Confection des hélices

      La confection des hélices, peut se faire de trois façons, du moins telle que nous le faisons ou l'avons fait dans le temps.

 

      Tout à commencé lors des Championnats d'Europe de 1967, nous avons vus que certaines maquettes, notamment en classe C2 (statique), mais aussi en F2 (navigant) possédaient de très belle hélices en bronze et surtout qui tournaient bien rond sur leur axe de rotation, de plus les juges ne se génèrent pas pour nous faire remarquer que certaines de nos pièces provenaient du commerce; hélices, ancres et chaines d'ancre. Il fallait donc aviser au plus vite pour l'avenir.

warspite-23.jpg   Hélices du HMS Warspite, maquette au 1/350

       A l'époque nous utilisions des hélices "STAB", le mieux à l'époque sur le marché français, seul défaut, le trou était lisse et le blocage sur l'arbre se faisait par une vis pointeau, de plus le trou n'était pas toujours bien dans l'axe ce qui fait que du faux rond à la rotation n'était pas exclus, il apparut donc en premier lieu de modifier les hélices existantes, c'est ce qui fut fait pour la frégate Suffren. la méthode consista donc à acheter des hélices d'une taille au dessus de celles prévues, par exemple 45 pour du 40, ensuite de couper proprement chaque pale au niveau du moyeu, puis de confectionner un nouveau moyeu en bronze à l'aide du tour du club, puis ensuite de graver en profondeur l'emplacement de chaque pale, afin qu'elle s'insére dans le métal, une fois les pales bien ajustées, il fut confectionné un petit banc de montage en bois dur et aluminium, afin de tenir le moyeu en position verticale (maintenu par dessous par une vis) et de positionner chaque pale avec une épingle à linge mise en forme et fermement tenue sur la plaque, il ne restait plus qu'a braser chaque pale sur le moyeu à l'aide de fines baguettes de brasure. Cette méthode empirique fut tout de même satisfaisante, mais très vite il fallut opter pour une autre technique.

        Il fut évident que le meilleur résultat serait obtenu soit par moulage, soit par taille directe dans la masse, c'est dans cette seconde voie que nous nous lancèrent, mais d'échec en succès la route de l'apprentissage sera longue, jusqu'au jour ou........

        La rencontre d'un ajusteur/outilleur de précision et d'un fraiseur/rectifieur eut lieu dès 1977, le premier débutait dans le modélisme, mais il avait des dispositions laissant l'avenir fort prometteur, les aléas de la vie, fit que diverses mutations les séparèrent dans le début des années 80. Il faudra attendre 2000 pour qu'ils se retouvent, habitant près l'un de l'autre, j'ai nommé Jean-Jacques Pierlot, un orfèvre de la mécanique de précision et moi mêmeatlas-ii-8.jpg 

         C'est donc en 2000, alors que nous construisons des maquettes industrielles pour des armateurs et des chantiers naval, que le besoin se fit sentir, en effet les ingénieurs et les armateurs des navires furent éxigeants,demandant que les hélices des modèles soient conforment au navire grandeur, il fallut donc se mettre à l'ouvrage, l'affaire est faisable mais en considérant divers facteurs non négligeables. Le coût de la matière, en l'occurence du bronze qualité marine, cher à l'achat, de plus au poids sachant que le produit fini ne repésente que 20 à 25% du barot de base avant découpe, ensuite du temps passé soit une quarantaine d'heure pour une hélice poyenne à 4 pales, les diverses opérations; tournage, perçage, taraudage, défonçage du métal entre les pales, meulage et rabotage des pales, puis premier polissage à la mini meule, polissage de finitiion à la lime douce, polissage doux au papier abrasif, enfin polissage à l'huile et papier "micron", certaines hélices furent facturées très chères , il suffit de faire le calcul des heures de travail, mais le but n'est pas là pour nos modèles

imgp6823.jpgIl s'agit ici d'une hélice dont les pales sont rapportées par brasure (première méthode de reconstrution d'une hélice commerciale) 

Les hélices taillées dans la masse

 

image-14.jpgLa conception d'une hélice ne s'invente pas du moins pour les maquettistes, elles sont conçues en bureau d'étude, pour des besoins bien précis, il importe donc de suivre les données du concepteur, et de s'y tenir

imgp0380.jpgEssai de confection d'une hélice à pales rapportées par brasage à l'argent

 

