EP3166739A1 - Procédé améliore de fabrication d'une carapace, pour la réalisation par moulage à cire perdue d'éléments aubagés de turbomachine d'aéronef - Google Patents

Procédé améliore de fabrication d'une carapace, pour la réalisation par moulage à cire perdue d'éléments aubagés de turbomachine d'aéronef

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EP3166739A1
EP3166739A1 EP15742358.3A EP15742358A EP3166739A1 EP 3166739 A1 EP3166739 A1 EP 3166739A1 EP 15742358 A EP15742358 A EP 15742358A EP 3166739 A1 EP3166739 A1 EP 3166739A1
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EP
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shell
coating layer
wax
assembly
forming
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François MARQUES
Wilfrid DOCQUOIS
Eric EBERSCHVEILLER
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    • F05D2230/21—Manufacture essentially without removing material by casting

Definitions

  • Each bladed element may be a sector comprising a plurality of blades, such as a low pressure distributor sector, or may be an individual blade, such as a compressor or turbine moving wheel blade.
  • the invention relates more particularly to the manufacture of the shell in the form of a cluster, in which the metal is intended to be cast in order to obtain the turbomachine bladed elements.
  • the invention relates to all types of aircraft turbomachines, in particular turbojets and turboprops.
  • lost wax precision casting consists of waxing, by injection into tools, a model of each of the desired bladed elements.
  • the assembly of these models on wax casting arms, themselves connected to a metal wax dispenser, makes it possible to form a cluster which is then immersed in different substances in order to form around it a shell of wax.
  • ceramic of substantially uniform thickness. The process is continued by melting the wax, which then leaves its exact imprint in the ceramic, into which the molten metal is poured, via a pouring cup assembled on the metal dispenser. After cooling the metal, the shell is destroyed and the metal parts are separated and finished.
  • This technique offers the advantage of dimensional accuracy, making it possible to reduce or even eliminate certain machining operations. In addition, it offers a very good surface appearance.
  • the carapace is made not only around the wax model, but also around the casting cup assembled to this model.
  • the bucket typically has an end surface on a lid, which surface is downwardly oriented during passage through the drying tunnel to solidify the shell.
  • the whole moving in the tunnel undergoes vibrations.
  • These blocks are then on the ground and need to be evacuated, for example using expensive treadmills.
  • these interventions are also expensive, and may pose health, safety and environmental risks (HSE risks).
  • the invention therefore aims to at least partially overcome the disadvantages mentioned above, relating to the achievements of the prior art.
  • the invention first of all relates to a method for manufacturing a shell for the embodiment by lost-wax molding of a plurality of aircraft turbomachine bladed elements, said shell-shaped cluster comprising a plurality of shell-bladed elements each for obtaining one of said turbomachine-bladed elements, said method comprising the following steps: a) providing an assembly around which the shell is intended to be formed, the assembly comprising a wax model and a device for subsequently forming a metal casting cup, said device having an end surface;
  • the method further comprises, between steps b) and c), the implementation of a step of structuring the coating layer covering said end surface, this structuring step aimed at reinforcing the adhesion between this layer and the shell to be formed, and comprising the production of recesses and projections on the still malleable coating layer.
  • the invention cleverly provides a structuring of the coating layer after deposition, to create a favorable terrain for better adhesion of the shell to be formed around this coating layer.
  • the invention also has at least one of the following optional features, taken alone or in combination.
  • the step of structuring the coating layer is carried out by inserting a plurality of printing elements into said still malleable coating layer, causing the formation of said projections around the printing elements, then by withdrawal of the latter revealing the hollows, each surrounded by one of said projections.
  • the printing elements are pads, preferably with an outer surface head having a generally spherical cap shape, for example a general shape of a half-sphere.
  • the ratio between the maximum outside diameter of each pad, and the outer diameter of the end surface of the device, is less than 20.
  • the number of pads is between 3 and 20.
  • the step of structuring the coating layer is carried out by applying a pressure of a support carrying the plurality of printing elements against said still malleable coating layer. Said pressure application is performed by moving said assembly against the remaining fixed support. Alternatively, it is the support that could be set in motion to come to contact the coating layer, without departing from the scope of the invention.
  • the step of forming the shell around said assembly comprises at least one drying operation carried out at least in part with said end surface oriented downwards, and preferably with said shell, surrounding the assembly, displaced within a drying station.
  • the carapace formation step is performed by dipping.
  • the subject of the invention is also a process for manufacturing by lost-wax molding a plurality of aircraft turbomachine bladed elements, this process comprising the production of a shell by a process as described above, followed by by a casting of metal in the carapace.
  • FIG. 1 shows a perspective view of a turbomachine bladed element to be obtained by the implementation of the method according to the present invention, said bladed element being in the form of a high pressure turbine blade;
  • FIG. 2 represents a perspective view of a wax model used for the manufacture of a shell for producing, by lost-wax molding, vanes of the type of that shown in FIG. 1;
  • FIG. 11 show a schematic view of such a shell obtained by implementing the manufacturing method shown schematically in the previous figures.
  • FIG. 1 An example of a moving blade is shown.
  • this blade 1 high-pressure turbine for aircraft turbomachine.
