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FR3124749A1 - MACHINE AND METHOD FOR MACHINING CELL(S) IN A METALLIC PART - Google Patents

MACHINE AND METHOD FOR MACHINING CELL(S) IN A METALLIC PART Download PDF

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FR3124749A1
FR3124749A1 FR2107152A FR2107152A FR3124749A1 FR 3124749 A1 FR3124749 A1 FR 3124749A1 FR 2107152 A FR2107152 A FR 2107152A FR 2107152 A FR2107152 A FR 2107152A FR 3124749 A1 FR3124749 A1 FR 3124749A1
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FR
France
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machining
machine
tool
axis
electrode
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FR2107152A
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FR3124749B1 (en
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Vincent CHOMIENNE
Janvier François LECOMTE
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Safran Aircraft Engines SAS
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Safran Aircraft Engines SAS
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Abstract

Machine (20) d’usinage d’alvéole(s) (34) dans une pièce métallique (24), cette machine comportant : - un bâti (22) de support de la pièce métallique (24) à usiner, - un outil d’usinage (26) qui est porté par un support (28) et qui a une forme générale allongée le long d’un axe d’usinage (LL), et - des organes de déplacement (30) configurés pour déplacer la pièce (24) relativement à l’outil (26), ou inversement, caractérisée en ce qu’elle comprend en outre : - une cuve (42) remplie d’un liquide diélectrique (44) et dans lequel est destinée à être immergée ladite pièce (24), et en ce que l’outil d’usinage (26) comprend une portion longitudinale amont (26a) qui comprend une électrode (46) d’usinage par électroérosion et qui est destinée à être immergée avec la pièce (24) dans le liquide diélectrique (44), et une portion longitudinale aval (26b) qui comprend une broche (48) d’usinage par brochage. Figure pour l'abrégé : Figure 8Machine (20) for machining cell(s) (34) in a metal part (24), this machine comprising: - a support frame (22) for the metal part (24) to be machined, - a tool for machining (26) which is carried by a support (28) and which has a generally elongated shape along a machining axis (LL), and - moving members (30) configured to move the workpiece (24 ) relative to the tool (26), or vice versa, characterized in that it further comprises: - a tank (42) filled with a dielectric liquid (44) and in which said part (24) is intended to be immersed ), and in that the machining tool (26) comprises an upstream longitudinal portion (26a) which comprises an electroerosion machining electrode (46) and which is intended to be immersed with the part (24) in the dielectric liquid (44), and a downstream longitudinal portion (26b) which includes a spindle (48) for machining by broaching. Figure for abstract: Figure 8

Description

MACHINE ET PROCEDE D’USINAGE D’ALVEOLE(S) DANS UNE PIECE METALLIQUEMACHINE AND METHOD FOR MACHINING CELL(S) IN A METALLIC PART

Domaine technique de l'inventionTechnical field of the invention

La présente invention concerne une machine et un procédé d’usinage d’alvéole(s) dans une pièce métallique, telle qu’un disque de rotor pour une turbomachine d’aéronef.The present invention relates to a machine and a method for machining cell(s) in a metal part, such as a rotor disk for an aircraft turbine engine.

Arrière-plan techniqueTechnical background

Un disque de rotor d’une turbomachine d’aéronef comprend à sa périphérie des alvéoles qui sont destinées à recevoir par emmanchement mâle-femelle des pieds d’aubes de rotor. Les pieds et les alvéoles ont donc des formes complémentaires qui sont par exemple en queue d’aronde ou en sapin.A rotor disc of an aircraft turbomachine comprises at its periphery cells which are intended to receive, by male-female fitting, rotor blade roots. The feet and the cells therefore have complementary shapes which are, for example, dovetail or fir.

L’usinage de ce type d’alvéole peut être réalisé par brochage ou par électroérosion par enfonçage.This type of cavity can be machined by broaching or by sinking spark erosion.

Le brochage est une technique d’usinage soustractive de matière appartenant à la famille de l’usinage conventionnel par enlèvement de copeaux. Cette opération permet l’obtention de formes plus ou moins complexes à l’aide d’une unique translation rectiligne d’un outil de brochage, se rapprochant de la coupe orthogonale sur de nombreux aspects. La vitesse de translation est appelée vitesse de coupe. Ces formes peuvent être réalisées à l’intérieur d’une pièce aussi bien qu’à l’extérieur d’une pièce. Des exemples de formes réalisables par brochage sont montrés à la .Broaching is a material subtractive machining technique belonging to the family of conventional machining by chip removal. This operation makes it possible to obtain more or less complex shapes using a single rectilinear translation of a broaching tool, approaching the orthogonal cut in many aspects. The translational speed is called cutting speed. These shapes can be made inside a room as well as outside a room. Examples of shapes that can be broached are shown in .

La cinématique de l’opération de brochage est simple et permet l’obtention d’une forme en un seul mouvement linéaire ayant des caractéristiques dimensionnelles et géométriques dans des intervalles de tolérances réduits de façon répétable. De même, ce type d’usinage offre une bonne productivité et un coût par pièce correct malgré le coût élevé des broches en comparaison à d’autres types d’usinage et de réalisation de formes complexes.The kinematics of the broaching operation is simple and allows obtaining a shape in a single linear movement with dimensional and geometric characteristics within repeatably reduced tolerance intervals. Likewise, this type of machining offers good productivity and a correct cost per part despite the high cost of spindles compared to other types of machining and the production of complex shapes.