       Nous allons donc suivre en image, les diverses phases de fabrication d'une hélice taillée dans la masse, avant toute chose il faut se procurer un "jet" de bronze que l'on commandera chez un grossiste en métaux, attention ils ne les ont pas en stock, il faut les commander en donnant les mesures exactes, sachant que le bronze marine est lourd et que c'est aussi un métal coûteux, personnellement je donne la diamêtre au desssus du diamètre de l'hélice, le bronze se faisant en 20, 25, 30, 40, 50, 60, 80, 100 mm de diamètre en en barre à couper, pour la longueur il faut compter au moins 5 mm de plus que le produit fini, ainsi une hélice de 43 mm sur 27 de long exigera un jet de 50 mm sur 32 de long, de là vous obtiendrez 70% de perte après usinage voir plus selon la forme et l'épaisseur du moyeu. Il n'est pas interdit d'utiliser du laiton, moins coûteux certes mais pas plus facile à travailler.

imgp0424-2.jpg Le jet de bronze brut avant usinage

imgp0425-1.jpg      Première opération, le tournage pour la mise en forme, attention, la plupart des petits tours de modélisme, n'en seront pas capable, pour diverses raisons, il faut tout d'abord un mandrin universel équipé de mors inversés appelés aussi mors doux, l'opération sera longue et demandera plusieurs phases, si possible exempte de vibrations, La première opération consiste à positionner le jet dans les mors de façon à ce qu'il tourne parfaitement rond, la première phase étant le dressage d'une faceimgp0427-1.jpg       Ensuite il faut retourner la pièce et cette fois la fixer contre les trois mords, l'on peut alors usiner le premire côté, à savoir la partie qui sera en final le cône de fuite de l'hélice, imgp0429-1.jpg       L'usinage s'effectue par passes successives sans excès, afin d'éviter vibrations et broutageimgp0431.jpg       Par sécurité, l'on usine cette partie avec 1mm de plus que le produit fini, l'on reviendra en final sur cette partie pour confectionner le cône, nous allons maintenant  retourner la pièce, mais aussi remettre les mords droits sur le mandrin

imgp0435.jpgLes trois premères hélices ont terminé la première phase de tournage

       L'on va passer à la seconde phase de tournage, pour ce faire, l'on remet en place les mords droits sur le mandrin et l'on serre la pièce par l'intermédiaire de la partie usinée précedemment.imgp0442-1.jpg        La première étape consiste à mettre l'ensemble au bon diamètre extérieur de l'hélice + 1mm de sécurité, puis d'usiner la partie avant côté arbre et chaise d'hélice

imgp0443.jpg        Puis l'on procède au perçage de l'hélice en vue de recevoir l'arbre, l'opération se fait en deux temps, d'abord avec un foret à centrer, puis avec un foret au bon diamètreimgp0446.jpg        Il est procédé ensuite à la mise en forme extérieure au gabarit des pales, cette opération s'effectuant de chaque côté, ici l'avant,imgp0448.jpgpuis l'arrière, attention cette forme n'est pas symétrique, elle est fonction de la forme et de l'inclinaison des pales.imgp0449.jpg        La dernière opération sur le tour dans cette ordre chronologique, consiste à tarauder parfaitement droit le trou central qui recevra l'arbre d'héliceimgp0452.jpg        Le taraud est en place, et le porte taraud est bloqué en rotation contre le banc, l'axe sera maintenu droit, par l'action de la tourelle porte outil que sera en apui sur l'ensemble, le taraudage se fera en tournant à la main le mandrin, la profondeur de taraudage est fonction de la longueur du moyeu de l'hélice, dans le cas présent environ 15 mm.

