EP0504039B1 - Procédé et outillage de fabrication d'une pièce annulaire en tÔle - Google Patents

Procédé et outillage de fabrication d'une pièce annulaire en tÔle Download PDF

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EP0504039B1
EP0504039B1 EP92400625A EP92400625A EP0504039B1 EP 0504039 B1 EP0504039 B1 EP 0504039B1 EP 92400625 A EP92400625 A EP 92400625A EP 92400625 A EP92400625 A EP 92400625A EP 0504039 B1 EP0504039 B1 EP 0504039B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
metal sheet
sheet
fastening
axis
turntable
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP92400625A
Other languages
German (de)
English (en)
Other versions
EP0504039A1 (fr
Inventor
Bernard Gaston Christophel
Jean Marcel Dautremont
Pierre Henri Fert
Guy René Harmegnies
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Safran Aircraft Engines SAS
Original Assignee
Societe Nationale dEtude et de Construction de Moteurs dAviation SNECMA
SNECMA SAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Societe Nationale dEtude et de Construction de Moteurs dAviation SNECMA, SNECMA SAS filed Critical Societe Nationale dEtude et de Construction de Moteurs dAviation SNECMA
Publication of EP0504039A1 publication Critical patent/EP0504039A1/fr
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Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D5/00—Bending sheet metal along straight lines, e.g. to form simple curves
    • B21D5/14—Bending sheet metal along straight lines, e.g. to form simple curves by passing between rollers
    • B21D5/143—Bending sheet metal along straight lines, e.g. to form simple curves by passing between rollers making use of a mandrel
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D51/00—Making hollow objects
    • B21D51/02—Making hollow objects characterised by the structure of the objects
    • B21D51/10—Making hollow objects characterised by the structure of the objects conically or cylindrically shaped objects

Definitions

  • the invention relates to the manufacture of annular parts by means of a generally flat sheet and whose initial shape is predetermined to constitute, once deformed, the annular part to be obtained.
  • the invention advantageously applies when machining is to be carried out on this part.
  • the invention has been developed more particularly for developing a slightly conical front ferrule of an airplane turbojet engine casing.
  • Dual-flow turbojets are one type of propulsion engine for airplanes. Their overall shape is similar to a cylinder several meters long, the outside diameter constantly varying according to the constitution of the different parts of the engine. For example, at the level of the cold flow channel surrounding the turbojet engine, the casing assumes a shape which widens slightly to then become cylindrical and finally resume a conical shape to reduce the diameter of this cold flow channel.
  • the motor casing therefore often consists of a succession of annular ferrules, the shapes of which are more or less complicated and on which numerous machining operations are planned, intended for the fixing of various accessories (control means, pipeline, control means , ). In addition, machining intended to hollow out the shell to lighten it is often carried out.
  • a ferrule before a casing at the level of the cold flow channel can consist of a titanium ferrule, slightly conical and whose diameter can be between 500 and 1000 mm. She is often obtained from a sheet whose thickness is around 7 mm and which is then hollowed out by machining to lighten this part and provide for the fixing of various accessories while leaving ribs to stiffen the part. Such a part can be obtained in different ways.
  • a conventional method for forming the sheet more commonly known as "wrapping" consists of bending or bending the sheet between several rollers placed on either side of it. The final radius of curvature is obtained by successive passage of the sheet between these rollers. Once bent, the shell is then finished by welding along two generators, using conventional equipment.
  • This method requires the machining to be carried out after this bending or bending operation, since the pressure forces of the rollers would lead to the crushing or the inclination of the numerous ribs resulting from the machining. It is then necessary to machine the part after this bending, which proves to be relatively difficult and costly. Indeed, machining a ferrule whose diameter is around 800 mm and comprising in many places a thickness of 1 or 2 mm is very delicate. Such machining can however be obtained chemically, the shell being immersed in a large tank provided for this purpose. At this level, this method is very expensive and difficult to implement.
  • Another technique used consists in bending by successive folds using a conventional folding machine.
  • the folds are made according to the generatrices which have a reduced inertia compared to the others.
  • This technique has the disadvantage that fold marks on the ribs remain after this bending operation.
  • the metal is subjected to stresses exceeding the elastic limit or the modulus of elasticity of this metal.
  • FR-A-1 223 970 describes a device for manufacturing envelopes enabling a sheet to be bent by means of a pressure roller around a winding drum.
  • the drum has a clamping bar and is associated with a welding and smoothing device for welding the two ends of the sheet.
  • the object of the invention is to produce such a type of parts while endeavoring to carry out the shaping of the sheet in the form of a ferrule after having carried out all the necessary machining operations on the flat sheet, in order to avoid recourse to chemical machining.
  • a first main object of the invention is a method of manufacturing an annular piece of axis of revolution, from a flat sheet of titanium alloy whose shape is predimensioned for this purpose.
  • the fixing flange and the fixing block are joined to the flange and to the movable block, leaving a light on each side of the sheet at the junction of the two ends to be welded, in order to allow welding before the tool is removed from the formed part.
  • the tool comprises hooks fixed on the movable flange and intended to be hung around the fixing flange and fixing blocks, adjusting screws being screwed into the hooks to allow the complete bringing together of the two ends opposite to solder.
  • the welding head can advantageously be mounted on the turntable, movable in translation along the junction to be welded.
  • FIGs 1A to 1F illustrate the bending according to the invention of a sheet 2 followed by a welding phase of this sheet 2.
  • first fixing means consist of a fixing block 10 and a fixing flange 36.
  • the sheet 2 is thus fixed tangentially to this turntable 6.
  • a roller 4 mounted rotating around a second axis 5 is placed next to the turntable 6, so that its periphery is very close to the fixing block 10 of the turntable 6 when the latter is rotated.
  • This roller 4 is a pressure roller.
  • the fixing block 10 of the turntable 6 drives the sheet 2 around the turntable 6.
  • the presence of the pressure roller 4 keeps the sheet near the turntable 6 by pressing on its external surface 2E. It follows a start of winding of the sheet 2 by twisting or bending around the turntable 6.
