EP3953082A1 - Procede de fabrication d'une pluralite de secteurs de distributeur par fonderie - Google Patents

Procede de fabrication d'une pluralite de secteurs de distributeur par fonderie

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Publication number
EP3953082A1
EP3953082A1 EP20731165.5A EP20731165A EP3953082A1 EP 3953082 A1 EP3953082 A1 EP 3953082A1 EP 20731165 A EP20731165 A EP 20731165A EP 3953082 A1 EP3953082 A1 EP 3953082A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
cavity
blade
cluster
shell
mold
Prior art date
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Pending
Application number
EP20731165.5A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Ngadia Taha NIANE
Saïd BOUKERMA
Camille Mettoux
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Safran SA
Original Assignee
Safran SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Safran SA filed Critical Safran SA
Publication of EP3953082A1 publication Critical patent/EP3953082A1/fr
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22C—FOUNDRY MOULDING
    • B22C9/00—Moulds or cores; Moulding processes
    • B22C9/02—Sand moulds or like moulds for shaped castings
    • B22C9/04—Use of lost patterns
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D27/00—Treating the metal in the mould while it is molten or ductile ; Pressure or vacuum casting
    • B22D27/04—Influencing the temperature of the metal, e.g. by heating or cooling the mould
    • B22D27/045—Directionally solidified castings
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22C—FOUNDRY MOULDING
    • B22C9/00—Moulds or cores; Moulding processes
    • B22C9/06—Permanent moulds for shaped castings
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22C—FOUNDRY MOULDING
    • B22C9/00—Moulds or cores; Moulding processes
    • B22C9/22—Moulds for peculiarly-shaped castings
    • B22C9/24—Moulds for peculiarly-shaped castings for hollow articles