  • this blade 1 comprises a blade 2 extending from an end 4 forming a blade root, and comprising a platform 8 for delimiting a main stream of gas flow.
  • the aim of the invention is to manufacture the blade 1 from a shell intended to be made by a method specific to the invention, a preferred embodiment of which will now be described with reference to FIGS. 2 to 10.
  • the invention can also be applied to the manufacture of compressor blades, or to the manufacture of compressor or turbine stator blades, made alone or in sectors comprising a plurality of blades.
  • the carapace For the manufacture of the carapace, it is first made a wax model, also called replica, and around which a ceramic shell is intended to be formed later.
  • Fig. 2 the wax model 100 is shown in an upturned position relative to the position in which the shell is then filled with metal. This returned position facilitates the assembly operation of the various constituent elements of the wax model, which will now be described.
  • the model 100 firstly comprises a portion for the distribution of metal, referenced 12a. It takes a full revolutionary form, cylindrical or conical, central axis 14a which coincides with the central axis of the entire model wax 100. This axis 14a is oriented vertically, and therefore considered to represent the direction of height. This distribution portion 12a is directly attached to a specific tool 16, above which it is located.
  • the portion 12a terminates upwardly with a larger diameter end 18a, from which a plurality of portions 20a radially extend for the formation of several sprues.
  • the portions 20a are here three in number, distributed at 120 ° around the axis 14a. Each portion 20a therefore has a first end 21a connected to the widened end 18a of the dispensing portion 12a, and extends straight or slightly curved to a second end 22a.
  • a wax / ceramic holding reinforcement 23a may be provided between the dispensing portion 12a and the second end 22a of the portion 20a.
  • a wax replica of the turbine blade shown in FIG. 1 is attached.
  • This replica therefore comprises a blade 2a extending from one end 4a. forming a blade root, and comprising a platform 8a.
  • the blade replicas have been shown schematically only.
  • this foot 4a could alternatively be arranged at the top, so that once the carapace is turned over to cast the metal, it reaches the foot only after having crossed the blade part.
  • the wax vanes 1a extend upwards, being arranged around the axis 14a, and also around a central wax support 24a extending along the same axis from the end 18a of the portion 12a.
  • the support 24a preferably takes the form of an axis rod 14a, which extends to near the blade heads 2a.
  • a wax / ceramic holding reinforcement 25 a may be provided between the upper end of the central support rod 24a, and the blade head.
  • wax / ceramic retention reinforcements (not shown) can connect together the adjacent blade heads of the different blades 1a.
  • the wax vanes form the peripheral wall of the wax replica 100. They are spaced circumferentially from each other, and define an interior space centered on the axis 14a, which is therefore the central support rod 24a.
  • a device 32a is assembled thereon to subsequently form a metal casting cup in the shell.
  • the device 32a comprises a conically shaped element 34a centered on the axis 14a and flaring downwards from a small section secured to the lower end of the dispensing portion 12a.
  • the conical element 34a is preferably made hollow, and closed at its lower end by a cover 36a, the outer surface 40a forms an end surface of the device 32a.
  • the device 32a could be made full, in a wax intended to be eliminated later during the removal of the wax model 100.
  • reinforcing elements 42a can then be made between the device 32a and the arms 20a.
  • the wax model 100 and the device 32a together form an assembly 200 around which the shell is intended to be formed. Nevertheless, before the step of forming the shell, there is provided a deposition step of a hot wax coating layer, as shown schematically in FIG. 4. This deposition step is also referred to as "dip". seal ". It aims to partially soak the assembly 200 in a tray 44 of liquid hot wax 46, so as to allow good adhesion of the shell formed later. As an indication, the soaking is here carried out so as to immerse all of the device 32a in the hot wax 46, and possibly a lower part of the wax model 100. Also, after this soaking step, a wax coating layer hot 46 covers the entire end surface 40a defined by the cover 36a of the device 32a, as shown schematically in Figure 5.
  • a warm wax coating layer 46 also covers the outer surface of the conical element 34a.
  • One of the peculiarities of the invention consists in structuring at least the layer 46 covering the end surface 40a, when this layer is still malleable, that is to say before it has been completely cooled.
  • a tool as shown in Figures 5, 5a, 5b and 6. It is a support 50 carrying a plurality of printing elements 52 in the form of pads, with a head of outer surface 54 semi-spherical.
  • the number of these pads 52, their size and their disposition are selected according to the needs met.
  • the number of pads 52 projecting from the support 50 may be between 3 and 20, while the ratio between their outer diameter D1 and the outside diameter D2 of the cover is preferably less than 20.
  • the assembly 200 is moved against the support 52 remaining fixed on a dedicated station 58, shown schematically in Figure 6.
  • the displacement of the assembly 200 against the support 50 carrying the pads 52 is preferably vertically downwardly, with the end surface 40a oriented horizontally.
  • the pressure applied causes the pads 52 to be inserted in the layer 46, creating around them a backflow of wax.
  • This discharge in the form of a bead surrounding each pad 52, generates a projection 60.
  • the latter give way to the recesses 62 shown in Figure 7, each recess being surrounded by a projection 60.
  • the depth of the recesses 62 is less than the thickness of the coating layer 46, so that wax is in the bottom of each recess.
