Development of a methodology for reduction in geometrical errors: application on a 5-axis machining of turbomachine components

Développement d'une méthodologie de réduction des défauts géométriques : application à l'usinage 5-axes de composants de turbomachine

Julien Chaves-Jacob (1)

1 LABOMAP - Laboratoire Bourguignon des Matériaux et Procédés

This study contributes to the improvement of complex-workpiece of turbomachine production. These parts are mainly composed of flow passages frequently delimited by blades, where the main function is to transfer power between a flow and a mechanical system. So, the geometry of these workpieces is fundamental to obtain a good efficiency of the system. However, blades and/or tool deflections and interferences generate geometrical errors which can reduce the efficiency. To efficiently reduce these problems, a global approach is used. It starts with the study of the workpieces design, Design For Manufacturing approach is used with the definition on fabricability indicators for the 5-axes machining of turbomachine components. This approach ensures that the designed workpieces can be economically produced. Thereafter, a method of selecting machining strategy is proposed; it is based on criteria which express functional request of the workpiece and economical needs. Second part of this thesis deals with the definition of a new approach to reduce interferences problem during the flank milling of non developable surfaces. This method - Computation of Adapted Tool Shape - optimizes the tool shape for a tool path and a surface, to increase the satisfaction of functional requirements of the workpiece. The last part of this study determines the application domain of CATS method, using academic and industrial surfaces.

Ces travaux contribuent à l'amélioration de la fabrication de pièces complexes de turbomachine. Elles sont principalement composées de veines fluides souvent délimitées par des pales, dont la fonction première est de transférer de l'énergie entre un fluide et une partie mécanique. Dans ce cas précis, la géométrie de ces pièces est essentielle pour obtenir un bon rendement du mécanisme. Cependant, lors de l'usinage, les flexions des pales et/ou de l'outil ainsi que les interférences locales occasionnent des défauts géométriques pouvant nuire à l'efficacité du système. Dans le but de résoudre cette problématique, une approche globale est utilisée dans ce mémoire. Elle débute par l'étude de la conception de ces pièces, en introduisant des concepts de Design For Manufacturing, utilisables grâce à la proposition d'indicateurs de fabricabilité par usinage 5-axes de pièces de turbomachine. Cette démarche permet donc de garantir que les pièces conçues sont économiquement réalisables. Les travaux ont continué avec la mise en place d'une méthodologie d'aide au choix de la meilleure stratégie d'usinage basée sur des critères de respect des besoins fonctionnels de la pièce et des critères économiques. La seconde partie de ce mémoire est consacrée à l'étude d'une approche novatrice permettant la réduction des interférences locales lors de l'usinage par le flanc de surfaces non développables. Cette méthode, baptisée Computation of Adapted Tool Shape, optimise la forme de l'outil, pour une trajectoire et une surface données, afin d'obtenir un meilleur respect des besoins fonctionnels de la pièce. La dernière partie de ces travaux définit le domaine d'application de cette nouvelle méthode par sa mise en oeuvre sur des études de cas académiques et industriels.

Mots clés: 5-axis machining<br /> flank milling<br /> interferences<br /> impeller<br />free-form surfaces<br /> Design For Manufacturing<br />non developable ruled surfaces.

Mots clés: Usinage 5-axes<br /> Fraisage par le flanc<br /> Interférences; <br />Rouet<br /> Surfaces complexes<br /> Design For Manufacturing<br /> Surfaces réglées non développables

Domaines: Sciences de l'ingénieur [physics]

Julien Chaves-Jacob. Développement d'une méthodologie de réduction des défauts géométriques : application à l'usinage 5-axes de composants de turbomachine. Sciences de l'ingénieur [physics]. Arts et Métiers ParisTech, 2009. Français. ⟨NNT : 2009ENAM0026⟩. ⟨pastel-00005522⟩