EP2846948A2 - Outillage de fabrication d'un noyau de fonderie pour une aube de turbomachine et son procédé de fabrication - Google Patents

Outillage de fabrication d'un noyau de fonderie pour une aube de turbomachine et son procédé de fabrication

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EP2846948A2
EP2846948A2 EP13728448.5A EP13728448A EP2846948A2 EP 2846948 A2 EP2846948 A2 EP 2846948A2 EP 13728448 A EP13728448 A EP 13728448A EP 2846948 A2 EP2846948 A2 EP 2846948A2
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EP
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core
mold
rod
tooling according
notch
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EP13728448.5A
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German (de)
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Franck Edmond Maurice TRUELLE
Christian Bariaud
Philippe Bouthemy
Patrick Pourfilet
Jean-Louis Martial Verger
Alain GRANDIN
Daniel Quach
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Safran Aircraft Engines SAS
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SNECMA SAS
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Publication date
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    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12—Blades
    • F01D5/14—Form or construction
    • F01D5/18—Hollow blades, i.e. blades with cooling or heating channels or cavities; Heating, heat-insulating or cooling means on blades
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F01D5/20—Specially-shaped blade tips to seal space between tips and stator
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    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2230/00—Manufacture
    • F05D2230/20—Manufacture essentially without removing material
    • F05D2230/21—Manufacture essentially without removing material by casting

Definitions

  • the present invention relates to a tool for manufacturing a foundry core for producing a cooling circuit of a turbomachine blade.
  • a turbomachine blade and in particular a wheel of a turbomachine turbine, comprises a cooling circuit which is supplied with air by orifices formed in the blade root, these orifices opening into internal cavities of the turbine engine.
  • dawn that communicate with a bathtub from the top of the blade of dawn.
  • This bath is formed by a recess of the top of the blade which is separated from the internal cavities of the blade by a bath bottom wall and which is in fluid communication with the internal cavities through the through holes of this wall.
  • air enters the openings of the blade root, circulates in the internal cavities of the dawn and is then expelled, partly into the tub through the aforementioned orifices and partly into the vein of the turbine through air outlets of the blade of the dawn.
  • the cooling circuit of a blade of this type includes in particular the bathtub, the internal cavities of the blade, and the holes in the bottom wall of the bathtub which ensure fluid communication between the bathtub and the internal cavities.
  • This cooling circuit has a complex shape and is generally obtained by means of a foundry core which is inserted in a mold in which is cast a molten metal for the realization of the blade.
  • EP-A1-1,661,642, EP-B1-1,754,555 and EP-A1-1,980,343 describe nuclei of this type.
  • the core is generally made from a paste having ceramic fillers and a polymer-based binder which is injected into a mold of a tool and which is then heated to solidify the core.
  • the mold of the tooling includes indentations of a first portion of the core for forming the dawn tub, and one or more other portions of the core for forming one or more internal cavities, respectively, of dawn.
  • the mold has a wall separating the first part of the cavity from the other part or parts of the core, this wall being intended to define a space in the core, between its first and its other part or parts.
  • this bath bottom wall is pierced with orifices.
  • orifices are obtained from foundry by means of ceramic rods which are positioned in the mold, before the manufacture of the core, and which form an integral part of the core after its manufacture.
  • Each ceramic rod generally connects the first part of the core to one of the other aforementioned parts (EP-B1 -1 754 555).
  • the core manufacturing mold comprises means for supporting and / or embedding the end portions of each rod.
  • One of these means is formed on the aforementioned wall of the mold and the other means is formed on another part of the mold, which is opposite to the aforementioned wall relative to the cavity of the first part of the core.
  • Each rod thus passes through the impression of the first part of the mold.
  • the diameter of the orifices of the bath bottom wall is in particular a function of the diameter of the ceramic rods of the core. To reduce the diameter of these holes, it is possible to reduce the diameter of the rods.
  • the stems of small diameter for example of the order of 0.6 mm
  • the present invention is intended in particular to provide a simple, effective and economical solution to this problem.
  • a tool for manufacturing a foundry core for the realization of a cooling circuit of a turbomachine blade
  • the core comprising a first part intended to define a dawn tub and at least another part intended to define an internal cavity of the blade, and at least one rod which extends between the first part and the other or each other part and which is intended to define a fluid passage means between the tub and the corresponding internal cavity of the blade
  • the tool comprising an injection mold of a paste having impressions of the first part and the other or of each other part of the core, and support means and and / or embedding the end portions of the or each rod, one of these means being formed in a wall of the mold separating the impression of the first part of the core of the impression of the or each other part of the core, characterized in that it compresses end, in the cavity of the first part of the core, means for supporting a substantially central portion of the or each rod.
  • the median part of the or each rod which is the part of the rod most stressed by buckling during the injection of the dough into the mold, is supported by means holding in position the or each rod to prevent it from being deformed and breaks under the effect of the forces applied during the injection of the dough.
  • the invention makes it possible to produce a foundry core for a turbomachine blade, whose rod or rods have a relatively small diameter, less than 0.8 mm, and for example about 0.6 mm.
  • the support means of a rod may be independent of the support means of the other rods.
  • the support means of the rods may be spaced from each other and the support means of a rod may be located midway between the support means and / or embedding this rod.
  • the support means comprise for example at least one member projecting from the bottom of the cavity of the first part of the core, this member having for example a substantially semi-ovoid shape.
  • the or each member may comprise at its apex a notch in which the median portion of a rod is intended to be engaged.
  • the notch may have a substantially L-shaped section preferably comprising two plane and intersecting faces which are intended to be substantially parallel to the longitudinal axis of the corresponding rod.
  • the rod is intended to be supported on each of these faces via a bearing line which is substantially parallel to the axis of the rod.
  • the notch may also have a substantially U-shaped or C-shaped section comprising two plane lateral faces substantially parallel to each other and to the longitudinal axis of the corresponding rod.
  • the dough can exert a lateral force on the rod which can then move and break. This is particularly the case when the paste exerts on the rod a force directed towards the side where the rod is not completely supported by its support member.
  • the notch section U or C of each member receives the middle part of the rod, which is supported on each side by this body.