  • the structuring made possible, in a clever and inexpensive way, to reinforce the adhesion between the layer 46 covering the end surface 40a of the cover 36a, and the shell intended to be formed later.
  • This structuring is added to the optional presence of an initial structuring of the end surface 40a of the lid 36a, for example by means of an embossing 64 as visible in FIG. 7.
  • this embossing 64 is covered by the coating layer 46, which tends to attenuate the reliefs of the embossing, and thus to reduce the adhesion.
  • the structuring of the invention generated after the deposition of the layer coating 46, can effectively enhance the adhesion of this layer to the carapace formed later.
  • the step of forming the ceramic shell is then implemented by dipping the assembly 200 in successive baths 68, one of which is schematized on the This step is known as such and will therefore not be further described, apart from the fact that during its production, the shell 300 in formation is deposited in the hollows 62 and around the beads 60 of the coating layer 46. These elements act as anchoring points of the carapace, thus promoting its adhesion to the cover 36a.
  • At least one drying operation is performed to harden it.
  • This operation shown diagrammatically in FIG. 10, consists in scrolling one or more shells 300 into a drying station, also called a drying tunnel 70, with the shells 300 suspended above the ground 72.
  • a drying station also called a drying tunnel 70
  • the end surface 40a of the cover is oriented horizontally, downwards, but the risks of stalling of shell blocks is greatly reduced by the structuring 60, 62 previously made on the coating layer 46 covering the surface of the shell. end 40a.
  • the shell 300 which is obtained is shown schematically in FIG. 11. It also has a general shape of a cluster, and of course includes elements similar to those of the wax replica 100 and the device 32a mentioned above. These shell elements will now be described, with the carapace shown in a returned position relative to the position in which it is then filled with metal.
  • bucket 32b It is first bucket 32b, then the metal distributor, referenced 12b.
  • the latter therefore has a hollow, cylindrical or conical, hollow shape with a central axis 14b coinciding with the central axis of the shell 300.
  • This axis 14b is oriented vertically, and therefore considered as representing the direction of the height.
  • the distributor 12b terminates upwardly with a hollow end 18b of larger diameter, from which a plurality of metal casting arms 20b radially extend.
  • the arms 20b are here three in number, distributed at 120 ° around the axis 14b.
  • Each arm 20b therefore has a first end 21b connected to the widened end of the distributor 12b, and extends straight or slightly curved to a second end 22b.
  • Each arm 20b is therefore intended to be hollow and form a metal supply conduit after removal of the wax 20a.
  • a holding reinforcement 23b may be provided between the dispensing portion 12b and the second end 22b of each arm 20b.
  • each second end 22b there is a bladed shell member 1b.
  • These elements lb are said to be bladed because after elimination of the wax replica 1a, they each internally form an imprint corresponding to one of the blades 1.
  • the bladed element lb also known as the blade of a shell, thus comprises a blade portion 2b delimiting adjacent blade cavities, this portion 2b extending from an end 4b forming a blade root, and comprising a platform 8b.
  • the shell vanes lb have been shown only schematically.
  • the bladed elements Ib thus extend upwards, being arranged around the axis 14b, and also around a central support 24b extending along the same axis from the end 18b of the distributor 12b.
  • the support 24b preferably takes the form of a hollow cylinder of axis 14b, which extends to near the ends 6b of the bladed elements 1b.
  • a holding reinforcement 25b may be provided between the upper end of the central support rod 24b, and the blade head.
  • wax / ceramic holding reinforcements (not shown) can connect the adjacent blade heads of the different shell blades lb. to each other.
  • reinforcing elements 42b are arranged between the bucket 32b and the casting arms 20b.
  • the shell is preheated at high temperature in a dedicated oven, for example at 1150 ° C, to promote the fluidity of the metal in the shell during casting.
  • metal leaving a melting furnace is poured into the cavities via the bucket 32b shown, with the shell in the inverted position relative to that shown in FIG. 11, that is to say with the bucket 32b open upwards and always the axis 14b oriented vertically.
  • the molten metal therefore successively borrows the bucket 32b, the distributor 12b, the casting arms 20b, then the bladed shell elements lb, simply flowing by gravity.
  • the central support 24b preferably has its end closed so as not to be filled with metal, and so that the cast metal necessarily passes through the arms 20b before entering the bladed elements lb.
  • the reinforcements 23b, 25b, 42b are preferably solid, ceramic, and therefore not traversed by the molten metal during casting in the shell 300.
  • the shell After cooling the metal, the shell is destroyed, and the blades 1 are separated from the cluster for possible machining and finishing operations and control.

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Abstract

L'invention concerne un procédé de fabrication d'une carapace pour la réalisation par moulage à cire perdue d'éléments aubagés (1) de turbomachine d'aéronef, comprenant les étapes suivantes : a) réalisation d'un ensemble (200) comprenant un modèle en cire (100) ainsi qu'un dispositif destiné à former un godet de coulée de métal (32b) et présentant une surface d'extrémité (40a); b) dépôt d'une couche d'enrobage en cire chaude sur au moins une partie de la surface d'extrémité (40a); c) formation de la carapace autour de l'ensemble (200). De plus, le procédé comprend, entre les étapes b) et c), la mise en œuvre d'une étape de structuration de la couche d'enrobage visant à renforcer l'adhérence entre cette couche (46) et la carapace, et comprenant la réalisation de creux (62) et de saillies (60) sur la couche d'enrobage encore malléable.

