BRPI0910569B1

BRPI0910569B1 - Processo para rebarbar um núcleo de fundição feito de matéria cerâmica de pá de turbomáquina e utilização de um dispositivo de acabamento de núcleos cerâmicos de peças de fundição para a execução de tal processo

Info

Publication number: BRPI0910569B1
Application number: BRPI0910569-7A
Authority: BR
Inventors: Christian Defrocourt; Serge Prigent; Daniel Quach; Patrick Wehrer
Original assignee: Snecma
Priority date: 2008-04-18
Filing date: 2009-04-17
Publication date: 2019-02-26
Also published as: EP2274141B1; RU2010146980A; WO2009127721A1; CA2721449A1; FR2930188A1; US20110049748A1; JP2011516318A; EP2274141A1; RU2501639C2; CA2721449C; US8490673B2; BRPI0910569A2; CN102056717B; FR2930188B1; CN102056717A; JP5416762B2

Abstract

processo para rebarbar um núcleo de fundição feito de matéria cerâmica de pá de turbomáquina e utilização de um dispositivo de acabamento de núcleos cerâmicos de peças de fundição para a execução de tal processo. a presente invenção se refere a um processo para rebarbar um núcleo de fundição (10) feito de matéria cerâmica obtida por injeção de uma pasta cerâmica, a dita pasta compreendendo um ligante de temperatura de transição vítrea determinada, em um molde e que apresenta pelo menos uma porção de superfície com um excesso de matéria que forma uma rebarba (b) a eliminar. o processe é caracterizado pelo fato de que ele compreende as etapas seguintes: a) dispor e fixar o núcleo de fundição (10) moldado, não cozido, em um suporte (300), b) colocar uma ferramenta de fresagem (100) de forma alongada com uma borda de corte em hélice em um porta-ferramenta, c) acionar em rotação a ferramenta em torno de seu eixo e colocar em contato a ferramenta de fresagem com a dita porção de superfície a rebarbar, d) resfriar (400) a porção de superfície a rebarbar de maneira a manter o núcleo de fundição a uma temperatura inferior à dita temperatura de transição vítrea durante a operação de rebarbação.

Description

“PROCESSO PARA REBARBAR UM NÚCLEO DE FUNDIÇÃO FEITO DE MATÉRIA CERÂMICA DE PÁ DE TURBOMÁQUINA E UTILIZAÇÃO DE UM DISPOSITIVO DE ACABAMENTO DE NÚCLEOS CERÂMICOS DE PEÇAS DE FUNDIÇÃO PARA A EXECUÇÃO DE TAL PROCESSO” [0001] A presente invenção tem como objeto o acabamento de peças obtidas por injeção de uma pasta cerâmica em um molde formado pela união de pelo menos duas partes, ao longo de um plano de junção. A invenção se refere mais especialmente à eliminação das rebarbas na zona do plano de junção das duas partes. A invenção visa os núcleos cerâmicos utilizados na fabricação das pás vazadas de turbomáquinas pela técnica de fundição com cera perdida.

[0002] A utilização de núcleos de fundição de um tipo dito “cerâmico” é notadamente conhecida em certas aplicações que impõem a obtenção de um conjunto de características e de critérios severos de qualidade como a resistência às altas temperaturas, a ausência de reatividade, a estabilidade dimensional e boas características mecânicas. Entre essas aplicações que apresentam tais exigências, são conhecidas as aplicações aeronáuticas e por exemplo a obtenção em fundição de pás de turbina para turborreatores. O aperfeiçoamento dos processos de fundição evoluindo da fundição conhecida sob o nome de eixos iguais para a fundição por solidificação dirigida ou monocristalina aumentou ainda mais essas exigências que se referem aos núcleos dos quais a utilização e a complexidade são impostas pela busca dos altos desempenhos para as peças a obter, como é o caso por exemplo para as pás vazadas com resfriamento interno.

[0003] A estrutura cristalina complexa procurada na pá não é compatível com as rebarbas no núcleo. Essas últimas podem se soltar por ocasião da moldagem e vir poluir a peça criando inclusões e/ou defeitos geométricos. Uma rebarba que permanece no lugar cria uma fissura na peça e consequentemente um início de ruptura. Os núcleos devem, portanto, ser rebarbados.

