che à au moins une opération de forgeage de précision effectuée entre deux matrices sus ceptibles d'être rapprochées l'une de l'autre, en vue de donner la forme finale de l'aube à ladite ébauche, et en ce qu'on enlève enfin la matière de remplissage.
Le dessin annexé illustre, à titre d'exem ple, différentes mises en #uvre du procédé de l'invention.
Dans une première mise en #uvre illustrée par les fig. 1 à 4, on part d'une ébauche for gée représentée à la fi-. 1 qui comprend des parties 10, 11 et 12 destinées à former, res pectivement, le corps profilé, le pied et l'épau lement supérieur de l'aube. Cette ébauche est tout d'abord percée de cinq trous longitudinaux 13, de section circulaire, comme bien visible à la fig. 2 qui est une coupe selon la ligne 2-2 de la fig. 1.
La fig. 3 est une coupe analogue à celle de la fig. 2, à plus grande échelle, de la partie 10 de l'aube, qui présente une section droite en _ forme de haricot . Les trous 13 qui traversent l'ébauche de bout en bout sont alors tamponnés ou remplis avec une matière de remplissage qui sera susceptible d'être enlevée par la suite, de l'acier doux par exemple. L'ébauche, une fois ses trous 13 remplis, est alors soumise à une ou plusieurs opérations de forgeage de précision au cours desquelles la section en forme de haricot représentée à la fig. 3 est amenée au profil d'aile final repré senté à la fig. 4.
Les canaux internes, qui pré sentaient une section initiale circulaire, pré sentent alors une section allongée approxima tivement de même forme que le profil d'aile donné à l'aube. Les opérations de forgeage de précision sont effectuées de manière à laisser une légère surépaisseur indiquée en 14 qui sera éliminée en cours d'usinage, lors de la finition de l'aube.
Dans une seconde mise en #uvre illustrée par les fig. 5 à 9, l'ébauche qui, dans la pré- mière mise en oeuvre, était obtenue par for geage, est obtenue par un procédé de refoule ment. Dans ce cas, un lingot de métal de forme générale cylindrique est tout d'abord percé de deux trous de section circulaire dis posés symétriquement par rapport à l'axe du lingot comme représenté aux fig. 5 et 6. Le lingot ainsi percé est alors disposé dans la ma trice 15 d'une presse à refouler dont le poin çon 16 est pourvu de deux mandrins 17 de section circulaire constante.
Ces mandrins sont destinés à pénétrer dans les trous du lingot lorsque le poinçon pénètre dans la matrice 15, comme représenté à la fig. 7, le lingot étant amené au cours de ce procédé de refoulement à la forme représentée aux fig. 8 et 9. L'ébau che ainsi obtenue présente une section en forme de haricot et est percée de deux trous longi tudinaux de section circulaire. Le procédé est poursuivi comme pour l'ébauche forgée re présentée à la fig. 1, c'est-à-dire que les trous sont remplis d'une matière de remplissage et que l'ébauche est amenée à la forme finale de l'aube par des opérations de forgeage de précision.
L'opération de refoulement décrite ci-dessus constitue donc uniquement une opé ration préliminaire pour obtenir l'ébâuche de forme appropriée pourvue des canaux internes désirés. La mise en forme finale de l'aube est réalisée uniquement par forgeage de précision, soit à la presse, entre deux matrices.
Les fig. 10 et 11 illustrent une troisième mise en #uvre qui permet d'obtenir un canal conique dans une aube de turbine. Selon cette mise en aeuvre, un lingot 18 de forme cylin drique est tout d'abord percé d'un trou axial 19 de section droite circulaire et constante (fig. 10). Ce trou est alors rempli avec une matière appropriée, comme précédemment, et le lingot avec son noyau est déformé mécani quement au cours d'une opération de forgeage, par exemple, de manière que sa surface exté rieure présente une forme conique comme re présenté en 20 à la fig. 11.
Cette opération a également pour effet de donner une certaine conicité au trou représenté en 21 et l'on peut alors procéder au forgeage de précision de l'aube, comme précédemment, la fig. 11 repré sentant uniquement l'ébauche partiellement for mée de forme tronconique qui constitue un stade intermédiaire du procédé.
Les fig. 12 et 13 illustrent une variante du procédé dans laquelle le lingot de départ 22 est lui-même de forme tronconique. Ce lingot 22 est tout d'abord percé axialement d'un trou 23 de section circulaire et constante, puis ce trou est rempli .avec une matière appropriée et le lingot est soumis à une opération au cours de laquelle il est aplati, par laminage par exem ple, de manière à obtenir un lingot de section droite. extérieure constante, comme représenté à la fig. 13. Pendant l'opération de laminage qui entraine la disparition de la conicité exté rieure du lingot, le canal intérieur, lui, prend une forme conique, comme représenté en 24.
