CA2945500C - Outillage de forgeage pour la fabrication d'une couronne laminee de forme, notamment pour la fabrication d'un disque de turbomachine - Google Patents
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Abstract
Des mandrins (1, 2) de laminage d'une couronne (7) comportent des empreintes (5, 6)de réception de la couronne, qui présentent des arrondis au raccord entre les différentes faces, de manière à éviter la formation d'angles vifs sur la couronne (7) laminée, et la formation accidentelle de criques.
Description
OUTILLAGE DE FORGEAGE POUR LA FABRICATION D'UNE COURONNE
LAMINÉE DE FORME, NOTAMMENT POUR LA FABRICATION D'UN DISQUE DE
TURBOMACHINE
DESCRIPTION
Un aspect de l'invention présente est un outillage de forgeage pour la fabrication d'une couronne laminée de forme, notamment pour la fabrication d'un disque de turbomachine, accompli avec un tel outillage.
L'objet de l'invention est de perfectionner une étape d'ébauche de fabrication de certains disques de turbomachine, ou on recourt à un forgeage, et plus précisément à un laminage. Une ébauche du disque en forme de couronne, chauffée à une température suffisante, est introduite dans un outillage qui réduit sa section, tout en grandissant le rayon de la couronne. On contribue ainsi à obtenir des disques de diamètre relativement grand, avec des alésages importants au centre. La fabrication du disque est ensuite poursuivie par d'autres procédés. Un outillage à deux mandrins, dépourvu toutefois des caractéristiques originales de l'invention, est décrit dans DE-299 07 807 U.
L'emploi de certains nouveaux alliages est envisagé pour accroitre la résistance des disques. Il s'agit, par exemple, d'alliage à base de nickel ou de nickel-chrome, tels que les superalliages type Rene 65 ou AD73OTM.
La fenêtre de températures convenant au forgeage est beaucoup plus réduite pour de tels alliages que pour les alliages classiques tels l'Inconel 718, couramment utilise jusqu'à présent pour de telles applications. Ainsi, les pièces, sorties du four et soumises au laminage, mettent peu de temps à se refroidir trop à
l'air, et on observe alors que des criques peuvent apparaitre dans la couronne laminée. La qualité
de la couronne est alors compromise, puisque les défauts crées ne disparaissent pas pendant les étapes suivantes de la fabrication.
Aujourd'hui, l'opération de laminage s'effectue donc en pratique en plusieurs étapes, entre lesquelles l'ébauche du disque est remise à chauffer à
la température souhaitée. Cela peut beaucoup allonger le temps de fabrication, puisque Date Reçue/Date Received 2022-01-21
LAMINÉE DE FORME, NOTAMMENT POUR LA FABRICATION D'UN DISQUE DE
TURBOMACHINE
DESCRIPTION
Un aspect de l'invention présente est un outillage de forgeage pour la fabrication d'une couronne laminée de forme, notamment pour la fabrication d'un disque de turbomachine, accompli avec un tel outillage.
L'objet de l'invention est de perfectionner une étape d'ébauche de fabrication de certains disques de turbomachine, ou on recourt à un forgeage, et plus précisément à un laminage. Une ébauche du disque en forme de couronne, chauffée à une température suffisante, est introduite dans un outillage qui réduit sa section, tout en grandissant le rayon de la couronne. On contribue ainsi à obtenir des disques de diamètre relativement grand, avec des alésages importants au centre. La fabrication du disque est ensuite poursuivie par d'autres procédés. Un outillage à deux mandrins, dépourvu toutefois des caractéristiques originales de l'invention, est décrit dans DE-299 07 807 U.
L'emploi de certains nouveaux alliages est envisagé pour accroitre la résistance des disques. Il s'agit, par exemple, d'alliage à base de nickel ou de nickel-chrome, tels que les superalliages type Rene 65 ou AD73OTM.
La fenêtre de températures convenant au forgeage est beaucoup plus réduite pour de tels alliages que pour les alliages classiques tels l'Inconel 718, couramment utilise jusqu'à présent pour de telles applications. Ainsi, les pièces, sorties du four et soumises au laminage, mettent peu de temps à se refroidir trop à
l'air, et on observe alors que des criques peuvent apparaitre dans la couronne laminée. La qualité
de la couronne est alors compromise, puisque les défauts crées ne disparaissent pas pendant les étapes suivantes de la fabrication.
