FR2971177A1 - Procede de mise au point d'une gamme de polissage ou de rayonnage par tribofinition - Google Patents

Abstract

Moyen d'essais pour la mise au point d'une gamme d'usinage par tribofinition pour des éléments d'une pièce de turbomachine, lesdits éléments étant disposés sur la périphérie de la pièce et étant susceptibles d'être isolés de ladite pièce par une surface de découpe qui les enveloppe individuellement, ledit moyen d'essais (1) étant représentatif de la géométrie de ladite pièce pour sa partie ne comportant pas lesdits éléments, caractérisé en ce qu'il comporte des découpes (2) positionnées en regard de la position desdits éléments, pratiquées le long de ladite surface de découpe et comportant des moyens de fixation pour des éprouvettes représentatives desdits éléments et aptes à s'insérer dans lesdites découpes pour reproduire la géométrie de la pièce dans sa globalité.

Description

PROCÉDÉ DE MISE AU POINT D'UNE GAMME DE POLISSAGE OU DE RAYONNAGE PAR TRIBOFINITION

Le domaine de la présente invention est celui de l'usinage des pièces métalliques et, plus particulièrement, celui de la finition des pièces aéronautiques.

Les pièces constituant les moteurs aéronautiques, telles que les disques de compresseur ou les disques aubagés monoblocs (DAM), font l'objet d'opérations de finition pour assurer un polissage de leur surface, un ébavurage ou effectuer un rayonnage de leurs arêtes vives en fin de production. Un disque de compresseur nu comporte sur sa périphérie des alvéoles destinées à recevoir les pieds des aubes du compresseur alors que dans un disque aubagé monobloc les aubes sont fabriquées en même temps que le disque, leur pied étant intégré dans la périphérie du disque. Ces pièces sont de grande dimension et présentent des formes généralement complexes, dues principalement aux alvéoles des disques nus et aux aubes pour les disques DAM. Le polissage ou le rayonnage de ces pièces nécessite donc des opérations longues et coûteuses et une des méthodes généralement employées pour effectuer leur finition consiste à réaliser une tribofinition dans une cuve apte à recevoir de telles pièces. La tribofinition consiste à plonger la pièce dans une cuve remplie d'un liquide tel que de l'eau et de modules, ou cailloux, qui ont pour fonction d'effectuer une abrasion superficielle des surfaces extérieures de la pièce pour effectuer le polissage ou le rayonnage recherché. Ces cailloux sont réalisés classiquement en alumine compactée dont l'assemblage est assuré par un liant organique. Ils ont une forme géométrique simple, telle par exemple que celle d'une pyramide, d'un parallélépipède, d'un losange à faces biseautées ou d'une pastille, et leur taille est choisie en fonction de celle des cavités dans lesquelles ils doivent circuler. La mise en mouvement de l'eau et des cailloux est assurée par la rotation d'un moteur et par celle de bras plongés dans le bac, qui font circuler ces cailloux de façon qu'ils viennent en contact avec toutes les parties de la pièce et qu'ils l'usent précisément aux endroits voulus. Au besoin des masquages, du type ruban adhésif, sont mis en place sur les parties qu'on veut protéger et ne pas polir. La mise au point d'une gamme de polissage ou de rayonnage nécessite de préciser un grand nombre de paramètres, pour que les cailloux circulent effectivement dans toutes les cavités à polir ou à rayonner et qu'ils fournissent les caractéristiques géométriques recherchées. Il s'agit en effet de trouver la forme de cailloux la mieux adaptée, de définir la dureté optimale des cailloux en jouant sur la proportion d'alumine et de liant, de définir le débit d'eau optimal, de choisir la vitesse de rotation à donner au moteur et les inversions de sens de rotation à pratiquer au cours d'un cycle, et enfin de déterminer la durée de l'usinage. Tout ce processus d'optimisation des paramètres de l'usinage est extrêmement complexe du fait du nombre important de paramètres qui entrent en jeu. Par ailleurs les pièces sur lesquelles il est possible de tester ces paramètres pour définir la gamme de polissage ou de rayonnage, sont en nombre très restreint. Dans l'art antérieur la mise au point de la gamme s'effectue sur des pièces rebutées, qui sont fort peu nombreuses car il s'agit de pièces qui sont allées presque au bout du processus de fabrication et auxquelles il ne le reste plus à subir que l'opération de finition. Réaliser une pièce spécifiquement pour effectuer la mise au point d'une gamme de fabrication reviendrait extrêmement cher et cette option n'est pas envisageable. L'utilisation de pièces non rebutées ne permet ainsi que des évaluations très limitées qui ne peuvent pas porter sur l'ensemble des paramètres de la tribofinition.