Description

PROCEDE AMELIORE DE FABRICATION D'UNE CARAPACE, POUR LA REALISATION PAR MOULAGE A CIRE PERDUE D'ELEMENTS AUBAGES DE TURBOMACHINE D'AERONEF
DESCRIPTION
DOMAINE TECHNIQUE
L'invention se rapporte au domaine de la fabrication en grappe d'éléments aubagés de turbomachine d'aéronef, par la technique de moulage à cire perdue. Chaque élément aubagé peut être un secteur comprenant une pluralité de pales, tel qu'un secteur de distributeur basse pression, ou bien être une aube individuelle, telle qu'une aube de roue mobile de compresseur ou de turbine.
L'invention concerne plus particulièrement la fabrication de la carapace en forme de grappe, da ns laquelle le métal est destiné à être coulé pour l'obtention des éléments aubagés de turbomachine.
L'invention concerne tous les types de turbomachines d'aéronef, en particulier les turboréacteurs et les turbopropulseurs.
ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE
De l'art antérieur, il est connu d'utiliser la technique de moulage à cire perdue pour fabriquer simultanément plusieurs éléments aubagés de turbomachine d'aéronef, tels que des aubes mobiles. Une telle technique est par exemple décrite dans le document FR 2 985 924.
Pour rappel, le moulage de précision à la cire perdue consiste à réaliser en cire, par injection dans des outillages, un modèle de chacun des éléments aubagés désirés. L'assemblage de ces modèles sur des bras de coulée également en cire, eux-mêmes raccordés à un distributeur de métal en cire, permet de constituer une grappe qui est ensuite plongée dans différentes substances afin de former autour de celle-ci une carapace de céramique d'épaisseur sensiblement uniforme. Le procédé est poursuivi en faisant fondre la cire, qui laisse alors son empreinte exacte dans la céramique, dans laquelle le métal en fusion est versé, via un godet de coulée assemblé sur le distributeur de métal. Après refroidissement du métal, la carapace est détruite et les pièces en métal sont séparées et parachevées.
Cette technique offre l'avantage d'une précision dimensionnelle, permettant de réduire voire de supprimer certains usinages. De plus, elle offre un très bon aspect de surface.
En pratique, la carapace est réalisée non seulement autour du modèle en cire, mais également autour du godet de coulée assemblé à ce modèle. Le godet présente habituellement une surface d'extrémité située sur un couvercle, cette surface étant orientée vers le bas durant le passage à travers le tunnel de séchage visant à solidifier la carapace. Au cours de ce séchage, l'ensemble en mouvement dans le tunnel subit des vibrations. A cause de ces vibrations et de la masse importante de la partie de la carapace recouvra nt le couvercle du godet, il est souvent observé des chutes de blocs de carapace. Ces blocs se retrouvent alors au sol et nécessitent d'être évacués, par exemple à l'aide de tapis roulants coûteux. Alternativement, pour l'évacuation de ces blocs en dehors de l'installation, il peut être mis en œuvre des interventions fréquentes de nettoyage. Cependant, ces interventions sont également coûteuses, et susceptibles de présenter des risques en matière de santé, de sécurité et d'environnement (risques SSE). EXPOSÉ DE L'INVENTION
L'invention a donc pour but de remédier au moins partiellement aux inconvénients mentionnés ci-dessus, relatifs aux réalisations de l'art antérieur.
Pour ce faire, l'invention a tout d'abord pour objet un procédé de fabrication d'une carapace pour la réalisation par moulage à cire perdue d'une pluralité d'éléments aubagés de turbomachine d'aéronef, ladite carapace en forme de grappe comprenant une pluralité d'éléments aubagés de carapace chacun destiné à l'obtention de l'un desdits éléments aubagés de turbomachine, ledit procédé comprenant les étapes suivantes : a) réalisation d'un ensemble autour duquel la carapace est destinée à être formée, l'ensemble comprenant un modèle en cire ainsi qu'un dispositif destiné à former ultérieurement un godet de coulée de métal, ledit dispositif présentant une surface d'extrémité ;
b) dépôt d'une couche d'enrobage en cire chaude autour d'au moins une partie dudit ensemble, de manière à ce que ladite couche d'enrobage recouvre au moins une partie de la surface d'extrémité du dispositif destiné à former ultérieurement le godet de coulée de métal ; puis
c) formation de la carapace autour dudit ensemble.
Selon l'invention, le procédé comprend de plus, entre les étapes b) et c), la mise en œuvre d'une étape de structuration de la couche d'enrobage recouvrant ladite surface d'extrémité, cette étape de structuration visant à renforcer l'adhérence entre cette couche et la carapace à former, et comprenant la réalisation de creux et de saillies sur la couche d'enrobage encore malléable.
Ainsi, l'invention prévoit astucieusement de réaliser une structuration de la couche d'enrobage après son dépôt, afin de créer un relief propice à une meilleure adhérence de la carapace destinée à être formée autour de cette couche d'enrobage.