Pour obtenir la forme souhaitée, une succession d’outils appelés éléments de broche, et constituant un jeu de broches, est utilisé. Chaque élément d’un jeu de broches à une forme différente et permet de réaliser l’usinage d’une partie de la forme souhaitée. Un élément de broche est illustré à la .To obtain the desired shape, a succession of tools called pin elements, and constituting a set of pins, is used. Each element of a set of spindles has a different shape and makes it possible to machine part of the desired shape. A spindle element is shown in .

Comme pour toute opération d’usinage, il existe différentes stratégies de brochage. La différence majeure par rapport aux autres procédés d’usinage conventionnels est que cette stratégie n’est pas définie par la trajectoire d’usinage, mais par les choix d’évolution de la forme des éléments de broche successifs conduisant à des enlèvements de matière dans différentes zones permettant d’obtenir la forme souhaitée. Par exemple, la présente les différentes étapes permettant l’obtention d’une alvéole de type sapin. Chaque numéro noté sur cette figure correspond au profil usiné par chaque élément du jeu de broches de manière chronologique. Dans l’exemple donné, les éléments notés de 1 à 4 sont des éléments simples à arêtes rectilignes droites permettant de réaliser l’ébauche de la forme à usiner (réalisation d’une gorge) alors que les éléments 5 à 7 sont des éléments de formes plus complexes permettant d’obtenir la forme finale souhaitée en sapin. Pour chacun de ces éléments, une stratégie de progression est sélectionnée afin de garantir au mieux le bon déroulement de l’opération de brochage.As with any machining operation, there are different broaching strategies. The major difference compared to other conventional machining processes is that this strategy is not defined by the machining path, but by the choices of evolution of the shape of the successive spindle elements leading to material removal in different areas to achieve the desired shape. For example, the presents the different steps for obtaining a pine-type cell. Each number noted in this figure corresponds to the profile machined by each element of the spindle set in chronological order. In the example given, the elements noted from 1 to 4 are simple elements with straight rectilinear edges making it possible to produce the rough shape of the shape to be machined (creation of a groove) whereas the elements 5 to 7 are elements of more complex shapes to obtain the desired final fir tree shape. For each of these elements, a progression strategy is selected in order to best guarantee the smooth running of the broaching operation.

Un élément de broche est constitué d’une succession d’arêtes coupantes distantes les unes des autres d’une certaine distance appelée pas (P) et étagées entre elles d’une valeur nommée progression à la dent (h) comme illustré à la . La quantité de matière enlevée (copeau 8) dans la pièce 9, d’une dent 10 à l’autre, est dépendante de ces deux paramètres ( ). Ainsi, le nombre de dents 10 et la longueur totale d’un élément de broche, et par extension du jeu de broches, est influencé par ces paramètres.A broach element is made up of a succession of cutting edges separated from each other by a certain distance called pitch (P) and staggered between them by a value called tooth progression (h) as illustrated in . The quantity of material removed (chip 8) in part 9, from one tooth 10 to the other, is dependent on these two parameters ( ). Thus, the number of teeth 10 and the total length of a spindle element, and by extension the set of spindles, is influenced by these parameters.

Suivant les matériaux à usiner, les paramètres P et h sont limités pour garantir la tenue mécanique de l’outil et la précision de la forme obtenue. Ainsi, la réalisation d’une alvéole de disque de turbine ou de soufflante nécessite un jeu de broche d’une longueur variant de 2 mètres à plus de 20 mètres pour des alvéoles de grandes dimensions.Depending on the materials to be machined, the parameters P and h are limited to guarantee the mechanical strength of the tool and the precision of the shape obtained. Thus, the production of a turbine or fan disk cell requires a set of spindles with a length varying from 2 meters to more than 20 meters for large cells.

La réalisation d’une opération de brochage se réalise sur une machine dédiée à ce type d’opération. En règle générale, les machines sont dites « horizontales », permettant le déplacement de l’outil, ou de la pièce, suivant une direction horizontale. En raison de la longueur totale d’un jeu de broches, les machines utilisées sont de très grandes dimensions. Il existe des machines de brochage dites « verticales », où le déplacement du jeu de broches s’effectue du haut vers le bas, permettant de réduire l’empreinte au sol, mais qui nécessitent une hauteur verticale conséquente liée au nombre d’éléments de broche à utiliser.A broaching operation is carried out on a machine dedicated to this type of operation. As a general rule, the machines are said to be "horizontal", allowing the movement of the tool, or the part, in a horizontal direction. Due to the total length of a spindle set, the machines used are very large. There are so-called "vertical" broaching machines, where the set of broaches is moved from top to bottom, making it possible to reduce the footprint on the ground, but which require a substantial vertical height linked to the number of elements of pin to use.

