EP0072329A1 - Procédé de confection d'un élément de moule à carapace céramique et élément de moule obtenu - Google Patents

Procédé de confection d'un élément de moule à carapace céramique et élément de moule obtenu Download PDF

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EP0072329A1 EP82401491A EP82401491A EP0072329A1 EP 0072329 A1 EP0072329 A1 EP 0072329A1 EP 82401491 A EP82401491 A EP 82401491A EP 82401491 A EP82401491 A EP 82401491A EP 0072329 A1 EP0072329 A1 EP 0072329A1
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22C—FOUNDRY MOULDING
    • B22C9/00—Moulds or cores; Moulding processes
    • B22C9/02—Sand moulds or like moulds for shaped castings
    • B22C9/04—Use of lost patterns

Definitions

  • the present invention relates to a method of making a mold element (mold or core) constituted by a ceramic shell and to the mold element thus obtained. This process is intended to be used in precision foundry.
  • the ceramic shell molding process derived from the lost wax process is known from French patent 1,204,586. This process consists in producing a thin refractory shell by deposition of successive refractory layers around a wax model. Each refractory layer is deposited using a slip comprising an acid reaction binder or a basic reaction and a refractory filler. Each coating of the slip is dusted (stuccoing) using a refractory powder.
  • the binder must be refractory and have cold and hot agglomerating properties. Either ethyl silicate (organic silicate with an acid reaction) or sodium silicate (inorganic silicate with an alkaline reaction) is used.
  • the shell is often formed in accordance with French patent 1,327,999 by depositing a layer with an alkaline binder followed by a layer with an acid binder in order to promote the setting of the binders.
  • the wax model coated with its refractory shell is dewaxed in a heating oven.
  • a core of this type can be produced in several parts, but mounting the entire core then poses delicate positioning problems.
  • the subject of the present invention is a method for making a mold element with a refractory shell, of large dimensions, the various refractory layers of which, in particular the outer layer which will come into contact with the metal, have a binder based on silicate of ethyl which gives good refractoriness and great imprint fidelity.
  • This process makes it possible to produce a one-piece mold element of large dimensions having undercut recesses. It allows in particular to core having undercut recesses such as a core used for molding a wheel or a rotor with turbine engine blades.
  • the method makes it possible to produce a one-piece core with a refractory shell having internally partitions provided with recesses and joining the outer walls of the shell leaving internal cavities which provide a lighter structure having advantages from the point of view of rigidity and trimming. solidification.
  • the method according to the invention consists in forming a shell by depositing, in contact with a rigid box, a succession of refractory layers by a slip comprising a binder and a refractory powder, each deposition of a layer being followed by dusting with a refractory powder, and it is characterized in that the first layer is deposited directly in contact with the box, the surface of which is coated with a release agent.
  • the different layers are deposited using an ethyl silicate slip.
  • the method consists in mounting, inside the box, blades added in plastic material to form the refractory shell and in dismantling the box, leaving the blades inside the shell.
  • the core-type mold element obtained by the process has undercut recesses which correspond to blades and it is characterized by the fact that it forms two walls joined by partitions comprising recesses corresponding to the blades and forms between said walls and the said partitions of the internal cavities which open outwards.
  • a box 1 is used which matches the external shape of the ceramic shell mold element which it is desired to obtain.
  • This multi-part box is made of a rigid material, preferably laminated resin, by overmolding a wooden core.
  • the refractory shell is then made up of several layers deposited successively on the internal faces of the box and on the attached parts which are eliminated during cooking.
  • a slip is used which is introduced into the box.
  • This slip has a refractory filler and a binder having cold and hot agglomerating properties.
  • This binder is formed by organic silicate with an acid reaction (ethyl silicate) of alcohol and acid. The hydrolysis of ethyl silicate in an alcoholic medium gives colloidal silica.
  • the dep8t by the slip is followed by a dusting (stuccoing) of the layer using a refractory powder. Gelation is obtained by hot air or ammonia vapor. The operation is repeated several times until a shell of sufficient thickness is obtained.
  • the first layer is deposited directly in contact with the box. It is carried out using a slip with a binder of ethyl silicate.
  • the monobloc shell is extracted from the box. At this stage the plastic parts remain embedded in the shell.
  • the shell is then cooked in a heating oven. During this cooking, the attached plastic parts disintegrate, the residue being removed after cooking. Likewise the binder alcohol is eliminated during cooking. At the end of cooking, the mold element has recesses corresponding to the plastic parts that cooking has made it possible to eliminate.
  • the method according to the invention applies to the production of mold elements having a shape of revolution such as the cores of single or double wheels of turbomachinery but also to mold elements of parts not having a shape of revolution (Pelton wheel augst for example).
  • FIGS. 1, 2, 4,7 the rigid gearbox is represented by FIGS. 1, 2, 4,7.
  • This box 1 corresponds to the outside of the wheel that we want to obtain. It consists of several separable parts.
  • the box shown in the drawings has two flanges 11 and 12.
  • the recesses of the core corresponding to the blades of the wheel and the inserts therefore have substantially the profile of the blades of the wheel.
  • a set of plastic blades is produced. These blades, identified 21 - are then positioned and fixed in the box 1.
  • Each blade is held between the flanges 11 and 12 by a fixing system allowing the separation of the flanges 11 and 12; for example to produce the fixing of the plastic blades, the two flanges 11 and 12 comprise, on the sides corresponding sponding grooves on the outside of the core, the side n ons (or position corresponding to the radial profile of the blades and the blades have raimnres (or tenons) which fit onto the tenons (or in the grooves) of the flanges.
  • the refractory shell 3 is then produced in accordance with the method explained above, the first layer which comes into contact with the internal walls of the box and the added blades being produced with an ethyl silicate slip.
  • the gelation is carried out as explained above.
  • the box is then dismantled so as to extract the shell from the box.
  • the blades 2 are then embedded in the shell ( Figure 5). Cooking is carried out as explained above.
  • FIG. 6 represents the embodiment which corresponds to FIGS. 1 to 4.
  • This monobloc core is composed walls 31 and 32 joined by intermediate partitions 33 in which are formed recesses 34 which open on the outer faces of the two flanges. These recesses 34 correspond to the blades of the rotor.
  • Between the walls 31 and 32 and the partitions 33 are formed internal cavities, in a scroll, which communicate with each other and open outwards through at least one peripheral opening 35 which opens onto the large diameter of the core between the walls 31 and 32. opening debt 35