Aujourd'hui, l'opération de laminage s'effectue donc en pratique en plusieurs étapes, entre lesquelles l'ébauche du disque est remise à chauffer à
la température souhaitée. Cela peut beaucoup allonger le temps de fabrication, puisque Date Reçue/Date Received 2022-01-21
2 plusieurs de ces remises à chauffer (typiquement de une à trois) sont en pratique nécessaires. Dans certaines variantes, on réduit leur nombre en acceptant un début d'apparition des criques, qu'on enlève alors en meulant l'ébauche à leurs endroits avant de reprendre le chauffage, puis le laminage. Il est toutefois manifeste que le meulage consomme lui-même du temps, ainsi que de la matière.
Avec l'invention, on recherche en conséquence à éviter l'apparition de criques, au cours d'un laminage d'une couronne métallique, mais sans devoir procéder à
une réchauffe, ou en tout cas avec seulement un nombre de réchauffes plus réduit, et sans devoir procéder à un usinage rectificatif manuel tel qu'un meulage.
Pour résumer, un aspect de l'invention est un outillage de laminage d'une pièce en forme de couronne, comprenant deux mandrins tournant autour d'axes parallèles entre eux et comprenant chacun une empreinte circulaire de réception de la couronne, les empreintes comprenant une face de fond et des faces latérales, caractérisé
en ce que la face de fond de chacun des mandrins est raccordée aux faces latérales par des portions incurvées ayant des rayons de courbure compris entre 10 et 20 mm.
Typiquement, les couronnes ont de 300 mm à 1 500 mm de diamètre extérieur en sortant de ce laminage, et sont en un alliage à base de nickel ou de nickel-chrome. Les rayons de courbure peuvent typiquement être compris de façon préférée, de 12 mm à 15 mm. Et selon un mode de réalisation courant de l'invention, la face de fond est cylindrique ou conique, définie par une génératrice rectiligne, et les faces latérales sont coniques, et définies par des génératrices rectilignes elles aussi.
L'effet technique essentiel est que les couronnes, dont la section est essentiellement polygonale et généralement quadrangulaire entre les faces de fond définissant leur rayon intérieur et leur rayon extérieur, et les faces latérales définissant leurs côtés latéraux, acquièrent normalement des raccords à angles vifs entre ces faces pendant les laminages accomplis avec les outillages connus. Or, dans l'invention, ces raccords arrivent devant les portions incurvées, qui écrasent les angles vifs et maintiennent les raccords à des rayons de courbure. Les criques se formant d'abord aux angles vifs, elles ne peuvent plus apparaître, ou plus aussi facilement, avec l'invention.
Avec l'invention, on recherche en conséquence à éviter l'apparition de criques, au cours d'un laminage d'une couronne métallique, mais sans devoir procéder à
une réchauffe, ou en tout cas avec seulement un nombre de réchauffes plus réduit, et sans devoir procéder à un usinage rectificatif manuel tel qu'un meulage.
Pour résumer, un aspect de l'invention est un outillage de laminage d'une pièce en forme de couronne, comprenant deux mandrins tournant autour d'axes parallèles entre eux et comprenant chacun une empreinte circulaire de réception de la couronne, les empreintes comprenant une face de fond et des faces latérales, caractérisé
en ce que la face de fond de chacun des mandrins est raccordée aux faces latérales par des portions incurvées ayant des rayons de courbure compris entre 10 et 20 mm.
Typiquement, les couronnes ont de 300 mm à 1 500 mm de diamètre extérieur en sortant de ce laminage, et sont en un alliage à base de nickel ou de nickel-chrome. Les rayons de courbure peuvent typiquement être compris de façon préférée, de 12 mm à 15 mm. Et selon un mode de réalisation courant de l'invention, la face de fond est cylindrique ou conique, définie par une génératrice rectiligne, et les faces latérales sont coniques, et définies par des génératrices rectilignes elles aussi.