[0004] Essa operação é classicamente realizada manualmente depois do cozimento. No entanto, a rebarbação manual dos núcleos finos e complexos como por exemplo os núcleos de pás móveis dos estágios de alta pressão HP ou então os

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2/7 distribuidores fixos HP, é cada vez mais difícil de realizar de maneira precisa e repetível. De fato, é preciso ser capaz de realizar em série essas operações de alta precisão. Além disso essas operações repetidas sobre núcleos podem gerar nos operadores problemas músculo-esqueléticos (TMS) prejudiciais para a saúde dos mesmos.

[0005] A rebarbação manual apresenta o risco de gerar taxas elevadas de refugos com defeitos tais como os seguintes: inícios de rachaduras, quebras de núcleos por ocasião da manipulação, falta de repetitividade, escamação do núcleo que acarreta inclusões nas peças de metal.

[0006] Procurou-se automatizar o processo de rebarbação da peça depois de cozimento. No entanto os resultados não são satisfatórios pois a deformação das peças é mal conhecida em razão da retração depois de cozimento. Essa retração torna a rebarbação por usinagem muito delicada e que pode dificilmente ser automatizada.

[0007] Esse problema é resolvido com um processo, de acordo com a invenção, para rebarbar um núcleo de fundição feito de matéria cerâmica obtida por injeção de uma pasta cerâmica, a dita pasta compreendendo um ligante de temperatura de transição vítrea determinada, em um molde e que apresenta pelo menos uma porção de superfície com um excesso de matéria que forma uma rebarba a eliminar, caracterizado pelo fato de que compreende as etapas seguintes:

a. dispor e fixar o núcleo de fundição moldado, antes de cozimento, em um suporte,

b. colocar uma ferramenta de fresagem de forma alongada com uma borda de corte em hélice em um porta-ferramenta,

c. acionar em rotação a ferramenta em torno de seu eixo e colocar em contato a ferramenta de fresagem com a dita porção de superfície a rebarbar,

d. resfriar a porção de superfície a rebarbar de maneira a mantê-la a uma temperatura inferior à dita temperatura de transição vítrea durante a operação de rebarbação.

[0008] Graças à invenção, procedendo-se à rebarbação antes de cozimento do

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3/7 núcleo de fundição, evita-se o problema da variação dimensional do núcleo e abrese a possibilidade de proceder a essa operação com o auxílio de um autômato. Pela automatização assegura-se uma melhor repetitividade da rebarbação de um núcleo para o outro. Disso resulta uma melhor qualidade de rebarbação e uma diminuição da classe de peça. Uma melhor qualidade do núcleo permite também reduzir os inícios de rachaduras. Disso resulta uma diminuição dos ciclos de fabricação e daí uma redução dos custos.

[0009] É utilizada vantajosamente uma ferramenta de fresagem com hélice de ângulo compreendido entre 20 e 70° e de ponta hemisférica. Desse modo, arrastase e afasta-se a matéria cortada da zona de corte reduzindo, assim, os riscos de obstrução.

[0010] Mais especialmente, os parâmetros de corte são,

- uma velocidade de corte compreendida entre 5 e 30 m/min.,

- uma velocidade de deslocamento da ferramenta compreendida entre 300 e 2000 mm/min., e

- uma velocidade de rotação da ferramenta compreendida entre 2000 e 15000 rpm.

[0011] De acordo com uma outra característica, o resfriamento é assegurado por difusão de um fluido na direção da porção de superfície a rebarbar. Trata-se, por exemplo, de ar.

[0012] O processo convém especialmente à rebarbação de núcleos cerâmicos de pás de turbomáquina. Ele permite notadamente uma diminuição dos inícios de rachaduras dos produtos moldados.

[0013] Para a execução do processo, é utilizado de preferência um dispositivo de acabamento de núcleos cerâmicos de peças de fundição que compreende um suporte para o dito núcleo, um mandril que forma porta-ferramenta móvel em rotação em torno de seu eixo e pelo menos um bico de injeção de fluido de resfriamento.

[0014] Agora, é descrito o processo mais em detalhe em referência aos desenhos anexos nos quais:

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- a figura 1 representa o esquema de um núcleo de pá de turbomáquina,

- a figura 2 representa o núcleo da figura 1 na saída do molde de injeção com a rebarba a eliminar,

- a figura 3 mostra uma fresa em decorrer de rebarbação do núcleo,

- a figura 4 representa o esquema de uma fresa em posição de rebarbação de uma peça feita de matéria cerâmica,

- a figura 5 mostra um dispositivo de acordo com a invenção.