  • this rod is held in position by the member and can not be moved or broken.
  • This particular U-shaped or C-shaped shape provides better support than the L shape.
  • Each of the lateral faces of the notch is connected to an upper face of the member by a convex rounded edge in particular to facilitate the insertion of the rod into the notch.
  • the rod is thus intended to be supported on these lateral faces via a bearing line which is substantially parallel to the axis of the rod.
  • the rod may be, in the mounting position, at a small distance (less than 0.1 mm) from one of these faces or both faces.
  • One of the faces of the notch may be substantially perpendicular to a direction of injection of the paste in the mold, and in particular in its print of the first part of the core. When the paste is injected into the mold, the rod bears against this face, which opposes the flow of flow of the dough and ensures that the rod is properly held in position.
  • the side faces may be substantially perpendicular to a direction of injection of the dough into the mold so that during the injection of the dough into the mold, the rod either in support on these faces which oppose the flow of flow of the dough and ensure a good maintenance of the rod in position.
  • the or each member may be formed integrally with the mold or be attached and fixed on the mold.
  • the tool may also include a counter mold which also comprises means for supporting a middle portion of the or each rod.
  • the tooling according to the invention comprises a counter mold which comprises means for immobilizing the or each rod in the notch of the corresponding member, these immobilizing means comprising at least one wedge formed protruding in an impression against the mold and having at its top a finger engagement in the upper part of the notch and / or bearing on the portion of the rod housed in this notch.
  • the or each shim In the mounting position of the mold and against the mold, the or each shim is intended to be positioned vis-à-vis the corresponding member to prevent the rod from leaving the notch of the body, especially when the paste injected into the tooling exerts on the rod a force tending to dislodge it from the notch (for example a force directed from the bottom upwards).
  • the rod is then held in position by a member and a wedge that prevent movement of the rod in a plane perpendicular to its longitudinal axis, and therefore limit the risk of breakage.
  • the or each shim preferably comprises support and positioning means on the top of the corresponding member.
  • the against-mold may include a number of shims smaller than the number of mold members so that only some of the mold members are associated with wedges against the mold.
  • the support means may comprise at least three or four protruding members.
  • the against-mold may comprise a single shim intended, in the mounting position, to cooperate with a mold member located on the side of the trailing edge of the core to be produced.
  • the present invention also relates to a process for manufacturing a foundry core by means of the tooling as described above, comprising steps for injecting a paste comprising ceramic fillers into the tooling, the solidification and the extraction of the core, characterized in that it comprises an additional step consisting, after the extraction of the core, filling the or the recesses of the core defined by the tool support means, for example with a ceramic material .
  • the core made by means of the tool according to the invention has at least a slight recess or recess, in its first part intended to define the bath of the blade, because of the presence of the support means in the mold. In a simple way, this recess is filled with a material close to that of the core.
  • FIG. 1 is a schematic perspective view of a rotor blade of a turbomachine
  • FIG. 2 is a schematic sectional view along the line ll-ll of Figure 1 and shows a cooling circuit of the blade;
  • FIG. 3 is a very schematic view of a foundry core for producing a turbomachine blade;
  • FIGS. 4 and 5 are partial schematic views in perspective of the tool according to the invention for manufacturing by molding a foundry core, the tool carrying a ceramic core rod;
  • FIG. 6 is a partial schematic perspective view of another tool according to the invention for manufacturing by molding a foundry core, the tool carrying four ceramic rods of the core;
  • Figure 7 is a view similar to that of Figure 5 and showing a tool according to the invention for manufacturing by molding a foundry core;
  • FIG. 8 is a very schematic perspective view of the rod support members in a tool according to the invention, and also comprises a schematic cross-sectional view of the core to be formed in this tool;
  • FIG. 9 is a view on a larger scale of a part of FIG. 8 and also shows a wedge of a counter-mold of the tooling.
  • FIG. 10 is a sectional view along the line X-X of Figure 9.
  • FIG. 1 shows a rotor blade 10 of a compressor or turbomachine turbine, the rotor blade comprising a blade 12 connected by a platform 14 to a foot 16.
  • the blade 10 comprises an internal cooling circuit which is partially visible in FIG. 2, this circuit being fed with air through orifices 18 of the blade root 16. These orifices open into internal cavities 20 of the blade in which circulates the cooling air of dawn. This air is then expelled through orifices 22 of the trailing edge of the blade 12 and through orifices 24 of the top of the blade.
  • the orifices 24 of the blade tip open into a bath 26 which is formed by a recess at the top of the blade 12 and which is separated from the internal cavities 20 by a bath bottom wall 28, in which the orifices 24 are formed.
  • the cooling circuit of the blade 10 is obtained from casting by means of a core which is mounted in the ceramic shell mold in which a molten metal alloy is cast. After solidification and extraction of the blade, the core is removed for example by etching.
  • FIG. 3 very schematically shows a core 30 of this type, this core 30 having a first part 32 intended to form the bath 26 of the blade, other parts 34 intended respectively to form the internal cavities 20 of the dawn, and ceramic rods 36 each connecting the first portion 32 to one of the other portions 34.
  • the first portion 32 of the core 30 has a shape and dimensions complementary to those of the bath 26 to be formed and the other parts 34 also have a shape and dimensions complementary to those of the cavities 20 to form.
  • the ceramic rods 36 provide two functions, the mechanical connection between the different parts of the core 30 and the maintenance of these parts in predetermined positions and with predetermined spacings.
  • the first part 32 of the core is separated from the other parts 34 by a space 38 whose thickness depends on the length of the parts of rods 36 extending between the first part and the other parts of the core .
  • part of this alloy is intended to penetrate into the space 38 of the core 30 to form the bath bottom wall 28, the thickness of which is imposed. by the thickness of the space 38.
  • the ceramic rods 36 of the core 30 are intended to form the orifices 24 of the wall 28, which provide the fluidic communication between the bath 26 and the internal cavities 20 of the blade.
  • the diameter of these orifices 24 is in particular a function of the diameter of the ceramic rods 36 of the core 30.