L’électroérosion ou l’usinage par étincelage est une technique d’enlèvement de matière provoquée par un phénomène d’érosion thermique généré par des étincelles issues de décharges électriques contrôlées entre une électrode (outil) et la pièce immergée dans un liquide diélectrique. Une tension polarisée supérieure à la tension de claquage du diélectrique est appliquée entre l’outil et la pièce permettant des décharges électriques initiées au point ou la distance pièce/électrode est la plus faible. Ainsi les étincelles successives provoquent la fusion puis la vaporisation du matériau afin de créer une cratérisation des surfaces usinées.Electroerosion or spark machining is a material removal technique caused by a thermal erosion phenomenon generated by sparks from controlled electrical discharges between an electrode (tool) and the part immersed in a dielectric liquid. A polarized voltage higher than the breakdown voltage of the dielectric is applied between the tool and the workpiece allowing electrical discharges initiated at the point where the workpiece/electrode distance is the smallest. Thus the successive sparks cause the fusion then the vaporization of the material in order to create a cratering of the machined surfaces.

La montre une représentation d’une machine d’électroérosion par enfonçage, avec ses principaux composants :There shows a representation of a die-sinking EDM machine, with its main components:

- des organes de déplacement de l’électrode 11 vis-à-vis de la pièce 12 à usiner,- moving parts of the electrode 11 vis-à-vis the workpiece 12 to be machined,

- un système de commande numérique,- a digital control system,

- un générateur 13 de courant continu (polarisé), relié d’une part à la pièce 12 et d’autre part à l’électrode 11,- a direct current generator 13 (polarized), connected on the one hand to part 12 and on the other hand to electrode 11,

- un bac de travail 14 ou une cabine étanche, contenant un liquide diélectrique 15 dans lequel sont immergées la pièce 12 et l’électrode 11, et- a work tank 14 or a sealed cabin, containing a dielectric liquid 15 in which the part 12 and the electrode 11 are immersed, and

- un système 16 de filtration du liquide diélectrique équipé d’une pompe.- a dielectric liquid filtration system 16 equipped with a pump.

Le générateur 13 doit assurer plusieurs fonctions :The generator 13 must perform several functions:

- amorcer les décharges électriques 17,- initiating the electric discharges 17,

- maintenir la tension et l’intensité pendant la décharge,- maintain voltage and current during discharge,

- assurer un temps de pause entre deux décharges successives, et- ensure a pause time between two successive discharges, and

- fournir une répétition des décharges.- provide a repetition of discharges.

Le système de commande numérique assure l’asservissement des organes de déplacement pendant l’usinage en s’efforçant de maintenir constante la distance entre l’outil (électrode 11) et la pièce 12 qui dépend principalement de la tension de Gap programmée.The numerical control system ensures the control of the displacement members during machining by endeavoring to maintain constant the distance between the tool (electrode 11) and the part 12 which mainly depends on the programmed Gap voltage.

La réalisation d’une forme par enfonçage consiste à utiliser un outil de forme complémentaire et à le déplacer selon une direction. La matière est enlevée progressivement, et l’électrode outil reproduit petit à petit sa forme dans la pièce, en négatif, avec une légère différence de cotes liée au jeu J entre la pièce 12 et l’outil. Cette technique nécessite la fabrication préalable d’une ou de plusieurs électrodes. Elle a été la première utilisée en EDM (Electrical Discharge Machining), et son intérêt principal est de reporter la difficulté d’usinage direct de la pièce, liée au matériau ou à la forme à produire, sur l’usinage de l’électrode, qui est plus aisé. D’une part, le matériau de l’électrode (par exemple cuivre ou graphite) est choisi de manière à être plus facile à usiner que celui d’un outil coupant, et d’autre part, sa forme est plus simple que celle d’un tel outil coupant.Making a shape by sinking consists of using a tool of complementary shape and moving it in one direction. The material is gradually removed, and the tool electrode gradually reproduces its shape in the part, in negative, with a slight difference in dimensions linked to the clearance J between the part 12 and the tool. This technique requires the prior manufacture of one or more electrodes. It was the first used in EDM ( Electrical Discharge Machining ), and its main interest is to transfer the difficulty of direct machining of the part, related to the material or the shape to be produced, to the machining of the electrode, which is easier. On the one hand, the material of the electrode (e.g. copper or graphite) is chosen so that it is easier to machine than that of a cutting tool, and on the other hand, its shape is simpler than that of a cutting tool. such a cutting tool.

Cependant, les opérations de brochage et d’électroérosion par enfonçage présentent des inconvénients.However, broaching and die-sinking EDM operations have drawbacks.

Dans le cas du brochage, la taille de la forme à brocher influe directement sur le nombre d’éléments de broche et la longueur totale du jeu de broches. Afin d’obtenir la forme souhaitée, il est indispensable de régler et d’aligner plusieurs éléments de broche les uns avec les autres (typiquement de 9 à 15 éléments). Au cours de sa vie, un outil pouvant être réaffuté, le positionnement relatif de chaque élément par rapport aux autres varie entre chaque montage. Ainsi, la procédure de montage et de réglage des éléments de broche est longue et fastidieuse.In the case of broaching, the size of the shape to be broached directly influences the number of pin elements and the total length of the pin set. In order to obtain the desired shape, it is essential to adjust and align several pin elements with each other (typically 9 to 15 elements). During its life, a tool that can be re-sharpened, the relative positioning of each element in relation to the others varies between each assembly. Thus, the procedure for mounting and adjusting the spindle elements is long and tedious.