L'effet technique essentiel est que les couronnes, dont la section est essentiellement polygonale et généralement quadrangulaire entre les faces de fond définissant leur rayon intérieur et leur rayon extérieur, et les faces latérales définissant leurs côtés latéraux, acquièrent normalement des raccords à angles vifs entre ces faces pendant les laminages accomplis avec les outillages connus. Or, dans l'invention, ces raccords arrivent devant les portions incurvées, qui écrasent les angles vifs et maintiennent les raccords à des rayons de courbure. Les criques se formant d'abord aux angles vifs, elles ne peuvent plus apparaître, ou plus aussi facilement, avec l'invention.
3 Un autre aspect est un procédé de fabrication d'un disque de turbomachine, comprenant une étape d'ébauche par laminage où le disque arrive en forme de couronne et dont une section est réduite par laminage, caractérisé en ce que ladite étape est accomplie par un outillage conforme à ce qui précède, la couronne étant de section essentiellement polygonale et comprenant des coins situés sur les portions incurvées, et incurvés eux aussi pendant le procédé.
L'invention sera maintenant décrite de façon plus complète, dans ses différents aspects et de façon purement illustrative, en liaison aux figures suivantes :
- la figure 1 est une vue générale de l'outillage utilisé ;
- la figure 2 est un agrandissement de sa partie essentielle ; et - la figure 3 est une vue du produit obtenu.
L'invention fait partie d'un procédé de fabrication d'un disque de turbomachine, notamment de grand diamètre, et constitue une première étape de ce procédé, dont les suivantes, qui ne sont pas modifiées, ne seront pas décrites. Elle concerne le laminage d'une couronne 7, qui est une ébauche du disque, pour réduire sa section, en augmentant son diamètre. Elle recourt à un outillage qui comprend, comme le montre la figure 1, un mandrin moteur 1 et un mandrin fou 2, situés côte à
côte, et tournant autour d'axes 01 et 02 parallèles, et verticaux sur la figure. Le mandrin moteur 1 contient un arbre 3, qui appartient au moteur d'entraînement non représenté
et qui le fait tourner, alors que le mandrin fou 2 contient un arbre 4, monté libre dans des paliers.
Les mandrins 1 et 2 comprennent chacun une empreinte 5 ou 6 circulaire autour de l'axe 01 ou 02 respectif, les empreintes 5 et 6 étant situées à une même hauteur et ayant donc des portions venant face à face. La couronne 7 à laminer est retenue là
entre les empreintes 5 et 6. Elle s'étend par ailleurs autour du mandrin fou 2, et sa partie la plus opposée à l'entre-deux des manchons let 2, où se produit le laminage, s'étend à distance dudit mandrin fou 2, dont le diamètre est plus petit, et dans une feuillure 8 horizontale, délimitée entre deux supports 9 et 10.
La figure 2 montre que les empreintes 5 et 6 comportent chacune une face de fond 11, et deux faces latérales 12 et 13 se raccordant à une face extérieure 14 du mandrin respectif 1 ou 2. Les faces de fond 11 sont cylindriques, et les faces latérales 12
L'invention sera maintenant décrite de façon plus complète, dans ses différents aspects et de façon purement illustrative, en liaison aux figures suivantes :
- la figure 1 est une vue générale de l'outillage utilisé ;
- la figure 2 est un agrandissement de sa partie essentielle ; et - la figure 3 est une vue du produit obtenu.
L'invention fait partie d'un procédé de fabrication d'un disque de turbomachine, notamment de grand diamètre, et constitue une première étape de ce procédé, dont les suivantes, qui ne sont pas modifiées, ne seront pas décrites. Elle concerne le laminage d'une couronne 7, qui est une ébauche du disque, pour réduire sa section, en augmentant son diamètre. Elle recourt à un outillage qui comprend, comme le montre la figure 1, un mandrin moteur 1 et un mandrin fou 2, situés côte à
côte, et tournant autour d'axes 01 et 02 parallèles, et verticaux sur la figure. Le mandrin moteur 1 contient un arbre 3, qui appartient au moteur d'entraînement non représenté
et qui le fait tourner, alors que le mandrin fou 2 contient un arbre 4, monté libre dans des paliers.