La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients en proposant un procédé de mise au point d'une gamme de polissage, ébavurage ou rayonnage pour des pièces de turbomachine de grandes dimensions qui ne présente pas certains des inconvénients de l'art antérieur et, en particulier, qui permette la mise au point de cette gamme en utilisant des pièces représentatives des pièces de production, à des coûts relativement faibles. A cet effet, l'invention a pour objet un moyen d'essais pour la mise au point d'une gamme d'usinage par tribofinition pour des éléments d'une pièce de turbomachine, lesdits éléments étant disposés sur la périphérie de la pièce et étant susceptibles d'être isolés de ladite pièce par une surface de découpe qui les enveloppe individuellement, ledit moyen d'essais étant représentatif de la géométrie de ladite pièce pour sa partie ne comportant pas lesdits éléments, caractérisé en ce qu'il comporte des découpes positionnées en regard de la position desdits éléments, pratiquées le long de ladite surface de découpe et comportant des moyens de fixation pour des éprouvettes représentatives desdits éléments et aptes à s'insérer dans lesdites découpes pour reproduire la géométrie de la pièce dans sa globalité. La présence de découpes permet d'insérer dans un moyen d'essais des éprouvettes qui sont beaucoup plus faciles à produire qu'un disque complet et qui ont, ainsi, un coût de fabrication relativement bas On peut ainsi multiplier les essais sur ce moyen d'essais équipé d'éprouvettes et optimiser, à moindre coût, la gamme de finition des disques de production. De façon préférentielle la pièce de turbomachine est un disque de compresseur ou de turbine, les découpes ayant une forme parallélépipédique s'enfonçant radialement dans le disque et s'étendant circonférentiellement de façon à englober un alvéole de retenue d'une aube, dans le cas d'un disque nu, ou le pied d'une aube, dans le cas d'un disque aubagé monobloc. Un tel moyen d'essais est parfaitement adapté pour la mise au point d'une gamme de finition par tribofinition d'un disque de compresseur ou de turbine, ces pièces étant relativement cher à produire et leur réalisation entraînant peu de pièces en rebut. Avantageusement les moyens de fixation sont des trous taraudés pratiqués dans la face de la découpe formant le fond du parallélépipède. Dans un mode particulier de réalisation le moyen d'essais comporte un nombre de découpes inférieur au nombre d'alvéoles ou d'aubes du disque de compresseur ou de turbine. Moyennant des précautions pour assurer la représentativité de la circulation de l'eau et des cailloux, cette simplification permet de réduire encore plus le coût de réalisation des essais de mise au point de la gamme de tribofinition. De façon préférentielle le moyen d'essais est réalisé en acier inoxydable ou en un matériau polyamide. Ces matériaux sont choisis préférentiellement pour leur bonne résistance à l'abrasion et à l'oxydation. L'invention porte également sur un moyen d'essais équipé d'une éprouvette représentative d'un alvéole d'un disque nu ou bien d'une éprouvette représentative d'une aube d'un disque aubagé monobloc et d'une plateforme formant un pied pour celle-ci. L'invention porte enfin sur un procédé de mise au point d'une gamme d'usinage par tribofinition pour des éléments d'une pièce de turbomachine, lesdits éléments étant disposés sur la périphérie de la pièce et étant susceptibles d'être isolés de ladite pièce par une surface de découpe qui les enveloppe individuellement, caractérisé en ce qu'il comporte la réalisation d'éprouvettes représentatives desdits éléments en ce qui concerne leur géométrie et leur résistance à l'abrasion, et aptes à s'insérer dans une découpe d'un moyen d'essais tel que décrit ci-dessus. Avantageusement au moins une éprouvette a la forme d'un parallélépipède entaillé par un alvéole apte à recevoir une aube d'un disque de compresseur ou de turbine d'une turbomachine. De façon alternative au moins une éprouvette a la forme d'un parallélépipède dont une des faces constitue une plateforme représentative du pied d'une aube d'un disque aubagé monobloc d'un compresseur d'une turbomachine, ladite aube s'étendant à partir de ladite plateforme.