  • several internal supports 8 are fixed to the periphery of the turntable 6 in the same way as the fixing block 10. The top 9 of each internal support 8 is placed at a distance from the vertical axis of rotation 7 of the turntable 6 equal to the radius of the part to be obtained.
  • the sheet metal 2 is wound around the turntable 6, the pressure roller 4 applying the interior surface 2I of the sheet 2 against the tops 9 of the interior supports 8.
  • the support brackets 14 each placed opposite an internal support 8. The sheet 2 is thus forced to remain in place around of the turntable 6 and the internal supports 8, whatever the stresses generated by this deformation.
  • FIG. 1D represents the end of the bending of the sheet 2 when the last internal support 8Z arrives opposite the pressure roller 4.
  • the second end 1 of sheet 2, or rear end is always free.
  • mobile fixing means have been previously fixed to this second end 1 of the sheet 2. They consist of a mobile block 11 and a mobile flange 12. This mobile flange 12 is provided with at least two hooks 13 intended to be hooked around the flange 36 and the fixing block 10 of the turntable 6.
  • the second main phase of the process according to the invention consists in welding the two ends 1 and 3 thus joined together.
  • Figure 1F symbolizes this welding operation by the arrow perpendicular to the sheet 2 indicating the junction point of the two ends 1 and 3 of the sheet 2.
  • the shapes of the fastening elements are such that the welding operation can be carried out before dismantling the sheet 2 thus bent on the tools.
  • the annular part thus formed 20 has therefore been bent and welded.
  • the initial sheet 2 has of course been prepared and dimensioned so that, after bending, the two ends 1 and 3 are opposite one another and allow welding.
  • the formed part 20 is subjected to an expansion heat treatment. This may consist in subjecting the part 20 to a temperature in the region of 500 ° C (450 to 550 ° C) for a period of approximately four hours (between two and six hours), in particular in the case of alloy parts titanium.
  • FIG. 2 shows a tool making it possible to implement the process which has just been described, and more particularly for obtaining a ferrule before a casing of a turbofan engine with double flow, at the level of the cold flow channel.
  • a ferrule is provided in titanium which is a resistant metal, having good machinability, and a relatively light density compared to other metals.
  • This ferrule is made from a sheet whose thickness is approximately 7 mm. However, it is necessary to hollow out this sheet to make it even lighter.
  • These recesses 21 are provided so that ribs 22 remain on the surface of the part, so that the latter retains sufficient rigidity.
  • Many forms are provided in such a ferrule 20. For example, two bosses 23 have been shown on this ferrule 20. The ferrule 20 is therefore a part frequently and irregularly having extra thicknesses.
  • the initial sheet 2 is shown with a slightly twisted elongated rectangle shape. Such a shape therefore corresponds to the developed shape of the final ferrule 20.
  • the sheet is in the process of bending.
  • stirrups 14 which have already been placed opposite their corresponding internal supports 8. They are mounted by their respective feet 15, preferably on a base 24 of the tool. The latter is mounted on the turntable 6 of a machine 29. Radial grooves 17 allow the positioning of the tool on this turntable 6.
  • the fixing block is covered with a fixing flange 36 through which pass at least two groups of fixing screws 37 which fix this first end 3 of the sheet relative to the fixing block. Holes are provided for this in the sheet.
  • the second end 1 of the sheet has been shown in its initial form, that is to say flat.
  • the internal face 2I is therefore still visible and is intended to be applied against the last internal support 8Z, the support half-cylinder of which is still visible.
  • FIG. 3 shows in detail the fixing stirrups 14 of the sheet on the interior supports 8.
  • These stirrups 14 consist of a metal bar terminated by a hook 28 which is housed behind the upper part of the interior support 8, in a notch 27.
  • the pressure applied to the external surface of the sheet is obtained by screwing several screws 18 screwed into the main part of the stirrup 14 and whose enlarged end acts by pressure on the sheet.
  • the fixing of these stirrups 14 on the internal supports 8 is also made in the lower part thanks to a notch 25 formed in the lower part of the stirrup 14 and a fixing bolt 26 mounted in the foot 15 of each of the internal supports 8.
  • the internal supports are mounted by their feet 15 by means of screws 51 on the base 24. Oblong holes 50 in the feet 15 make it possible to adapt this tool to several different diameters of ferrules to be obtained. Thus, by spreading the interior supports more or less 8 it is easy to increase or decrease the diameter of the part to be obtained.
  • the adjustment of the position of the internal supports 8 can be obtained by means of a stop 30 into which is screwed an adjustment screw 31 acting at the base of the foot 15 of each internal support 8.
  • the operational part of the internal supports 8 has been shown in the form of a half-cylinder 9, the generator of which being at the top of the latter is the part on which the sheet is supported.
  • This type of interior support is only an embodiment, other equivalent elements that can be imagined and used to produce a series of sufficient supports inside the sheet.
  • FIG. 4 corresponds to the phase of the process represented by FIG. 1E.
  • the sheet is completely bent and forms a ferrule 20, the two ends 1 and 3 glued being one against the other.
  • This Figure 4 shows in detail the means for fixing the two ends 1 and 3 of the sheet, so that they are joined against one another.
  • the fixing block is covered with the fixing flange 36 covering the first end 3.
  • the second end 1 of the sheet is covered by the movable flange 12 which passes through two other groups of fixing screws 35 which fix this second end in the block of fixation.
  • hooks 13 shown in FIGS. 1D, 1E are fixed on the movable flange 12. Their shape allows them to hang behind the block and the fixing flange 36. Once put in place, they are locked in this position by a fixing bar 32 held tight against the fixing flange by means of two bolts 33.
  • the fixing flange 36 and the movable flange 12, once the two ends 1 and 3 of the sheet are joined against one another form a groove 34 at the bottom of which is the junction plane of these two ends 1 and 3.
  • This groove makes it possible to weld the two ends 1 and 3 of the sheet before the tool for clamping and holding the sheet is removed.
  • FIG. 5 The operation of the fixing mechanism of these two ends 1 and 3 is explained by FIG. 5.