       La seconde phase va consister à la mise en forme des pales, il va donc dès lors les tracer à l'aiide d'un gou plusieurs gabarits le premier est un gabarit d'angle, il sert à diviser le morceau de bronze en cpmbre de pales, qacahnt que la corconférence est sdivisée en 360° le gabarit sera de 120° pour tois pales, 90 pour 4 pales, 72° pour 5 pales, 60° pour 6 pales, 51,4° pour 7 pales, 45° pour 8 pales et enfin 40° pour une hélice de 9 pales.  Le second gabarit est  conforme à la forme exacte de la pale, son emploi différe selon le type de pales, leur emplacement et surtout le chevauchement qui se voit nettement lorsque l'on regarde une hélice de face, mais nous reverrons cela plus tard, continuons la confection de notre hélice traditionnelle à 3 pales.imgp0456.jpg        Nous sommes ici en présence des ingrédients indispensables, en haut la pointe sèche pour tracer le métal, en bas au centre, le gabarit d'angle de 120°  et à droite la forme développée de la pale, attention ce n'est pas symétrique, ici le côté visible est marqué tribord, c'est donc une hélice qui tournera dans le sens des aiguilles d'une montre, la partie la plus fine, c'est le bord d'attaque, c'est lui qui attaque l'eau et la pénètre, le côté gauche plus large sert de "pelle", il va diriger l'eau vers l'arrière, donnant de l'efficacité à la pale.  Dans le cas présent les trois pales ne se chevauchent pas, mais ce sont de larges "pelles" efficaces pour navire rapide, l'ensemble est d'ailleurs tracé sur la pièce de bronze. imgp0457.jpg      La première pale est en cours de tailkle, cette opération se fait à la mais avec des outils de qualité, à savoir une perceuse fraiseuse à main Dremel, munie d'un flexible porte outil, la machine est fixée souple (tedeur en caoutchouc) au dessus de l'établi, la pièce se trouve en dessous, fixée dans un étau mobile multi fonction et pouvant prendre toutes les positions, les outls sont des fraises de qualité en carbure de tunstène ou en denture diamantée, de forme boule et de différentes tailles, l'usinag se fait uniquement à la main, le port de lunettes de protection est indispensable, ainsi qu'un éclairage d'appoint sur la pièce en cours de travailimgp0459.jpg        Vue de l'autre côté et attaque de la seconde pale, ici une hélice babord tournant dans le sens inverse des aiguilles d'une montre.imgp0461.jpg        Les trois pales sont terminées, du moins la taille brute, une seconde taille plus fine va s'enchainer, avec des fraises plus fines de façon à donner la forme exacte de chaque côté de la pale, convexe ves l'avant et concave vers l'arrière, ensuite les bords d'attaque  et de fuite seront amorcés également, cette dernière opération terminée, l'hélice va retourner sur le tour, cette fois pour fabriquer la pointeimgp0462.jpg        Opération délicate, car l'hélice est vissée sur son arbre d'hélice en acier inox, de 4mm seulement, les passes doivent être douces et fines, afin de ne pas déformer voir briser cet axeimgp0464-1.jpg          Le cone est usiné mais non terminé, il faut garder une petite marge afin d'affiner plus tard la liaison entre pale et moyeu, l'on va donc passer à la phase dites de pré-finition, les pales vont ensuite être affinées afin d'avoir leur forme et leur épaisseur définitive, les outils seront alternativement ; limes de Genève, meules douces de toutes formes et montées sur la Dremel, toile abrasive (toile émeri), etc. les pales vont enfin prendre forme, convexes sur les faces avant, concaves sur les faces arrières, les bords de fuite plus éffilés que les bords d'attaque qui malgré tout resteront coupants. les cotes de sécurité (+1mm) sont bien utilles afin de limer les petits défauts apparents. dès lors que l'on sera satisfait du travail, l'hélice sera une dernière fois usinée sur le tour, afin de parfaire la cone de fuite et l'ajuster à la bonne cote, mais aussi en harmonie avec le jonction des pales.  La dernière intervention, la plus difficile et la plus délicate peut commencer, le pollissage à la main, il est dangereux pour les doigts, les pales sont devenues coupantes, et ce sera très sale, l'on utilise du papier abrasif avec de l"huile fine pour les surfaces, mais aussi du papier abrasif roulé sur une tige de métal ou une vieille lime fine afin de travailler les angles, le papier abrasif sera de taille de plus en plus fine, d'abord 400 puis 600 sans doute 1000 et enfin le "micron" toujours avec de l'huile fine en abondance, ce travail n'exige pas de "l'huile de coude" mais plutôt de "l'huile de pouce".  Enfin lorsque l'on sera satisfait, il faudra nettoyer soigneusement la pièce et lui oter toute trace de gras.

         Il ne restera plus qu'à la traiter une dernière fois avec un produit d'entretien pour conserver le poli et le brillant, il peut être utilisé, du Miror, de l'Argentil ou tout autre produit à cuivre ou argenterie, personnellement je préfère le coton de lustrage pour métaux imbibé d'huile et vendu en boite métallique, mais l'on en trouve difficilement (du bon). Par contre pour l'entretien et le nettoyage de vos hélices, toujours utiliser du coton, éviter les lingettes quelconque et le papier.

imgp6854.jpgHélices terminées en place sur le modèle

 

Les hélices confectionnées par brasure.

 

         Contrairement aux précédentes, elles sont confectionnées avec plusieurs pièces détachées, en principe un moyeu, des pales individuelles, parfois des axes de pales, pour imiter les hélices à pales orientables, c'est également ce qu'un chantier naval nous à commandé en 2001 deux hélices de son cru pour une série de nouveaux navires.imgp1612.jpg Une réalisation personnelle, imitant une hélice à pas variable montée sur un modèle au 1/100, elle ne fait que 32 mm de diamètre

imgp1751.jpgHélice babord de l'abeille Liberté au 1/100, 4 pales en forme, brasées sur le moyeu central, le polissage n'étant pas encore effectué