Pour les formes brochées les plus grandes, il est parfois impossible de faire tenir l’ensemble des éléments du jeu broches sur la même ligne car la longueur totale du jeu de broches dépasse la capacité de la machine. Cela implique donc de réaliser le brochage en plusieurs fois avec parfois des étapes de montage et démontage d’éléments de broche suivant le type de machine utilisé. Cela a pour conséquence d’augmenter la durée de l’opération et le risque de non-conformité finale.For the largest broached shapes, it is sometimes impossible to fit all the elements of the broach set on the same line because the total length of the broach set exceeds the capacity of the machine. This therefore involves carrying out the broaching in several stages, sometimes with steps for assembling and dismantling spindle elements depending on the type of machine used. This has the effect of increasing the duration of the operation and the risk of final non-compliance.

Enfin, d’une manière générale, les machines de brochage ont de très grandes dimensions, occupent une surface importante au sein d’un atelier et ne sont pas déplaçables facilement, ce qui réduit la flexibilité des ateliers dans lesquels elles sont implantées.Finally, in general, broaching machines have very large dimensions, occupy a large area within a workshop and are not easily moved, which reduces the flexibility of the workshops in which they are located.

En conclusion, la dimension des machines, ainsi que la complexité et le coût des outils utilisés et leur réglage constituent les principales difficultés de mise en œuvre d’une opération de brochage.In conclusion, the size of the machines, as well as the complexity and cost of the tools used and their adjustment constitute the main difficulties in implementing a broaching operation.

En ce qui concerne l’électroérosion, ce procédé d’usinage, par son principe de fusion et de vaporisation du matériau pendant la décharge ainsi que de son refroidissement brutal lors de la coupure de la décharge, va générer une couche affectée thermiquement en surface associée à des contraintes résiduelles de traction et éventuellement à la génération de microcriques. L’ensemble de ces évènements conduisent inévitablement à un abattement des propriétés en fatigue du matériau proportionné à l’épaisseur de la couche perturbée en surface et sous la surface, pouvant atteindre 50% (en contrainte).With regard to electroerosion, this machining process, by its principle of melting and vaporization of the material during the discharge as well as its sudden cooling during the cutoff of the discharge, will generate a thermally affected layer on the associated surface. to residual tensile stresses and possibly to the generation of micro-cracks. All of these events inevitably lead to a reduction in the fatigue properties of the material proportionate to the thickness of the disturbed layer at the surface and under the surface, which can reach 50% (in stress).

La performance de l’électroérosion est aussi limitée. Le débit de matière est limité par l'énergie mise en jeu par chaque décharge et par le principe même (fusion-vaporisation-éjection). Il peut atteindre 1 cm3/min en ébauche (énergie de l'ordre de 1 Joule). Il est de quelques mm3/min en finition (énergie de 10-5à 10-4Joule). Il dépend principalement de l’intensité du courant et de la durée de l’impulsion. Le débit de matière est aussi limité par l’évacuation des particules érodées, qui est souvent difficile.EDM performance is also limited. The material flow is limited by the energy brought into play by each discharge and by the very principle (fusion-vaporization-ejection). It can reach 1 cm3/min in roughing (energy of the order of 1 Joule). It is a few mm 3 /min in finishing (energy from 10 -5 to 10 -4 Joule). It mainly depends on the intensity of the current and the duration of the pulse. The material flow is also limited by the evacuation of eroded particles, which is often difficult.

En ce qui concerne les consommables lors d’une opération d’électroérosion, le phénomène d’usinage ayant lieu aux deux électrodes, l’électrode dite outil subit aussi un enlèvement de matière, traduit en production par une usure relative : volume de matière perdu sur l’outil, rapporté au volume de matière enlevé sur la pièce. L’usure est minimisée grâce à l’utilisation de matériaux performants pour les électrodes : matériaux à haut point de fusion ou vaporisation (graphite ou tungstène), matériaux aptes à évacuer l’énergie par conduction (cuivre ou alliages cuivreux), ou une combinaison des deux (graphite avec lamelles ou poudre de cuivre). Cependant, l’usure n’est pas nulle : elle est inférieure à 0,5 % en ébauche et elle peut atteindre 30 à 50 % en finition.With regard to consumables during an electroerosion operation, the machining phenomenon taking place at both electrodes, the so-called tool electrode also undergoes a removal of material, reflected in production by relative wear. : volume of material lost on the tool, compared to the volume of material removed on the part. Wear is minimized thanks to the use of high-performance materials for the electrodes: materials with a high melting point or vaporization (graphite or tungsten), materials capable of evacuating energy by conduction (copper or copper alloys), or a combination of both (graphite with flakes or copper powder). However, the wear is not zero: it is less than 0.5% in roughing and it can reach 30 to 50% in finishing.

La vitesse d’enfoncement de l’électrode d’électroérosion dépend de la section de matière à enlever et des conditions opératoires. Des conditions opératoires agressive permettent de réduire le temps nécessaire mais ont un impact important sur la pièce et provoquent une usure importante de l’électrode, tandis que des conditions moins agressives réduisent l’impact sur la pièce et l’usure de l’électrode, mais augmentent fortement la durée de l’opération.The sinking speed of the spark erosion electrode depends on the section of material to be removed and the operating conditions. Aggressive operating conditions reduce the time required but have a significant impact on the part and cause significant wear of the electrode, while less aggressive conditions reduce the impact on the part and the wear of the electrode, but greatly increase the duration of the operation.