  • the fixing block 10 Fixed on the base.
  • the first end 3 of the sheet which is held against it by the fixing flange 36.
  • the movable block 11 and the movable flange 12 are the movable flange 12 in which the second is fixed. end 1 of the sheet.
  • the assembly or movable block 11 has a shape complementary to that of the fixing block 10 in order to be able to be housed in the latter.
  • the bolt 33 is introduced into a hole made through the hook 13.
  • the complete screwing allows the hook 13 to be placed behind the block 10 and the fixing flange 36 and thereby place the second end 1 of the sheet against the first 3.
  • the tool according to the invention provides for the use of a tension screw 40 screwed into the hook 13 and being able to protrude inside of it to come to bear against the fixing block 10. A screwing of this tensioning screw 40 makes it possible to tension the sheet by bringing the second end 1 closer to the sheet from the first 3.
  • a pipe 41 which opens into the interior of the slot 34 formed by the fixing block 10 and the movable block 11 below the two ends 1 and 3 of the sheet.
  • This pipe 41 symbolizes a gas inlet network, preferably argon, to ensure minimum gas circulation during the welding operation which is carried out when the clamping tool is still mounted on the sheet.
  • This same tool for fixing the two ends 1 and 3 of the sheet is also detailed in another way in FIG. 6.
  • This in fact represents the fixing block 10 into which the movable flange must be inserted.
  • this fixing block 10 has a cavity 42 making it possible to delimit a part of the slot which must be placed under the junction point of the two ends 1 and 3 of the sheet. In this cavity 42 open several pipes 41 allowing the supply of argon during the welding.
  • the movable flange 12 At the upper and lower ends of the movable flange 12 is placed another adjusting screw 44 for positioning the two ends 1 and 3 of the sheet. Indeed, the bending of the initial sheet 2 which may have relatively irregular shapes and thicknesses can lead to the fact that the two ends 1 and 3 of this sheet are not strictly opposite one another. It is then necessary to adjust the height of one of these ends relative to the other. By using the adjustment screws 44 screwed into two positioning tabs 45 of the movable block 11 and coming to bear against the fixing block 10, it is thus possible to make this adjustment.
  • the two ends 1 and 3 of the sheet can thus be positioned with precision, as shown by the arrows, before the welding is carried out.
  • the operation consisting in welding the two ends 1 and 3 of the sheet is preferably carried out when the bending and fixing tool on this tool is still fixed on the bent sheet. It is even provided that the welding head is mounted on the machine or the frame of the machine supporting the turntable 6. This assembly can be carried out so as to that the welding head is mounted movable in translation to perform welding along the entire height of the sheet to weld in a single operation the bent sheet.
  • the turntable 6 can be mounted on a support itself mounted pivoting about a vertical axis 16 so as to rotate 90 ° the entire turntable and l 'tool so as to put the ferrule thus formed in a position where its axis of revolution is horizontal.
  • the welding head can thus be used if it is mounted movable in horizontal translation on the frame 29 on which the tooling is mounted.
  • a main advantage of the invention is that all the machining which it is necessary to perform on the shell in order to be able to manufacture complicated parts, such as a shell before a crankcase of a two-phase turbojet engine, can be done before this bending operation.
  • the chemical machining used beforehand to shape the shapes after the shell has been formed requires bubbling in tanks.
  • the shape of a ferrule requires the use of very large tanks, which makes the process difficult and expensive.
  • Another advantage of the invention is that it simply requires the presence of a frame or a turntable machine.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Butt Welding And Welding Of Specific Article (AREA)
  • Bending Of Plates, Rods, And Pipes (AREA)

Description

    Domaine de l'invention.
  • L'invention concerne la fabrication de pièces annulaires au moyen d'une tôle généralement plate et dont la forme initiale est prédéterminée pour constituer, une fois déformée, la pièce annulaire à obtenir. L'invention s'applique avantageusement lorsque des usinages sont à effectuer sur cette pièce. L'invention a été mise au point plus particulièrement pour élaborer une virole avant, légèrement conique, d'un carter de turboréacteur d'avion.
    • Art antérieur.
  • Les turboréacteurs à double flux constituent un type de moteur de propulsion pour les avions. Leur forme globale s'apparente à un cylindre de plusieurs mètres de long, le diamètre extérieur variant constamment en fonction de la constitution des différentes parties du moteur. Par exemple, au niveau du canal de flux froid entourant le turboréacteur, le carter affecte une forme qui s'élargit légèrement pour devenir ensuite cylindrique et finalement reprendre une forme conique pour réduire le diamètre de ce canal de flux froid. Le carter du moteur est donc souvent constitué d'une succession de viroles annulaires, dont les formes sont plus ou moins compliquées et sur lesquelles sont prévus de nombreux usinages, destinés à la fixation de différents accessoires (moyen de contrôle, canalisation, moyen de commande, ...). De plus, des usinages destinés à évider la virole pour l'alléger sont souvent effectués.
  • Par exemple, une virole avant d'un carter au niveau du canal de flux froid peut être constituée d'une virole en titane, légèrement conique et dont le diamètre peut être compris entre 500 et 1000 mm. Elle est souvent obtenue à partir d'une tôle dont l'épaisseur avoisine 7 mm et qui est évidée ensuite par un usinage pour alléger cette pièce et prévoir la fixation de différents accessoires tout en laissant des nervures pour rigidifier la pièce. Une telle pièce peut être obtenue de différentes manières.
  • Une méthode conventionnelle pour réaliser le formage de la tôle, plus communément appelée "envirolage" consiste à cambrer ou cintrer la tôle entre plusieurs rouleaux placés de part et d'autre de celle-ci. Le rayon de courbure définitif est obtenu par passage successif de la tôle entre ces rouleaux. Une fois cintrée, la virole est ensuite terminée par soudage suivant deux génératrices, au moyen d'un équipement conventionnel. Cette méthode oblige à effectuer les usinages après cette opération de cambrage ou de cintrage, car les efforts de pression des rouleaux conduiraient à l'écrasement ou à l'inclinaison des nombreuses nervures résultant de l'usinage. Il est alors nécessaire d'usiner la pièce après ce cintrage, ce qui s'avère relativement difficile et coûteux. En effet, l'usinage d'une virole dont le diamètre avoisine 800 mm et comprenant à de nombreux endroits une épaisseur de 1 ou 2 mm s'avère très délicat. Un tel usinage peut toutefois être obtenu chimiquement, la virole étant plongée dans une grande cuve prévue à cet effet. A ce niveau, cette méthode est très coûteuse et difficile à mettre en oeuvre.
