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FR3158249A1 - Procede de fabrication d’un renfort metallique pour une aube de turbomachine - Google Patents

Procede de fabrication d’un renfort metallique pour une aube de turbomachine

Info

Publication number
FR3158249A1
FR3158249A1 FR2400445A FR2400445A FR3158249A1 FR 3158249 A1 FR3158249 A1 FR 3158249A1 FR 2400445 A FR2400445 A FR 2400445A FR 2400445 A FR2400445 A FR 2400445A FR 3158249 A1 FR3158249 A1 FR 3158249A1
Authority
FR
France
Prior art keywords
metal reinforcement
blade
manufacturing
turbomachine
intermediate preform
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Pending
Application number
FR2400445A
Other languages
English (en)
Inventor
Hugo Jean-Louis SISTACH
Théo PERSENOT
Terence GRALL
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
Safran Aircraft Engines 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 Safran Aircraft Engines SAS filed Critical Safran Aircraft Engines SAS
Priority to FR2400445A priority Critical patent/FR3158249A1/fr
Priority to PCT/FR2025/050026 priority patent/WO2025153786A1/fr
Publication of FR3158249A1 publication Critical patent/FR3158249A1/fr
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

L’invention concerne un procédé de fabrication d’un renfort métallique (3) pour une aube de turbomachine, en particulier d’aéronef, le renfort métallique (3) étant destiné à s’étendre le long d’un bord de l’aube et comportant deux ailettes latérales (32, 34) et un nez (36) reliant les deux ailettes latérales (32, 34) entre elles, le procédé comportant les étapes de :(a) réalisation d’au moins une préforme intermédiaire (30) du renfort métallique (3) par fabrication additive, la préforme intermédiaire (30) présentant au moins une surépaisseur, et(c) forgeage de la préforme intermédiaire (30) de façon à supprimer ladite au moins une surépaisseur. Figure pour l’abrégé : Fig. 9

Description

PROCEDE DE FABRICATION D’UN RENFORT METALLIQUE POUR UNE AUBE DE TURBOMACHINE Domaine de l’invention
La présente invention concerne un procédé de fabrication d’un renfort métallique pour une aube de turbomachine, en particulier d’aéronef. La présente invention concerne également un renfort métallique obtenu par un tel procédé, une aube de turbomachine comportant ce renfort métallique et une turbomachine en particulier d’aéronef comportant une telle aube.
 Arrière-plan technique
Il est connu qu’une turbomachine, en particulier d’aéronef, comporte des aubes ayant chacune un profil aérodynamique.
L’aube comprend un intrados et un extrados reliés entre eux par un bord d’attaque et un bord de fuite. Le bord d’attaque correspond à une partie amont (dans le sens d’écoulement de flux d’air dans la turbomachine) qui fait face à un flux d’air et divise l’écoulement du flux d’air en un écoulement d’air intrados et en un écoulement d’air extrados. Le bord de fuite correspond à la partie aval du profil aérodynamique où se rejoignent les écoulements d’air intrados et extrados.
Les aubes de turbomachine, telles que des aubes d’une soufflante ou d’un redresseur de la turbomachine, peuvent subir d’importantes contraintes mécaniques liées notamment à la vitesse de rotation, et doivent pouvoir satisfaire à des conditions strictes de poids et d’encombrement. L’une des options envisagées pour alléger les aubes est l’utilisation de matériaux composites pour leur fabrication.
Il est connu d’équiper les aubes de turbomachine d’un renfort métallique s’étendant le long du bord d’attaque de l’aube. Un tel renfort métallique permet de protéger l’aube lors d’un impact d’un corps étranger (tel qu’un oiseau, de la grêle ou encore de cailloux). Dans le cas des aubes réalisées en matériau composite, le renfort métallique permet également de protéger le bord d’attaque en évitant des risques de délaminage, de rupture de fibres du matériau composite ou encore d’endommagement par décohésion entre les fibres et la matrice composant le matériau composite.
Le renfort métallique comprend généralement deux ailettes latérales reliées entre elles par une portion intermédiaire jointive, appelée un nez.
Le renfort métallique est généralement collé sur le bord d’attaque de l’aube, par exemple sur toute la hauteur du bord d’attaque et une partie en longueur de l’intrados et de l’extrados de l’aube.
Le renfort métallique peut être réalisé entièrement par forgeage à partir d’un bloc de matière métallique (tel qu’un barreau ou une tôle épaisse) en réalisant plusieurs passes de compression (par exemple entre trois et cinq passes).
