BR112014015655B1

BR112014015655B1 - processo de fabricação de um macho de cerâmica para pá

Info

Publication number: BR112014015655B1
Application number: BR112014015655A
Authority: BR
Inventors: Grandin Alain; Edmond Maurice Truelle Franck; Mougamadou Aboudalcadar Maidin
Original assignee: Snecma
Priority date: 2011-12-23
Filing date: 2012-12-20
Publication date: 2020-01-28
Also published as: CA2860290C; US20140369842A1; WO2013093352A2; BR112014015655A2; RU2014130211A; CN104039476A; JP6097307B2; FR2984880A1; FR2984880B1; BR112014015655A8; US9890643B2; EP2794147A2; WO2013093352A3; CN104039476B; CA2860290A1; RU2642228C2; EP2794147B1; JP2015506840A

Abstract

processo de fabricação de um macho de cerâmica para pá o processo de fabricação de um macho de cerâmica para pá móvel comportando uma parte inferior formando um corpo de macho, uma parte superior formando um rebaixo de ponta de vedação e um conjunto de hastes permitindo manter a parte superior e a parte inferior solidárias, comporta: uma etapa de revestimento das hastes por um material tendo um ponto de fulgor inferior a 1000°c; uma etapa de posicionamento das hastes em um molde;· uma etapa de moldagem das partes superior e inferior por uma injeção cerâmica; uma etapa de cozimento do macho de cerâmica.

Description

“PROCESSO DE FABRICAÇÃO DE UM MACHO DE CERÂMICA PARA PÁ”

CAMPO DA INVENÇÃO [001] O domínio da invenção se refere aos processos de fabricação de machos cerâmicos utilizados em fundição por cera perdida para a fabricação de pás ocas complexas para a circulação de pás móveis. A invenção se refere notadamente ao domínio da aeronáutica em que tais pás podem ser utilizadas nos motores de aeronaves.

ESTADO DA TÉCNICA [002] O macho de cerâmica é uma peça descartável que serve para obter notadamente o circuito de resfriamento do reverso conjunto de pás metálicas.

[003] Em um primeiro tempo, os machos são fabricados por injeção de uma mistura polímero-cerâmica em um ferramental de injeção. Em um segundo tempo, os machos são cozidos para eliminar o polímero e sinterizar a cerâmica. Em um terceiro tempo, os machos são rebarbados e impregnados de resina que lhes introduz a resistência mecânica.

[004] A figura 1 representa um corpo de macho 10 cerâmico comportando uma parte superior 2 formando um rebaixo de ponta de vedação e uma parte inferior 1 formando um núcleo de macho. O macho de cerâmica é utilizado para as pás, notadamente de turbina para motor de aeronave. Geralmente, este tipo de pá é acoplado a um conjunto de pás circular circundando as pás. A parte formando um rebaixo de ponta de vedação forma uma cavidade aberta situada na extremidade da pá. Funcionalmente, o rebaixo de ponta de vedação é utilizado para diminuir os esforços centrífugos na base da lâmina e reduzir a transferência de calor no topo da lâmina. Ela é solidária corpo de macho pela utilização de hastes 3 que ligam o corpo do macho ao rebaixo de ponta de vedação. As hastes podem ser igualmente de cerâmica. De uma maneira geral, qualquer material tendo um coeficiente superior ao

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[005] Um problema durante a fabricação de tais machos é encontrado no curso da etapa de cozimento dos ditos machos. A etapa de cozimento sucede a etapa de moldagem da cerâmica em um molde em que as hastes são pré-posicionadas antes da injeção de matéria.

[006] Com efeito, uma vez moldadas as hastes 3, que ligam o corpo do macho ao rebaixo de ponta de vedação, elas são solidárias da cerâmica moldada tendo tomado a forma de um rebaixo de ponta de vedação e de um corpo de macho. Durante a subida em temperatura, durante o cozimento, as hastes se dilatam. A figura 2 representa uma consequência da dilatação de uma haste na cerâmica após o cozimento notadamente pela geração de uma trinca 20 formando uma fissuração 20 que se abre a partir do rebaixo de ponta de vedação 2.

[007] Uma solução consiste em dispor uma sobre-espessura local sobre o macho em frente da haste de alumina.

[008] A figura 3 represente uma sobre-espessura 30 introduzida de maneira a consolidar a parte formando uma trinca após o cozimento da cerâmica ao longo do rebaixo de ponta de vedação ao nível das hastes situadas no interior da cerâmica. A sobre-espessura é então em seguida retirada. Antes da raspagem da sobre-espessura local, não havia trincas visíveis ao longo da haste.