  • Une autre technique utilisée consiste à réaliser le cintrage par plis successifs au moyen d'une machine plieuse conventionnelle. Les plis sont effectués suivant les génératrices qui présentent une inertie réduite par rapport aux autres. Cette technique a pour inconvénient que des marques de pliage sur les nervures subsistent après cette opération de cintrage. De plus, dans cette méthode, le métal est soumis à des contraintes dépassant la limite élastique ou le module d'élasticité de ce métal.
  • FR-A-1 223 970 décrit un dispositif de fabrication d'enveloppes permettant de courber une tôle au moyen d'un rouleau presseur autour d'un tambour enrouleur. Le tambour présente une barrette de serrage et est associé à un dispositif de soudure et de lissage pour souder les deux extrémités de la tôle.
  • Le but de l'invention est de réaliser un tel type de pièces en s'efforçant d'effectuer la mise en forme de la tôle en forme de virole après avoir effectué tous les usinages nécessaires sur la tôle plate, afin d'éviter le recours à un usinage chimique.
    • Résumé de l'invention.
  • A cet effet, un premier objet principal de l'invention est un procédé de fabrication d'une pièce annulaire d'axe de révolution, à partir d'une tôle plate en alliage de titane dont la forme est prédimensionnée à cet effet.
  • Selon l'invention, le procédé consiste à, successivement :
    • usiner à plat sur au moins une des deux surfaces de la tôle un réseau de nervures et des formes façonnées,
    • cintrer progressivement la tôle en l'enroulant par une première extrémité autour de l'axe de révolution au moyen d'un rouleau de pression qui exerce une pression par roulement sur la surface de la tôle qui devient la surface externe de la pièce annulaire, en utilisant des appuis intérieurs destinés à guider la surface interne de la tôle pendant la déformation et des étriers de maintien placés chacun en face d'un appui intérieur pour maintenir la tôle ainsi déformée, de manière à joindre deux extrémités opposées de la tôle l'une contre l'autre, tout en mettant en jeu des forces de déformation restant en dessous de la limite élastique du métal dont la tôle est constituée,
    • souder les deux extrémités accolées de la tôle ; puis effectuer une opération de traitement thermique de détente effectué à une température de l'ordre de 450°C à 550°C pendant une durée de deux à six heures ; et enfin,
    • effectuer une opération de calibrage thermique.
  • Le deuxième objet principal de l'invention est un outillage pour la mise en oeuvre du procédé tel qu'il a été précédemment résumé. Selon l'invention, comme revendiqué dans la revendication 2, l'outillage comprend :
    • un plateau tournant tournant autour d'un axe qui est l'axe de révolution de la pièce annulaire à obtenir et entraîné en rotation par un moteur, et sur lequel plusieurs appuis intérieurs réalisés sous la forme de demi-cylindre, les points effectifs d'appui étant constitués par la génératrice de chaque demi-cylindre la plus éloignée de l'axe du plateau tournant, sont fixés de façon réglable par rapport au plateau tournant pour guider la surface interne de la tôle pendant le cintrage ; et lequel comporte des premières moyens de fixation de la première extrémité de la tôle auxquels on fixe la première extrémité de la tôle ;
    • des étriers de fixation, chaque étrier étant placé en regard d'un appui intérieur, pour éviter que la tôle ne se déforme une fois qu'elle a été cintrée ;
    • des deuxièmes moyens de fixation, mobiles, de la deuxième extrémité contre la première extrémité de la tôle.
  • Les premiers et deuxièmes moyens de fixation comprennent :
    • un bloc de fixation monté fixe sur le plateau tournant ;
    • une bride de fixation de la première extrémité sur le bloc de fixation ;
    • un bloc mobile ;
    • une bride mobile pour fixer la deuxième extrémité de la tôle sur le bloc mobile, près de la première extrémité de la tôle ;
    • des vis de fixation des brides mobile et de fixation.
  • De manière à permettre la soudure, sur cet outillage des deux extrémités opposées à souder l'une à l'autre, au niveau de la jonction des deux extrémités de la tôle, la bride de fixation et le bloc de fixation sont jointifs à la bride et au bloc mobile, en laissant une lumière de chaque côté de la tôle à l'endroit de la jonction des deux extrémités à souder, afin de permettre la soudure avant que l'outillage ne soit ôté de la pièce formée.
  • De préférence, l'outillage comprend des crochets fixés sur la bride mobile et destinés à être accrochés autour de la bride de fixation et des blocs de fixation, des vis de réglage étant vissées dans les crochets pour permettre la rapprochement complet des deux extrémités opposées à souder.
  • Pour effectuer ce soudage, la tête de soudage peut être avantageusement montée sur le plateau tournant, mobile en translation le long de la jonction à souder.
    • Liste des figures
  • La description détaillée d'une réalisation de l'invention est accompagnée de plusieurs figures représentant respectivement :
    • figures 1A à 1F le procédé de fabrication selon l'invention :
    • figure 2, l'outillage selon l'invention au cours du cintrage de la tôle ;
    • figure 3, un appui intérieur sous la forme d'un demicylindre et son étrier correspondant ;
    • figure 4, les deux moyens de fixation des deux extrémités de la tôle ;
    • figure 5, en coupe et en vue fantôme, la fixation d'un crochet utilisé sur les moyens de fixation ;
    • figure 6, le montage du bloc mobile sur le bloc de fixation.