LaFIG. 1illustre un exemple de réalisation du renfort métallique 1 par forgeage qui peut comprendre les étapes suivantes :
(1a) fournir un barreau métallique 40 s’étendant le long d’un axe longitudinal A,
(1b) réaliser plusieurs passes de forgeage du barreau métallique 40 pour obtenir un barreau métallique 40 vrillé par exemple avec une double cambrure selon des première C et seconde B directions au moyen d’une presse, la seconde direction B est perpendiculaire aux axes A et C,
(1c) réaliser un forgeage par filage du barreau métallique 40 vrillé de l’étape (1b) de façon à obtenir une pièce intermédiaire 400 sensiblement de forme U ou V en section transversale pour former les deux ailettes latérales 32, 34 situées de part et d’autre d’une partie pleine 402 (destinée à former le nez 36 du renfort métallique 3) et des tourillons 404 aux extrémités de la pièce intermédiaire 400 pour permettre la manutention,
(1d) réaliser un conformage de la pièce intermédiaire 400 dans un outillage de forme présentant la forme finale du renfort métallique 2, et
(1e) réaliser une étape de finition d’usinage pour retirer notamment les tourillons 404 et de polissage afin d’obtenir l’état de surface requis du renfort métallique 3. Le renfort métallique obtenu selon le procédé de laFIG. 1nécessite au moins environ cinq passes de forge avec des outillages différents à chaque passe.
En référence à laFIG. 2, le renfort métallique 3 peut être réalisé par soudage par diffusion qui peut comprendre les étapes suivantes :
(2a) fournir deux tôles métalliques 50 ayant une forme plane,
(2b) réaliser un formage à chaud sur chacune des deux tôles métalliques 50 pour les incurver,
(2c) réaliser un soudage par diffusion pour assembler les deux tôles métalliques préformées 500 entre elles avec un autre outillage de forme O de façon à obtenir la forme finale du renfort métallique 3, et
(2d) réaliser une étape de finition et de polissage afin d’obtenir l’état de surface requis du renfort métallique 3.
Cependant, le renfort métallique est une pièce complexe à réaliser, nécessitant de nombreuses opérations de reprises et des outillages complexes impliquant des coûts de réalisation importants. Par ailleurs, le profil aérodynamique (c’est-à-dire avec une géométrie tridimensionnelle vrillée et une épaisseur pouvant être évolutive entre le nez et les ailettes latérales) peut être complexe à réaliser par forgeage ou par soudage par diffusion.
Le renfort métallique peut être réalisé par fabrication additive, telle qu’une fabrication additive sur lit de poudre au moyen d’un faisceau de haute énergie de type laser (procédé LBM, acronyme anglais deLaser Beam Melting). Le procédé LBM permet de consolider sélectivement des couches de poudre afin de constituer, strates par strates, une pièce en trois dimensions, tel que le renfort métallique.
Cependant, la fabrication additive peut générer un état de surface dit dégradé (ou dit autrement granuleux, rugueux et non lisse) du renfort métallique. LaFIG. 3illustre un exemple d’état de surface du renfort métallique obtenu par fabrication additive qui présente des zones dites dégradées ZDqui sont identifiées par des flèches sur cetteFIG. 3. Ce renfort métallique présente généralement en surface une rugosité Ra comprise entre 5 et 50 µm. Cet état de surface dégradé ne permet pas de former un profil aérodynamique suffisamment lisse et adapté pour son utilisation avec l’aube de turbomachine.
A la suite du procédé LBM, la surface extérieure du renfort métallique peut être traitée par exemple par polissage chimique pour réduire son état de surface dégradé. LaFIG. 4illustre un exemple d’état de surface du renfort métallique après un traitement de surface par polissage chimique qui présente toujours des zones dégradées ZD. Ainsi, ce traitement de surface ne permet pas de réduire de façon suffisante la rugosité de la surface extérieure du renfort métallique. De plus, le traitement de surface peut être complexe à mettre en œuvre sur le renfort métallique qui présente une épaisseur évolutive (notamment entre le nez et les ailettes latérales).
Dans ce contexte, l’invention vis à résoudre les problèmes mentionnés ci-dessus, en proposant un procédé de réalisation d’un renfort métallique pour une aube de turbomachine en particulier d’aéronef permettant de simplifier et optimiser la gamme de fabrication d’un tel renfort métallique, et de réduire significativement les coûts de fabrication.
L’invention propose une solution simple, efficace et économique aux inconvénients précités de l’art antérieur.
A cet effet, l’invention propose un procédé de fabrication d’un renfort métallique pour une aube de turbomachine, en particulier d’aéronef, le renfort métallique étant destiné à s’étendre le long d’un bord de l’aube et comportant deux ailettes latérales et un nez reliant les deux ailettes latérales entre elles, le procédé comportant les étapes de :
(a) réalisation d’au moins une préforme intermédiaire du renfort métallique par fabrication additive, ladite préforme intermédiaire présentant au moins une surépaisseur, et
(c) forgeage de ladite préforme intermédiaire de façon à supprimer ladite au moins une surépaisseur.