L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, détails, caractéristiques et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement au cours de la description explicative détaillée qui va suivre, d'un mode de réalisation de l'invention donné à titre d'exemples purement illustratif et non limitatif, en référence aux dessins schématiques annexés. Sur ces dessins : - la figure 1 est une vue de face d'un disque mannequin selon un mode de réalisation de l'invention, destiné à la mise au point d'une gamme de finition par tribofinition ; - la figure 2 est une vue en coupe du disque mannequin de la figure 1 ; - la figure 3 est une vue de face du fond d'un alvéole du disque mannequin de la figure 1 ; - la figure 4 est une vue en perspective d'une éprouvette d'alvéole à polir et à rayonner par tribofinition ; - la figure 5 est une vue de face de l'éprouvette d'alvéole de la figure 4 ; - la figure 6 est une vue en coupe de l'éprouvette d'alvéole de la figure 4, et - la figure 7 est une vue en perspective d'une éprouvette de pale d'un disque DAM.

En se référant à la figure 1, on voit un disque mannequin 1 ayant des dimensions et un encombrement représentatif d'un disque de production, que ce soit un disque de compresseur ou un disque de turbine, pour lequel on cherche à définir la gamme d'usinage final par tribofinition. Ce disque a la même forme extérieure que les disques à polir ou à rayonner, à l'exception près que ses alvéoles, dans le cas par exemple d'un disque nu, ont été découpées et qu'il comporte à la place, des découpes 2 de forme parallélépipédique qui l'entaillent radialement dans son épaisseur. Tel que représenté sur la figure, sans que ce nombre soit impératif, huit découpes sont pratiquées sur la périphérie du disque mannequin 1 ; elles sont régulièrement réparties sur sa circonférence. Ces découpes sont destinées à être comblées par des éprouvettes représentatives d'un alvéole, dans le cas d'un disque nu, et d'une aube et de son pied, dans le cas d'un disque DAM. Le disque mannequin 1 permet ainsi de tester l'impact d'une gamme que l'on cherche à mettre au point, sur huit éprouvettes représentatives d'une partie déterminée des pièces à produire. La figure 2 est une vue en coupe du disque mannequin de la figure 1 selon la direction A-A, c'est dire selon un plan diamétral du disque passant par le centre d'une découpe 2. Le disque 1 est représenté, ici en coupe, sous la forme d'un rectangle, présentant une extension sur sa face inférieure, mais il est bien évident que ce disque peut avoir, en coupe, toute autre forme afin sa forme extérieure reproduise l'encombrement du disque de production dont on cherche à mettre au point la gamme de finition. L'important dans la forme donnée au disque mannequin 1 est qu'elle représente la forme extérieure du disque de production de façon que les cheminements suivis par l'eau et par les cailloux au cours de la tribofinition soient identiques à ceux qu'ils auront pour la tribofinition des pièces de production et qu'ainsi les usures provoquées au niveau des éprouvettes du disque mannequin soient représentatives des usures sur les pièces de production. La figure 3 montre le fond d'une découpe 2, qui est a priori plane pour des questions de facilité de production des éprouvettes qui s'y inséreront. Sur ce fond sont percés sept trous taraudés 3 qui ont pour fonction des servir de points de fixation pour les éprouvettes qui seront insérées dans la découpe 2. Le nombre de sept et la disposition des trous taraudés donne une grande flexibilité pour placés les vis qui coopéreront avec ces trous taraudés sur les éprouvettes. En se référant maintenant aux figures 4 à 7 on voit différentes formes d'éprouvettes susceptibles d'être insérées dans les découpes 2. La figure 4 montre une éprouvette 4 représentative d'un alvéole d'un disque nu. La forme extérieure de cette éprouvette d'alvéole reproduit fidèlement la forme de la découpe 2 de façon qu'elle s'intègre parfaitement dans le disque mannequin 1 et ne comporte pas de partie faisant saillie par rapport au disque, ce qui perturberait l'écoulement de l'eau et la circulation des cailloux autour du disque et, donc, ne rendrait pas l'expérimentation sur l'éprouvette représentative de la tribofinition des pièces de production. A l'intérieur du bloc constituant l'éprouvette 4 est découpée un alvéole 5 analogue à celui des disques nus de production, dans l'état où ils sont avant la tribofinition, c'est-à-dire avec des arêtes encore vives. La figure 5 est une vue de face de l'éprouvette d'alvéole 4. Le fond de l'alvéole 5 est percé d'un trou chanfreiné 6 pour laisser le passage à une vis de fixation de l'éprouvette 4 sur le disque mannequin 1. Dans le cas représenté le trou chanfreiné 6 est positionné en vis-à-vis du trou taraudé 3 qui est placé au centre du fond d'une découpe 2, une seule vis suffisant alors à maintenir l'éprouvette 4 dans la découpe 2. La figure 6 montre l'éprouvette 4 coupée au niveau de son trou chanfreiné 6, celui-ci débouchant dans l'alvéole 5. Enfin la figure 7 montre une éprouvette 14 représentative d'un aubage d'un disque DAM. L'éprouvette est constituée d'un aubage 11 et de son pied 12 qui a vocation à s'insérer dans une découpe 2 du disque mannequin 1. Le pied 12 a une face supérieure (celle faisant face à l'aubage 11) qui reproduit la forme du disque DAM au niveau du pied de ses aubes, tandis que les autres faces du pied 12 forment un parallélépipède qui a vocation à s'intégrer dans une découpe 2 du disque mannequin 1. Là encore ce parallélépipède ne comporte pas de partie faisant saillie, ce qui perturberait la circulation de l'eau ou des cailloux lors de la tribofinition. Pour assurer la fixation de cette éprouvette d'aubage 14 deux trous chanfreinés 16 sont percés dans deux coins opposés du pied 12. Ils ont vocation à laisser passer deux vis à tête fraisée qui fixeront l'éprouvette 14 sur le disque mannequin 1 en coopérant avec deux trous taraudés 3 pratiqués dans le fond de la découpe 2. Compte tenu de la position retenue pour les trous 16 sur le pied 12, les deux trous taraudés 3 utilisés pour maintenir l'éprouvette seront ceux situés, pour l'un, en bas à droite et, pour l'autre, en haut à gauche, du fond de la découpe.