    Description détaillée d'une réalisation de l'invention. 1) Procédé
  • Les figures 1A à 1F illustrent le cintrage selon l'invention d'une tôle 2 suivi par une phase de soudage de cette tôle 2. Sur la figure 1A on peut distinguer une tôle 2 dont une première extrémité 3 est fixée sur un plateau tournant 6 autour d'une axe vertical 7. On utilise à cet effet des premiers moyens de fixation constitués d'un bloc de fixation 10 et d'une bride de fixation 36. La tôle 2 est ainsi fixée tangentiellement à ce plateau tournant 6. Un rouleau 4 monté tournant autour d'un deuxième axe 5 est placé à côté du plateau tournant 6, de manière à ce que sa périphérie soit très proche du bloc de fixation 10 du plateau tournant 6 lorsque ce dernier est mis en rotation. Ce rouleau 4 est un rouleau de pression.
  • En effet, comme le montre la flèche courbe de la figure 1B, lorsque le plateau tournant 6 est mis en rotation autour de son axe vertical, le bloc de fixation 10 du plateau tournant 6 entraîne la tôle 2 autour du plateau tournant 6. La présence du rouleau de pression 4 maintient la tôle à proximité du plateau tournant 6 en s'appuyant sur sa surface externe 2E. Il s'ensuit une amorce d'enroulage de la tôle 2 par torsion ou cintrage autour du plateau tournant 6. Pour guider ce cintrage de la tôle 2, plusieurs appuis intérieurs 8 sont fixés à la périphérie du plateau tournant 6 de la même manière que le bloc de fixation 10. Le sommet 9 de chaque appui intérieur 8 est placé à une distance de l'axe vertical de rotation 7 du plateau tournant 6 égale au rayon de la pièce à obtenir.
  • Si, comme le montre la figure 1C, la rotation du plateau tournant 6 se poursuit, la tôle 2 est enroulée autour du plateau tournant 6, le rouleau de pression 4 appliquant la surface intérieure 2I de la tôle 2 contre les sommets 9 des appuis intérieurs successifs 8. Pour favoriser le maintien en place de la tôle 2 autour du plateau tournant 6, on utilise de préférence des étriers de maintien 14 placés chacun en regard d'un appui intérieur 8. La tôle 2 est ainsi obligée de rester en place autour du plateau tournant 6 et des appuis intérieurs 8, quelles que soient les contraintes engendrées par cette déformation.
  • La figure 1D représente la fin du cintrage de la tôle 2 lorsque le dernier appui intérieur 8Z arrive en regard du rouleau de pression 4. La deuxième extrémité 1 de la tôle 2, ou extrémité arrière se trouve toujours libre. Cependant, des moyens mobiles de fixation ont été préalablement fixés à cette deuxième extrémité 1 de la tôle 2. Ils se composent d'un bloc mobile 11 et d'une bride mobile 12. Cette bride mobile 12 est munie d'au moins deux crochets 13 destinés à venir s'accrocher autour de la bride 36 et du bloc de fixation 10 du plateau tournant 6.
  • En effet, si la rotation du plateau tournant 6 s'achève, l'extrémité libre 1 de la tôle 2 est amenée à proximité de la première extrémité 3 de la tôle 2 fixée au bloc de fixation 10 du plateau tournant 6. Un mécanisme de fixation du crochet 13 sur la bride de fixation 10 permet l'ancrage de la bride 11 et du bloc mobile 12 sur la bride 36 et le bloc de fixation 10 du plateau tournant 6. Le cintrage de la tôle 2 est alors terminé. Une barre de verrouillage 32 permet de maintenir cette fixation, comme le montre la figure 1E.
  • La deuxième phase principale du procédé selon l'invention consiste à souder les deux extrémités 1 et 3 ainsi accolées l'une contre l'autre. La figure 1F symbolise cette opération de soudage par la flèche perpendiculaire à la tôle 2 indiquant l'endroit de jonction des deux extrémités 1 et 3 de la tôle 2. Les formes des éléments de fixation sont telles que l'opération de soudage peut être effectuée avant le démontage de la tôle 2 ainsi cintrée sur l'outillage. Ces formes seront détaillées ultérieurement.
  • La pièce annulaire ainsi formée 20 a donc été cintrée et soudée. La tôle initiale 2 a bien entendu été préparée et dimensionnée pour que, après le cintrage, les deux extrémités 1 et 3 se trouvent en regard l'une de l'autre et permettent le soudage.
  • Les schémas des figures 1A à 1F ont tendance à suggérer que la pièce formée 20 soit cylindrique. Le cylindre n'est toutefois qu'une des nombreuses formes possibles pouvant être obtenues. En effet, on envisage surtout de réaliser des viroles coniques. Dans ce dernier cas, la tôle initiale 2 n'aura pas une forme rectangulaire lorsqu'elle est plate. Sa forme doit être celle d'un secteur de couronne annulaire ou de rectangle allongé et tordu. Cette dernière forme est visible sur la figure 2. La forme et la position des appuis intérieurs 8 déterminent également la forme de la pièce à obtenir.
  • Quelle que soit la forme finale de la pièce formée 20, celle-ci a subi des contraintes importantes lors du cintrage. Ce dernier ayant été effectué sans que le métal ne subisse des contraintes mécaniques supérieures à sa limite élastique, les contraintes de cintrage demeurent à l'intérieur de la pièce formée 20. Or, cette dernière est constamment soumise à ces contraintes. Pour éliminer ce phénomène, qui pourrait avoir des conséquences facheuses et soumettre la soudure à des forces de traction importantes, il est préférable que la pièce formée 20 soit soumise à un traitement thermique de détente. Celui-ci peut consister à soumettre la pièce 20 à une température avoisinant les 500°C (de 450 à 550°C) pendant une période d'environ quatre heures (entre deux et six heures), notamment dans le cas de pièces en alliage de titane.
  • Au cas où on désire obtenir une pièce de forme très précise, c'est-à-dire avec des tolérances dimensionnelles très restreintes, il est possible d'effectuer après le traitement thermique de détente un calibrage thermique. Cette opération consiste à chauffer la pièce obtenue, de manière à ce que son diamètre augmente très légèrement, et à la faire refroidir sur un moule calibré. Ce dernier a comme diamètre extérieur le diamètre interne de la pièce à obtenir. Lors du refroidissement, la pièce 20 se rétracte donc sur le calibre et son diamètre intérieur correspond exactement au diamètre extérieur du calibre.