Ainsi, cette solution permet d’atteindre l’objectif susmentionné. De manière générale, le procédé selon l’invention permet de simplifier et d’optimiser la réalisation du renfort métallique. Pour cela, le renfort métallique est réalisé initialement avec une surépaisseur par fabrication additive, puis cette surépaisseur est supprimée par forgeage.
La fabrication additive permet de former le renfort métallique avec la surépaisseur d’un seul tenant, de conserver une continuité de matière entre les ailettes latérales et le nez du renfort métallique, et de réaliser facilement la forme vrillée et d’épaisseur évolutive du renfort métallique. La surépaisseur permet de réduire les déformations possibles dues à la faible épaisseur du renfort métallique qui peuvent survenir lors de sa manipulation, par exemple lors de la découpe des pièces de la plaque de fabrication.
Le forgeage (ou dit autrement forge) est l'ensemble des techniques permettant d'obtenir une pièce mécanique par déformation plastique à froid ou à chaud en appliquant une force importante sur une pièce de métal, , afin de la contraindre à épouser la forme voulue. On comprend donc que la force appliquée lors du forgeage permet de supprimer la surépaisseur précitée en contraignant la matière. Le forgeage permet en outre de réaliser un écrouissage en surface de la matière qui permet d’optimiser les propriétés mécaniques optimales du renfort métallique.
Avantageusement, l’étape de forgeage peut être réalisée en une seule passe. Ceci permet de fournir à la pièce ces propriétés finales (telles qu’un état de surface, propriété mécanique et la suppression de la surépaisseur).
Plus particulièrement, le forgeage présente les avantages suivants :
- améliore significativement l’état de surface du renfort métallique (notamment avec une surface la plus lisse possible, homogène et continue de façon à s’adapter au profil aérodynamique de l’aube),
- réduire ou supprimer toutes les indications de type porosité ou manque de fusion de la fabrication additive (notamment obtenir un taux de porosité inférieur à 0,1%),
- améliorer la microstructure du renfort métallique,
- améliorer la tenue du renfort métallique à l’impact,
- re-conformer le renfort métallique avec les dimensions finales souhaitées, et
- obtenir le dimensionnement final selon une tolérance prédéterminée du renfort métallique.
Le procédé selon l’invention peut également permettre de faciliter la fabrication en série du renfort métallique (par exemple au moins une série comprise entre deux et dix ou plus de dix).
Par ailleurs, l’utilisation d’un procédé plus performant pour réaliser le renfort métallique selon l’invention est également avantageux pour la réduction de l’empreinte environnementale. En effet, il permet d’accroître et d’optimiser la capacité de fabrication, de production et/ou de réparation et, par conséquent, de réduire de manière significative les émissions de gaz à effet de serre associées. Cette optimisation permet également d’allonger la durée de vie du renfort métallique et, par conséquence, de réduire le nombre de remplacement de pièces neuves, et de diminuer significativement le nombre de pièces mises au rebut pouvant être difficilement recyclables.
Le procédé de fabrication selon l’invention peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément les unes des autres ou en combinaison les unes avec les autres :
- ladite au moins une surépaisseur est située sur la totalité de la préforme intermédiaire ;
- le procédé comprend, entre les étapes (a) et (c), une étape (b) de traitement thermique d’au moins une partie de la préforme intermédiaire ;
l’étape (b) de traitement thermique est réalisée à une température comprise entre 700°C et 800°C, par exemple d’environ 730°C, et avec une durée comprise entre 100 et 150 minutes, par exemple d’environ 120 minutes ;
- ladite surépaisseur est comprise entre 0,2 et 1 mm, par exemple entre 0,2 et 0,5 mm ;
- la préforme intermédiaire à l’étape (a) présente en surface une rugosité Raaminimale d’environ 3 µm, par exemple comprise entre 3 et 50 µm ;
- le renfort métallique à l’étape (c) présente en surface une rugosité Racinférieure à 1,6 µm, par exemple comprise entre 0,6 et 1,6 µm ;
la fabrication additive de l’étape (a) est réalisée par fusion laser sur lit de poudre (LBM), dépôt de poudre par fusion laser (LDM), dépôt de fil fondu (FFF), extrusion (EAM), extrusion de granulés (FGF) ou injection d’un liant sur lit de poudre ;
- le forgeage de l’étape (c) est réalisé par matriçage sous presse de la préforme intermédiaire ;
- le procédé comprend, après l’étape (c), une étape finale (d) de polissage du renfort métallique ;
-- le renfort métallique est réalisé en matériau métallique, tel qu’en titane, un alliage à base de titane (par exemple de type TA6V), un acier (par exemple un acier inoxydable) ou un alliage de nickel et de cobalt (NiCo) ;
-- le renfort métallique s’étendant le long d’un bord d’attaque et/ou d’un bord de fuite de l’aube.