Les mandrins 1 et 2 comprennent chacun une empreinte 5 ou 6 circulaire autour de l'axe 01 ou 02 respectif, les empreintes 5 et 6 étant situées à une même hauteur et ayant donc des portions venant face à face. La couronne 7 à laminer est retenue là
entre les empreintes 5 et 6. Elle s'étend par ailleurs autour du mandrin fou 2, et sa partie la plus opposée à l'entre-deux des manchons let 2, où se produit le laminage, s'étend à distance dudit mandrin fou 2, dont le diamètre est plus petit, et dans une feuillure 8 horizontale, délimitée entre deux supports 9 et 10.
La figure 2 montre que les empreintes 5 et 6 comportent chacune une face de fond 11, et deux faces latérales 12 et 13 se raccordant à une face extérieure 14 du mandrin respectif 1 ou 2. Les faces de fond 11 sont cylindriques, et les faces latérales 12
4 et 13 coniques, toutes ces faces étant définies par des génératrices rectilignes. En variante, les faces des empreintes 5 et 6 pourrait être définies par d'autres formes, mais à
condition d'éviter les angles vifs pour des raisons qu'on va maintenant détailler :
conformément à l'invention, les faces de fond 11 sont jointes aux faces latérales 12 et 13 par des raccords 15 et 16 respectifs, qui sont des portions de surfaces dont les sections sont incurvées, à concavité s'ouvrant vers l'extérieur des empreintes 5 et 6, et possèdent un rayon de courbure qu'on peut choisir, dans l'application envisagée, avantageusement entre 10 et 20 mm, et encore plus avantageusement de 12 à 15 mm, pour des diamètres des ébauches typiquement comprises entre 300 et 1 500 mm, à la fin du laminage. Les raccords 15 et 16 ménagent une transition sans angle, et donc à variation continue de pente, entre les faces qu'elles relient.
La couronne 7 possède une section approximativement polygonale et rectangulaire, dont les faces intérieure et extérieure sont tangentes aux faces de fond 11, et dont les faces latérales s'étendent devant les faces latérales 12 et 13 des empreintes.
Les raccordements des faces latérales aux faces intérieure et extérieure devraient former des angles vifs, aux coins de la section de la couronne 7, mais le laminage produit par les mandrins 1 et 2, qui resserre la section de la couronne 7, écrase aussi ses coins et les force à se modeler à la forme des portions 15 et 16, ce qui donne l'aspect de la figure 3, où les faces de la couronne 7 sont limitées par des raccords arrondis 17.
Cette disposition évite de former lors du laminage des angles droits qui se refroidissent très rapidement, conduisant localement à déformer le matériau en dehors de sa fenêtre de forgeabilité et en conséquence à créer des criques. Cette disposition empêche donc les criques de se former et assure donc une bonne qualité de forgeage, même à la limite inférieure de la plage de température de forgeabilité.
condition d'éviter les angles vifs pour des raisons qu'on va maintenant détailler :
conformément à l'invention, les faces de fond 11 sont jointes aux faces latérales 12 et 13 par des raccords 15 et 16 respectifs, qui sont des portions de surfaces dont les sections sont incurvées, à concavité s'ouvrant vers l'extérieur des empreintes 5 et 6, et possèdent un rayon de courbure qu'on peut choisir, dans l'application envisagée, avantageusement entre 10 et 20 mm, et encore plus avantageusement de 12 à 15 mm, pour des diamètres des ébauches typiquement comprises entre 300 et 1 500 mm, à la fin du laminage. Les raccords 15 et 16 ménagent une transition sans angle, et donc à variation continue de pente, entre les faces qu'elles relient.
La couronne 7 possède une section approximativement polygonale et rectangulaire, dont les faces intérieure et extérieure sont tangentes aux faces de fond 11, et dont les faces latérales s'étendent devant les faces latérales 12 et 13 des empreintes.
Les raccordements des faces latérales aux faces intérieure et extérieure devraient former des angles vifs, aux coins de la section de la couronne 7, mais le laminage produit par les mandrins 1 et 2, qui resserre la section de la couronne 7, écrase aussi ses coins et les force à se modeler à la forme des portions 15 et 16, ce qui donne l'aspect de la figure 3, où les faces de la couronne 7 sont limitées par des raccords arrondis 17.