  • These ceramic rods 36 are mounted in the mold of the tooling of the core, before the injection of the paste into this mold.
  • the mold comprises a first impression of the first part 32 and a second impression of the other parts 34 of the core 30, these impressions being separated from each other by a wall which is intended to form the space 38 supra of the core.
  • the ceramic rods 36 are mounted in the mold so that they completely pass through the first cavity, an end portion of each rod being embedded in a recess of the mold and the opposite end portion of the rod extending into the cavity. second mold cavity and bearing on the aforementioned wall of the mold.
  • the ceramic rods 36 in particular those of small diameter (for example of the order of 0.6 mm), have a tendency to break during the injection of the paste into the mold. mold, which leads to the disposal of the core.
  • the present invention provides a solution to this problem by means of support means of the middle portions of the ceramic rods mounted in the mold tooling.
  • FIGS. 4 and 5 show an embodiment of the tooling according to the invention, this tool comprising a mold 40 comprising a first cavity 42 of the first part 32 of the core 30 and a second cavity 44 of the other parts 34 of the core, these cavities 42, 44 being separated from each other by a wall 46 which is intended to form at least part of the aforementioned space 38 of the core.
  • a single ceramic rod 36 is shown in Figures 4 and 5, this rod having an end portion 48 embedded in a recess 50 of the mold and an opposite end portion 52 extending into the second cavity 44 of the mold and being bearing on the wall 46 of the mold.
  • the wall 46 of the mold has a notch 54 with a U or C section substantially complementary to that of a portion of the rod 36, which is substantially cylindrical in the example shown.
  • the recess 50 of the mold 40 also has a shape substantially complementary to that of the rod 36. This prevents dough passing between the rod 36 and the walls of the notch 54 and the recess 50, during its injection in the mold 40.
  • the tool according to the invention may comprise a counter-mold, not shown, which also comprises a first impression of the first part 32 of the core 30 and a second impression of the other parts 34 of the core, these impressions being separated from each other. the other by a wall which is intended to form part of the aforementioned space 38 of the core.
  • This wall of the counter mold has a free edge of complementary shape to that of the free edge of the wall 46 of the mold, so that these walls are aligned with each other and fit into one another in the assembly of tools.
  • the wall 46 may comprise projecting means 56 intended to cooperate by connection of shapes with means complementary to the wall of the counter-mold to ensure proper positioning of the walls during assembly.
  • the middle part of the rod 36 extends through the first cavity 42 of the mold 40.
  • support means 58 are provided in this cavity 42 to support the portion median of the rod 36 and hold it in position in order to limit its deformations during the injection of the paste into the mold.
  • the support means of the rod comprise a member 58 projecting from the bottom of the first cavity 42 of the mold, this member being located substantially midway between the recess 50 and the notch 54 of the mold.
  • This member 58 can be attached and fixed on the mold 40, as is the case in the example shown, or be formed in one piece with the mold. It may be made of the same material as the mold, that is to say of metal alloy.
  • the member 58 here has a semi-ovoid shape and has at its top a notch 60 for mounting the rod 36.
  • this notch has an L-shaped cross-section and comprises two flat faces 62, 64 and secant extending substantially parallel to the longitudinal axis of the rod 36, when the latter is mounted in the mold. These faces 62, 64 form an angle of the order of 90 degrees.
  • the ceramic rod 36 is intended to bear on these faces 62,
  • the paste is injected into the mold and is intended to flow into the first cavity 42 of the mold in the direction indicated by the arrow 66.
  • the face 64 of the notch 60 is substantially perpendicular to this direction, which makes it possible to retain effectively the rod 36 in position when the dough flows around the rod, and limit its deformations.
  • FIG. 6 represents another embodiment of the invention in which the mold of the tooling comprises means 58 for supporting four ceramic rods 36, these support means being similar to those described in the foregoing and being independent and at a distance from each other.
  • the core 30 has in its first part 32 as many recesses as support means present in the manufacturing mold of this core.
  • the core will have a recess and in the case of Figure 6, the core will have four recesses. These recesses have complementary shapes to those of the support means.
  • the present invention provides a method comprising a step in which these recesses are filled with a ceramic charging material whose composition is preferably close to that of the core material.
  • the paste injected into the mold of FIG. 5 can exert a force on the rod 36 in a direction opposite to that of the arrow 66. Due to the shape of the notch 60 of the member 58, the rod is not supported by the member of the opposite side to the face 64 and can move or even break under the force exerted by the dough.
  • FIG. 7 represents a first embodiment in which the elements already described in the foregoing are designated by the same references.
  • the member 58 differs from that shown in FIG. 5 in that its notch 60 'comprises two lateral faces 64, 65 which are substantially parallel to each other and to the longitudinal axis of the rod 36 and whose lower ends are interconnected. by a face 62 of the bottom of the notch.
  • the rod 36 is intended to bear on the faces 62, 64 and 65.
  • a game of a few tenths or hundredths of a millimeter can exist between the rod and the faces 62, 64 and 65.
  • the rod 36 is thus supported on each side by the member 58 and is held in place even if the paste injected into the tool exerts on the rod lateral forces on both sides of the rod (arrows 66 and 66 ').
  • Figures 8 to 10 show an alternative embodiment of the invention wherein the tool comprises four rods 36, the middle portions are supported by members having notches 60 'U-section or C housing rods.
  • the lateral faces 64, 65 of the notch 60 'of each member 58 are connected by rounded edges 70 convex to upper faces 72 of the member ( Figures 9 and 10).
  • the faces 64, 65 are here slightly inclined with respect to each other, these faces being further apart from each other at their upper ends than at their lower ends.
  • the against-mold (not shown) of the tooling comprises a shim 74 which is formed protruding into a mold cavity and which, in the mounting position, is intended to face one of the members 58 of the mold 40 .
  • This shim 74 has an elongated shape whose apex comprises a finger 76 which is intended to be engaged in the upper part of the notch 60 'of the member 58 and to bear on the median part of the rod 36.
  • the top of the shim 74 has a shape that is substantially complementary to the top of the member 58 and bears on the above-mentioned upper faces 72 of this member.
  • a section 78 of the core to be formed is schematically represented in FIGS. 8 to 10.