L’invention concerne aussi un renfort métallique pour une aube de turbomachine, en particulier d’aéronef, obtenu par un procédé de fabrication selon l’une des particularités de l’invention.
Le renfort métallique comprend au moins une portion écrouie par forgeage. Plus particulièrement, la portion écrouie est formée par la suppression par forgeage de la surépaisseur.
Le renfort métallique et en particulier sa portion écrouie peut présenter en surface une rugosité Racinférieure à 1,6 µm, par exemple comprise entre 0,6 et 1,6 µm.
L’invention concerne également une aube de turbomachine, en particulier d’aéronef, comportant un renfort métallique selon l’invention. L’aube comporte un intrados et un extrados reliés entre eux par un bord d’attaque et un bord de fuite de l’aube, le renfort métallique s’étendant le long du bord d’attaque ou du bord de fuite.
L’invention concerne en outre une turbomachine, en particulier d’aéronef, comportant au moins une aube selon l’invention.
Brève description des figures
L’invention sera mieux comprise et d’autres détails, caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante faite à titre d’exemple non limitatif et en référence aux dessins annexés dans lesquels :
laFIG. 1représente schématiquement un premier exemple d’un procédé de fabrication d’un renfort métallique selon l’art antérieur,
laFIG. 2représente schématiquement un second exemple d’un procédé de fabrication d’un renfort métallique selon l’art antérieur,
laFIG. 3représente un état de surface d’un renfort métallique obtenu par fabrication additive de type LBM selon l’art antérieur,
laFIG. 4représente un état de surface après traitement de surface du renfort métallique de laFIG. 3,
laFIG. 5est une demi vue en coupe axiale représentant schématiquement une turbomachine d’aéronef,
laFIG. 6est une vue schématique de profil d’une aube de type rotor d’une turbomachine d’aéronef comportant un renfort métallique selon l’invention,
laFIG. 7est une vue schématique de profil d’une aube de type stator d’une turbomachine d’aéronef comportant un renfort métallique selon l’invention,
laFIG. 8est une vue schématique partielle en coupe de laFIG. 6ou 7 selon le plan de coupe B-B,
laFIG. 9représente schématiquement un procédé de fabrication du renfort métallique selon l’invention,
laFIG. 10est une vue schématique en coupe axiale de la préforme intermédiaire du renfort métallique avec une surépaisseur selon un premier mode de réalisation,
laFIG. 11est une vue schématique en coupe axiale de la préforme intermédiaire du renfort métallique avec une surépaisseur selon un second mode de réalisation.
Les éléments ayant les mêmes fonctions dans les différentes mises en œuvre ont les mêmes références dans les figures.
 Description détaillée de l’invention
Par convention, dans la description ci-après, les termes « longitudinal » et « axial » qualifient l'orientation d'éléments structurels s'étendant selon la direction d’un axe longitudinal (tel que celui d’une turbomachine). Les termes « radial » ou « vertical » qualifient une orientation d'éléments structurels s'étendant selon une direction perpendiculaire à l'axe longitudinal. Les termes « intérieur » et « extérieur », et « interne » et « externe » sont utilisés en référence à un positionnement par rapport à l’axe longitudinal. Ainsi, un élément structurel s'étendant selon l'axe longitudinal comporte une face intérieure tournée vers l'axe longitudinal et une surface extérieure, opposée à sa surface intérieure.
Les figures 1 à 4 ont été décrites dans l’arrière-plan technique de la présente demande et illustrent des exemples de fabrication d’un renfort métallique selon l’art antérieur et son état de surface.
L’invention peut s’appliquer de façon non limitativement à une turbomachine 10, en particulier d’aéronef.
La turbomachine 10 peut être carénée qui est par exemple représentée sur laFIG. 5. La turbomachine 10 peut être un turboréacteur, turbomoteur ou turbopropulseur.
La turbomachine 10 s’étend autour d’un axe longitudinal X. Elle comprend d’amont en aval dans le sens d’écoulement des gaz F le long de l’axe longitudinal X, une soufflante 2a, au moins un compresseur (tel qu’un compresseur basse pression 1a et/ou un compresseur haute pression 1b), une chambre de combustion 1c, au moins une turbine 1d (telle qu’une turbine haute pression et/ou une turbine basse pression) et une tuyère (non représentée).