    • 2) Outillage.
  • La figure 2 montre un outillage permettant de mettre en oeuvre le procédé qui vient d'être décrit, et plus particulièrement pour obtenir une virole avant d'un carter de turboréacteur à double flux, au niveau du canal de flux froid. Une telle virole est prévue en titane qui est un métal résistant, ayant une bonne usinabilité, et une masse volumique relativement légère par rapport aux autres métaux. Cette virole est fabriquée à partir d'une tôle dont l'épaisseur est d'environ 7 mm. Toutefois, il est nécessaire d'évider cette tôle pour la rendre encore plus légère. Ces évidements 21 sont prévus pour que des nervures 22 subsistent à la surface de la pièce, de manière à ce que cette dernière conserve une rigidité suffisante. De nombreuses formes sont prévues dans une telle virole 20. Par exemple deux bossages 23 ont été représentés sur cette virole 20. La virole 20 est donc une pièce comportant de manière fréquente et irrégulière des surépaisseurs.
  • La tôle initiale 2 est représentée avec une forme de rectangle allongé légèrement tordu. Une telle forme correspond donc à la forme développée de la virole finale 20. Sur cette figure 2, la tôle se trouve en cours de cintrage. On distingue quelques étriers 14 qui ont déjà été placés en regard de leurs appuis intérieurs correspondants 8. Ils sont montés par leurs pieds respectifs 15, de préférence sur une base 24 de l'outillage. Cette dernière est montée sur le plateau tournant 6 d'une machine 29. Des rainures radiales 17 permettent le positionnement de l'outillage sur ce plateau tournant 6.
  • Le maintien de la tôle centrée au moyen des étriers se fait plus précisément à l'aide de vis de pression 18 vissées dans les étriers 14.
  • Sur cette figure 2, le bloc de fixation est recouvert d'une bride de fixation 36 que traversent au moins deux groupes de vis de fixation 37 qui fixent cette première extrémité 3 de la tôle par rapport au bloc de fixation. Des trous sont prévus à cet effet dans la tôle.
  • On distingue également sur cette figure le rouleau de pression 4 monté tournant autour de l'axe 5 dans un capot de protection 19. Cet ensemble du rouleau de pression 4 et de son capot 19 est monté mobile en translation horizontale par rapport au bâti 29 de la machine sur laquelle est monté tournant l'outillage. Ceci permet d'adapter la position du rouleau de pression 4 par rapport au diamètre de la pièce à obtenir, en correspondance avec le réglage de la position des appuis intérieurs 8 de l'outillage sur le plateau tournant 6.
  • Sur la droite de la figure, la deuxième extrémité 1 de la tôle a été représentée dans sa forme initiale, c'est-à-dire plate. La face interne 2I est donc encore visible et est destinée à être appliquée contre le dernier appui intérieur 8Z dont le demi-cylindre d'appui est encore visible.
  • D'autres éléments de l'outillage apparaissent sur cette figure et sont décrits en détail dans les paragraphes suivants, à l'aide des autres figures.
  • La figure 3 représente en détail les étriers de fixation 14 de la tôle sur les appuis intérieurs 8. Ces étriers 14 sont constitués d'une barre métallique terminée par un crochet 28 venant se loger derrière la partie supérieure de l'appui intérieur 8, dans une encoche 27. La pression appliquée sur la surface externe de la tôle est obtenue grâce au vissage de plusieurs vis 18 vissées dans la partie principale de l'étrier 14 et dont l'extrémité élargie agit par pression sur la tôle. La fixation de ces étriers 14 sur les appuis intérieurs 8 se fait également dans la partie inférieure grâce à une encoche 25 pratiquée dans la partie inférieure de l'étrier 14 et un boulon de fixation 26 monté dans le pied 15 de chacun des appuis intérieurs 8.
  • Les appuis intérieurs sont montés par leurs pieds 15 au moyen de vis 51 sur la base 24. Des trous oblongs 50 dans les pieds 15 permettent d'adapter cet outillage à plusieurs diamètres différents de viroles à obtenir. Ainsi, en écartant plus ou moins les appuis intérieurs 8 il est facile d'augmenter ou de diminuer le diamètre de la pièce à obtenir.
  • Le réglage de la position des appuis intérieurs 8 peut être obtenu au moyen d'une butée 30 dans laquelle est vissée une vis de réglage 31 agissant à la base du pied 15 de chaque appui intérieur 8.
  • Dans la réalisation décrite, la partie opérationnelle des appuis intérieurs 8 a été représentée sous la forme d'un demi-cylindre 9 dont la génératrice se trouvant au sommet de celui-ci est la partie sur laquelle la tôle est appuyée. Ce type d'appui intérieur n'est qu'un exemple de réalisation, d'autres éléments équivalents pouvant être imaginés et utilisés pour réaliser une série d'appuis suffisants à l'intérieur de la tôle.
  • La figure 4 correspond à la phase du procédé représenté par la figure 1E. La tôle est complètement cintrée et forme une virole 20, les deux extrémités 1 et 3 collées étant l'une contre l'autre.
  • Cette figure 4 représente en détail les moyens de fixation des deux extrémités 1 et 3 de la tôle, de manière à ce qu'elles soient accolées l'une contre l'autre. Le bloc de fixation est recouvert de la bride de fixation 36 recouvrant la première extrémité 3. La deuxième extrémité 1 de la tôle est recouverte par la bride mobile 12 que traverse deux autres groupes de vis de fixation 35 qui fixent cette deuxième extrémité dans le bloc de fixation.
  • Pour permettre la fixation de la deuxième extrémité 1 contre la première 3, des crochets 13 représentés sur les figures 1D, 1E, sont fixés sur la bride mobile 12. Leur forme leur permet de venir s'accrocher derrière le bloc et la bride de fixation 36. Une fois mis en place, ils sont bloqués dans cette position par une barre de fixation 32 maintenue serrée contre la bride de fixation au moyen de deux boulons 33.