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Abstract

La présente invention se rapporte à un procédé de confection d'un élement de moule (moule ou noyau) constitué par une carapace céramique et à l'élément de moule ainsi obtenu. Ce procédé est destiné à être utilisé en fonderie de précision.
Le procédé selon l'invention consiste à former une carapace en déposant, au contact d'une boite rigide, une succession de couches réfractaires par une barbotine comportant un liant et une poudre réfractaire, chaque dépôt d-une couche étant suivi d'un saupoudrage par une poudre réfractaire, et il est caractérisé par le fait que la première couche est déposée directement au contact de la boite dont la surface est enduite d'un agent de démoulage.

Description

  • La présente invention se rapporte à un procédé de confection d'un élément de moule (moule ou noyau) constitué par une carapace céramique et à l'élément de moule ainsi obtenu. Ce procédé est destiné à être utilisé en fonderie de précision.
  • Le procédé de moulage en carapace céramique dérivé du procédé en cire perdue est connu par le brevet français 1.204.586. Ce procédé consiste à réaliser une carapace réfractaire mince par dép8t de couches réfractaires successives autour d'un modèle en cire. Chaque couche réfractaire est déposée à l',aide d'une barbotine comprenant un liant à réaction acide ou à réaction basique et une charge réfractaire. A chaque enduction de la barbotine on opère un saupoudrage (stucage) à l'aide d'une poudre réfractaire. Le liant doit être réfractaire et avoir des propriétés agglomérantes à froid et à chaud. On utilise soit le silicate d'éthyle (silicate organique à réaction acide) soit le silicate de soude (silicate inorganique à réaction alcaline). On forme souvent la carapace conformément au brevet français 1.327.999 en déposant une couche à liant alcalin suivie d'une couche à liant acide afin de favoriser la prise des liants. Le modèle en cire revêtu de sa carapace réfractaire est déciré dans un four de chauffage.
  • Dans un autre procédé de moulage en carapace céramique décrit dans le brevet français 1.384.487, on confectionne la carapace réfractaire sur des plaques-modèles rigides. Ce procédé exige toutefois que les plaques-modèles soient recouvertes d'une matière élastique ce qui nuit à la précision dimensionnelle.
  • Les procédés précités conviennent mal à la confection de noyaux à carapaces céramiques de grandes dimensions tels que les noyaux ménageant des évidements courbes et gauches tels que ceux utilisés pour le moulage des roues à aubes de turbomachines. On peut réaliser un noyau de ce type en plusieurs parties mais le montage de l'ensemble du noyau pose ensuite de délicats problèmes de positionnement.
  • La présente invention a pour objet un procédé de confection d'un élément de moule à carapace réfractaire, de grandes dimensions, dont les différentes couches réfractaires, notamment la couche extérieure qui viendra au contact du métal, ont un liant à base de silicate d'éthyle qui confère une bonne réfractarité et une grande fidèlité d'empreinte. Ce procédé permet de réaliser un élément de moule monobloc de grandes dimensions présentant des évidements en contre-dépouille. Il permet de réaliser en particulier un noyau présentant des évidements en contre-dépouille tel qu'un noyau utilisé pour le moulage d'une roue ou d'un rotor à aubes de turbomachine. Le procédé permet de réaliser un noyau monobloc à carapace réfractaire présentant intérieurement des cloisons pourvues d'évidements et réunissant les parois extérieures de la carapace en laissant des cavités internes qui procurent une structure allégée ayant des avantages du point de vue de la rigidité et du règlage de la solidification.