[009] Um inconveniente desta solução é que é necessário retirar após o cozimento, por exemplo, por lixamento manual, esta sobre-espessura. Durante esta operação, parece que a trinca é suscetível de aparecer de novo sobre o rebaixo de ponta de vedação. Ela forma então uma trinca que se abre sobre a superfície do rebaixo de ponta de vedação.

[0010] Um grande inconveniente é que o macho está então inutilizável e é potencialmente rejeitado.

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SUMÁRIO DA INVENÇÃO [0011 ] A invenção permite resolver os inconvenientes acima citados.

[0012] O objeto da invenção trata de um processo de fabricação de um macho de cerâmica para pá comportando uma parte inferior formando um corpo de macho, uma parte superior formando um rebaixo de ponta de vedação e um conjunto de hastes contribuindo para a manutenção da parte superior com a parte inferior. O processo da invenção comporta:

- uma etapa de revestimento (igualmente chamada etapa de recobrimento) das hastes por um material tendo um ponto de fulgor inferior a um limiar de temperatura além do qual a dilatação da haste é superior a uma proporção pré-definida;

- uma etapa de posicionamento das hastes em um molde;

- uma etapa de moldagem das partes superior e inferior por uma injeção cerâmica, as partes moldadas formando assim uma peça única no molde e definindo uma forma de macho;

- uma etapa de cozimento do macho de cerâmica.

[0013] De acordo com um modo de realização o limiar de temperatura é de 1000°C.

[0014] De acordo com um modo de realização, a proporção de dilatação da haste é de 1%.

[0015] O processo de fabricação de macho de cerâmica permite evitar uma fissuração da cerâmica causada pela presença das hastes durante o cozimento.

[0016] O processo da invenção compreende notadamente uma etapa preliminar de revestimento de pelo menos uma haste tal como um envernizamento. O envernizamento da haste permite evitar uma fissuração do rebaixo de ponta de vedação.

[0017] Cada haste pode ser de alumina ou ser realizada em um material cerâmico tendo um coeficiente superior ao coeficiente de dilatação

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[0018] A fissuração é evitada graças à inflamação do verniz durante o cozimento deixando um espaço entre a cerâmica cozida e a haste dilatada. A temperatura de inflamação do verniz ou de um material equivalente que recobre as hastes permite liberar um espaço em torno da haste que se dilata a uma temperatura superior àquela da inflamação do verniz.

[0019] Vantajosamente, as etapas são realizadas sucessivamente.

[0020] Vantajosamente, uma etapa de desmoldagem (DEM) do macho precede a etapa de cozimento (CUI) deste último.

[0021] Vantajosamente, cada haste é revestida sobre a superfície suscetível de ser envolvida pelo rebaixo de ponta de vedação.

[0022] Vantajosamente, o revestimento de uma parte das hastes é um envernizamento de uma camada de verniz.

[0023] Vantajosamente, o revestimento das hastes compreende seja:

- um depósito de uma camada de cera sobre uma parte da superfície de cada haste;

- um depósito de uma camada de resina sobre uma parte da superfície de cada haste;

- um depósito de uma camada de grafita sobre uma parte da superfície de cada haste.

[0024] O objeto da invenção trata igualmente de um macho de cerâmica para pá de turbina comportando uma parte inferior formando um corpo de macho, uma parte superior formando um rebaixo de ponta de vedação e um conjunto de hastes permitindo contribuir para a manutenção das partes superior e inferior entre si, caracterizado pelo fato de que o macho é fabricado de acordo com um processo da invenção.

[0025] A invenção trata ainda de uma pá para turbina realizada de acordo com um processo de fundição tendo utilizado um macho realizado pelo processo da invenção.

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BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS [0026] Outras características e vantagens da invenção vão ressaltar na leitura da descrição detalhada que se segue, com referência às figuras anexas, que ilustram:

- figura 1: uma representação de um macho de cerâmica para pás móveis;

- figura 2: uma representação de um macho de cerâmica após cozimento e a formação de uma trinca sobre o rebaixo de ponta de vedação do macho;

- figura 3: uma representação de um macho de cerâmica compreendendo uma sobre-espessura para paliar a formação de uma trinca;

- figura 4: um diagrama representando as principais etapas do processo da invenção.

DESCRIÇÃO [0027] Na presente descrição, entende-se por “ponto de fulgor”, igualmente chamado “ponto de inflamabilidade” ou “flash point” na terminologia anglo-saxã, a temperatura a mais baixa na qual um corpo ou um material combustível emite o suficiente de vapores para formar, com o ar ambiente, uma mistura gasosa que se inflama sob o efeito de uma fonte de energia calorífica.