  • La bride de fixation 36 et la bride mobile 12, une fois que les deux extrémités 1 et 3 de la tôle sont accolées l'une contre l'autre forment une rainure 34 au fond de laquelle se trouve le plan de jonction de ces deux extrémités 1 et 3. Cette rainure permet de procéder au soudage des deux extrémités 1 et 3 de la tôle avant que l'outillage de serrage et de maintien de la tôle soit enlevé.
  • Le fonctionnement du mécanisme de fixation de ces deux extrémités 1 et 3 est explicité par la figure 5. En effet, on y voit en coupe le bloc de fixation 10 fixé sur la base. Contre lui est placée la première extrémité 3 de la tôle qui est maintenue contre lui grâce à la bride de fixation 36. Juste à côté, mais représentés sans hachures, se trouvent le bloc mobile 11 et la bride mobile 12 dans lesquels est fixée la deuxième extrémité 1 de la tôle. L'ensemble ou bloc mobile 11 a une forme complémentaire à celle du bloc de fixation 10 pour pouvoir venir se loger dans ce dernier.
  • Lorsque la tôle est complètement cintrée, le bloc mobile 11, la bride mobile 12 ainsi que la deuxième extrémité 1 sont approchés du bloc de fixation 10 et de la bride de fixation 36 comme le montre leur position représentée en vue fantôme, c'est-à-dire en traits mixtes. En effet, cette deuxième extrémité 1 de la tôle n'a pas subit le cintrage du rouleau presseur. Elle n'a donc pas tendance à se recourber et à venir directement contre la première extrémité 3 de la tôle. On éprouve donc des difficultés à venir placer les crochets 13 derrière l'ensemble formé par le bloc 10 et la bride de fixation 36. A cet effet, on utilise un outillage de rapprochement qui est constitué des boulons 33 montés pivotants sur la bride de fixation 36. Un écrou 38 pousse la barre de verrouillage 32, qui a une section s'apparentant à une rotule. Pour effectuer la fixation, le boulon 33 est introduit dans un trou pratiqué à travers le crochet 13. On procède alors au vissage de l'écrou 38 qui rapproche le crochet 13 de la bride 36. Le vissage complet permet de placer le crochet 13 derrière le bloc 10 et la bride de fixation 36 et de placer par là-même la deuxième extrémité 1 de la tôle contre la première 3.
  • Il se peut que la dimension initiale de la tôle ne soit pas exactement celle qu'il conviendrait pour effectuer directement une soudure de ces deux extrémités 1 et 3. L'outillage selon l'invention prévoit l'utilisation d'une vis de tension 40 vissée dans le crochet 13 et pouvant dépasser à l'intérieur de celui-ci pour venir s'appuyer contre le bloc de fixation 10. Un vissage de cette vis de tension 40 permet de tendre la tôle en rapprochant la deuxième extrémité 1 de la tôle de la première 3.
  • Sur cette figure est également représentée une canalisation 41 qui débouche à l'intérieur de la fente 34 formée par le bloc de fixation 10 et le bloc mobile 11 en dessous des deux extrémités 1 et 3 de la tôle. Cette canalisation 41 symbolise un réseau d'arrivée de gaz, de préférence de l'argon, pour assurer une circulation de gaz minimale pendant l'opération de soudure qui est effectuée lorsque l'outillage de serrage est encore monté sur la tôle.
  • Ce même outillage de fixation des deux extrémités 1 et 3 de la tôle est également détaillé d'une autre manière sur la figure 6. Celle-ci représente en effet le bloc de fixation 10 dans lequel doit venir s'insérer la bride mobile. On voit que ce bloc de fixation 10 a une cavité 42 permettant de délimiter une partie de la fente qui doit être placée sous le point de jonction des deux extrémités 1 et 3 de la tôle. Dans cette cavité 42 débouchent plusieurs canalisations 41 permettant l'apport de l'argon pendant la soudure.
  • Sur cette figure est également représentées des vis de serrage 43 de l'ensemble mobile contre le bloc de fixation 10. Elles traversent ces éléments par des trous respectifs 52 et 53.
  • Aux extrémités supérieure et inférieure de la bride mobile 12 est placée une autre vis de réglage 44 du positionnement des deux extrémités 1 et 3 de la tôle. En effet, le cintrage de la tôle initiale 2 qui peut avoir des formes et des épaisseurs relativement irrégulières peut amener au fait que les deux extrémités 1 et 3 de cette tôle ne se trouvent pas rigoureusement en face l'une de l'autre. Il est alors nécessaire de procéder à un réglage en hauteur d'une de ces extrémités par rapport à l'autre. En utilisant les vis d'ajustement 44 vissées dans deux pattes de positionnement 45 du bloc mobile 11 et venant en appui contre le bloc de fixation 10, il est ainsi possible de procéder à cet ajustement.
  • Les deux extrémités 1 et 3 de la tôle peuvent ainsi être positionnées avec précision, comme le montrent les flèches, avant que ne soit effectué le soudage.
  • L'opération consistant à souder les deux extrémités 1 et 3 de la tôle est de préférence effectuée lorsque l'outillage de cintrage et de fixation sur cet outillage est encore fixé sur la tôle cintrée. On prévoit même que la tête de soudage soit montée sur la machine ou le bâti de la machine supportant le plateau tournant 6. Ce montage peut être effectué de manière à ce que la tête de soudure soit montée mobile en translation pour effectuer un soudage le long de toute la hauteur de la tôle pour souder en une seule opération la tôle cintrée.
  • A cet effet, comme le montre la figure 2, le plateau tournant 6 peut être monté sur un support monté lui-même pivotant autour d'un axe vertical 16 de manière à faire pivoter de 90° l'ensemble du plateau tournant et de l'outillage de manière à mettre la virole ainsi formée dans une position où son axe de révolution est horizontal. La tête de soudage peut ainsi être utilisée si elle est montée mobile en translation horizontale sur le bâti 29 sur lequel l'outillage est monté.