  • the wedge 74 of the counter-mold cooperates with a member 58 of the mold which is situated on the side of the trailing edge of the core.
  • the spacer 74 prevents the rod 36 supported by this member 58 from moving and coming out of the notch of this member because it has been found that the paste injected into the tooling can exert a force on this rod directed from the bottom upwards. and capable of dislodging the rod from the notch of the organ.
  • the paste injected into the tooling does not exert such force on the rods 36 supported by the other members 58, which can therefore not be associated with wedges 74 of the counter-mold.
  • the members 58 preferably have rounded external profiles so as to provide a deflection and damping function for the effort of the flow of pulp undergone by the rods 36.

Abstract

Outillage de fabrication d'un noyau de fonderie pour une aube de turbomachine Outillage de fabrication d'un noyau de fonderie, pour la réalisation d'un circuit de refroidissement d'une aube de turbomachine, comprenant un moule (40) d'injection d'une pâte et comportant des empreintes (42, 44) d'une première partie et d'au moins une autre partie du noyau, et des moyens (50, 54) d'appui et/ou d'encastrement de parties d'extrémité d'au moins une tige céramique qui relie les parties précitées du noyau et qui traverse l'empreinte de la première partie du noyau, caractérisé en ce qu'il comprend, dans l'empreinte de la première partie du noyau, des moyens (58) de support d'une partie médiane de la tige.

Description

Outillage de fabrication d'un noyau de fonderie
pour une aube de turbomachine
La présente invention concerne un outillage de fabrication d'un noyau de fonderie pour la réalisation d'un circuit de refroidissement d'une aube de turbomachine.
Une aube de turbomachine, et en particulier d'une roue d'une turbine de turbomachine, comporte un circuit de refroidissement qui est alimenté en air par des orifices formés dans le pied d'aube, ces orifices débouchant dans des cavités internes de l'aube qui communiquent avec une baignoire du sommet de la pale de l'aube. Cette baignoire est formée par un évidement du sommet de l'aube qui est séparé des cavités internes de l'aube par une paroi de fond de baignoire et qui est en communication fluidique avec les cavités internes par des orifices traversants de cette paroi. En fonctionnement, de l'air pénètre dans les orifices du pied d'aube, circule dans les cavités internes de l'aube puis est expulsé, en partie dans la baignoire par les orifices précités et en partie dans la veine de la turbine à travers des orifices de sortie d'air de la pale de l'aube.
Le circuit de refroidissement d'une aube de ce type comprend notamment la baignoire, les cavités internes de l'aube, et les orifices de la paroi de fond de baignoire qui assurent la communication fluidique entre la baignoire et les cavités internes.
Ce circuit de refroidissement a une forme complexe et est en général obtenu au moyen d'un noyau de fonderie qui est inséré dans un moule dans lequel est coulé un métal en fusion pour la réalisation de l'aube.
Les documents EP-A1 -1 661 642, EP-B1 -1 754 555 et EP-A1 - 1 980 343 décrivent des noyaux de ce type.
Le noyau est en général réalisé à partir d'une pâte comportant des charges céramiques et un liant à base de polymère, qui est injectée dans un moule d'un d'outillage et qui est ensuite chauffée pour solidifier le noyau. Dans la technique actuelle, le moule de l'outillage comprend des empreintes d'une première partie du noyau destinée à former la baignoire de l'aube, et d'une ou plusieurs autres parties du noyau destinées à former une ou plusieurs cavités internes, respectivement, de l'aube.
Le moule comporte une paroi séparant la première partie de l'empreinte de la ou des autres parties du noyau, cette paroi étant destinée à définir un espace dans le noyau, entre sa première et sa ou ses autres parties. Lors de la fabrication de l'aube, du métal en fusion pénètre dans cet espace du noyau pour former la paroi de fond de baignoire précitée de l'aube.
Comme expliqué dans ce qui précède, cette paroi de fond de baignoire est percée d'orifices. Ces orifices sont obtenus de fonderie au moyen de tiges céramiques qui sont positionnées dans le moule, avant la fabrication du noyau, et qui font partie intégrante du noyau après sa fabrication.
Chaque tige céramique relie en général la première partie du noyau à l'une des autres parties précitées (EP-B1 -1 754 555).
Dans la technique actuelle, le moule de fabrication du noyau comprend des moyens d'appui et/ou d'encastrement des parties d'extrémité de chaque tige. L'un de ces moyens est formé sur la paroi précitée du moule et l'autre moyen est formé sur une autre partie du moule, qui est opposée à la paroi précitée par rapport à l'empreinte de la première partie du noyau. Chaque tige traverse donc l'empreinte de la première partie du moule.
Le diamètre des orifices de la paroi de fond de baignoire est notamment fonction du diamètre des tiges céramiques du noyau. Pour réduire le diamètre de ces orifices, il est possible de réduire le diamètre des tiges. Cependant, on a constaté que les tiges de faible diamètre (par exemple de l'ordre de 0,6mm) sont relativement fragiles et cassent fréquemment lors de l'injection de la pâte dans le moule, ce qui entraine la mise au rebut du noyau. La présente invention a notamment pour but d'apporter une solution simple, efficace et économique à ce problème.
Elle propose à cet effet un outillage de fabrication d'un noyau de fonderie, pour la réalisation d'un circuit de refroidissement d'une aube de turbomachine, le noyau comportant une première partie destinée à définir une baignoire de l'aube et au moins une autre partie destinée à définir une cavité interne de l'aube, et au moins une tige qui s'étend entre la première partie et l'autre ou chaque autre partie et qui est destinée à définir un moyen de passage de fluide entre la baignoire et la cavité interne correspondant de l'aube, l'outillage comprenant un moule d'injection d'une pâte comportant des empreintes de la première partie et de l'autre ou de chaque autre partie du noyau, et des moyens d'appui et/ou d'encastrement des parties d'extrémité de la ou de chaque tige, l'un des ces moyens étant formé dans une paroi du moule séparant l'empreinte de la première partie du noyau de l'empreinte de la ou de chaque autre partie du noyau, caractérisé en ce qu'il comprend, dans l'empreinte de la première partie du noyau, des moyens de support d'une partie sensiblement médiane de la ou de chaque tige.