On va maintenant décrire le processus de mise au point d'une gamme de tribofinition selon l'invention, pour des disques de compresseur basse pression ou de soufflante d'un turboréacteur, dans le cas d'un disque nu présentant des alvéoles dont il convient de rayonner les arêtes vives. Le processus pour un disque aubagé monobloc est identique.

Un disque mannequin 1 a été préalablement réalisé, dont les dimensions extérieures correspondent sensiblement à celles du disque pour lequel on cherche à établir une gamme de finition par tribofinition, à l'exception des découpes 2 pratiquées sur sa circonférence. Ce disque est réalisé en un matériau peu onéreux mais inoxydable et résistant à l'abrasion pour qu'il puisse être utilisé à plusieurs reprises au cours des essais de définition de la gamme. A titre d'exemple il peut être réalisé en un acier inoxydable, un acier galvanisé ou de façon préférentielle en un polyamide du type PA6. La réalisation d'un tel disque est nettement moins onéreuse que celle d'un disque qui serait identique aux disques de production car ceux-ci sont réalisés dans des alliages nobles et ils ont subi, au préalable, la totalité des opérations de production, hormis la tribofinition, avec les contraintes qui sont associées à ces opérations en ce qui concerne leur niveau de qualité. Il est ainsi possible de s'affranchir de certaines de ces contraintes avec le disque mannequin, pour autant que la forme extérieure donnée au disque mannequin respecte celle des disques de production. La première étape du processus de mise au point de la gamme consiste à préparer un certain nombre d'éprouvettes 4 dont la forme extérieure s'adapte parfaitement aux découpes 2 du disque mannequin. Ces éprouvettes sont elles mêmes découpées pour reproduire des alvéoles 5 identiques à celles que l'on envisage d'usiner par tribofinition. Pour cela une surface de découpe des alvéoles a préalablement été identifiée, qui englobe la totalité de l'alvéole et qui présente des facettes le long desquelles il est facile de découper le disque à l'aide des machines-outils classiques. Pour des raisons de facilité de production, la surface de découpe choisie est celle d'un parallélépipède rectangle s'enfonçant radialement dans le disque et le traversant sur toute son épaisseur, les faces du parallélépipède étant orientées parallèlement à l'axe de rotation du disque. Le métal dans lequel les alvéoles sont réalisés est, en revanche, ici, identique à celui des disques de production, afin que les usures constatées sur les éprouvettes soient représentatives de celles que subiront les disques en production.