Cette disposition évite de former lors du laminage des angles droits qui se refroidissent très rapidement, conduisant localement à déformer le matériau en dehors de sa fenêtre de forgeabilité et en conséquence à créer des criques. Cette disposition empêche donc les criques de se former et assure donc une bonne qualité de forgeage, même à la limite inférieure de la plage de température de forgeabilité.
Claims (12)
1) Outillage de laminage d'une pièce en forme de couronne, comprenant deux mandrins tournant autour d'axes parallèles entre eux et comprenant chacun une empreinte circulaire de réception de la couronne, les empreintes comprenant une face de fond (11) et des faces latérales, dans lequel la face de fond de chacun des mandrins est raccordée aux faces latérales par des portions incurvées ayant des rayons de courbure compris entre 10 mm et 20 mm.
2) Outillage de laminage selon la revendication 1, dans lequel les rayons de courbure sont compris entre 12 mm et 15 mm.
3) Outillage de laminage selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, dans lequel la face de fond est cylindrique ou conique définie par une génératrice rectiligne, et les faces latérales sont coniques définies par des génératrices rectilignes.
4) Outillage de laminage selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel les portions incurvées, qui ont une concavité s'ouvrant vers l'extérieur des empreintes, raccordent les faces latérales par un profil dépourvu d'angle.
5) Outillage de laminage d'une pièce en forme de couronne selon la revendication 1, dans lequel les empreintes ont chacune des portions venant face à
face, qui comprennent chacune ladite face de fond et lesdites faces latérales.
face, qui comprennent chacune ladite face de fond et lesdites faces latérales.
6) Procédé de fabrication d'un disque de turbomachine, comprenant les étapes suivantes:
fournir un disque en forme de couronne, la couronne étant de section essentiellement polygonale comprenant des coins, ébaucher par laminage le disque de manière à réduire sa section au moyen d'un outillage conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 4, et incurver lesdits coins contre les portions incurvées de l'outillage.
fournir un disque en forme de couronne, la couronne étant de section essentiellement polygonale comprenant des coins, ébaucher par laminage le disque de manière à réduire sa section au moyen d'un outillage conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 4, et incurver lesdits coins contre les portions incurvées de l'outillage.
7) Procédé de fabrication d'un disque de turbomachine selon la revendication 6, dans lequel le disque est un alliage à base de nickel.
8) Procédé de fabrication d'un disque de turbomachine selon la revendication 6, dans lequel le disque est un alliage à base de nickel et de chrome.
9) Procédé de fabrication d'un disque de turbomachine selon la revendication 8, dans lequel le disque est un superalliage Rene 65.
10) Procédé de fabrication d'un disque de turbomachine selon la revendication 8, dans lequel le disque est un superalliage désigné sous le nom NiCr16Co9Fe4Mo3W3Ti3AL2.
11) Procédé de fabrication d'un disque de turbomachine selon l'une quelconque des revendications 6 à 10, dans lequel la couronne a un diamètre compris entre 300 mm et 1500 mm.
12) Procédé de fabrication d'un disque de turbomachine selon la revendication 6, comprenant une étape consistant à chauffer la couronne avant d'ébaucher le disque, dans lequel la couronne à une section quadrangulaire, un diamètre compris entre 300 mm et 1500 mm à la fin du laminage, et est en un alliage soit à base de nickel soit à
base de nickel et de chrome, les empreintes de l'outillage ont une forme sans angle vif, et écrasent les coins de la couronne et les forcent à se modeler à la forme des portions incurvées de manière que les faces de la couronne soient limitées par des raccords arrondis, et le laminage est réalisé sans réchauffe de la couronne et sans usinage rectificatif manuel.
base de nickel et de chrome, les empreintes de l'outillage ont une forme sans angle vif, et écrasent les coins de la couronne et les forcent à se modeler à la forme des portions incurvées de manière que les faces de la couronne soient limitées par des raccords arrondis, et le laminage est réalisé sans réchauffe de la couronne et sans usinage rectificatif manuel.
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