La turbomachine 10 comprend par ailleurs un redresseur 2b. Le redresseur 2a peut comprendre au moins une rangée annulaire d’aubes 2 (notamment fixes), dites aubes OGV s’étendant autour de l’axe X. Les aubes OGV permettent de redresser le flux à la sortie d’un rotor situé en amont afin de fournir une poussée maximale à la sortie de la turbomachine 10. Sur l’exemple particulier de laFIG. 1, le redresseur 2b est situé en aval de la soufflante 2a et permet de redresser un flux secondaire F2.
La soufflante 2a comprend une rangée annulaire d’aubes 2 (notamment mobiles), dites aubes de soufflante s’étendant autour de l’axe X. La soufflante 2a permet l’aspiration d’un flux d’air se divisant en un flux primaire F1 et en flux secondaire F2. Le flux primaire F1 traverse une veine primaire de la turbomachine 10 tandis que le flux secondaire F2 est dirigé vers une veine secondaire entourant la veine primaire.
Le flux primaire F1 est comprimé au sein du compresseur basse pression 1a puis du compresseur haute pression 1b. L’air comprimé est ensuite mélangé à un carburant et brulé au sein de la chambre de combustion 1c. Les gaz formés par la combustion traversent la turbine 1d. Les gaz s’échappent enfin au travers de la tuyère dont la section permet l’accélération de ces gaz pour générer de la propulsion. Le flux secondaire F2 traverse le redresseur 2b qui accélère la vitesse de circulation du flux secondaire F2 pour générer de la propulsion.
La soufflante 2a, le compresseur basse pression 1a, le compresseur haute pression 1b, la turbine 1d (haute pression et/ou basse pression), et le redresseur 2a comprennent chacun des aubes 2. Les aubes 2 peuvent être mobiles (par exemple l’aube de soufflante de laFIG. 6) en rotation autour de l’axe longitudinal X, ou fixes (l’aube 2 OGV du redresseur 2b de laFIG. 7) par rapport à l’axe X. Les aubes 2 s’étendent radialement par rapport à l’axe X.
Dans la description qui suit, l’invention sera décrite dans le cadre de son application de façon non limitative à l’aube 2 en référence aux figures 5 à 8. Cette aube 2 peut être mobile de la soufflante 2a (FIG. 6) ou fixe du redresseur 2b (FIG. 7).
L’invention n’est toutefois pas limitée à une aube mobile de soufflante ou de redresseur d’une turbomachine carénée, et peut être appliquée de manière générale à d’autres types d’aubes, telles que des :
- aubes fixes et/ou mobiles des compresseurs basse pression 1a et haute pression 1b, des turbines haute pression et basse pression de la turbomachine 10, et/ou
- aubes fixes et/ou mobiles d’une turbomachine non-carénée.
En référence aux figures 6 et 7, l’aube 2 s’étend, d’une part, suivant un axe d’allongement A (sensiblement vertical sur les figures 5 et 7), et d’autre part, suivant un axe longitudinal B (sensiblement horizontal sur les figures 6 et 7). Cet axe A est sensiblement perpendiculaire à l’axe B. L’axe A est sensiblement perpendiculaire ou incliné à l’axe X de la turbomachine 10.
L’aube 2 peut comprend une face intrados 21 (désignée par la suite par intrados) et une face extrados 22 (désignée par la suite par extrados). L’intrados 21 et l’extrados 22 s’étendent transversalement entre un bord d’attaque 23 et un bord de fuite 24 de l’aube 2.
L’aube 2 peut comprendre une pale 20. Dans la présente demande, la pale 20 peut être assimilée à l’aube 2.
La pale 20 peut avoir un profil aérodynamique pour former la partie aérodynamique de l’aube 2. Pour cela, la pale 20 peut présenter un profil incurvé d’épaisseur variable entre le bord d’attaque 23 et son bord de fuite 24 de l’aube 2.
Sur les exemples des figures 6 et 7, la pale 20 s’étend suivant l’axe A entre une première extrémité et une seconde extrémité opposée à la première extrémité.
Dans le cas des aubes 2 mobiles de laFIG. 6, ces aubes 2 peuvent comprendre chacune en outre un pied 26. Le pied 26 est notamment relié à la seconde extrémité de la pale 20. Il est destiné à être fixé à un disque (non représenté) par exemple mobile en rotation autour de l’axe X. La seconde extrémité est quant à elle libre et configurée pour former un sommet 25 (ou une tête) d’aube 2.
Dans le cas des aubes 2 fixes de turbomachine carénée de laFIG. 7, ces aubes 2 peuvent comprendre chacune en outre une première plateforme 27a et une seconde plateforme 27b opposée. La première plateforme 27a est solidaire de la première extrémité de la pale 20 et la seconde plateforme 27b est solidaire de la seconde extrémité.