Selon l'invention, la partie médiane de la ou de chaque tige qui est la partie de la tige la plus sollicitée en flambage lors de l'injection de la pâte dans le moule, est soutenue par des moyens maintenant en position la ou chaque tige pour éviter qu'elle ne se déforme et casse sous l'effet des efforts appliqués lors de l'injection de la pâte. L'invention permet de réaliser un noyau de fonderie pour une aube de turbomachine, dont la ou les tiges ont un diamètre relativement faible, inférieur à 0,8mm, et par exemple de 0,6mm environ.
Les moyens de support d'une tige peuvent être indépendants des moyens de support des autres tiges. Les moyens de support des tiges peuvent être espacés les uns des autres et les moyens de support d'une tige peuvent être situés à mi-distance des moyens d'appui et/ou d'encastrement de cette tige. Les moyens de support comprennent par exemple au moins un organe en saillie sur le fond de l'empreinte de la première partie du noyau, cet organe ayant par exemple une forme sensiblement semi-ovoïde.
Le ou chaque organe peut comprendre à son sommet une encoche dans laquelle la partie médiane d'une tige est destinée à être engagée.
L'encoche peut avoir une section sensiblement en L comprenant de préférence deux faces planes et sécantes qui sont destinées à être sensiblement parallèles à l'axe longitudinal de la tige correspondante. La tige est destinée à être en appui sur chacune de ces faces via une ligne d'appui qui est sensiblement parallèle à l'axe de la tige.
L'encoche peut aussi avoir une section sensiblement en U ou en C comprenant deux faces latérales planes sensiblement parallèles entre elles et à l'axe longitudinal de la tige correspondante.
Lorsque l'encoche a une forme sensiblement en L, on a constaté lors de l'injection de la pâte dans l'outillage, que la pâte peut exercer une force latérale sur la tige qui peut alors se déplacer et se casser. C'est notamment le cas lorsque la pâte exerce sur la tige une force dirigée du côté où la tige n'est pas complètement soutenue par son organe de support.
Ainsi, l'encoche à section en U ou en C de chaque organe reçoit la partie médiane de la tige, qui est donc soutenue de chaque côté par cet organe. Lorsque la pâte injectée dans l'outillage exerce des forces latérales sur la tige, cette tige est maintenue en position par l'organe et ne peut être déplacée ou brisée. Cette forme particulière à section en U ou en C assure un meilleur maintien que la forme en L.
Chacune des faces latérales de l'encoche est reliée à une face supérieure de l'organe par un bord arrondi convexe pour notamment faciliter l'insertion de la tige dans l'encoche.
La tige est ainsi destinée à être en appui sur ces faces latérales via une ligne d'appui qui est sensiblement parallèle à l'axe de la tige. En variante, la tige peut être, en position de montage, à faible distance (inférieure à 0,1 mm) de l'une de ces faces ou de ces deux faces. L'une des faces de l'encoche peut être sensiblement perpendiculaire à une direction d'injection de la pâte dans le moule, et en particulier dans son empreinte de la première partie du noyau. Lors de l'injection de la pâte dans le moule, la tige est en appui sur cette face qui s'oppose au flux d'écoulement de la pâte et assure un bon maintien de la tige en position.
Lorsque la tige est à section en U ou en C, les faces latérales peuvent être sensiblement perpendiculaires à une direction d'injection de la pâte dans le moule de manière à ce que lors de l'injection de la pâte dans le moule, la tige soit en appui sur ces faces qui s'opposent au flux d'écoulement de la pâte et assurent un bon maintien de la tige en position.
Le ou chaque organe peut être formé d'une seule pièce avec le moule ou être rapporté et fixé sur ce moule.
L'outillage peut également comprendre un contre-moule qui comporte également des moyens de support d'une partie médiane de la ou de chaque tige.
Avantageusement, l'outillage selon l'invention comprend un contre- moule qui comporte des moyens d'immobilisation de la ou de chaque tige dans l'encoche de l'organe correspondant, ces moyens d'immobilisation comportant au moins une cale formée en saillie dans une empreinte du contre-moule et comportant à son sommet un doigt d'engagement dans la partie supérieure de l'encoche et/ou d'appui sur la partie de la tige logée dans cette encoche.
En position de montage du moule et du contre-moule, la ou chaque cale est destinée à venir se positionner en vis-à-vis de l'organe correspondant pour empêcher la tige de quitter l'encoche de l'organe, en particulier lorsque la pâte injectée dans l'outillage exerce sur la tige une force tendant à la déloger de l'encoche (par exemple une force dirigée du bas vers le haut). La tige est alors maintenue en position par un organe et une cale qui empêchent tout mouvement de la tige dans un plan perpendiculaire à son axe longitudinal, et limitent donc les risques de casse. La ou chaque cale comprend de préférence des moyens d'appui et de positionnement sur le sommet de l'organe correspondant.
Le contre-moule peut comprendre un nombre de cales inférieur au nombre d'organes du moule de sorte que seulement certains des organes du moule sont associés à des cales du contre-moule.
Les moyens de support peuvent comprendre au moins trois ou quatre organes en saillie. Le contre-moule peut comprendre une seule cale destinée, en position de montage, à coopérer avec un organe du moule située du côté du bord de fuite du noyau à réaliser.
La présente invention concerne également un procédé de fabrication d'un noyau de fonderie au moyen de l'outillage tel que décrit ci-dessus, comprenant des étapes d'injection d'une pâte comportant des charges céramiques dans l'outillage, la solidification et l'extraction du noyau, caractérisé en ce qu'il comprend une étape supplémentaire consistant, après l'extraction du noyau, à combler le ou les évidements du noyau définis par les moyens de support de l'outillage, par exemple avec un matériau céramique.
Le noyau réalisé au moyen de l'outillage selon l'invention présente au moins un léger renfoncement ou évidement, dans sa première partie destinée à définir la baignoire de l'aube, du fait de la présence des moyens de support dans le moule. De façon simple, cet évidement est comblé avec un matériau proche de celui du noyau.