Ces éprouvettes d'alvéoles 4 sont fixées sur le fond d'une découpe à l'aide d'une vis qui traverse le trou chanfreiné 6 et pénètre dans un des trous taraudés 3 du fond de la découpe 2. Dans l'optique d'une réduction du coût de la réalisation des éléments constituant le moyen d'essais pour la mise au point de la gamme de tribofinition, il est possible de réduire le nombre de découpes 2 sur le disque mannequin 1 et, en conséquence, le nombre d'éprouvettes 4 ou 14 à réaliser en ne reproduisant pas la totalité des alvéoles du disque. A titre d'exemple le disque mannequin 1 représenté sur les figures ne comporte que huit découpes, ce qui est très inférieur au nombre d'alvéoles classiquement rencontrés sur un disque. Cette réduction nécessite néanmoins que la circulation de l'eau et des cailloux dans le bac de tribofinition reste représentative de celle qui se produira lors de la tribofinition des disques de production. Des précautions sont donc à prendre quant à la forme donnée à la périphérie du disque mannequin, entre ses découpes.

Un cycle de tribofinition est alors lancé et l'opérateur observe l'impact qu'il a sur l'éprouvette 4. En fonction du résultat trouvé, il modifie le cycle jusqu'à obtenir la bonne rugosité sur les parties planes de l'éprouvette et le bon rayonnage de ses arêtes. Le type de mise au point qu'il est possible d'effectuer avec ce disque mannequin et des éprouvettes est, à titre d'exemple : - une optimisation du temps d'usinage, avec, dans ce cas, la fabrication de huit éprouvettes 4 ou 14 identiques, leur montage sur le disque mannequin 1 et le lancement d'un cycle de tribofinition pendant une durée donnée. Au bout de cette durée une première éprouvette est retirée et remplacée par une pièce de balourd équivalent et un second cycle de la même durée est lancé, au bout duquel une deuxième éprouvette est retirée. En poursuivant ainsi pendant plusieurs cycles, on arrive à déterminer quelle est la durée optimale de tribofinition pour la pièce et pour le cycle considérés. - une optimisation des paramètres d'usinage par tribofinition, avec, là encore, la fabrication de huit éprouvette identiques 4 ou 14 et leur montage sur le disque mannequin 1. Plusieurs types de cycles peuvent être testés, en faisant varier tant la forme et la dureté des cailloux que les conditions d'essais (débit d'eau, vitesse de rotation du moteur et enchaînement de différentes vitesses et d'inversions du sens de rotation de ce moteur) - une optimisation des opérations d'ébauche à effectuer avant l'opération de tribofinition, avec la fabrication, ici, de huit éprouvettes 4 ou 14 différentes et leur montage sur le disque mannequin 1. Les conditions de la tribofinition étant définies, les résultats obtenus en termes de géométrie et de rugosité sur les différentes éprouvettes permettent d'optimiser la répartition des opérations à effectuer entre celles sur l'ébauche avant tribofinition et celles au cours de la tribofinition. L'invention, en effectuant la mise au point de la gamme de finition sur des éprouvettes représentatives et non sur des pièces réelles, apporte un certain nombre d'avantages : Elle permet, d'une part, d'obtenir des pièces relativement facilement pour effectuer les essais de mise au point, ce qui n'était pas le cas dans l'art antérieur à cause de la rareté des pièces rebutées et, d'autre part, de réaliser très facilement des expertises métallurgiques, même destructives.