  • Le procédé selon l'invention consiste à former une carapace en déposant, au contact d'une boite rigide, une succession de couches réfractaires par une barbotine comportant un liant et une poudre réfractaire, chaque dé- p8t d'une couche étant suivi d'un saupoudrage par une poudre réfractaire, et il est caractérisé par le fait que la première couche est déposée directement au contact de la boite dont la surface est enduite d'un agent de démoulage.
  • Selon une caractéristique du procédé les différentes couches dont la première couche qui vient directement au contact de la boite sont déposées à l'aide d'une barbotine au silicate d'éthyle.
  • Dans le cas d'un noyau de moulage d'une vue de turbomachine, le procédé consiste à monter,à l'intérieur de la boite,des aubes rapportées en matière plastique à former la carapace réfractaire et à démonter la boite en laissant les aubes à l'intérieur de la carapace.
  • L'élément de moule de type noyau obtenu parle procédé comporte des évidements en contre dépouille qui correspondent à des aubes et il est caractérisé par le fait qu'il forme deux parois réunies par des cloisons comportant des évidements correspondant aux aubes et forme entre les dites parois et les dites cloisons des cavités internes qui débouchent vers l'extérieur.
  • L'invention va maintenant être décrite avec plus de détails en se référant aux dessins annexés.
    • La figure 1 représente, en élévation, une boite à noyau servant à la confection d'un noyau pour le moulage d'une roue à aubes courbes et gauches.
    • La figure 2 est une vue de dessus de la boite représentée sur la figure 1.
    • La figure 3 est une coupe partielle selon III-III des figures 1 et 2.
    • La figure 4 représente une coupe axiale de la boite dans-laquelle la carapace réfractaire a été constituée.
    • La figure 5 est une vue en perspective du noyau à carapace réfractaire, après démoulage et avant cuisson.
    • La figure 6 est une vue en perspective du noyau à carapace réfractaire après cuisson.
    • La figure 7 représente une coupe axiale d'une boite dans laquelle on réalise la carapace réfractaire du noyau monobloc d'une rouedouble de turbomachine.
    • La figure 8 est une coupe selon VIII-VIII de la figure 7.
  • Dans le procédé selon l'invention on utilise une boite 1 qui épouse la forme extérieure de l'élément de moule à carapace céramique que l'on veut obtenir. Cette boite en plusieurs parties est réalisée en un matériau rigide, de préférence en résine stratifiée, par surmoulage d'un noyau en bois.
  • On réalise séparément des pièces rapportées correspondant aux évidements en contre-dépouille prévus dans le noyau. Ces pièces sont réalisées en matière plastique se détruisant à la cuisson de la carapace céramique. Cette matière plastique présente des propretés thermiques et mécaniques convenables en particulier un retrait et une dilatation négligeables ou nuls et une grande résistance mécanique. On monte ensuite à l'intérieur de la boite ces parties rapportées en matière plastique. On enduit à l'aide d'un agent de démoulage les parois internes de la boite et les parties rapportées contre lesquelles vont être déposées les couches. L'agent de démoulage est un produit antiadhésif tel qu'un produit à base de silicone ou de graphite colloïdal.
  • La carapace réfractaire est ensuite constituée en plusieurs couches déposées successivement sur les faces internes de la boite et sur les parties rapportées s'éliminant à la cuisson. Pour déposer chaque couche réfractaire on utilise une barbotine que l'on introduit dans la boite. Cette barbotine comporte une charge réfractaire et un liant ayant des propriétés agglomérantes à froid et à chaud. Ce liant est formé par du silicate organique à réaction acide (silicate d'éthyle) de l'alcool et de l'acide. L'hydrolyse du silicate d'éthyle en milieu alcoolique donne de la silice collotda- le. Le dép8t par la barbotine est suivi par un saupoudrage (stucage) de la couche à l'aide d'une poudre réfractaire. La gélification est obtenue par de l'air chaud ou de vapeur d'ammoniac. L'opération est répétée plusieurs fois jusqu'à obtention d'une carapace d'épaisseur suffisante. La première couche est déposée directement au contact de la boite. Elle est effectuée à l'aide d'une barbotine à liant au silicate d'éthyle.