L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui suit, faite à titre d'exemple non limitatif et en référence aux dessins annexés dans lesquels :
- la figure 1 est une vue schématique en perspective d'une aube de rotor d'une turbomachine ;
- la figure 2 est une vue schématique en coupe selon la ligne ll-ll de la figure 1 et représente un circuit de refroidissement de l'aube ; - la figure 3 est une vue très schématique d'un noyau de fonderie pour la réalisation d'une aube de turbomachine ;
- les figures 4 et 5 sont des vues schématiques partielle et en perspective de l'outillage selon l'invention de fabrication par moulage d'un noyau de fonderie, cet outillage portant une tige en céramique du noyau ; et
- la figure 6 est une vue schématique partielle et en perspective d'un autre outillage selon l'invention de fabrication par moulage d'un noyau de fonderie, cet outillage portant quatre tiges en céramique du noyau ;
- la figure 7 est une vue similaire à celle de la figure 5 et représentant un outillage selon l'invention de fabrication par moulage d'un noyau de fonderie ;
- la figure 8 est une vue très schématique en perspective des organes de support des tiges dans un outillage selon l'invention, et comprend également une vue schématique en coupe transversale du noyau à former dans cet outillage ;
- la figure 9 est une vue à plus grande échelle d'une partie de la figure 8 et montre également une cale d'un contre-moule de l'outillage ; et
- la figure 10 est une vue en coupe selon la ligne X-X de la figure 9.
On se réfère d'abord à la figure 1 qui représente une aube de rotor 10 d'un compresseur ou d'une turbine de turbomachine, cette aube de rotor comprenant une pale 12 reliée par une plate-forme 14 à un pied 16.
L'aube 10 comprend un circuit interne de refroidissement qui est partiellement visible en figure 2, ce circuit étant alimenté en air par des orifices 18 du pied d'aube 16. Ces orifices débouchent dans des cavités internes 20 de l'aube dans lesquelles circule l'air de refroidissement de l'aube. Cet air est ensuite expulsé par des orifices 22 du bord de fuite de la pale 12 et par des orifices 24 du sommet de la pale.
Les orifices 24 du sommet de pale débouchent dans une baignoire 26 qui est formée par un renfoncement au sommet de la pale 12 et qui est séparée des cavités internes 20 par une paroi 28 de fond de baignoire, dans laquelle sont formés les orifices 24 précités. Le circuit de refroidissement de l'aube 10 est obtenu de fonderie au moyen d'un noyau qui est monté dans le moule carapace en céramique dans lequel est coulé un alliage métallique en fusion. Après solidification et extraction de l'aube, le noyau est supprimé par exemple par attaque chimique.
La figure 3 représente de manière très schématique un noyau 30 de ce type, ce noyau 30 comportant une première partie 32 destinée à former la baignoire 26 de l'aube, d'autres parties 34 destinées respectivement à former les cavités internes 20 de l'aube, et des tiges céramiques 36 reliant chacune la première partie 32 à l'une des autres parties 34.
La première partie 32 du noyau 30 a une forme et des dimensions complémentaires de celles de la baignoire 26 à former et les autres parties 34 ont également une forme et des dimensions complémentaires de celles des cavités 20 à former.
Les tiges céramiques 36 assurent deux fonctions, la liaison mécanique entre les différentes parties du noyau 30 et le maintien de ces parties dans des positions prédéterminées et avec des espacements prédéterminés. Comme cela est visible en figure 3, la première partie 32 du noyau est séparée des autres parties 34 par un espace 38 dont l'épaisseur dépend de la longueur des parties de tiges 36 s'étendant entre la première partie et les autres parties du noyau.
Lors de la coulée de l'alliage en fusion dans le moule carapace en céramique, une partie de cet alliage est destinée à pénétrer dans l'espace 38 du noyau 30 pour former la paroi 28 de fond de baignoire, dont l'épaisseur est imposée par l'épaisseur de l'espace 38.
Les tiges céramiques 36 du noyau 30 sont destinées à former les orifices 24 de la paroi 28, qui assurent la communication fluidique entre la baignoire 26 et les cavités internes 20 de l'aube. Le diamètre de ces orifices 24 est notamment fonction du diamètre des tiges céramiques 36 du noyau 30. Ces tiges céramiques 36 sont montées dans le moule de l'outillage de fabrication du noyau, avant l'injection de la pâte dans ce moule. Dans la technique antérieure, le moule comprend une première empreinte de la première partie 32 et une seconde empreinte des autres parties 34 du noyau 30, ces empreintes étant séparées l'une de l'autre par une paroi qui est destinée à former l'espace 38 précité du noyau.
Les tiges céramiques 36 sont montées dans le moule de sorte qu'elles traversent intégralement la première empreinte, une partie d'extrémité de chaque tige étant encastrée dans un évidement du moule et la partie d'extrémité opposée de la tige s'étendant dans la seconde empreinte du moule et étant en appui sur la paroi précitée du moule.
Comme expliqué dans ce qui précède, on a constaté que les tiges céramiques 36, en particulier celles de faible diamètre (par exemple de l'ordre de 0,6mm), ont tendance à se casser lors de l'injection de la pâte dans le moule, ce qui entraine la mise au rebut du noyau.
La présente invention apporte une solution à ce problème grâce à des moyens de support des parties médianes des tiges céramiques montées dans le moule de l'outillage.
Les figures 4 et 5 représentent un mode de réalisation de l'outillage selon l'invention, cet outillage comportant un moule 40 comprenant une première empreinte 42 de la première partie 32 du noyau 30 et une seconde empreinte 44 des autres parties 34 du noyau, ces empreintes 42, 44 étant séparées l'une de l'autre par une paroi 46 qui est destinée à former au moins une partie de l'espace 38 précité du noyau.
Une seule tige céramique 36 est représentée aux figures 4 et 5, cette tige comportant une partie d'extrémité 48 encastrée dans un évidement 50 du moule et une partie d'extrémité 52 opposée s'étendant dans la seconde empreinte 44 du moule et étant en appui sur la paroi 46 du moule.
