Optimisation du brochage des alvéoles de disque de turbine

Optimization of fir-tree broaching process for turbine disc

• Auteur / Autrice : Sébastien Mandrile
• Direction : Gilles Dessein, Jean Denape
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie Mécanique, Mécanique des Matériaux
• Date : Soutenance le 14/11/2013
• Etablissement(s) : Toulouse, INPT
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mécanique, énergétique, génie civil et procédés (Toulouse)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Génie de Production (Tarbes ; 1989-....)
• Jury : Président / Présidente : Walter Rubio
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Gilles Dessein, Jean Denape, Walter Rubio, Raynald Laheurte
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Claire Lartigue, Pascal Mognol

Mots clés

Mots clés contrôlés

Simulation, Méthodes de

Coupe

Moteurs

Brochage (mécanique)

Avions -- Moteurs

Mots clés libres

Brochage

Udimet 720®

Alvéole pied de sapin

Simulation des efforts de coupe

Broaching

Udimet 720®

Fir-tree slots

Cutting forces simulation

Résumé

Le procédé de brochage est aujourd’hui, et depuis plus de cinquante ans, le procédé le plus utilisé par les motoristes aéronautiques pour usiner les alvéoles pied de sapin des disques de turbine. Les travaux présentés dans cette thèse visent à améliorer la compréhension du procédé de brochage dans le but d’améliorer la performance de ce procédé. Ils sont décomposés en quatre étapes, une étude sur la coupe de l’Udimet 720®, la modélisation des broches pied de sapin et des efforts de coupe, une étude expérimentale du brochage des alvéoles pied de sapin et finalement une proposition de surveillance de ce procédé. Une étude de la coupe en brochage de l’Udimet 720® est réalisée pour pallier le manque d’études actuel sur ce superalliage et développer des lois de coupe pour la simulation des efforts. La simulation permet d’associer à chaque partie discrétisée de chaque dent de la broche des efforts spécifiques en fonction des différents paramètres d’usinage. Les essais de brochage d’alvéole pied de sapin instrumentés ont servi à vérifier la pertinence de la simulation et à proposer, à partir de cette dernière, des choix de conception visant à améliorer la performance du procédé. La surveillance en usinage propose une stratégie visant à détecter différentes anomalies d’usinage pour limiter le risque de rebut de pièces à fortes valeurs ajoutées.

From more than fifty years ago, the broaching process is what the aeronautic engine manufacturers use the most to machine turbine disc fir-tree slots. The aim of this thesis is to improve the understanding of the broaching process in order to optimize the efficiency of this process. This study is divided into four steps: a study of Udimet 720® machinability, the modelization of fir-tree slot broaches and of cutting forces, an experimental study of fir-tree slots broaching and finally, a proposed method of process monitoring. A study of Udimet 720® machinability is made to fill the lack of current studies about this superalloy and to develop cutting forces model for the modelization of the broaching process. Modelization allows the association of specific forces to each discretized broach tooth according to various machining parameters. Fir tree slots broaching trials were used to check the accuracy of modelization and to suggest, according to the latter, conception choices aiming at improving the efficiency of the process. Process monitoring, in the broaching field, offers a strategy which purpose is to detect various machining disturbances and to limit the risk of rejected parts with high added value.