  • Un avantage principal de l'invention est que l'ensemble des usinages qu'il est nécessaire d'effectuer sur la virole pour pouvoir fabriquer des pièces compliquées, comme une virole avant d'un carter de turboréacteur à double phase, peut être fait avant cette opération de cintrage. En effet, les usinages chimiques utilisés au préalable pour façonner les formes après que la virole ne soit formée imposent des barbotages dans des cuves. Or, la forme d'une virole impose l'utilisation de cuves de très grande dimension, ce qui rend le procédé difficile et coûteux.
  • Un autre avantage de l'invention est qu'elle nécessite simplement la présence d'un bâti ou d'une machine à plateau tournant.

Claims (6)

  1. Procédé de fabrication d'une pièce annulaire (20) d'axe de révolution (7) à partir d'une tôle plate en alliage de titane (2) prédimensionnée à cet effet, caractérisé en ce qu'il consiste à, successivement :
    - usiner à plat sur au moins une des deux surfaces (2E) de la tôle (2) un réseau de nervures (22) et des formes façonnées (23) ;
    - cintrer progressivement la tôle (2) autour de l'axe de révolution (7) en enroulant la tôle (2) par une première extrémité (3) et au moyen d'un rouleau de pression (4) qui exerce une pression par roulement sur une surface de la tôle (2) qui devient la surface externe (2E) de la pièce annulaire (20), en utilisant des appuis intérieurs (8) destinés à guider la surface interne (2I) de la tôle (2) pendant le procédé de cintrage et des étriers de maintien (14), placés chacun en face d'un appui intérieur (8) pour maintenir la tôle (2) ainsi déformée, de manière à joindre les deux extrémités opposées (1, 3) l'une contre l'autre tout en mettant en jeu des forces de déformation restant en dessous de la limite élastique du métal dont est constituée la tôle (2) ;
    - souder les deux extrémités accolées (1,3) de la tôle (2) ; puis
    - effectuer une opération de traitement thermique de détente par un échauffement entre 450 et 550°C pendant une durée de deux à six heures pour les tôles ; et enfin
    - effectuer une opération de calibrage thermique.
  2. Outillage pour la fabrication d'une pièce annulaire (20) d'axe de révolution (7) à partir d'une tôle plate (2) prédimensionnée à cet effet par :
    - usinage à plat sur au moins une des deux surfaces (2E) de la tôle (2) un réseau de nervures (22) et de formes façonnées (23);
    - cintrage progressif de la tôle (2) en enroulant la tôle (2) autour de l'axe de révolution (7) par une première extrémité (3) et en exerçant une force de pression sur la surface externe (2E) de la tôle (2) qui devient la surface externe de la pièce annulaire (20), de manière à joindre les deux extrémités (1, 3) de la tôle l'une contre l'autre en mettant en jeu des forces de déformation restant en dessous de la limite élastique du métal ;
    - soudage des deux extrémités (1, 3) ;
    - traitement thermique de détente entre 450 et 550°C pendant une durée de deux à six heures ; et par
    - calibrage thermique,
    l'outillage comprenant :
    - des moyens de fixation de la première extrémité (3) de la tôle (2) dans une inclinaison correspondant à celle des génératrices de la pièce formée (20) par rapport à l'axe de révolution (7) ;
    - un rouleau de pression (4) monté tournant autour d'un axe de rotation (5) parallèle à ladite inclinaison des génératrices et coplanaire à l'axe de révolution (7),
    caractérisé en ce qu'il comprend :
    - un plateau tournant (6) tournant autour de l'axe de rotation (7) confondu avec l'axe de révolution de la pièce annulaire (20) à fabriquer, entraîné en rotation par des moyens moteur, sur lequel sont fixés de façon réglable des appuis intérieurs (8) réalisés chacun sous la forme d'un demi-cylindre, des points d'appui étant constitués par la génératrice de chaque demi-cylindre la plus éloignée de l'axe (7) du plateau tournant (6), pour guider la surface interne (2I) de la tôle (2) pendant le cintrage, et lequel comporte les moyens de fixation de la première extrémité (3) de la tôle (2) auxquels on fixe la première extrémité (3) de la tôle (2) ;
    - des étriers de fixation (14), placés chacun en regard d'un appui intérieur (8), pour maintenir la tôle (2) pendant l'opération de cintrage ; et
    - des moyens de fixation de la deuxième extrémité (1) de la tôle (2) contre la première extrémité (3) de la tôle (2).
  3. Outillage selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens de fixation des extrémités comprennent :
    - un bloc de fixation (10) monté fixe sur le plateau tournant (6) ;
    - une bride de fixation (36) de la première extrémité (3) sur le bloc de fixation (10) ;
    - un bloc mobile (11) ;
    - une bride mobile (12) pour fixer la deuxième extrémité (1) de la tôle (2) sur le bloc mobile (11) près de la première extrémité (3) de la tôle (2) ; et
    - des vis de fixation (35, 37) des brides mobiles (12) et de fixation (36).
  4. Outillage selon la revendication 3, caractérisé en ce que, au niveau de la jonction des deux extrémités (1,3) de la tôle (2), la bride mobile (12) et le bloc mobile (11) sont jointifs avec la bride de fixation (36) et le bloc de fixation (10) en laissant une fente (34) de chaque côté des surfaces de la tôle (2) pour permettre la soudure avant que l'outillage ne soit ôté de la pièce formée (20).
  5. Outillage selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comprend des crochets (13) fixés sur la bride mobile (12) et destinés à être accrochés autour de la bride de fixation (36) et des blocs de fixation (10), des vis de réglage (40) étant vissées dans les crochets (13) pour permettre le rapprochement complet des deux extrémités opposées à souder (1,3).
  6. Outillage selon l'une quelconque des revendications 4 ou 5, caractérisé en ce qu'il comprend une tête de soudage montée sur le plateau tournant (6), mobile en translation selon la direction de la jonction des deux extrémités (1,3) à souder.
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