[0028] Na sequência da descrição, nomeia-se indiferentemente uma etapa de ”revestimento” ou uma etapa de ”recobrimento”, as duas expressões tendo no quadro do pedido de patente a mesma significação.

[0029] Um macho de cerâmica para pá de turbina comporta uma parte inferior formando um corpo de macho, uma parte superior formando um rebaixo de ponta de vedação e um conjunto de hastes permitindo contribuir para a manutenção das partes superior e inferior entre si. As partes superiores e inferiores são tornadas solidárias entre si. Em um modo simplificado da invenção, pelo menos uma haste permite contribuir para a manutenção das

Petição 870190002341, de 08/01/2019, pág. 15/24 / 11 duas partes do macho.

[0030] De acordo com os modos de realização, as partes inferior e superior podem compreender uma zona comum contribuindo igualmente para a manutenção das duas partes entre si. A figura 1 representa um tal modo de realização em que as partes 1 e 2 são mantidas igualmente por uma zona comum 4 situada sobre o lado do macho.

[0031] O processo de fabricação de um macho de cerâmica da invenção compreende uma etapa de revestimento, denotada END sobre a figura 4, das hastes previamente a sua introdução em um molde permitindo a moldagem das peças de cerâmica. O verniz é depositado sobre a parte da haste que será circundada pelo rebaixo de ponta de vedação do macho. Em um modo de realização, a parte da haste que é envolvida pelo corpo do macho não é recoberta de verniz.

[0032] Em um modo particular da invenção, o revestimento das hastes pode ser realizado quando as hastes já estão posicionadas no molde. Mais preferencialmente, as hastes são revestidas antes de sua introdução no molde de maneira a recobrir uniformemente toda a superfície da haste.

[0033] O revestimento das hastes pode ser realizado de diferentes maneiras de acordo com: o tipo de material que é aplicado, a espessura da camada de material desejada e/ou a parte da haste, ou das hastes, que se deseja recobrir.

[0034] Em um modo de realização da invenção, toda a haste é recoberta de um material cujo ponto de fulgor é inferior a 1000 °C.

[0035] Em um outro modo de realização, somente a parte de cada haste envolvida pelo rebaixo de ponta de vedação é recoberta de revestimento. A parte da haste envolvida pelo corpo de macho não é revestida de verniz. Uma vantagem é que a quantidade de verniz é adaptada à parte da estrutura fragilizada pela dilatação da haste.

[0036] O limite de temperatura de 1000°C corresponde à temperatura

Petição 870190002341, de 08/01/2019, pág. 16/24 / 11 de início de transformação dos materiais cerâmicos eu constituem o macho. Este limite constitui assim uma temperatura particularmente interessante para que o material aplicado sobre a haste se inflama antes que a temperatura de cozimento atinja este limite. É igualmente possível escolher limites inferiores que funcionam a fortiori também a partir do momento em que a temperatura do ponto de fulgor do material é inferior a este limite.

[0037] Geralmente, vai-se escolher um limiar de temperatura que permite obter uma inflamação do material revestido, tal como um verniz, antes que a haste se dilate. A dilatação é considerada come sendo sensivelmente nula antes de um certo limite. Em um modo de realização, este limite é fixado a 1%, o que corresponde a uma dilatação de 1% das dimensões da haste. De acordo com outros modos de realização, a proporção prédefinida definindo o limite de uma dilatação dita “consequente” pode ser superior a 1% é ir até a 2% ou mesmo mais de acordo com os materiais utilizados e suas dimensões.

[0038] Em diferentes modos de realização, a aplicação do material pode ser realizada seja por imersão das hastes seja por aplicação do material a partir de um pincel, por exemplo, sobre as hastes.

[0039] Em um modo de realização prefere, o material aplicado é um verniz. Este último pode ser, por exemplo, de tipo “esmalte de unhas”. O processo de aplicação do verniz pode então ser aplicado sobre a haste de maneira convencional por um pincel como se aplicasse um esmalte sobre uma unha da mão de uma mulher.

[0040] Um verniz adaptado compreende solventes, resina, nitrocelulose e plastificantes. Por exemplo, um verniz tal como aquele “Thixotropic base” comercializado sob o nome comercial: “Esmalte de unha Peggy Sage toutes formules” pode ser utilizado no processo da presente invenção.

[0041] Uma vez o verniz aplicado sobre a haste, esta última é aderida

Petição 870190002341, de 08/01/2019, pág. 17/24 / 11 em um molde. Preferencialmente, a haste é posicionada de acordo com uma etapa do processo denotada POS, após a secagem do verniz. O posicionamento de cada haste no molde permite durante a injeção de material que este último circunde cada haste.