Par exemple dans le cas de l’usinage d’un acier avec une électrode en graphite :For example in the case of machining steel with a graphite electrode:

- pour un état de surface final Ra < 6,3 µm visé, les conditions opératoires à appliquer (Durée d’impulsion = 100 µs ; Intensité = 12 A) permettent un taux d’enlèvement de 35 mm3/min pour une usure volumétrique de l’électrode de l’ordre de 2,5%,- for a target final surface condition Ra < 6.3 µm, the operating conditions to be applied (Duration of pulse = 100 µs; Intensity = 12 A) allow a removal rate of 35 mm 3 /min for volumetric wear of the electrode of the order of 2.5%,

- pour un état de surface final Ra = 11 µm, les conditions opératoires à appliquer (Durée d’impulsion = 50 µs ; Intensité = 64 A) permettent un taux d’enlèvement de 400 mm3/min pour une usure volumétrique de l’électrode de l’ordre de 1%.- for a final surface state Ra = 11 µm, the operating conditions to be applied (Duration of pulse = 50 µs; Intensity = 64 A) allow a removal rate of 400 mm 3 /min for volumetric wear of the electrode of the order of 1%.

En conclusion, l’opération d’électroérosion induit sur et sous la surface de la pièce une zone affectée thermiquement (ZAT), qui peut induire une diminution des caractéristiques mécaniques du matériau qui peut être incompatible avec son utilisation. Par ailleurs, l’usure de l’électrode ne permet pas toujours d’obtenir une précision dimensionnelle suffisante au regard des tolérances admises.In conclusion, the spark erosion operation induces on and under the surface of the part a heat affected zone (HAZ), which can induce a reduction in the mechanical characteristics of the material which can be incompatible with its use. Moreover, the wear of the electrode does not always make it possible to obtain sufficient dimensional precision with regard to the accepted tolerances.

L’invention propose une solution simple, efficace et économique qui permet de résoudre tout ou partie des problèmes des opérations d’usinage de la technique antérieure.The invention proposes a simple, effective and economical solution which makes it possible to solve all or part of the problems of the machining operations of the prior art.

L’invention propose à cet effet une machine d’usinage d’alvéole(s) dans une pièce métallique, cette machine comportant :The invention proposes for this purpose a machine for machining cell(s) in a metal part, this machine comprising:

- un bâti qui est configuré pour porter la pièce métallique à usiner,- a frame which is configured to carry the metal part to be machined,

- un outil d’usinage qui est porté par un support et qui a une forme générale allongée le long d’un axe d’usinage, et- a machining tool which is carried by a support and which has a generally elongated shape along a machining axis, and

- des organes de déplacement configurés pour déplacer la pièce relativement à l’outil, ou inversement,- moving devices configured to move the part relative to the tool, or vice versa,

caractérisée en ce qu’elle comprend en outre :characterized in that it further comprises:

- une cuve remplie d’un liquide diélectrique et dans lequel est destinée à être immergée ladite pièce,- a tank filled with a dielectric liquid and in which said part is intended to be immersed,

et en ce que l’outil d’usinage comprend une portion longitudinale amont qui comprend une électrode d’usinage par électroérosion et qui est destinée à être immergée avec la pièce dans le liquide diélectrique, et une portion longitudinale aval qui comprend une broche d’usinage par brochage.and in that the machining tool comprises an upstream longitudinal portion which comprises an electroerosion machining electrode and which is intended to be immersed with the part in the dielectric liquid, and a downstream longitudinal portion which comprises a spindle broaching machining.

La solution technique proposée a pour objectif de tirer parti des avantages des deux technologies d’usinage, l’électroérosion par enfonçage et le brochage.The proposed technical solution aims to take advantage of the advantages of the two machining technologies, die-sinking EDM and broaching.

Cette solution technique consiste à la réalisation d’une machine permettant de réaliser l’usinage d’une alvéole à l’aide d’une opération d’ébauche par électroérosion par enfonçage avec une électrode spécialement conçue pour minimiser l’énergie nécessaire, suivie d’une opération de finition par brochage, l’ensemble étant réalisé en un seul déplacement de l’outil d’usinage vis-à-vis de la pièce à usiner ou de la pièce à usiner vis-à-vis de l’outil d’usinage. Pour cela, l’outil d’usinage comprend, à la suite l’une de l’autre, d’abord une portion amont (par référence à la direction de déplacement ou d’usinage le long dudit axe) qui comprend l’électrode d’usinage par électroérosion, et ensuite une portion aval qui comprend la broche ou le jeu de broches d’usinage par brochage.This technical solution consists in the production of a machine allowing the machining of a cell using a roughing operation by spark erosion by sinking with an electrode specially designed to minimize the energy required, followed by a finishing operation by broaching, the assembly being carried out in a single movement of the machining tool vis-à-vis the workpiece or of the workpiece vis-à-vis the tool 'machining. For this, the machining tool comprises, one after the other, first an upstream portion (with reference to the direction of movement or machining along said axis) which comprises the electrode machining by electroerosion, and then a downstream portion which comprises the spindle or the set of spindles for machining by broaching.