  • La carapace monobloc est extraite de la boite. A ce stade les parties rapportées en matière plastique restent encastrées dans la carapace.
  • La carapace subit ensuite une cuisson dans un four de chauffage. Pendant cette cuisson les parties rapportées en matière plastique se désagrègent, le résidu étant éliminé après cuisson. De même l'alcool du liant est éliminé à la cuisson. A la fin de la cuisson l'élément de moule comporte des évidements correspondant aux parties en matière plastique que la cuisson a permis d'éliminer.
  • Le procédé sélon l'invention s'applique à la réalisation d'éléments de moule ayant une forme de révolution tels que les noyaux de roues simples ou doubles de turbomachines mais également à des éléments de moule de pièces n'ayant pas une forme de révolution (augst de roue Pelton par exemple).
  • Dans le cas d'un noyau de roue de turbomachine, la boite rigide est représentée par les figures 1, 2, 4,7. Cette boite 1 correspond à l'extérieur de la roue que l'on veut obtenir. Elle est constituée de plusieurs parties séparables. La boite représentée sur les dessins comporte deux flasques 11 et 12.
  • Dans le cas du noyau de roue de turbomachine représenté par les figures, les évidements du noyau correspondant aux aubes de la roue et les pièces rapportées ont donc sensiblement le profil des aubes de la roue. On réalise un jeu d'aubes en matière plastique. Ces aubes, repérées 21-sont ensuite positionnées et fixées dans la boite 1. Chaque aube est maintenue entre les flasques 11 et 12 par un système de fixation permettant la séparation des flasques 11 et 12 ; par exemple pour réaliser la fixation des aubes en matière plastique, les deux flasques 11 et 12 comportent, sur les faces cor- rainures respondant à l'extérieur du noyau, des ténons (ou de positionnement correspondant au profil radial des aubes et les aubes. comportent des raimnres (ou tenons) qui s'emboitent sur les tenons (ou dans les rainures) des flasques.
  • On enduit, à l'aide d'un agent de démoulage, les parties de la boite et les parties rapportées contre lesquelles vont être déposées les couches réfractaires de la carapace. Ainsi sur le boitier représenté par les figures 1 et 2, ou 7 on enduit les faces 111 et 112 ainsi que les surfaces des aubes 21.
  • On réalise ensuite la carapace réfractaire 3 conformément à la méthode expliquée précédemment, la première couche qui vient au contact des parois internes de la boite et des aubes rapportées étant réalisée avec une barbotine au silicate d'éthyle. La gélification est réalisée comme expliqué précédemment. On démonte ensuite la boite de manière à extraire la carapace de la boite. Les aubes 2 sont alors encastrées dans la carapace (figure 5). La cuisson est effectuée comme expliqué précédemment.
  • L'invention concerne un noyau à carapace réfractaire du type noyau de rotor de turbomachine (pompe, etc ...). La figure 6 représente le mode de réalisation qui correspond aux figures 1 à 4. Ce noyau monobloc se compose de parois 31 et 32 réunies par des cloisons intermédiaires 33 dans lesquelles sont ménagés des évidements 34 qui débouchent sur les faces extérieures des deux flasques. Ces évidements 34 correspondent aux aubes du rotor. Entre les parois 31 et 32 et les cloisons 33 sont ménagées des cavités internes,en volute, qui communiquent entre elles et débouchent vers l'extérieur par au moins une ouverture périphérique 35 qui s'ouvre sur le grand diamètre du noyau entre les parois 31 et 32. dette ouverture 35
  • permet le remplissage et le vidage de la barbotine au moment de la formation de la carapace.
  • Il est bien entendu que l'on peut sans sortir du cadre de l'invention imaginer des variantes et perfectionnements de détails/de même envisager l'emploi de moyens équivalents.