[0042] O processo compreende uma etapa de moldagem, denotada MOU sobre a figura 4, comportando uma injeção da cerâmica no molde. A injeção da cerâmica permite formar o macho no alojamento previsto para este efeito formando assim o corpo e o rebaixo de ponta de vedação de acordo com a forma do molde.

[0043] A etapa da moldagem da cerâmica comporta a moldagem da parte inferior formando o corpo de macho e a moldagem de uma parte superior formando um rebaixo de ponta de vedação. A moldagem das duas partes se faz preferencialmente ao mesmo tempo. As hastes são posicionadas de maneira a comportar uma parte da haste na parte superior do macho e uma parte da haste na parte inferior do macho. O material cerâmico injetado na parte do molde formando o rebaixo de ponta de vedação circunda a parte da haste presente no rebaixo de ponta de vedação e o material cerâmico injetado na parte do molde formando o corpo do macho circunda a parte da haste posicionada nesta parte do molde.

[0044] Após a moldagem, a haste mantém as duas partes do macho.

[0045] Em uma outra etapa do processo de fabricação da l invenção, o macho é em seguida desmoldado, esta etapa é denotada DEM sobre a figura

4. A haste ou as hastes solidária(s) das duas partes do macho é(são) assim igualmente retirada(s) do molde.

[0046] Uma etapa de cozimento do macho assim desmoldado, denotada CUI sobre a figura 4, pode então ser conduzida.

[0047] No curso do cozimento do macho, o verniz que recobre as hastes atinge seu ponto de fulgor antes que a dilatação da haste atinja proporções consequentes. Assim o coeficiente de dilatação da alumina a

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1200°C é de 1,03%. Em consequência, a queimadura ou a inflamação do verniz correspondendo ao atingimento do ponto de fulgor do verniz tem lugar a uma temperatura mais baixa que a temperatura de cozimento que acarreta uma dilatação da haste de alumine.

[0048] A inflamação do verniz permite liberar um espaço em torno de toda a haste antes de sua dilatação. Em seguida, a haste moldada na parte inferior e superior do macho se dilata sob o efeito do cozimento com a temperatura que aumenta. Uma vantagem da camada de verniz disposta sobre a haste e que queimou é a de permitir dispor de um espaço em torno da haste, o dito espaço sendo adaptado ao espaço suplementar requisitado por sua dilatação. A quantidade de verniz disposta sobre cada haste pode então ser escolhida de maneira a adaptar o espaço criado em torno da haste ao volume suplementar ocupado pela dilatação da haste.

[0049] De acordo com os modos de realização, testes permitem escolher o tipo de material utilizado para recobrir as hastes e escolher a espessura adequada das ditas camadas quando elas são dispostas sobre as hastes. Estes testes permitem adaptar perfeitamente o espaço liberado pelo material tendo sido queimado e o espaço requisitado para a dilatação da haste durante o cozimento.

[0050] Em consequência, durante e após o cozimento, a dilatação da haste não impõe mais ao material cerâmico que a circunda uma tensão mecânica suscetível de provocar uma fissura.

[0051] Nas soluções anteriores, foi constatado que a fissuração surgia frequentemente no rebaixo de ponta de vedação. O rebaixo de ponta de vedação comportando menos espessura de material que o corpo de macho, a resistência à dilatação interna das hastes provocaria principalmente fissuras no rebaixo de ponta de vedação.

[0052] A trinca que era suscetível de se formar, notadamente representada na figura 2, não aparecia mais quando a haste é impregnada de

Petição 870190002341, de 08/01/2019, pág. 19/24 / 11 um material tal como verniz. Graças a esta etapa preliminar de revestimento das hastes por um material inflamável, é possível dispensar a aplicação de uma sobre-espessura sobre a superfície do rebaixo de ponta de vedação do macho.

[0053] As etapas do processo da invenção são preferencialmente executadas sequencialmente. Porém em um modo de realização, pode ser considerado que a etapa de revestimento de cada haste é realizada enquanto que estas últimas já estão dispostas no molde. Em contrapartida, parece inevitável de realizar a moldagem e o cozimento em uma ordem sequencial para a boa realização da invenção.

[0054] Outros produtos tendo propriedades sensivelmente equivalentes ao verniz podem ser utilizados em substituição na etapa de revestimento da invenção.