La machine 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 :The machine according to the invention may comprise one or more of the following characteristics, taken separately from each other, or in combination with each other:

  • l’axe d’usinage est vertical ; on comprend donc que l’encombrement de la machine au sol est limité ;the machining axis is vertical; it is therefore understood that the size of the machine on the ground is limited;
  • l’outil d’usinage est fixe et les organes de déplacement sont configurés pour déplacer la pièce relativement à l’outil selon un premier axe vertical, selon un second axe horizontal, voire aussi autour dudit premier axe ;the machining tool is fixed and the moving members are configured to move the part relative to the tool along a first vertical axis, along a second horizontal axis, or even also around said first axis;
  • ladite portion aval comprend au plus trois éléments de broche consécutifs, et de préférence au plus deux éléments de broche consécutifs ; le nombre d’éléments de broche de l’outil d’usinage est donc limité et beaucoup plus faible que les broches de la technique antérieure, ce qui permet de réduire de manière significative la longueur ou la hauteur de l’outil d’usinage ;said downstream portion comprises at most three consecutive spindle elements, and preferably at most two consecutive spindle elements; the number of spindle elements of the machining tool is therefore limited and much lower than the spindles of the prior art, which makes it possible to significantly reduce the length or the height of the machining tool;
  • ladite portion amont comprend un porte-électrode de support de l’électrode, cette portion amont étant fixée au support par l’intermédiaire du porte-électrode ;said upstream portion comprises an electrode holder for supporting the electrode, this upstream portion being fixed to the support by means of the electrode holder;
  • l’outil d’usinage comprend une cale intercalaire disposée entre lesdites portions amont et aval ;the machining tool comprises an intermediate spacer arranged between said upstream and downstream portions;
  • la cale intercalaire a une dimension le long dudit axe d’usinage, qui est supérieure à une dimension de l’alvéole à usiner dans la pièce le long de cet axe ;the spacer has a dimension along said machining axis, which is greater than a dimension of the cell to be machined in the part along this axis;

-- la cuve contient un volume de liquide diélectrique tel que le niveau supérieur de ce liquide dans la cuve passe par la cale intercalaire ; la portion amont de l’outil située sous ce niveau est immergée dans le liquide, et la portion aval de l’outil est située au-dessus de ce niveau ;- the tank contains a volume of dielectric liquid such that the upper level of this liquid in the tank passes through the spacer; the upstream portion of the tool located below this level is immersed in the liquid, and the downstream portion of the tool is located above this level;

  • ladite portion amont comprend un conduit interne de circulation de liquide diélectrique, ce conduit ayant une forme allongée le long dudit axe d’usinage et débouchant aux deux extrémités longitudinales opposées de la portion amont ;said upstream portion comprises an internal duct for the circulation of dielectric liquid, this duct having an elongated shape along said machining axis and opening out at the two opposite longitudinal ends of the upstream portion;
  • la cale intercalaire comprend un canal interne de circulation de liquide diélectrique dont une première extrémité est raccordée de manière étanche à une des extrémités débouchantes dudit conduit, et dont une seconde extrémité opposée est configurée pour être raccordée par une pompe, voire également un filtre, à ladite cuve ;the intermediate wedge comprises an internal channel for the circulation of dielectric liquid, a first end of which is connected in leaktight manner to one of the open ends of said conduit, and of which a second opposite end is configured to be connected by a pump, or even also a filter, to said tank;
  • la machine comprend en outre au moins une buse de projection de liquide de coupe sur ladite portion aval de l’outil d’usinage, ladite au moins une buse étant raccordée par une pompe, voire également un filtre, à ladite cuve ; on comprend donc que le liquide de coupe qui est configuré pour lubrifier l’outil d’usinage et limiter sa montée en température est le même que le liquide diélectrique ; autrement dit, le liquide diélectrique qui est utilisé pour l’usinage par électroérosion est également utilisé comme liquide de coupe lors de l’usinage par brochage ; le liquide projeté par la ou les buses sur l’outil d’usinage est destiné à s’écouler ensuite dans la cuve en vue de son recyclage.the machine further comprises at least one nozzle for projecting cutting liquid onto said downstream portion of the machining tool, said at least one nozzle being connected by a pump, or even also a filter, to said tank; it is therefore understood that the cutting fluid which is configured to lubricate the machining tool and limit its rise in temperature is the same as the dielectric fluid; in other words, the dielectric liquid that is used for EDM machining is also used as cutting liquid during broaching machining; the liquid projected by the nozzle(s) onto the machining tool is then intended to flow into the tank for recycling.

La présente invention concerne également un procédé d’usinage d’alvéole(s) dans une pièce métallique, au moyen d’une machine telle que décrite ci-dessus, cette pièce métallique étant un disque de rotor pour une turbomachine d’aéronef, et l’outil d’usinage étant utilisé pour réaliser des alvéoles à la périphérie externe du disque de rotor qui sont destinées à recevoir des pieds d’aubes.The present invention also relates to a method for machining cell(s) in a metal part, by means of a machine as described above, this metal part being a rotor disk for an aircraft turbine engine, and the machining tool being used to make cells at the outer periphery of the rotor disc which are intended to receive blade roots.