La paroi 46 du moule comporte une encoche 54 à section en U ou en C sensiblement complémentaire de celle d'une partie de la tige 36, qui est sensiblement cylindrique dans l'exemple représenté. L'évidement 50 du moule 40 a également une forme sensiblement complémentaire de celle de la tige 36. Ceci évite que de la pâte passe entre la tige 36 et les parois de l'encoche 54 et de l'évidement 50, lors de son injection dans le moule 40.
L'outillage selon l'invention peut comporter un contre-moule, non représenté, qui comporte également une première empreinte de la première partie 32 du noyau 30 et une seconde empreinte des autres parties 34 du noyau, ces empreintes étant séparées l'une de l'autre par une paroi qui est destinée à former une partie de l'espace 38 précité du noyau. Cette paroi du contre-moule a un bord libre de forme complémentaire de celle du bord libre de la paroi 46 du moule, de sorte que ces parois soient alignées l'une avec l'autre et s'encastrent l'une dans l'autre au montage de l'outillage. Comme cela est visible en figure 5, la paroi 46 peut comporter des moyens 56 en saillie destinés à coopérer par liaison de formes avec des moyens complémentaires de la paroi du contre-moule pour assurer un bon positionnement des parois au montage.
Comme cela est visible aux figures 4 et 5, la partie médiane de la tige 36 s'étend à travers la première empreinte 42 du moule 40. Selon l'invention, des moyens de support 58 sont prévus dans cette empreinte 42 pour supporter la partie médiane de la tige 36 et la maintenir en position afin de limiter ses déformations lors de l'injection de la pâte dans le moule.
Dans l'exemple représenté, les moyens de support de la tige comprennent un organe 58 en saillie sur le fond de la première empreinte 42 du moule, cet organe étant situé sensiblement à mi-distance de l'évidement 50 et de l'encoche 54 du moule.
Cet organe 58 peut être rapporté et fixé sur le moule 40, comme c'est le cas dans l'exemple représenté, ou bien être formé d'une seule pièce avec le moule. Il peut être réalisé dans le même matériau que le moule, c'est-à-dire en alliage métallique.
L'organe 58 a ici une forme semi-ovoïde et présente à son sommet une encoche 60 de montage de la tige 36. Comme cela est visible en figure 5, cette encoche a en section une forme en L et comprend deux faces 62, 64 planes et sécantes qui s'étendent sensiblement parallèlement à l'axe longitudinal de la tige 36, lorsque cette dernière est montée dans le moule. Ces faces 62, 64 forment un angle de l'ordre de 90 degrés.
La tige céramique 36 est destinée à être en appui sur ces faces 62,
64 par des lignes d'appui, sensiblement parallèles à l'axe de la tige.
La pâte est injectée dans le moule et est destinée à s'écouler dans la première empreinte 42 du moule selon la direction indiquée par la flèche 66. La face 64 de l'encoche 60 est sensiblement perpendiculaire à cette direction, ce qui permet de retenir efficacement la tige 36 en position lorsque la pâte s'écoule autour de la tige, et de limiter ses déformations.
La figure 6 représente un autre mode de réalisation de l'invention dans lequel le moule de l'outillage comprend des moyens 58 de support de quatre tiges céramiques 36, ces moyens de support étant similaires à ceux décrits dans ce qui précède et étant indépendants et à distance les uns des autres.
Après fabrication, le noyau 30 comporte dans sa première partie 32 autant d'évidements que de moyens de support présents dans le moule de fabrication de ce noyau. Dans le cas des figures 4 et 5, le noyau comportera un évidement et, dans les cas de la figure 6, le noyau comportera quatre évidements. Ces évidements ont des formes complémentaires de celles des moyens de support. La présente invention propose un procédé comprenant une étape dans lequel ces évidements sont comblés avec un matériau céramique de rechargement dont la composition est de préférence proche de celle du matériau du noyau.
Comme indiqué précédemment, la pâte injectée dans le moule de la figure 5 peut exercer une force sur la tige 36 dans une direction opposée à celle de la flèche 66. Du fait de la forme de l'encoche 60 de l'organe 58, la tige n'est pas soutenue par l'organe du côté opposé à la face 64 et peut donc se déplacer voire se casser sous l'effort exercé par la pâte.
Les modes de réalisations décrits ci-après remédient à cet inconvénient particulier grâce à un organe de support dont l'encoche de réception de la tige a en section une forme en U ou en C.
La figure 7 représente un premier mode de réalisation dans lequel les éléments déjà décrits dans ce qui précède sont désignés par les mêmes références.
L'organe 58 diffère de celui représenté en figure 5 en ce que son encoche 60' comprend deux faces latérales 64, 65 qui sont sensiblement parallèles entre elles et à l'axe longitudinal de la tige 36 et dont les extrémités inférieures sont reliées entre elles par une face 62 du fond de l'encoche.
En position de montage représentée en figure 7, la tige 36 est destinée à être en appui sur les faces 62, 64 et 65. Toutefois, du fait des tolérances de fabrication des pièces, un jeu de quelques dixièmes ou centièmes de millimètres peut exister entre la tige et les faces 62, 64 et 65.
La tige 36 est ainsi soutenue de chaque côté par l'organe 58 et est maintenue en place même si la pâte injectée dans l'outillage exerce sur la tige des forces latérales sur les deux côtés de la tige (flèches 66 et 66').
Les figures 8 à 10 représentent une variante de réalisation de l'invention dans laquelle l'outillage comprend quatre tiges 36, dont les parties médianes sont supportées par des organes comportant des encoches 60' à section en U ou en C de logement des tiges.
Dans l'exemple représenté, les faces latérales 64, 65 de l'encoche 60' de chaque organe 58 sont reliées par des bords 70 arrondis convexes à des faces supérieures 72 de l'organe (figures 9 et 10). Les faces 64, 65 sont ici légèrement inclinées l'une par rapport à l'autre, ces faces étant plus écartées l'une de l'autre à leurs extrémités supérieures qu'à leurs extrémités inférieures.