[0055] Todos os produtos que podem ser utilizados na presente invenção permitem um depósito de uma camada fina, por exemplo de alguns centésimos de milímetro. É necessário que os produtos aplicados às hastes sejam eliminados por cozimento antes da dilatação da haste de alumina. Em modos privilegiados da invenção, é igualmente importante que estes produtos utilizados como revestimentos para as hastes não deixem resíduos químicos indesejáveis.

[0056] Cada um dos produtos listados acima compreende vantagens próprias que lhe permite ser preferido a outros de acordo com escolhas operacionais desejadas.

[0057] Dentre os produtos diferentes do verniz que poderiam ser considerados para aderir à haste na realização de uma camada fina e queimar antes de 1000°C sem deixar de resíduos, os seguintes produtos podem ser utilizados: cera, resina, tinta de pintura e/ou grafita.

[0058] Estes últimos produtos têm as seguintes vantagens:

- eles aderem à haste quando eles são dispostos sobre sua

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- um depósito em camada fina pode ser simplesmente realizado;

- um depósito homogêneo pode ser efetuado sobre toda a superfície da haste;

- por fim eles são todos eliminados por cozimento a uma temperatura inferior a 1000° C.

[0059] No que se refere à resina, ela é preferencialmente escolhida sem material suscetível de poluir os fornos durante o cozimento dos machos.

[0060] No que se refere à grafita, a combustão pode ser vantajosamente controlada de maneira a evitar ou a limitar as emissões de monóxido de carbono. Por fim a combustão pode ser controlada de maneira a assegurar uma atmosfera suficientemente oxidante durante o cozimento.

[0061] Uma vantagem da cera é sua plasticidade e sua maleabilidade a temperatura ambiente que lhe confere um interesse particular para o revestimento de uma haste. Seu point de fusão a 45°C permite liberar um espaço em torno da haste antes da dilatação da haste. Um outro interesse reside em sua baixa viscosidade quando ela é fundida, o que permite deixar um espaço homogêneo em torno da haste.

[0062] O processo da invenção pode compreender etapas de sinterização da cerâmica e de recobrimento de resina após o cozimento do macho.

[0063] Além disso, a invenção trata de um macho de cerâmica obtido pelo processo da invenção. O macho de cerâmica da invenção comporta a particularidade de ser fabricado pela utilização de hastes revestidas de um material tendo uma temperatura de inflamabilidade mais baixa que a temperatura de dilatação da alumina.

[0064] A invenção trata igualmente de uma pá de turbina móvel comportando um macho de cerâmica obtido pelo processo da invenção.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Processo de fabricação de um macho de cerâmica (10) para pá comportando uma parte inferior (1) formando um corpo de macho, uma parte superior (2) formando um rebaixo de ponta de vedação e um conjunto de hastes (3) contribuindo para a manutenção da parte superior com a parte inferior, caracterizado pelo fato de que ele comporta:

- uma etapa de revestimento (END), em que as hastes são revestidas com um material tendo um ponto de fulgor inferior a um limiar de temperatura além do qual a dilatação da haste é superior a 1%;

- uma etapa de posicionamento (POS) das hastes em um molde;

- uma etapa de moldagem (MOU) das partes superior e inferior por uma injeção cerâmica, as partes moldadas formando assim uma peça única no molde e definindo uma forma de macho;

- uma etapa de cozimento (CUI) do macho de cerâmica.
2. Processo de fabricação de um macho de cerâmica de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que as etapas são realizadas sucessivamente.
3. Processo de fabricação de um macho de cerâmica de acordo com uma a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que o limiar de temperatura é de 1000°C.
4. Processo de fabricação de um macho de cerâmica de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que a proporção pré-definida de dilatação é de 1%.
5. Processo de fabricação de um macho de cerâmica de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que uma etapa de desmoldagem (DEM) do macho precede a etapa de cozimento (CUI) deste último.
6. Processo de fabricação de um macho de cerâmica de acordo

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2 / 2 com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que cada haste é revestida sobre a superfície suscetível de ser envolvida pelo rebaixo de ponta de vedação.
7. Processo de fabricação de um macho de cerâmica de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que o revestimento de uma parte das hastes é um envernizamento de uma camada de verniz.
8. Processo de fabricação de um macho de cerâmica de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que o revestimento das hastes compreende um depósito de uma camada de cera sobre uma parte da superfície de cada haste.
9. Processo de fabricação de um macho de cerâmica de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que o revestimento das hastes compreende um depósito de uma camada de resina sobre uma parte da superfície de cada haste.
10. Processo de fabricação de um macho de cerâmica de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que o revestimento das hastes compreende um depósito de uma camada de grafita sobre uma parte da superfície de cada haste.