Claims (5)

1.- Procédé de confection d'un élément de moule à carapace réfractaire, consistant à former une carapace réfractaire en déposant dans une boite rigide une succession de couches réfractaires par une barbotine comportant un liant et une poudre réfractaire, chaque dép8t d'une couche étant suivi d'un saupoudrage par un poudre réfractaire, caractérisé par le fait que la première couche est déposée directement au contact de la boite dont la surface est enduite d'un film mince d'un agent de démoulage.
2.- Procédé selon la revendication 1 caractérisé par le fait que ladite première couche est déposée à l'aide d'une barbotine à liant au silicate d'éthyle.
3.- Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que l'agent de démoulage est un produit anti-adhésif à base de silicone ou de graphite colloïdal.
4.- Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, appliqué à un noyau de moule de roue de turbomachine caractérisé par le fait qu'il consiste à monter, à l'intérieur de la boite ,des aubes rapportées en matière plastique, à former la carapace réfractaire et à démonter la boite en laissant les aubes à l'intérieur de la carapace.
5.- Elément de moule obtenu par la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, du type noyau monobloc comportant des évidements en contre-dépouille, utilisable pour le moulage d'une roue à aubes de turbomachine, caractérisé par le fait que ledit noyau forme des parois (31-32) réunies par des cloisons (33) qui comportent des évidements correspondant aux aubes et formeentre les parois et les cloisons, des cavités qui débouchent vers l'extérieur.
EP82401491A 1981-08-07 1982-08-06 Procédé de confection d'un élément de moule à carapace céramique et élément de moule obtenu Expired EP0072329B1 (fr)

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EP0072329B1 (fr) 1986-03-26
DE3270113D1 (en) 1986-04-30
FR2510923A1 (fr) 1983-02-11
FR2510923B1 (fr) 1986-07-04
ATE18725T1 (de) 1986-04-15

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