Les risques de chute de blocs de carapace sont ainsi considérablement réduits. De ce fait, il n'est plus nécessaire de mettre en œuvre des moyens coûteux d'évacuation des blocs tombés au sol, comme des tapis roulants tels que proposés dans l'art antérieur. Il en découle avantageusement une réduction des coûts de l'installation dédiée à la mise en œuvre du procédé de fabrication de la carapace.
L'invention présente par ailleurs au moins l'une des caractéristiques optionnelles suivantes, prises isolément ou en combinaison.
L'étape de structuration de la couche d'enrobage est mise en œuvre par insertion d'une pluralité d'éléments d'impression dans ladite couche d'enrobage encore malléable, provoquant la formation desdites saillies autour des éléments d'impression, puis par retrait de ces derniers laissant apparaître les creux, chacun entouré par l'une desdites saillies. Les éléments d'impression sont des plots, de préférence avec une tête de surface extérieure présentant une forme générale de calotte sphérique, par exemple une forme générale de demi-sphère.
Le rapport entre le diamètre maximal extérieur de chaque plot, et le diamètre extérieur de la surface d'extrémité du dispositif, est inférieur à 20.
Le nombre de plots est compris entre 3 et 20.
L'étape de structuration de la couche d'enrobage est mise en œuvre par application d'une pression d'un support portant la pluralité d'éléments d'impression, contre ladite couche d'enrobage encore malléable. Ladite application de pression est réalisée par déplacement dudit ensemble, contre le support restant fixe. Alternativement, c'est le support qui pourrait être mis en mouvement pour venir contacter la couche d'enrobage, sans sortir du cadre de l'invention.
L'étape de formation de la carapace autour dudit ensemble comprend au moins une opération de séchage réalisée au moins en partie avec ladite surface d'extrémité orientée vers le bas, et de préférence avec ladite carapace, entourant l'ensemble, déplacée au sein d'un poste de séchage.
L'étape de formation de la carapace est réalisée par trempage.
L'invention a également pour objet un procédé de fabrication par moulage à cire perdue d'une pluralité d'éléments aubagés de turbomachine d'aéronef, ce procédé comprenant la réalisation d'une carapace par un procédé tel que décrit ci-dessus, suivie par une coulée de métal dans la carapace.
D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront dans la description détaillée non limitative ci-dessous.
BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS Cette description sera faite au regard des dessins annexés parmi lesquels :
- la figure 1 représente une vue en perspective d'un élément aubagé de turbomachine destiné à être obtenu par la mise en œuvre du procédé selon la présente invention, ledit élément aubagé se présentant sous la forme d'une aube mobile de turbine haute pression ; - la figure 2 représente une vue en perspective d'un modèle en cire servant à la fabrication d'une carapace pour la réalisation, par moulage à cire perdue, d'aubes du type de celle montrée sur la figure 1 ;
- les figures 3 à 10 représentent schématiquement différentes étapes du procédé de fabrication de la carapace ; et
- la figure 11 représentent une vue schématique d'une telle carapace obtenue par mise en œuvre du procédé de fabrication schématisé sur les figures précédentes.
EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PRÉFÉRÉS En référence à la figure 1, il est représenté un exemple d'une aube mobile
1 de turbine haute pression pour turbomachine d'aéronef. De façon conventionnelle, cette aube 1 comprend une pale 2 s' étendant à partir d'une extrémité 4 formant un pied d'aube, et comprenant une plateforme 8 destinée à délimiter une veine principale de circulation des gaz.
L'invention vise à fabriquer l'aube mobile 1 à partir d'une carapace destinée à être réalisée par un procédé spécifique à l'invention, dont un mode de réalisation préféré va à présent être décrit en référence aux figures 2 à 10. Néanmoins, il est noté que l'invention peut également s'appliquer à la fabrication d'aubes mobiles de compresseur, ou encore à la fabrication d'aubes de stator de compresseur ou de turbine, réalisées isolément ou par secteurs comprenant plusieurs aubes.
Pour la fabrication de la carapace, il est tout d'abord réalisé un modèle en cire, également dénommé réplique, et autour duquel une carapace de céramique est destinée à être formée ultérieurement.
Sur la figure 2, le modèle en cire 100 est représenté dans une position retournée par rapport à la position dans laquelle la carapace est ensuite remplie de métal. Cette position retournée facilite l'opération d'assemblage des différents éléments constitutifs du modèle en cire, qui vont à présent être décrits.
Le modèle 100 comporte tout d'abord une portion pour la distribution de métal, référencée 12a. Elle prend une forme pleine révolutionnaire, cylindrique ou conique, d'axe central 14a qui coïncide avec l'axe central de l'ensemble du modèle en cire 100. Cet axe 14a est orienté verticalement, et donc considéré comme représentant la direction de la hauteur. Cette portion de distribution 12a est fixée directement à un outillage spécifique 16, au-dessus duquel elle se trouve.
La portion 12a se termine vers le haut par une extrémité 18a de diamètre plus élevé, à partir de laquelle s'étendent radialement une pluralité de portions 20a pour la formation de plusieurs bras de coulée. Les portions 20a sont ici au nombre de trois, réparties à 120° autour de l'axe 14a. Chaque portion 20a comporte donc une première extrémité 21a raccordée à l'extrémité élargie 18a de la portion de distribution 12a, et s'étend de façon droite ou légèrement courbe jusqu'à une seconde extrémité 22a.