En variante (non illustrée), des aubes fixes de turbomachine non-carénée, la seconde extrémité de ces aubes comprend la seconde plateforme 27b et la première extrémité est libre.
L’aube 2 peut être réalisée en matériau composite. Préférentiellement, l’aube 2 peut être formée par une préforme fibreuse noyée dans une résine (matériau composite à matrice organique).
Par ailleurs, l’aube 2 peut comprendre également un renfort métallique 3 (ou dit autrement un bouclier métallique, un clinquant métallique). Ce renfort métallique permet de protéger l’aube contre les chocs extérieurs (graviers d’une piste de décollage/d’atterrissage, grêlons, oiseaux, etc.) et contre l’érosion de l’aube ou le délaminage de l’aube.
Le renfort métallique 3 peut s’étendre le long du bord d’attaque 23 et/ou du bord de fuite 24 de l’aube 2. Avantageusement, le renfort métallique 3 peut s’étendre en hauteur (par rapport à l’axe A) et sur une portion en longueur (par rapport à l’axe B) de l’intrados 21 et de l’extrados 22 depuis le bord d’attaque 23 ou le bord de fuite 24.
Le renfort métallique 3 peut être fixé au bord d’attaque 23 et/ou au bord de fuite 24 par collage.
En référence à laFIG. 8, le renfort métallique 3 peut présenter une forme générale, en section transversale par rapport à l’axe A, en « V » ou « U ». Le renfort métallique 3 peut comprendre deux ailettes latérales, respectivement, intrados 32 et extrados 34. L’ailette latérale intrados 32 est reliée à l’ailette latérale extrados 34 par une portion intermédiaire appelée « nez » 36. Les ailettes latérales 32, 34 et le nez 36 sont monoblocs (c’est-à-dire venue de matière).
Les ailettes latérales 32, 34 et le nez 34 peuvent définir entre eux une cavité dans laquelle le bord d’attaque 23 ou le bord de fuite 24 est agencé. Les ailettes latérales 32, 34 peuvent être effilées en direction opposée au nez 36.
Le matériau métallique du renfort métallique 3 peut être du titane, un alliage à base de titane (par exemple de type TA6V), un acier (par exemple un acier inoxydable) ou un alliage de nickel et de cobalt (NiCo).
L’une des particularités de l’invention est que le renfort métallique 3 peut comprendre au moins une portion écrouie ou forgée.
Le renfort métallique 3 peut présenter en surface une rugosité Racinférieure à 1,6 µm, par exemple comprise entre 0,6 et 1,6 µm.
La présente demande va maintenant décrire un procédé de fabrication du renfort métallique 3 tel que décrit ci-dessous (notamment en référence aux figures 5 à 8).
Les figures 9 à 11 illustrent de façon non limitative au moins une des étapes du procédé de l’invention.
De manière générale, le procédé selon l’invention comporte les étapes de :
(a) réalisation d’au moins une préforme intermédiaire 30 du renfort métallique 3 par fabrication additive, cette préforme intermédiaire 30 présentant au moins une surépaisseur 300, et
(c) forgeage de la préforme intermédiaire 30 de façon à supprimer l’au moins une surépaisseur 300.
A l’étape (a), la surépaisseur 300 peut être située sur la totalité de la préforme intermédiaire 30. LaFIG. 10illustre de façon non limitative la surépaisseur 300 formée sur la totalité d’une surface interne de la préforme intermédiaire 30. En variante, cette surépaisseur 300 peut s’étendre sur la totalité d’une surface externe de la préforme intermédiaire 30.
LaFIG. 11illustre un autre exemple de la préforme intermédiaire 30 dans laquelle la surépaisseur 300 est située uniquement sur les ailettes latérales 32, 34 (notamment sur la surface externe des ailettes latérales), ainsi la surépaisseur 300 n’est pas présente sur le nez 36. En variante non illustrée, la surépaisseur 300 peut être située uniquement sur le nez 36 et absente d’au moins une des ailettes latérales 32, 34.
La surépaisseur 300 peut être comprise entre 0,2 et 1 mm. Par exemple, la surépaisseur peut être comprise entre 0,2 et 0,5 mm. Ceci permet de réaliser le forgeage pour l’obtention du renfort métallique 3 avec les dimensions et propriétés mécaniques finales souhaitées. De plus, cette surépaisseur permet de faciliter la manipulation de la préforme intermédiaire 30 sans la déformer, par exemple lors de la découpe de la préforme intermédiaire 30 d’une plaque de fabrication (visible sur laFIG. 9).