Elle permet également, pour une seule condition d'essais, de tester plusieurs géométries de pièces, ce qui procure un gain de temps en phase de mise au point car les essais sont valables pour plusieurs pièces. Elle permet enfin, pour une même condition d'essais, de tester plusieurs éprouvettes, celles-ci ayant été usinées, préalablement à la tribofinition, avec des opérations d'ébauche différentes et, d'une façon générale, elle génère un gain de temps très important lors des phases de mise au point de la gamme de tribofinition, en éliminant les besoins de masquage d'une partie de la pièce.20

Claims (10)

1. REVENDICATIONS1. Moyen d'essais pour la mise au point d'une gamme d'usinage par tribofinition pour des éléments d'une pièce de turbomachine, lesdits éléments étant disposés sur la périphérie de la pièce et étant susceptibles d'être isolés de ladite pièce par une surface de découpe qui les enveloppe individuellement, ledit moyen d'essais (1) étant représentatif de la géométrie de ladite pièce pour sa partie ne comportant pas lesdits éléments, caractérisé en ce qu'il comporte des découpes (2) positionnées en regard de la position desdits éléments, pratiquées le long de ladite surface de découpe et comportant des moyens de fixation (3) pour des éprouvettes (4, 14) représentatives desdits éléments et aptes à s'insérer dans lesdites découpes pour reproduire la géométrie de la pièce dans sa globalité.
2. 2. Moyen d'essais selon la revendication 1 dans lequel la pièce de turbomachine est un disque de compresseur ou de turbine, les découpes (2) ayant une forme parallélépipédique s'enfonçant radialement dans le disque et s'étendant circonférentiellement de façon à englober un alvéole de retenue d'une aube dans le cas d'un disque nu ou le pied d'une aube dans le cas d'un disque aubagé monobloc.
3. 3. Moyen d'essais selon la revendication 2 dans lequel les moyens de fixation (3) sont des trous taraudés pratiqués dans la face de la découpe (2) formant le fond du parallélépipède.
4. 4. Moyen d'essais selon l'une des revendications 2 ou 3 caractérisé en ce qu'il comporte un nombre de découpes (2) inférieur au nombre d'alvéoles ou d'aubes du disque de compresseur ou de turbine.
5. 5. Moyen d'essais selon l'une des revendications 1 à 4 caractérisé en ce qu'il est réalisé en acier inoxydable ou en un matériau polyamide.
6. 6. Moyen d'essais selon l'une des revendications 1 à 5 équipé d'une éprouvette (4) représentative d'un alvéole (5) d'un disque nu.
7. 7. Moyen d'essais selon l'une des revendications 1 à 5 équipé d'une éprouvette (14) représentative d'une aube (11) d'un disque aubagé monobloc et d'une plateforme formant un pied (12) pour celle-ci.
8. 8. Procédé de mise au point d'une gamme d'usinage par tribofinition pour des éléments d'une pièce de turbomachine, lesdits éléments étant disposés sur lapériphérie de la pièce et étant susceptibles d'être isolés de ladite pièce par une surface de découpe qui les enveloppe individuellement, caractérisé en ce qu'il comporte la réalisation d'éprouvettes représentatives desdits éléments en ce qui concerne leur géométrie et leur résistance à l'abrasion, et aptes à s'insérer dans une découpe (2) d'un moyen d'essais selon l'une des revendications 1 à 7.
9. 9. Procédé selon la revendication 8 dans lequel au moins une éprouvette (4) a la forme d'un parallélépipède entaillé par un alvéole (5) apte à recevoir une aube d'un disque de compresseur ou de turbine d'une turbomachine.
10. 10. Procédé selon la revendication 8 dans lequel au moins une éprouvette (14) a la forme d'un parallélépipède dont une des faces constitue une plateforme représentative du pied (12) d'une aube (11) d'un disque aubagé monobloc d'un compresseur d'une turbomachine, ladite aube s'étendant à partir de ladite plateforme.15