[0015] A figura 1 representa um exemplo de peça constituído por um elemento de núcleo para pá vazada de turbomáquina. O invólucro desse elemento 10 tem a forma da cavidade interior da pá vazada uma vez que essa última terá sido fundida. O elemento 10 compreende uma parte superior 10A que constituirá a parte designada banheira da pá. Essa parte é separada do corpo central 10B por um espaço que constituirá a parede superior transversal da pá vazada. Essa parte central 10B é prolongada para baixo pelo pé 10D que serve para a preensão e a fixação do núcleo no molde carapaça no qual é moldado o metal em fusão. A parte central é vazada de aberturas longitudinais 10B’ que constituirão as divisórias internas que definem o circuito do fluido de resfriamento no interior da cavidade da pá. A parte 10B é prolongada lateralmente de um lado por uma parte da borda de fuga 10C mais fina e que compreende aberturas 10C’ que constituirão divisórias que deixam entre si canais que desembocam ao longo da borda de fuga da pá para a evacuação do fluido de resfriamento. O núcleo é destinado depois de moldagem do metal e seu resfriamento a ser eliminado para liberar a cavidade de circulação do ar de resfriamento da pá.

[0016] Essa peça, bastante complexa, é obtida por injeção de uma pasta cerâmica com o auxílio de uma prensa. A pasta é obtida por mistura de um ligante, um polímero orgânico, e de partículas de matérias cerâmicas. A mistura é injetada pelo meio de prensas de injeção, tais como prensas de injeção de parafuso, em um molde de injeção metálico. Esse molde é formado por uma união de pelo menos dois elementos com impressão que são colocados em contato um com o outro ao longo de uma superfície de junção que é designada comumente plano de junção. Pela

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5/7 injeção, a pasta se espalha progressivamente a partir do orifício de entrada dentro do volume formado pelas impressões. No entanto matéria passa e se infiltra entre as superfícies do plano de junção. Na desmoldagem essa matéria excedente forma rebarbas.Foi representado na figura 2, o aspecto do núcleo da figura 1 na saída do molde de injeção. As zonas que correspondem aos planos de junção das partes do molde são prolongadas por uma rebarba. Por exemplo, é vista a rebarba B1 que passa ao longo do contorno do núcleo. Uma outra rebarba B2 é visível ao longo das bordas internas dos entalhes 10C’ na zona de borda de fuga 10C. É vista também uma rebarba B3 ao longo das bordas dos entalhes 10B’ na zona 10B.

[0017] A sequência do processo de fabricação do núcleo consiste, depois da injeção, em desmoldar o núcleo, cozinhar o mesmo em um forno a alta temperatura, e depois em assegurar seu acabamento e o controle dimensional.

[0018] O acabamento tem como objetivo retirar as rebarbas B1, B2, B3. Elas podem ser retiradas ou imediatamente depois da injeção da mistura, trata-se de uma rebarbação antes de cozimento ou então depois do cozimento trata-se nesse caso de uma rebarbação de núcleo no estado cozido.

[0019] A rebarbação habitualmente feita à mão pode gerar numeroso defeitos tais como relatados mais acima.

[0020] Ensaios de rebarbação automática com o auxílio de ferramentas tais como fresas foram realizados em núcleos depois de cozimento. Eles não dão resultado conclusivo em razão notadamente do fato de que os núcleos no estado cozido têm, de um para o outro, retrações de cozimento diferentes. A posição da ferramenta não pode devido a isso ser definida com precisão de modo repetido devido ao desgaste da fresa devido à abrasão e à dureza do núcleo no estado cozido. Haveria necessidade de controlar finamente as zonas 10A, 10B, 10B’, 10C, 10C’ antes de rebarbação.

[0021] De acordo com a invenção, a matéria é retirada entes de cozimento, na peça depois de injeção da mistura polímero-cerâmica a fim de suprimir os ditos problemas ligados à deformação da peça durante e depois do cozimento.

[0022] O processo da invenção define parâmetros de corte do núcleo levando

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6/7 em consideração as propriedades intrínsecas do material desse último.

[0023] De fato, o tipo de ligante polimérico que é misturado com a cerâmica, polietileno glicol por exemplo, apresenta propriedades que podem mudar na proximidade da temperatura ambiente, em especial ele tem tendência a amolecer. Isso gera, quando se ataca a matéria que forma a rebarba com uma fresa convencional, uma obstrução de matéria. Essa obstrução de matéria termina por impedir a retirada da rebarba.

[0024] De acordo com uma característica da invenção, é utilizada uma fresa helicoidal, quer dizer com uma borda de corte longitudinal em forma de hélice.

