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DESCRIPTION
La présente invention concerne un procédé de fabrication
d'ébauche~ forgées en barre par refoulage ainsi qu'un
5 outillage destiné à la mise en oeuvre dudit procédé. Elle
concerne également une aube de compresseur de turbomachine
dont la fabrication comporte l'application dudit procédé
de refoulage.
10 Il est courant dans la fabrication de certaines pièces
telles que des aubes de compresseur à partir d'ébauches
forgées d'effectuer une opération de refoulage de
l'extrémité d'une barre cylindrique afin d'obtenir par
augmentation de la section le volume de matière
15 nécessaire, par exemple, à la réalisation du pied dans
le cas d'une aube.
Dans les données de définition d'une telle opération de
refoulage, on peut retenir deux types de paramètres :
- des paramètres technologiques tel que le taux de
refoulage t, défini par :
t = (Lo - Ll)/Do
2S
où Lo est la longueur initiale de la portion de barre
à refouler,
,
Ll est la longueur de cette même portion après
refoulage,
Do est le diamètre initial de la barre à refouler ;
`~
` `~ 2 133~172
Lo - Ll représente la course utile du poinçon de la
machine de forgeage utilisée et la limite supérieure
de cette course est une donnée de construction de
ladite machine :
- des paramètres métallurgiques et notamment le rapport
de réduction ~ défini par :
r = Lo/Ll = Sl/So = (Dl/Do)2
où So est la section transversale initiale de la
barre,
Sl est la section transversale de la barre après
refoulage et Dl est le diamètre correspondant.
Dans les diverses applications connues du procédé de;,,
refoulage, il apparait que pour éviter des défauts inac-
ceptables sur les ébauches obtenues, le procédé est soumis
20 à des limitations géométriques. Ces défauts dus à une
maîtrise insuffisante de la déformation au cours de
l'opération consistent notamment en replis qui peuvent ,--
être dus à un phénomène de flambage de la portion de barre ~
à refouler ou en un fibrage perturbé, dû à un phénomène de ~;
25 torsion de la barre après flambage.
Les figures la, lb, lc, ld des dessins joints en annexe ~ --
illustrent la réalisation d'un refoulage sur une barre B, ~-
placée dans un conteneur A, au cours duquel lors de quatre
30 opérations successives correspondant respectivement aux
quatre figures, une réduction de longueur 11, 12, 13
et 14 est obtenue et les phénomènes qui viennent d'être
signalés (flambage puis torsion) apparaissent conduisant
aux défauts qui ont été notés (replis et fibrage
35 perturbé).
- '~''
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~~ 3
Il est couramment admis que pour éviter ces défautq, une
valeur limite supérieure du taux de refoulage t de 4
lorsque le refoulage est effectué en une opération ou de
6 lor~qu'il egt effectué en deux opérations succes~ives
doit être respectée. Une limitation du rapport Dl/Do de
5 l,S à 2 suivant le type d'alliage concerné est également
fixée quelquefois.
Diverses tentatives d'amélioration ont recherc~é à
dépasser les limitations géométriques imposées jusqu'à
lO présent sans encourir l'apparition des défauts. On a
ainsi tente d'effectuer l'opération de refoulage au moyen
d'un outillage animé d'un mouvement de nutation sur
l'extrémité à refouler de la barre, celle-ci étant simul-
tanément déplacée vers la zone de travail d'une longueur
15 correspondant au volume à déformer On a également tenté
d'effectuer un refoulage en plusieurs passes en avan~ant
successivement, à chaque passe, la barre d'une longueur
correspondant au volume à déformer. Des exemples de telles
réalisations sont donnés les brevets français nDs. 2,050,4~3,
20 2,050,484 et 2,220,328. Dans ces procédés, les résultats
n'ont pas été entièrement satisfaisants et notamment une
orientation suffisamment régulière du fibrage ne peut pas
être assurée.
Le procédé de fabrication d'ébauches forgées en barre
25 par refoulage permettant d'éviter ces inconvénients est
caractérisé en ce qu'il comporte au moins deux étapes
successives :
- (a) une première étape de refoulage durant laquelle, au
30 moins à partir d'un premier stade de déformation, un
contact est maintenu entre au moins trois génératrices de
ladite portion de ~arre et la surface intérieure d'un pre-
mier conteneur qui comporte, entre deux desdites lignes de
contact re~pectivement, une excroissance en creux longitu- -
35 dinale formant en section transversale une partie lobée,
~,
- ~ 4 13~72
- une deuxième étape de refoulage durant laquelle, au
moins à partir d'un premier stade de déformation, un
contact est maintenu entre les génératrices de sommet des
excroissances longitudinales obtenues sur la première
ébauche à l'issue de la première Ptape (a) et la surface
5 intérieure d'un deuxième conteneur présentant une section
enveloppante de ladite première ébauche.
