FORGING TOOL FOR THE MANUFACTURE OF A SHAPED ROLLED RING, NOTABLY FOR THE MANUFACTURE OF A TURBOMACHINE DISC

OUTILLAGE DE FORGEAGE POUR LA FABRICATION D'UNE COURONNE LAMINEE DE FORME, NOTAMMENT POUR LA FABRICATION D'UN DISQUE DE TURBOMACHINE

Abrégé français

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.

Abrégé anglais

Mandrels (1, 2) for the rolling of a ring (7) comprise impressions (5, 6) to accommodate the ring, which impressions have fillet radii where the various faces meet, so as to avoid the creation of sharp corners on the rolled ring (7) and the accidental formation of cracks.

Revendications

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REVENDICATIONS
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.
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.
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.

6
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.

Description

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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

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WO 2015/118249 PCT/FR2015/050229
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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.

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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

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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.

Dessin représentatif