[0025] Foi representado na figura 3 o modo de aplicação da fresa 100 que é guiada ao longo da borda da peça 10 que compreende uma rebarba. A matéria que constitui a rebarba B é consumida pela borda cortante 100B em forma de hélice longitudinal. Por essa forma em hélice, evitam-se as obstruções de matéria ao longo da fresa 100. A matéria é retirada de maneira contínua e as aparas evacuadas.

[0026] A inclinação da hélice é definida por um ângulo de hélice a compreendido entre 20 e 70 graus, de preferência entre 35 e 65 graus.

[0027] O diâmetro da fresa que convém a essa operação considerando-se os espaços estreitos formados pelos entalhes é compreendido entre 0,5 e 1 mm. A extremidade da fresa é de preferência hemisférica.

[0028] De acordo com uma outra característica da invenção, mantém-se a matéria que constitui a rebarba a uma temperatura inferior à temperatura de transição vítrea. Um meio consiste em dispor bicos que expulsam ar fresco na direção da extremidade da fresa em movimento. Por exemplo para PEG da temperatura é mantida entre 16 e 26°C.

[0029] Desloca-se a ferramenta colocada em rotação sobre si mesma ao longo da rebarba a eliminar. As velocidades de corte e de deslocamento são adaptadas ao perfil. Por exemplo, elas diferem entre o contorno e a bolsa do núcleo ou então as ranhuras na saída da borda de fuga.

[0030] A velocidade de corte a título de ilustração está compreendida entre 5 e 25 m por minuto e a velocidade de deslocamento está compreendida entre 400 e

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1800 mm por minuto.

[0031] Foi representada na figura 4, a disposição relativa da ferramenta em relação à peça. A peça 10 é fixada em um suporte 300 de modo a tornar seu contorno acessível a uma fresa 100 ela própria montada em um mandril 200 que forma porta-ferramenta. O bico 400 de injeção de ar ou qualquer outro fluido de resfriamento conveniente, é dirigido para a superfície da porção da peça a rebarbar.

[0032] A figura 5 mostra um dispositivo de rebarbação. O mandril 200 é solidário de um suporte 210 rotativo que ele próprio pode ser montado em uma fresadora não representada, de três eixos, por exemplo. Uma platina 220, fixa, serve de suporte para o bico 400 por intermédio de uma escora 410 ajustável na posição. A platina é suscetível de compreender vários bicos de acordo com as necessidades.

Claims

1. Processo para rebarbar um núcleo de fundição (10) feito de matéria cerâmica de pá de turbomáquina, obtida por injeção de uma pasta cerâmica, a dita pasta compreendendo um ligante de temperatura de transição vítrea determinada, em um molde e que apresenta pelo menos uma porção de superfície com um excesso de matéria que forma uma rebarba (B) a eliminar, o dito processo compreendendo as etapas seguintes:

a. dispor e fixar o núcleo de fundição moldado, não cozido, em um suporte (300),

b. colocar uma ferramenta de fresagem (100) de forma alongada em um porta-ferramenta,

c. acionar em rotação a ferramenta em torno de seu eixo e colocar em contato a ferramenta de fresagem com a dita porção de superfície a rebarbar, caracterizado por uma ferramenta de fresagem com uma borda de corte em hélice e pela etapa seguinte:

d. resfriar a porção de superfície a rebarbar de maneira a manter a peça a uma temperatura inferior à dita temperatura de transição vítrea durante a operação de rebarbação.

2. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que é utilizada uma ferramenta de fresagem (100) com hélice de ângulo compreendido entre 20 e 70° e com ponta hemisférica.

3. Processo de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que os parâmetros de corte são uma velocidade de corte compreendida entre 5 e 30 m/min, uma velocidade de deslocamento da ferramenta compreendida entre 300 e 2000 mm/min, e uma velocidade de rotação da ferramenta compreendida entre 2000 e 15000 rpm.

4. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que o resfriamento é assegurado por difusão (400) de fluido na direção da porção de superfície a rebarbar.

5. Processo de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de

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2/2 que o fluido de resfriamento é ar.

6. Utilização de um dispositivo de acabamento de núcleos cerâmicos de peças de fundição para a execução do processo como definido na reivindicação 1, caracterizado pelo fato de compreender um suporte de núcleo de fundição não cozido, um mandril que forma porta-ferramenta móvel em rotação em torno de seu eixo e um bico de injeção de fluido de resfriamento.