Avantageusement, le profil de l’électrode est choisi afin de conserver une surépaisseur de matière au niveau de la zone à usiner de chaque alvéole, destinée à être enlevée par brochage. Cette surépaisseur permet de garantir que l’intégralité de la zone affectée par l’électroérosion sera enlevée lors de l’usinage par brochage.Advantageously, the profile of the electrode is chosen in order to keep an extra thickness of material at the level of the zone to be machined of each cell, intended to be removed by broaching. This extra thickness ensures that the entire area affected by EDM will be removed during broaching machining.

Brève description des figuresBrief description of figures

D’autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description qui suit d’un mode de réalisation non limitatif de l’invention en référence aux dessins annexés sur lesquels :Other characteristics and advantages will emerge from the following description of a non-limiting embodiment of the invention with reference to the appended drawings in which:

la est une vue schématique en coupe transversale de plusieurs alvéoles et formes qui peuvent être obtenues par une opération d’usinage par brochage ; there is a schematic cross-sectional view of several cells and shapes which can be obtained by a machining operation by broaching;

la est une vue schématique en perspective d’un élément de broche pour une opération d’usinage par brochage ; there is a schematic perspective view of a spindle element for a broaching machining operation;

la est une vue schématique en coupe transversale d’une alvéole en sapin et montre des étapes successives d’enlèvement de matière par brochage pour l’obtention de cette alvéole ; there is a schematic cross-sectional view of a fir tree cell and shows successive stages of material removal by broaching to obtain this cell;

la est une vue schématique en coupe axiale d’un outil de brochage et montre deux dents successives de cet outil ; there is a schematic view in axial section of a broaching tool and shows two successive teeth of this tool;

la est une vue similaire à celle de la et montre l’enlèvement de matière et la formation d’un copeau lors de l’usinage d’une pièce par les dents de l’outil ; there is a view similar to that of the and shows the removal of material and the formation of a chip during the machining of a part by the teeth of the tool;

la est une vue schématique d’une machine d’électroérosion par enfonçage selon la technique antérieure ; there is a schematic view of a prior art die-sinking EDM machine;

la est une vue schématique d’une machine d’usinage d’alvéole(s) selon un mode de réalisation de l’invention, vue de haut ; there is a schematic view of a machine for machining cells according to one embodiment of the invention, seen from above;

la est une vue schématique de la machine d’usinage de la , vue de face ; there is a schematic view of the machining machine of the , front view ;

la est une vue similaire à celle de la et montre une étape d’un procédé selon l’invention d’usinage d’alvéole(s) dans une pièce métallique ; there is a view similar to that of the and shows a step of a method according to the invention for machining cell(s) in a metal part;

la est une vue schématique de la machine d’usinage de la , vue de côté, et montre l’étape de la ; there is a schematic view of the machining machine of the , side view, and shows the stage of the ;

la est une vue similaire à celle de la et montre une autre étape du procédé, avec une vue de détail agrandie ; there is a view similar to that of the and shows another step of the process, with an enlarged detail view;

la est une vue similaire à celle de la et montre l’autre étape du procédé, avec une vue de détail agrandie ; there is a view similar to that of the and shows the other step of the process, with an enlarged detail view;

la est une vue schématique partielle en perspective d’un outil d’usinage de la machine selon l’invention ; there is a partial schematic perspective view of a machining tool of the machine according to the invention;

la est une vue schématique en coupe transversale d’une portion amont de l’outil d’usinage ; there is a schematic cross-sectional view of an upstream portion of the machining tool;

la est une vue schématique partielle de l’outil d’usinage ; et there is a partial schematic view of the machining tool; And

la est une vue schématique partielle et avec arrachement partiel de l’outil d’usinage. there is a partial schematic view with partial tear-off of the machining tool.

Claims (11)