Le contre-moule (non représenté) de l'outillage comprend une cale 74 qui est formée en saillie dans une empreinte du moule et qui, en position de montage, est destinée à être en regard de l'un des organes 58 du moule 40. Cette cale 74 a une forme allongée dont le sommet comporte un doigt 76 qui est destiné à être engagé dans la partie supérieure de l'encoche 60' de l'organe 58 et à prendre appui sur la partie médiane de la tige 36.
Comme cela est visible en figure 10, le sommet de la cale 74 a une forme sensiblement complémentaire du sommet de l'organe 58 et prend appui sur les faces 72 supérieures précitées de cet organe.
Une section 78 du noyau à former est schématiquement représentée aux figures 8 à 10. La cale 74 du contre-moule coopère avec un organe 58 du moule qui est situé du côté du bord de fuite du noyau. La cale 74 empêche la tige 36 supportée par cet organe 58 de se déplacer et de sortir de l'encoche de cet organe car on a constaté que la pâte injectée dans l'outillage peut exercer une force sur cette tige dirigée du bas vers le haut et susceptible de déloger la tige de l'encoche de l'organe. La pâte injectée dans l'outillage n'exerce pas une telle force sur les tiges 36 supportées par les autres organes 58, qui peuvent donc ne pas être associées à des cales 74 du contre-moule.
Comme cela est visible dans les dessins, les organes 58 ont de préférence des profils extérieurs arrondis de façon à assurer une fonction de déviation et d'amortissement de l'effort du flux de pâte subi par les tiges 36.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Outillage de fabrication d'un noyau (30) de fonderie, pour la réalisation d'un circuit de refroidissement d'une aube (10) de turbomachine, le noyau comportant une première partie (32) destinée à définir une baignoire (26) de l'aube et au moins une autre partie (34) destinée à définir une cavité interne (20) de l'aube, et au moins une tige (36) qui s'étend entre la première partie et l'autre ou chaque autre partie et qui est destinée à définir un moyen (24) de passage de fluide entre la baignoire et la cavité interne correspondante de l'aube, l'outillage comprenant un moule (40) d'injection d'une pâte et comportant des empreintes (42, 44) de la première partie et de l'autre ou de chaque autre partie du noyau, et des moyens (50, 54) d'appui et/ou d'encastrement des parties d'extrémité de la ou de chaque tige du noyau, l'un des ces moyens étant formé dans une paroi (46) du moule séparant l'empreinte de la première partie du noyau de l'empreinte de la ou de chaque autre partie du noyau, caractérisé en ce qu'il comprend, dans l'empreinte de la première partie du noyau, des moyens (58) de support d'une partie sensiblement médiane de la ou de chaque tige.
2. Outillage selon la revendication 1 , caractérisé en ce que les moyens (58) de support d'une tige (36) sont indépendants des moyens de support de l'autre ou des autres tiges.
3. Outillage selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les moyens de support comprennent au moins un organe (58) en saillie sur le fond de l'empreinte (42) de la première partie (32) du noyau (30).
4. Outillage selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'organe (58) comprend à son sommet une encoche (60, 60') dans laquelle la partie médiane d'une tige (36) est destinée à être engagée.
5. Outillage selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'encoche (60) a une section sensiblement en forme de L.
6. Outillage selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'encoche (60) comprend deux faces (62, 64) planes et sécantes qui sont destinées à être sensiblement parallèles à l'axe longitudinal de la tige (36) correspondante.
7. Outillage selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'encoche (60') a une section sensiblement en forme de U ou de C.
8. Outillage selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'encoche (60') comprend deux faces latérales (64, 65) planes sensiblement parallèles entre elles et à l'axe longitudinal de la tige (36) correspondante.
9. Outillage selon la revendication 8, caractérisé en ce que chacune des faces latérales (64, 65) de l'encoche est reliée à une face supérieure
(72) de l'organe par un bord arrondi (70) convexe.
10. Outillage selon la revendication 5 à 9, caractérisé en ce que l'une des faces (64, 65) de l'encoche (60, 60') est sensiblement perpendiculaire à une direction (66) d'injection de la pâte dans le moule (40).
1 1 . Outillage selon l'une des revendications 3 à 6, caractérisé en ce que l'organe (58) est formé d'une seule pièce avec le moule (40) ou est rapporté et fixé sur ce moule.
12. Outillage selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend un contre-moule qui comporte également des moyens de support d'une partie médiane de la ou de chaque tige (36).
13. Outillage selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend un contre-moule qui comporte des moyens d'immobilisation de la ou de chaque tige (36) dans l'encoche de l'organe correspondant, ces moyens d'immobilisation comportant au moins une cale (74) formée en saillie dans une empreinte du contre-moule et comportant à son sommet un doigt (76) d'engagement dans la partie supérieure de l'encoche et/ou d'appui sur la partie de la tige logée dans cette encoche.
14. Outillage selon la revendication 13, caractérisé en ce que la ou chaque cale (74) comprend des moyens d'appui et de positionnement sur le sommet de l'organe (58) correspondant.
15. Outillage selon la revendication 13 ou 14, caractérisé en ce que le contre-moule comprend un nombre de cales (74) inférieur au nombre d'organes (58) du moule de sorte que seulement certains des organes du moule sont associés à des cales du contre-moule.
16. Outillage selon l'une des revendications 13 à 15, caractérisé en ce que le contre-moule comprend une seule cale (74).
17. Outillage selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de support comprennent au moins trois ou quatre organes (58) en saillie.
18. Outillage selon l'une quelconque des revendications 3 à 17 prises ensemble, caractérisé en ce que le ou chaque organe (58) en saillie a une forme sensiblement ovoïde et/ou des profils extérieurs arrondis aptes à dévier et à amortir l'effort du flux de pâte subi par les tiges (36).
19. Procédé de fabrication d'un noyau (30) de fonderie au moyen de l'outillage selon l'une des revendications précédentes, comprenant des étapes d'injection d'une pâte comportant des charges céramiques dans l'outillage, la solidification et l'extraction du noyau, caractérisé en ce qu'il comprend une étape supplémentaire consistant, après l'extraction du noyau, à combler l'évidement du noyau défini par les moyens de support de l'outillage, par exemple avec un matériau céramique.
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