Pour chaque portion formant bras 20a, un renfort de maintien en cire/céramique 23a peut être prévu entre la portion de distribution 12a et la seconde extrémité 22a de la portion 20a.
De plus, à partir de chaque seconde extrémité 22a, il est fixé une réplique en cire la de l'aube de turbine représentée sur la figure 1. Cette réplique la comprend donc une pale 2a, s'étendant à partir d'une extrémité 4a formant un pied d'aube, et comprenant une plateforme 8a. Sur la figure 2, les répliques d'aubes la ont été représentées uniquement de façon schématique.
Il est noté que si les répliques la ont été représentées avec le pied d'aube 4a agencé en bas par rapport à la pale 2a dans la position de la figure 3, ce pied 4a pourrait alternativement être agencé en haut, de manière à ce qu'une fois la carapace retournée pour effectuer la coulée du métal, celui-ci atteigne le pied uniquement après avoir traversé la partie pale.
Les aubes en cire la s'étendent vers le haut, en étant disposées autour de l'axe 14a, et également autour d'un support central en cire 24a s'étendant selon ce même axe à partir de l'extrémité 18a de la portion de distribution 12a. Le support 24a prend préférentiellement la forme d'une tige d'axe 14a, qui s'étend jusqu'à proximité des têtes de pale 2a.
Comme cela est visible sur la figure 2, pour chaque aube en cire la, un renfort de maintien en cire/céramique 25a peut être prévu entre l'extrémité haute de la tige centrale de support 24a, et la tête de pale. De la même manière, des renforts de maintien en cire/céramique (non représentés) peuvent relier entre elles les têtes de pale adjacentes des différentes aubes la.
Les aubes en cire la forment la paroi périphérique de la réplique en cire 100. Elles sont espacées circonférentiellement les unes des autres, et définissent un espace intérieur centré sur l'axe 14a, dans lequel se trouve donc la tige centrale de support 24a.
Comme cela a été schématisé sur la figure 3, une fois la réplique en cire 100 réalisée, il est assemblé sur celle-ci un dispositif 32a destiné à former ultérieurement un godet de coulée de métal dans la carapace. Le dispositif 32a comprend un élément 34a de forme conique centré sur l'axe 14a et s'évasant vers le bas à partir d'une section de petite taille solidarisée à l'extrémité basse de la portion de distribution 12a. L'élément conique 34a est de préférence réalisé creux, et fermé à son extrémité basse par un couvercle 36a, dont la surface extérieure 40a forme une surface d'extrémité du dispositif 32a. Alternativement, le dispositif 32a pourrait être réalisé plein, dans une cire destinée à être éliminée ultérieurement lors de l'élimination du modèle en cire 100.
Eventuellement, des éléments de renfort 42a peuvent ensuite être réalisés entre le dispositif 32a et les bras 20a.
Le modèle en cire 100 et le dispositif 32a forment conjointement un ensemble 200 autour duquel la carapace est destinée à être formée. Néanmoins, avant l'étape de formation de la carapace, il est prévu une étape de dépôt d'une couche d'enrobage en cire chaude, tel que cela a été schématisé sur la figure 4. Cette étape de dépôt est également dénommée « dip seal ». Elle vise à tremper partiellement l'ensemble 200 dans un bac 44 de cire chaude liquide 46, de manière à permettre une bonne adhérence de la carapace formée ultérieurement. A titre indicatif, le trempage est ici effectué de manière à immerger la totalité du dispositif 32a dans la cire chaude 46, et éventuellement une partie basse du modèle en cire 100. Aussi, après cette étape de trempage, une couche d'enrobage en cire chaude 46 recouvre la totalité de la surface d'extrémité 40a définie par le couvercle 36a du dispositif 32a, comme cela a été schématisé sur la figure 5. Une couche d'enrobage en cire chaude 46 recouvre également la surface extérieure de l'élément conique 34a. L'une des particularités de l'invention consiste à structurer au moins la couche 46 recouvrant la surface d'extrémité 40a, lorsque cette couche est encore malléable, c'est-à-dire avant qu'elle ait été totalement refroidie.
Pour ce faire, il est prévu un outillage tel que montré sur les figures 5, 5a, 5b et 6. Il s'agit d'un support 50 portant une pluralité d'éléments d'impression 52 en forme de plots, avec une tête de surface extérieure 54 semi-sphérique. Le nombre de ces plots 52, leur taille et leur disposition sont retenus en fonction des besoins rencontrés. A titre d'exemple indicatif, le nombre de plots 52 faisant saillie du support 50 peut être compris entre 3 et 20, tandis que le rapport entre leur diamètre extérieur Dl et le diamètre extérieur D2 du couvercle est préférentiellement inférieur à 20.