Avantageusement, le premier conteneur présente une cavité
de section cruciforme, la barre cylindrique étant en
contact avec la surface intérieure du conteneur le long de -
10 quatre génératrices situées à 90 l'une de l'autre et le
deuxième conteneur présente une cavité de section carrée,
à coins arrondis, les sommets des excroissances ou lobes
de la section cruciforme de la barre obtenue à l'issue de
la première étape étant-en contact respectivement avec un -
15 côté dudit carré.
Dans certaines applications concernant des alliages de
titane, des taux de refoulage de 8 à 10 obtenus en deux
opérations par le procédé conforme à l'invention néces- -
sitaient par les procédés antérieurs connus auparavant au -
20 minimum cinq opérations successives. Selon les critères de !, '',;
qualité imposés et selon les applications, notamment en
fonction des alliages utilisés, des taux de refoulage su-
périeurs peuvent être obtenus et dans tous les cas, supé-
rieurs aux résultats antérieurs. En outre, les examens
25 métallographiques effectués sur les ébauches forgées
obtenues par le procédé de refoulage selon l'invention ont
montré une nette amélioration de l'orientation du fibrage
par rapport à ces procédés antérieurs ainsi qu'une absence
totale de défauts. Ces résultats améliorés proviennent
30 directement de l'application du procédé selon l'invention
et peuvent s'expliquer par ses caractéristiques. En effet,
lors de la première étape du procédé, la barre est mainte-
nue en appui au moins suivant trois génératrices, évitant
ainsi toute déformation par flambage, alors que l'écou-
35 lement de l'alliage ne peut se ~aire qu'en direction
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des parties en creux du conteneur, rendant ainsi toute
déformation par torsion impossible. De même, lors de la
deuxième étape, le contact maintenu entre les génératrices
extrêmes de l'ébauche et les parois du conteneur empêche
5 toute déformation par flambage ou par torsion.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention
seront mieux compris à la lecture de la description qui
va suivre d'un mode de réalisation de l'invention, en
10 référence aux dessins annexés sur lesquels :
- les figures la, lb, lc, ld qui ont eté précédemment
décrites représentent schématiquement les déformations
d'une barre lors d'opérations successives de refoulage
n'appliquant pas l'invention ;
- les figures 2a, 2b représentent la barre dans sa forme
initiale avant refoulage, respectivement en vue de face
et en vue selon une section transversale,
- les figures 3a, 3b représentent schématiquement la barre
représentée aux figures 2a, 2b au cours de la première
étape de l'opération de refoulage selon le procédé
conforme à l'invention, respectivement en vue suivant
une coupe longitudinale et selon une section
transversale ;
- les figures 4a, 4b représentent schématiquement
l'ébauche obtenue à l'issue de la première étape, au
cours de la deuxième étape de l'opération de refoulage
selon le procédé conforme à l'invention, respectivement,
selon des vues analogues aux figures 3a et 3b, suivant
une coupe longitudinale et selon une section
transversale ;
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- la figure 5 représente une vue de l'ébauche forgée
finale obtenue par le procédé conforme à l'invention, ''
selon une section transversale ;
5 - la figure 6 représente selon une vue analogue à la
figure 4b, en section transversale, une variante de mise
en oeuvre de la deuxième étape du procédé conforme à
l'invention ;
10 - les figures 7a, 7b, 7c montrent des variantes de mise
en oeuvre d'étapes du procédé de refoulage conforme à
l'invention ,
Le procédé de fabrication d'ébauches forgées par refoulage
15 conforme à l'invention s'applique notamment à des produits
en barre tels que une barre cylindrique 1 représentée dans
sa forme initiale aux figures 2a et 2b. Comme représenté
schématiquement sur les figures 3a et 3b, pour la
réalisation de la première étape (a) du procédé de
20 refoulage conforme à l'invention, la barre 1 est placée
dans un premier conteneur 2 solidaire d'une presse à
forger ou machine à refouler d'un type connu en soi qui -
n'est pas représentée plus en détails sur les dessins. Au
cours de cette première étape (a) de refoulage, une
25 extremité la de la barre 1 est soumise à l'action de -~
refoulement d'un poinc,on 3 mû par les moyens de poussée
et de commande de ladite machine. La portion lb de la
barre 1 soumise au refoulage tend ainsi à occuper le
volume disponible du conteneur 2 limité par la face du
30 poinc,on 3, ce qui entraîne une diminution de longueur de
ladite portion lb, accompagnée d'une augmentation de la
section transversale correspondante. Dans le mode de
réalisation de l'invention représenté sur les figures 3a
et 3b, le premier conteneur 2 utilisé lors de la première -
~~`` 7 13~17~
étape du procédé de refoulage comporte une cavité 4 qui
présente en section transversale une forme générale
cruciforme composée de quatre parties lobées 4a, 4b, 4c,
4d disposées symétriquement deux à deux, ménageant ainsi
5 quatre génératrices 5a, 5b, 5c, 5d situées à 90 l'une de
l'autre, qui coopèrent avec quatre génératrices
correspondantes de la portion refoulée lb de la barre 1,
en maintenant, à partir d'un premier stade de déformation,
un contact permanent avec elles au cours de l'étape de
10 refoulage. Ledit contact suivant les génératrices entre
conteneur et barre devient nécessaire à partir du moment
où au cours de l'opération de refoulage apparaissent des
risques de création de défauts irréversibles par flambage
ou torsion. Le contact peut être réalisé dès le début de
15 l'opération. Il est souvent dans la pratique plus aisé,
pour des facilités de mise en oeuvre, de prévoir un jeu
radial au départ entre lesdites génératrices qui peut
aller dans le présent mode de réalisation jusqu'à 0,5mm.