Machine (20) d’usinage d’alvéole(s) (34) dans une pièce métallique (24), cette machine comportant :
- un bâti (22) qui est configuré pour porter la pièce métallique (24) à usiner,
- un outil d’usinage (26) qui est porté par un support (28) et qui a une forme générale allongée le long d’un axe d’usinage (LL), et
- des organes de déplacement (30) configurés pour déplacer la pièce (24) relativement à l’outil (26), ou inversement,
caractérisée en ce qu’elle comprend en outre :
- une cuve (42) remplie d’un liquide diélectrique (44) et dans lequel est destinée à être immergée ladite pièce (24),
et en ce que l’outil d’usinage (26) comprend une portion longitudinale amont (26a) qui comprend une électrode (46) d’usinage par électroérosion et qui est destinée à être immergée avec la pièce (24) dans le liquide diélectrique (44), et une portion longitudinale aval (26b) qui comprend une broche (48) d’usinage par brochage.
Machine (20) for machining cell(s) (34) in a metal part (24), this machine comprising:
- a frame (22) which is configured to carry the metal part (24) to be machined,
- a machining tool (26) which is carried by a support (28) and which has a generally elongated shape along a machining axis (LL), and
- moving members (30) configured to move the part (24) relative to the tool (26), or vice versa,
characterized in that it further comprises:
- a tank (42) filled with a dielectric liquid (44) and in which said part (24) is intended to be immersed,
and in that the machining tool (26) comprises an upstream longitudinal portion (26a) which comprises an electroerosion machining electrode (46) and which is intended to be immersed with the part (24) in the dielectric liquid (44), and a downstream longitudinal portion (26b) which includes a spindle (48) for machining by broaching.
Machine (20) selon la revendication 1, dans laquelle l’axe d’usinage (LL) est vertical.Machine (20) according to claim 1, in which the machining axis (LL) is vertical. Machine (20) selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle l’outil d’usinage (26) est fixe et les organes de déplacement (30) sont configurés pour déplacer la pièce (24) relativement à l’outil selon un premier axe vertical, selon un second axe horizontal, voire aussi autour dudit premier axe.Machine (20) according to claim 1 or 2, in which the machining tool (26) is fixed and the moving members (30) are configured to move the workpiece (24) relative to the tool along a first axis vertical, along a second horizontal axis, or even around said first axis. Machine (20) selon l’une des revendications précédentes, dans laquelle ladite portion aval (26b) comprend au plus trois éléments de broche consécutifs, et de préférence au plus deux éléments de broche consécutifs.Machine (20) according to one of the preceding claims, in which said downstream portion (26b) comprises at most three consecutive spindle elements, and preferably at most two consecutive spindle elements. Machine (20) selon l’une des revendications précédentes, dans laquelle ladite portion amont (26a) comprend un porte-électrode (50) de support de l’électrode (46), cette portion amont (26a) étant fixée au support (28) par l’intermédiaire du porte-électrode (50).Machine (20) according to one of the preceding claims, in which the said upstream portion (26a) comprises an electrode holder (50) supporting the electrode (46), this upstream portion (26a) being fixed to the support (28 ) through the electrode holder (50). Machine (20) selon l’une des revendications précédentes, dans laquelle l’outil d’usinage (26) comprend une cale intercalaire (54) disposée entre lesdites portions amont et aval (26a, 26b).Machine (20) according to one of the preceding claims, in which the machining tool (26) comprises an intermediate wedge (54) disposed between the said upstream and downstream portions (26a, 26b). Machine (20) (20) selon la revendication précédente, dans laquelle la cale intercalaire (54) a une dimension (U1) le long dudit axe d’usinage (LL), qui est supérieure à une dimension (U2) de l’alvéole à usiner dans la pièce (24) le long de cet axe.Machine (20) (20) according to the preceding claim, in which the intermediate wedge (54) has a dimension (U1) along the said machining axis (LL), which is greater than a dimension (U2) of the cavity to be machined in the workpiece (24) along this axis. Machine (20) selon l’une des revendications précédentes, dans laquelle ladite portion amont (26a) comprend un conduit interne (51) de circulation de liquide diélectrique (44), ce conduit (51) ayant une forme allongée le long dudit axe d’usinage (LL) et débouchant aux deux extrémités longitudinales opposées de la portion amont (26a).Machine (20) according to one of the preceding claims, in which the said upstream portion (26a) comprises an internal duct (51) for the circulation of dielectric liquid (44), this duct (51) having an elongated shape along the said axis of machining (LL) and opening at the two opposite longitudinal ends of the upstream portion (26a). Machine (20) selon la revendication précédente, en dépendance de la revendication 6 ou 7, dans laquelle la cale intercalaire (54) comprend un canal interne (56) de circulation de liquide diélectrique (44) dont une première extrémité est raccordée de manière étanche à une des extrémités débouchantes dudit conduit (51), et dont une seconde extrémité opposée est configurée pour être raccordée par une pompe (56), voire également un filtre (58), à ladite cuve (42).Machine (20) according to the preceding claim, dependent on claim 6 or 7, in which the spacer block (54) comprises an internal channel (56) for the circulation of dielectric liquid (44), one end of which is connected in a leaktight manner at one of the open ends of said pipe (51), and of which a second opposite end is configured to be connected by a pump (56), or even also a filter (58), to said tank (42). Machine (20) selon l’une des revendications précédentes, dans laquelle elle comprend en outre au moins une buse (60) de projection de liquide de coupe sur ladite portion aval (26b) de l’outil d’usinage (26), ladite au moins une buse (60) étant raccordée par une pompe (56), voire également un filtre (58), à ladite cuve.Machine (20) according to one of the preceding claims, in which it further comprises at least one nozzle (60) for projecting cutting fluid onto said downstream portion (26b) of the machining tool (26), said at least one nozzle (60) being connected by a pump (56), or even also a filter (58), to said tank. Procédé d’usinage d’alvéole(s) (34) dans une pièce métallique (24), au moyen d’une machine (20) selon l’une des revendications précédentes, cette pièce métallique (24) étant un disque de rotor pour une turbomachine d’aéronef, et l’outil d’usinage (26) étant utilisé pour réaliser des alvéoles (34) à la périphérie externe du disque de rotor qui sont destinées à recevoir des pieds d’aubes.Method of machining cell(s) (34) in a metal part (24), by means of a machine (20) according to one of the preceding claims, this metal part (24) being a rotor disc for an aircraft turbomachine, and the machining tool (26) being used to produce cells (34) at the outer periphery of the rotor disk which are intended to receive blade roots.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPH03245916A (en) * 1990-02-23 1991-11-01 Tanaka Kikinzoku Kogyo Kk Composite tool for working deformed hole
US20090260994A1 (en) * 2008-04-16 2009-10-22 Frederick Joslin Electro chemical grinding (ecg) quill and method to manufacture a rotor blade retention slot

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