On peut alors procéder au forgeage de préci sion, comme précédemment, après lequel le noyau sera extrait du trou conique 24. La fig. 14 représente, en perspective, une aube de turbine quia été forgée et usinée à sa forme finale, cette aube présentant un canal interne 25 et un pied 26 de la forme classique bien connue.
Les fig. 15 et 16 sont des sections droites, à une échelle légèrement supérieure, de deux aubes de turbine présentant chacune un seul canal interne. Dans l'aube représentée à la fig. 15, une pièce additionnelle 27 est logée dans ce canal qu'elle divise en plusieurs pas sages indépendants en vue d'améliorer le re froidissement de l'aube. Dans l'aube représen tée à la fig. 16, le même résultat est obtenu avec des tubes 28 logés dans le canal interne de l'aube.
Les fig. 17 à 29 illustrent une quatrième mise en oeuvre du procédé qui est réalisée à partir d'un lingot 29 de forme cylindrique percé d'un trou axial 30 (fig. 17). Ce lingot percé est introduit dans la matrice 31 d'une presse à refouler dont le poinçon 32 est pourvu d'un mandrin effilé 33. L'extrémité antérieure du mandrin 33 est suffisamment mince pour péné trer dans le trou 30 du lingot et, du fait de la descente du poinçon, on obtient une pièce refoulée présentant la forme indiquée à la fig. 19 et de section droite elliptique. Cette pièce a un trou central 34 de section décrois sante et présente une partie 35 destinée à constituer le pied de l'aube terminée.
Cette pièce est alors remplie avec une matière de remplissage et sa partie 35 est forgée de ma nière à l'amener à la forme représentée en 36 à la fig. 20. L'opération suivante est repré sentée par les fig. 21 à 23, la fig. 21 étant une vue en coupe de l'aube obtenue par un aplatissement de l'ébauche représentée à la fig. 20, le degré d'aplatissement ressortant des fig. 22 et 23 qui sont des coupes respective ment selon les lignes 22-22 et 23-23 de la fig. 21. La pièce aplatie ainsi obtenue est alors soumise à une opération de forgeage qui l'amène à la forme représentée aux fig. 24 à 26.
Les fig. 25 et 26 sont des coupes res pectivement selon les lignes 25-25 et 26-26 de la fig. 24. Il est à remarquer que l'on dis pose à ce-stade de la fabrication d'une ébauche ou<B> </B>moulage<B> </B> qui présente un seul canal interne de section droite variable et dont la forme est déjà voisine du profil d'aile. Les fig. 27 à 29 illustrent l'opération de forgeage de précision finale de l'aube, les fig. 28 et 29 étant des coupes respectivement selon les li gnes 28-28 et 29-29 de la fig. 27. On remar quera qu'une torsion a été communiquée à l'aube lors de ce matriçage final.
Il est à sou ligner que, dans cette mise en oeuvre illustrée par les fig. 17 à 29, la phase essentielle du procédé est constituée par le forgeage de pré cision d'une ébauche qui présente préalable ment un canal rempli par un noyau, l'opération préliminaire de refoulement ne servant qu'à produire un trou de section variable. Les fig. 30 et 31 illustrent une autre va riante du procédé utilisée pour la fabrication d'aubes de turbine du type à pied ou racine en forme de queue d'aronde simple ou mul tiple.
Comme représenté à la fig. 30, l'extré mité de la racine de l'aube a une section droite de relativement petite surface et il peut se pro duire, lors du matriçage final, que le noyau déjà en place soit quelque peu décalé et même amené à crever sur l'un des côtés de la racine au lieu de déboucher à l'extrémité de celle-ci. Afin d'éviter cette éventualité, le noyau déjà formé est repercé comme représenté en 37 à la fig. 30, de manière qu'une partie du noyau située dans le pied de l'aube soit enlevée.
Le pied est alors soumis à un resserrage qui l'amène à la forme représentée à la fig. 31, de telle sorte que l'extrémité du trou 37 est réduite à une fente 38. Lors du forgeage de précision final qui suivra, cette fente risquera beaucoup moins de crever sur les faces laté rales du pied de l'aube, du fait de ses petites dimensions latérales, le forgeage de précision final pouvant de ce fait être effectué sans que l'on risque que.la fente 38 se décale sérieu sement latéralement.
Une fois le forgeage de précision final effectué, le pied de l'aube est percé ou fraisé à partir de son extrémité de manière à obtenir une ouverture qui se rac corde avec le canal constitué dans le reste de l'aube qui, bien entendu, présente à ce stade final une section en forme de profil d'aile.