La dimension et la position de la surépaisseur 300 sur le renfort métallique 3 peuvent être variables en fonction des paramètres de fabrication et/ou de la forme finale souhaitée pour du renfort métallique 3.
Sur laFIG. 9, l’étape (a) illustre de façon non limitative la réalisation de plusieurs préformes intermédiaires 30 accolées par fabrication additive sur un plateau P de fabrication. Avant la réalisation de l’étape (c), et éventuellement avant l’étape (b), le procédé peut comprendre une étape de découpe des préformes intermédiaires 30 pour les séparer l’une de l’autre et du plateau P.
A l’étape (a), la fabrication additive peut être réalisée par fusion laser sur lit de poudre (LBM), dépôt de poudre par fusion laser (LDM acronyme anglais pour «Laser Direct Manufacturing»), dépôt de fil fondu (FFF acronyme anglais pour «Fused Filament Fabrication»), extrusion (EAM acronyme anglais pour «Extrusion Additive Manufacturing»), extrusion de granulés (FGF acronyme anglais pour «Fused Granular Fabrication») ou injection d’un liant sur lit de poudre (également par le terme anglais «binder jetting»).
La fabrication additive permet de réaliser des pièces de forme complexe, telle que la forme en U ou V en section transversale et l’épaisseur évolutive du renfort métallique 3.
La fabrication additive LBM permet de consolider sélectivement des couches de poudre afin de constituer, strates par strates, le renfort métallique 3 avec la surépaisseur 300 en trois dimensions.
La fabrication additive FFF permet de déposer successivement des couches de matières utilisant un filament de matière polymère fondu ou encore un filament de résine.
La fabrication additive EAM permet de déposer un filament continu de matériau composite ou thermoplastique pour construire couche par couche le renfort métallique 3 avec la surépaisseur 300 en trois dimensions.
La fabrication additive FGF permet de déposer des granulés de de matériau composite ou thermoplastique fondu couche par couche pour former le renfort métallique 3 avec la surépaisseur 300 en trois dimensions.
La préforme intermédiaire 30 à l’étape (a) peut présenter en surface une rugosité Raaminimale d’environ 3 µm. Par exemple, cette rugosité Raapeut être comprise entre 3 et 50 µm. L’état de surface de la préforme intermédiaire 30 peut sensiblement correspondre à celui illustré sur laFIG. 3.
A l’étape (c), le forgeage permet ainsi de former la portion écrouie du renfort métallique 3. Par ailleurs, le forgeage permet également de réduire à une unique passe de forge de la préforme intermédiaire 30 pour former le renfort métallique 3.
Le renfort métallique 3 à cette étape (c) peut présenter en surface une rugosité Racinférieure à 1,6 µm. Cette rugosité Racpeut être comprise plus particulièrement entre 0,6 et 1,6 µm. Ceci permet de former une surface suffisamment lisse, homogène et continue de façon à s’adapter au profil aérodynamique de l’aube.
A l’étape (c), le forgeage (ou dit autrement l’écrouissage) peut être réalisé par matriçage sous presse de la préforme intermédiaire 30, notamment de la surépaisseur 300. Par exemple, la préforme intermédiaire 30 peut être déformée (ou dit autrement écrouie) par forgeage avec une presse par exemple une presse isotherme portée à une température comprise entre 700°C et 940°C pour avoir de bonnes propriétés de déformation notamment du titane sous faible vitesse de forgeage. Selon une autre variante, le forgeage de l’étape (c) peut être réalisé au moyen d’une presse à vis et d’un outillage poinçon/matrice.
Le forgeage permet notamment de vriller et donner la forme finale ou quasi-finale du renfort métallique 3.
Avantageusement, l’étape de forgeage peut être réalisée en une seule passe. Ceci permet de fournir à la pièce ces propriétés finales (telles qu’un état de surface, propriété mécanique et la suppression de la surépaisseur).
En cas de bavure de matière après forgeage, l’étape (c) peut comprendre une étape d’usinage de cette bavure.
Le procédé de l’invention peut comprendre entre les étapes (a) et (c), une étape (b) de traitement thermique d’au moins une partie de la préforme intermédiaire 30. Ceci permet de réduire voire supprimer les contraintes résiduelles et ainsi limiter les déformations de la préforme intermédiaire 30 en sortie de l’étape (a) de fabrication additive.
Cette étape (b) de traitement thermique peut être réalisée à une température comprise entre 700°C et 800°C et avec une durée comprise entre 100 et 150 minutes. Par exemple, l’étape (b) peut être réalisée à une température d’environ 730°C (avec une variation possible de température d’environ +/- 10°C) pendant environ 120 minutes (avec une variation possible de la durée d’environ +/- 10%).