Pour effectuer l'étape de structuration de la couche d'enrobage 46, l'ensemble 200 est déplacé contre le support 52 restant fixe sur un poste dédié 58, schématisé sur la figure 6. Le déplacement de l'ensemble 200 contre le support 50 portant les plots 52 s'effectue de préférence verticalement vers le bas, avec la surface d'extrémité 40a orientée horizontalement. La pression appliquée a pour conséquence que les plots 52 s'insèrent dans la couche 46, en créant autour d'eux un refoulement de cire. Ce refoulement, en forme de bourrelet entourant chaque plot 52, génère une saillie 60. Après retrait des plots 52, ces derniers laissent place à des creux 62 montrés sur la figure 7, chaque creux étant entouré d'une saillie 60.
La profondeur des creux 62 est inférieure à l'épaisseur de la couche d'enrobage 46, de manière à ce que de la cire se trouve dans le fond de chaque creux. La structuration opérée permet, d'une manière astucieuse et peu coûteuse, de renforcer l'adhérence entre la couche 46 recouvrant la surface d'extrémité 40a du couvercle 36a, et la carapace destinée à être formée ultérieurement. Cette structuration s'ajoute à la présence optionnelle d'une structuration initiale de la surface d'extrémité 40a du couvercle 36a, par exemple à l'aide d'un gaufrage 64 tel que visible sur la figure 7. Il doit cependant être précisé que ce gaufrage 64 est recouvert par la couche d'enrobage 46, qui a tendance à atténuer les reliefs du gaufrage, et donc à en diminuer le pouvoir d'adhérence. La structuration propre à l'invention, générée postérieurement au dépôt de la couche d'enrobage 46, permet de renforcer efficacement le pouvoir d'adhérence de cette couche à la carapace formée ultérieurement.
A cet égard, en référence aux figures 8 et 9, il est ensuite mis en œuvre l'étape de formation de la carapace en céramique, par trempage de l'ensemble 200 dans des bains successifs 68, dont l'un est schématisé sur la figure 8. Cette étape est connue en tant que telle et ne sera donc pas davantage décrite, mis à part le fait qu'au cours de sa réalisation, la carapace 300 en formation se dépose dans les creux 62 et autour des bourrelets 60 de la couche d'enrobage 46. Ces éléments agissent comme des points d'ancrage de la carapace, favorisant ainsi son adhérence au couvercle 36a.
Durant la formation de la carapace 300, il est réalisé au moins une opération de séchage visant à la durcir. Cette opération, schématisée sur la figure 10, consiste à faire défiler une ou plusieurs carapaces 300 dans au sein d'un poste de séchage également dit tunnel de séchage 70, avec les carapaces 300 suspendues au-dessus du sol 72. Lors de cette mise en mouvement, la surface d'extrémité 40a du couvercle est orientée horizontalement, vers le bas, mais les risques de décrochage de blocs de carapace est fortement réduit par la structuration 60, 62 préalablement réalisée sur la couche d'enrobage 46 recouvrant la surface d'extrémité 40a.
Après le séchage, la carapace 300 qui est obtenue est représentée schématiquement sur la figure 11. Elle présente également une forme générale de grappe, et comporte bien entendu des éléments similaires à ceux de la réplique en cire 100 et du dispositif 32a précités. Ces éléments de carapace vont à présent être décrits, avec la carapace représentée dans une position retournée par rapport à la position dans laquelle elle est ensuite remplie de métal.
Il s'agit d'abord du godet 32b, puis du distributeur de métal, référencée 12b. Ce dernier présente donc une forme révolutionnaire creuse, cylindrique ou conique, d'axe central 14b qui coïncide avec l'axe central de la carapace 300. Cet axe 14b est orienté verticalement, et donc considéré comme représentant la direction de la hauteur.
Le distributeur 12b se termine vers le haut par une extrémité creuse 18b de diamètre plus élevé, à partir de laquelle s'étendent radialement une pluralité de bras de coulée de métal 20b. Les bras 20b sont ici au nombre de trois, répartis à 120° autour de l'axe 14b. Chaque bras 20b comporte donc une première extrémité 21b raccordée à l'extrémité élargie du distributeur 12b, et s'étend de façon droite ou légèrement courbe jusqu'à une seconde extrémité 22b.
Chaque bras 20b est donc prévu pour être creux et former un conduit d'amenée de métal après élimination de la cire 20a. Ici aussi, un renfort de maintien 23b peut être prévu entre la portion de distribution 12b et la seconde extrémité 22b de chaque bras 20b.
A partir de chaque seconde extrémité 22b, se trouve un élément aubagé de carapace lb. Ces éléments lb sont dits aubagés car après élimination de la réplique en cire la, ils forment chacun intérieurement une empreinte correspondant à l'une des aubes 1.
L'élément aubagé lb, également dit aube de carapace, comprend ainsi une partie de pale 2b délimitant des empreintes de pales adjacentes, cette partie 2b s'étendant à partir d'une extrémité 4b formant un pied d'aube, et comprenant une plateforme 8b. Sur la figure 11, les aubes de carapace lb ont été représentées uniquement de façon schématique.
Les éléments aubagés lb s'étendent donc vers le haut, en étant disposés autour de l'axe 14b, et également autour d'un support central 24b s'étendant selon ce même axe à partir de l'extrémité 18b du distributeur 12b. Le support 24b prend préférentiellement la forme d'un cylindre creux d'axe 14b, qui s'étend jusqu'à proximité des extrémités 6b des éléments aubagés lb.