L'action, dans le sens de l'effort appliqué et du
20 déplacement obtenu, du poinçon 3 s'exerce suivant la
flèche F tandis que les flèches f symbolisent les
directions d'écoulement de l'alliage constituant la barre
1 au cours du refoulage.
Pour la deuxième étape (b) du procédé de refoulage
25 conforme à l'invention dont le déroulement est similaire
à celui de la première étape (a) qui vient d'être décrit
ci-dessus, l'ébauche intermédiaire lc obtenue à l'issue
de la première étape (a) est placée dans un deuxième
conteneur 6, comme représenté schématiquement sur les ~
30 figures 4a et 4b, et son extrémité est à nouveau soumise ~-
à une action de refoulement d'un poin~on 7. Dans le mode
de réalisation de l'invention représenté aux figures 4a et
4b, le deuxième conteneur 6 comporte une cavité 8 qui
présente en section transversale une forme générale
35 carrée, à coins arrondis. L'ébauche intermédiaire lc
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présente une section cruciforme qui reproduit la forme de
la cavité 4 du premier conteneur 2 et les génératrices
ld, le, lf et lg correspondant aux sommets des parties
lobées de cette section cruciforme de l'ébauche
5 intermédiaire lc sont placées au contact de lignes d'appui
correspondantes des côtés du carré de cavité du deuxième
conteneur 6 et de manière similaire à la première étape
(a), au cours de la deuxième étape (b) de refoulage, le
contact est également maintenu en permanence, à partir d'un
10 premier stade de déformation, au niveau de ces quatre
génératrices symétriques deux a deux, entre la surface
externe de l'ébauche lc et la surface de la cavité 8 du
deuxième conteneur 6. Comme précédemment, un jeu radial
variable, de 0 à 0,5 mm dans la présente application, peut
15 être ménagé au départ de la deuxième étape entre les
génératrices coopérantes de la barre et du conteneur.
A l'issue de cette deuxième étape (b) du procédé de
refoulage conforme à l'invention, la portion refoulée
20 initiale lb présente une section finale ld d'ébauche forgée
telle que représentée à la figure 5 dans le mode de
réalisation qui vient d'être décrit. Cette portion refoulée
de barre lb peut notamment être destinée à constituer le
pied d'une aube de turbomachine obtenue par forgeage.
Divers modes de réalisation appliquant les caractéristi- - ;
ques du procédé de refoulage ~onforme à l'invention qui
ont été décrites peuvent être envisagées. Notamment, en
fonction de la nature des alliages concernés, des pièces
30 dont la fabrication est envisagée, du taux de refoulage
recherché, un nombre différent d'étapes du procédé de re-
foulage peut être appliqué. Différentes formes de cavité
du conteneur utilisé, ou suivant les étapes associées,
peuvent également être associees à condition de ménager,
35 conformément à l'invention, un contact permanent au cours
d'une étape entre plusieurs génératrices d~ l'ébauche et
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de la surface de cavité du conteneur. Le deuxième conte-
neur 6 utilisé lors de la deuxième étape (b) de refoulage
dans le mode de réalisation qui a été décrit et dont la
section est représentée à la figure 4b peut, par exemple,
5 comporter une cavité 8a délimitée par une surface qui est
représentée par une section circulaire à la figure 6. Les
figures 7a, 7b, 7c, représentent respectivement, selon
une section schématique, d'autres formes utilisables de
cavité de conteneur 9a, 9b, 9c, respectivement associé
lO à une portion de barre à refouler de section lOa,lOb,lOc,
lOc, lOd. Cette section de barre au départ est de forme
adaptée à la pièce finale à obtenir et outre cylindrique
peut notamment être rectangulaire ou carrée.
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