Le procédé de l’invention peut comprendre après l’étape (c), une étape finale (d) de polissage du renfort métallique (3). Ceci permet d’obtenir la forme et les dimensions finales du renfort métallique 3 qui est prêt à être installer sur l’aube 2.
Par ailleurs, le procédé selon l’invention peut permettre de faciliter la fabrication en série des renforts métalliques 3 (par exemple au moins une série comprise entre deux et dix ou plus de dix). Pour cela, les préformes intermédiaires 30 peuvent être formées à l’étape (a) de façon liée l’une à l’autre pour former la série de renforts métalliques souhaitée. A titre d’exemple, laFIG. 9illustre environ cinq préformes intermédiaires 30 formées en une seule étape (a). Puis, le procédé peut comprendre une étape de découpe pour former des pièces individuelles des préformes intermédiaires 30 (et par conséquent des renforts métalliques 3). Chacune de ces préformes intermédiaires 30 individuelles peut être forgée à l’étape (c), et/ou traitée thermiquement à l’étape (b), et/ou polit à l’étape (d). Cette étape de découpe peut être réalisée après l’étape (a) de fabrication additive ou après l’étape (c) de forgeage.

Claims (14)

  1. Procédé de fabrication d’un renfort métallique (3) pour une aube (2) de turbomachine, en particulier d’aéronef, le renfort métallique (3) étant destiné à s’étendre le long d’un bord (23, 24) de l’aube (2) et comportant deux ailettes latérales (32, 34) et un nez (36) reliant les deux ailettes latérales (32, 34) entre elles, le procédé comportant les étapes de :
    (a) réalisation d’au moins une préforme intermédiaire (30) du renfort métallique (3) par fabrication additive, ladite préforme intermédiaire (30) présentant au moins une surépaisseur (300), et
    (c) forgeage de ladite préforme intermédiaire (30) de façon à supprimer ladite au moins une surépaisseur (300).
  2. Procédé de fabrication selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite au moins une surépaisseur (300) est située sur la totalité de la préforme intermédiaire (30).
  3. Procédé de fabrication selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comprend, entre les étapes (a) et (c), une étape (b) de traitement thermique d’au moins une partie de la préforme intermédiaire (30).
  4. Procédé de fabrication selon la revendication 3, caractérisé en ce que l’étape (b) de traitement thermique est réalisée à une température comprise entre 700°C et 800°C, par exemple d’environ 730°C, et avec une durée comprise entre 100 et 150 minutes, par exemple d’environ 120 minutes.
  5. Procédé de fabrication selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite surépaisseur est comprise entre 0,2 et 1 mm, par exemple entre 0,2 et 0,5 mm.
  6. Procédé de fabrication selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la préforme intermédiaire (30) à l’étape (a) présente en surface une rugosité Raaminimale d’environ 3 µm, par exemple comprise entre 3 et 50 µm.
  7. Procédé de fabrication selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le renfort métallique (3) à l’étape (c) présente en surface une rugosité Racinférieure à 1,6 µm, par exemple comprise entre 0,6 et 1,6 µm.
  8. Procédé de fabrication selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la fabrication additive de l’étape (a) est réalisée par fusion laser sur lit de poudre (LBM), dépôt de poudre par fusion laser (LDM), dépôt de fil fondu (FFF), extrusion (EAM), extrusion de granulés (FGF) ou injection d’un liant sur lit de poudre.
  9. Procédé de fabrication selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le forgeage de l’étape (c) est réalisé par matriçage sous presse de la préforme intermédiaire (30).
  10. Procédé de fabrication selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comprend, après l’étape (c), une étape finale (d) de polissage du renfort métallique (3).
  11. Renfort métallique (3) pour une aube (2) de turbomachine, en particulier d’aéronef, obtenu par un procédé de fabrication selon l’une quelconque des revendications précédentes, et caractérisé en ce que le renfort métallique comprend au moins une portion écrouie par forgeage.
  12. Renfort métallique selon la revendication précédente, caractérisé en ce que ladite portion écrouie présente en surface une rugosité Racinférieure à 1,6 µm, par exemple comprise entre 0,6 et 1,6 µm.
  13. Aube (2) de turbomachine, en particulier d’aéronef, comportant un renfort métallique (3) selon la revendication 11 ou 12, l’aube (2) comportant un intrados (21) et un extrados (22) reliés entre eux par un bord d’attaque (23) et un bord de fuite (24) de l’aube, le renfort métallique (3) s’étendant le long du bord d’attaque (23) ou du bord de fuite (24).
  14. Turbomachine (10), en particulier d’aéronef, comportant au moins une aube (2) selon la revendication 13.
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