De plus, pour chaque élément aubagé lb, un renfort de maintien 25b peut être prévu entre l'extrémité haute de la tige centrale de support 24b, et la tête de pale. De la même manière, des renforts de maintien en cire/céramique (non représentés) peuvent relier entre elles les têtes de pale adjacentes des différentes aubes de carapace lb. Enfin, des éléments de renforts 42b sont agencés entre le godet 32b et les bras de coulée 20b.
Après l'obtention de la carapace 300 et l'élimination de la réplique en cire 100 enfermée dans celle-ci, ainsi que le retrait du couvercle fermant initialement le godet, la carapace est préchauffée à haute température dans un four dédié, par exemple à 1150°C, afin de favoriser la fluidité du métal dans la carapace pendant la coulée.
A la sortie du préchauffage de la carapace, du métal sortant d'un four de fusion est coulé dans les empreintes via le godet 32b représenté, avec la carapace en position retournée par rapport à celle montrée sur la figure 11, c'est-à-dire avec le godet 32b ouvert vers le haut et toujours l'axe 14b orienté verticalement.
Le métal en fusion emprunte donc successivement le godet 32b, le distributeur 12b, les bras de coulée 20b, puis les éléments aubagés de carapace lb, en s'écoulant simplement par gravité. Il est noté qu'antérieurement à la coulée, le support central 24b a de préférence son extrémité obturée afin de ne pas être rempli de métal, et de sorte que le métal coulé passe nécessairement par les bras 20b avant d'entrer dans les éléments aubagés lb. Les renforts 23b, 25b, 42b sont préférentiellement pleins, en céramique, donc non traversés par le métal en fusion lors de la coulée dans la carapace 300.
Après le refroidissement du métal, la carapace est détruite, puis les aubes mobiles 1 sont séparées de la grappe pour d'éventuels usinages et opérations de finition et de contrôle.
Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme du métier à l'invention qui vient d'être décrite, uniquement à titre d'exemples non limitatifs.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de fabrication d'une carapace (300) pour la réalisation par moulage à cire perdue d'une pluralité d'éléments aubagés (1) de turbomachine d'aéronef, ladite carapace en forme de grappe comprenant une pluralité d'éléments aubagés de carapace (lb) chacun destiné à l'obtention de l'un desdits éléments aubagés de turbomachine (1), ledit procédé comprenant les étapes suivantes :
a) réalisation d'un ensemble (200) autour duquel la carapace est destinée à être formée, l'ensemble comprenant un modèle en cire (100) ainsi qu'un dispositif (32a) destiné à former ultérieurement un godet de coulée de métal (32b), ledit dispositif présentant une surface d'extrémité (40a) ;
b) dépôt d'une couche d'enrobage (46) en cire chaude autour d'au moins une partie dudit ensemble (200), de manière à ce que ladite couche d'enrobage (46) recouvre au moins une partie de la surface d'extrémité (40a) du dispositif destiné à former ultérieurement le godet de coulée de métal ; puis
c) formation de la carapace (300) autour dudit ensemble (200) ;
caractérisé en ce que le procédé comprend de plus, entre les étapes b) et c), la mise en œuvre d'une étape de structuration de la couche d'enrobage (46) recouvrant ladite surface d'extrémité (40a), cette étape de structuration visant à renforcer l'adhérence entre cette couche (46) et la carapace à former, et comprenant la réalisation de creux (62) et de saillies (60) sur la couche d'enrobage encore malléable.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'étape de structuration de la couche d'enrobage (46) est mise en œuvre par insertion d'une pluralité d'éléments d'impression (52) dans ladite couche d'enrobage encore malléable, provoquant la formation desdites saillies (60) autour des éléments d'impression, puis par retrait de ces derniers laissant apparaître les creux (62), chacun entouré par l'une desdites saillies (60).
3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que les éléments d'impression sont des plots (52), de préférence avec une tête de surface extérieure (54) présentant une forme générale de calotte sphérique.
4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que le rapport entre le diamètre maximal extérieur (Dl) de chaque plot (52), et le diamètre extérieur (D2) de la surface d'extrémité (40a) du dispositif (32a), est inférieur à 20.
5. Procédé selon la revendication 3 ou la revendication 4, caractérisé en ce que le nombre de plots (52) est compris entre 3 et 20.
6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que l'étape de structuration de la couche d'enrobage (46) est mise en œuvre par application d'une pression d'un support (50) portant la pluralité d'éléments d'impression (52), contre ladite couche d'enrobage (46) encore malléable.
7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que ladite application de pression est réalisée par déplacement dudit ensemble (200), contre le support (50) restant fixe.
8. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'étape de formation de la carapace (300) autour dudit ensemble (200) comprend au moins une opération de séchage réalisée au moins en partie avec ladite surface d'extrémité (40a) orientée vers le bas, et de préférence avec ladite carapace, entourant l'ensemble, déplacée au sein d'un poste de séchage (70).
9. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'étape de formation de la carapace (300) est réalisée par trempage.
10. Procédé de fabrication par moulage à cire perdue d'une pluralité d'éléments aubagés (1) de turbomachine d'aéronef, caractérisé en ce qu'il comprend la réalisation d'une carapace (300) par un procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, suivie par une coulée de métal dans la carapace.
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