      Nous allons donc passer à la réalisation d'une hélice à pales rapportées, mais avant toute chose, je tiens  à faire remarquer qu'ici il nest pas question de dire et d'écrire, "c'est un truc du club" comme on le voit trop souvent, car les anciens bien avant nous avaient déja compris et utilisés ce que nous croyons des nouveautés, pour cela il faut se reporter à la revue MRB qui à eu cettre année 70 ans, et dans cette revue, l'on y trouve de tout, ainsi dans les N° 301 et 302, d'octobre et novembre 1988, Jean-Pierre Philippe explique comment fabriquer une hélice de 2,3,4 et 6 pales, grâce à un chassis qu'il a conçu à cette effet, il est évident que l'outil étant excellent , le club en possède un fabriqué d'après le plan de la revue et qu'il donne toute satisfaction, voici ce plan qui se trouve à la page 43 du N° 302 de la revue MRB de 1988image-9-2.jpg      Il va sans dire qu'avec cet outil et en suivant les instructions, l'on ne peut que réussir, quoi que ...........encore faut'il tout de même s'inspirer et suivre les directives données dans les 9 pages de l'article, qui de plus est agrémenté de clichés couleur très explicites.

       Voici donc la confection d'une hélice à 4 pales, sur mesure pour le chalutier d'un membre du club, dont certains clichés circulent sur des forums et d'autres dans la revue MRB.

imgp8211.jpg      En premier lieu il est important de préciser que nous disposions du plan de chantier du navire avec son hélice et les cotes, ensuite d'une photo de la dite hélice prise lors d'une mise à sec du bateau, ce sont en principe deux éléments indispensables pour une bonne réalisation, à noter toutefois que l'auteur de la maquette, est également membre d'équipage "pêche" de ce bateau, cela aide encore plus.imgp8202.jpg       Voici donc le plan, à l'échelle de la représentation du modèle soit le 1/25, en haut le moyeu fini, à droite le gabarit qui servi à couper les 4 pales, et à gauche, l'une des 4 pales

imgp8251.jpg        Commençons par l'usinage du moyeu, après avoir été confectionné sur un tour à métaux et aux bonnes mesures, il est transféré sur la fraiseuse, ou plus exactement dans le mandrin du plateau diviseur, avant travaux, son centrage est vérifié au comparateur, le mandrin étant un 4 mors indépendant permettant au choix un centrage parfait, ou au contraire un décentrage volontaire.imgp8255.jpg       La fraiseuse est un outil qui permet tout types de travaux de précision, dans le cas présent nous devons éxécuter 4 lumières ou fentes rigoureusement identiques, au même angle d'inclinaison et parfaitement à 90° l'une de l'autre, cette précision est donnée par le plateau diviseur qui est capable d'enregistrer toute rotation de la pièce à la demande, ici 90°; ensuite pour l'angle de rotation, il suffit simplement de calculer avec précision celui ci, par rapport aux deux axes, celui de la table en longitudinal et le mouvement transversal de celle ci, grace aux verniers gradués de la table, les opérations sont donc effectuées dans un ordre précis.imgp8257.jpg       L'opération fraisage terminée, la phase montage sur le banc va pouvoir commencer.

imgp8206.jpg        Présentation des éléments sur le plan, cela semble correcteimgp8207.jpg         Les fentes paraissent fortement inclinées, il ne faut s'y tromper, une pale d'hélice n'est pas droite, elle est bien taillée en "hélice", d'ailleurs il suffit de bien observer la pale de devant pour s'en rendre compte.

imgp8212.jpg          Mise en place du moyeu sur le banc de montage, il est fixé par dessous par une vis, et surtout il ne repose pas directement sur le banc, afin déviter les déperditions de chaleur durant l'opération de brasage, une rondelle isolante est donc insérée entre le moyeu et le banc de montage.imgp8217.jpg         Positionnement de la première pale, c'est le plus délicat, car elle conditionne le parfait alignement des suivantes.imgp8220-1.jpg      La seconde pale est en place, bien horizontale.imgp8224.jpg

        En fin la 4ème pale est en place, il ne reste plus qu'à chauffer le moyeu au chalumeau et de laisser la brasure d'argent couler dans la fente (ne jamais chauffer à l'emplacement de la soudure).

imgp8230.jpg         C'est terminé, après refroidissement naturel, il suffit de démonter l'ensemble et de meuler l'éxcédent de soudure à la fraise boule, afin d'égaliser le congé de soudure.imgp8240.jpg    Cette dernière vue avant polissage, permet de bien comprendre la forme des pales et leur inplantation par rapport au moyeu, d'un angle d'environ 40° au moyeu, l'on passe à 10° en bout de pale.

imgp8260.jpg        Légère erreur du constructeur, la turbine a été mise en place sans vérification du centre de l'arbre d'hélice, il y un petit peu trop de jour en haut et cela touche en bas, la flèche sur la pale indique qu'elle est un peu "forte" et qu'il faut la rectifierimgp8259.jpg        Opération terminée, l'hélice tourne librement dans la turbine, il ne reste plus qu'a son heureux propriétaire à la polir.  

 

En cours de rédaction (Août 2012)

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