Definitions

  • manufacture of metal turbomachine parts by foundry It relates more particularly to a method of manufacturing a plurality of monocrystalline distributor sectors each comprising at least one blade extending between two platforms.
  • FIG. 1 shows for example a single-bladed distributor sector 1.
  • FIG. 2 shows for example a two-bladed distributor sector 2.
  • a distributor sector generally comprises one or more blades 3 which extend between two platforms 4 delimiting the duct. flow of the gas stream. Due to their complex shape, and in order to obtain a monocrystalline part, it is often necessary to develop ceramic molds comprising artifices such as grain supply conduits connecting a single crystal grain supply device to different parts of the mold cavity, and in particular to the part intended to form the blade (s) of the distributor sector.
  • FIG. 3 shows a view of the internal volume of a mold 5 for manufacturing a two-bladed distributor sector 2 such as that of FIG. 2, comprising a grain supplier device 6 housing here a monocrystalline seed connected to the parts 7 of the mold cavity intended to form the blades 3 by grain supply ducts 8.
  • the invention relates to a method of manufacturing a plurality of monocrystalline distributor sectors each comprising at least a first blade extending between two platforms, the method comprising the casting of a molten metal in a plurality of molds ceramics distributed in a cluster around an axis, and the directed solidification of the metal cast in a furnace comprising a radiating heating element configured to be disposed around the cluster, a solidification front of the metal progressing in each mold in a direction parallel to the axis of the cluster during directed solidification, in which each mold comprises:
  • a first shell delimiting a first mold cavity of a distributor sector, the first cavity having parts forming the platforms of the distributor sector, and a part forming a first blade having a external face with respect to the axis of the cluster corresponding to an extrados face of the first blade, a first edge and a second edge corresponding respectively to a leading edge and to a trailing edge of the first blade, the first edge being located upstream of the second edge with respect to the direction of progression of the solidification front, and
  • each mold further comprises a second shell separated from the first shell and located upstream of the latter with respect to the direction of progression of the solidification front, the second shell defining a second mold cavity of a blade dummy connected to the grain supply device, the second cavity having a face corresponding to an extrados face of the dummy blade parallel to the external face of the first cavity.
  • the method according to the invention differs in particular from the methods of the prior art by the use of molds provided with mold cavities of dummy blades.
  • the presence of these dummy blades makes it possible to form an anti-radiation heat shield for each sector of the molded distributor, in particular for the blade or blades thereof, during the directed solidification of the cast metal.
  • the separation between the first and the second shell prevents thermal bridges between them.
  • the aforementioned characteristics second molding shell of a dummy blade, and separation of the first and second shell), in particular, thus make it possible to drastically reduce the formation of parasitic grains and the number of parts rejected because of them. .
  • each dummy blade can be independent, that is to say is not connected to platforms.
  • the part of each first cavity forming a first blade can only be in communication with the parts of said cavity forming the platforms.
  • each mold may be devoid of a grain supply duct between the grain supplying device and the part forming the first blade, and between the grain supplying device and a second blade, if applicable.
  • each dummy blade may have the shape of a curved strip. This shape makes it possible to obtain a dummy blade of reduced mass maintaining a heat shield function with little impact on the mass and strength of the cluster.
  • each dummy blade may include part of a lower surface face so that each second shell forms a tongue extending inside the cluster.
  • the shell formed around this tab can be used to hold, for example, a thermal insulator inside the cluster.
  • a thermal insulator can be placed at
  • thermal insulation being held over at least one tongue of a second shell.
  • the presence of such a thermal insulator makes it possible to improve the temperature homogeneity during directed solidification, to obtain a more stable solidification front, and thus further reduce the appearance of parasitic grains.
  • the thermal insulation can be a carbon felt.
  • each mold may further comprise a supply cavity having a triangular shape, the ducts
  • the feeder and the single crystal grain feeder device being connected to said cavity at the tops of the feed cavity, the second cavity being connected to the feed cavity at one side thereof located between the two supply ducts.
  • a junction can connect the cavity
  • each distributor sector can further comprise a second blade, the part of the first cavity forming the second blade being located downstream of the part of the first cavity forming the first blade relative to the direction of progression of the solidification front. This arrangement makes it possible to manufacture a two-bladed distributor sector.
  • each grain supplier device may comprise a housing in which a single crystal seed is present.
  • the cluster may comprise between four and twelve ceramic molds, for example six ceramic molds.
  • Figure 1 shows an example of a single-bladed distributor sector.
  • Figure 2 shows a two-bladed distributor sector.
  • Figure 3 shows a mold for making a two-bladed distributor sector used in a prior art process.
  • Figure 4 shows a cluster comprising several molds for manufacturing two-bladed distributor sectors in a method according to the invention.
  • Figure 5 shows a perspective view of a mold of the bunch of Figure 4.
  • Figure 6 shows a detailed front view of the mold of Figure 5.
  • Figure 7 shows a detailed rear view of the mold of the
  • Figure 8 shows an enlarged view of Figure 6 at the level of the second cavity.
  • Figure 9 shows an enlarged side view of the mold of the
  • Figure 10 shows a sectional view along the X plane identified in Figure 6.
  • Figure 1 1 shows the main steps of a
  • Figure 12 illustrates the placement of a cluster in a furnace to achieve directed solidification of the cast metal.
  • Figure 4 shows an installation or cluster 10 comprising a plurality of molds 100 for molding two-bladed distributor sectors 2 like that of Figure 2 by a method according to the invention, here the molds are six in number.
  • the cluster 10 can include a different number of molds, for example a number between four and twelve.
  • the cluster 10 has a central axis A around which the molds 100 are distributed.
  • the cluster 10 comprises a cup 1 1 through which a liquid metal can be introduced into the cluster 10.
  • the cup 1 1 overcomes a vertical or downward central duct 12.
  • Near the opening of the cup 1 1 is a plurality of ducts 13 which make it possible to extract the wax before the step of casting a molten metal for each of the molds 100.
  • a ring 14 connected to the descendant 12 by stiffeners 15 makes it possible to distribute the molten metal cast between the molds 100 and to feed them via supply conduits 16. In this example, there are two feed conduits 16 per mold 100.
  • the entire cluster 10 can be placed on a horizontal sole 17 provided to support the 'together throughout the manufacturing process which will be described later in connection with FIG. 1 1.
  • the sole 17 also makes it possible to avoid the complete fusion of the monocrystalline seed.
  • a direction D s is defined corresponding to the direction of propagation of the solidification front of the metal progressing in the cluster during the directed solidification.
  • the direction D s is parallel to the axis A of the cluster 10. In the figures, such a front will progress from the sole 17 to the bucket 1 1.
  • a direction DR is defined corresponding to a radial direction with respect to the axis A of cluster 10, which defines the terms “interior” and “exterior” in relation to cluster 10.
  • Figures 5 to 9 show different views of a mold 100 corresponding to a sector of the cluster 10.
  • the mold 100 comprises a first shell which defines a first cavity 1 10 for molding the distributor sector 2.
  • the first cavity 110 comprises parts 1 1 1 forming the platforms 4 of the distributor sector 2, a part 1 12 forming a first blade 3 ( Figures 6 and 7) and a part 1 13 forming a second blade 3.
  • the parts 112 and 113 are thus each in communication only with the parts 11 11 forming the platforms.
  • the conduits 13 for removing the wax, and the supply conduits 17 are connected to the parts 11 1 of the first cavity 1 10.
  • the part 1 12 forming the first blade is located upstream with respect to the direction. D s of the part 112 forming the second blade.
  • Each part 1 12 and 1 13 forming a first and a second blade is oriented so that the first and the second blade have an extrados face which is located radially (in the direction DR) on the outside with respect to their intrados face.
  • the part 1 12 forming the first blade and the part 1 13 forming the second blade each have an external face 1 12a and 1 13a relative to the axis A of the cluster 10 which corresponds to the extrados face of the first or the second blade.
  • the part 112 forming the first blade and the part 1 13 forming the second blade each have a first edge 112b and 1 13b corresponding to the leading edge of the corresponding blade and a second edge 112c and 1 13c corresponding at the trailing edge of the corresponding blade.
  • the sector of distributor is oriented such that the first edges 112b and 1 13b are located upstream with respect to the direction D s of the second edges 1 12c and 1 13c.
  • the mold 100 further comprises a grain supplier device
  • monocrystalline 120 which may for example comprise a monocrystalline seed in a housing, connected by a triangular supply cavity 121 and two supply conduits 122 to the parts 11 of the first cavity 110 forming the platforms.
  • the device 120 and the supply conduits 121 are connected to the tops of the triangular supply cavity 121.
  • each mold 100 also has a second shell, separated from the first shell and located upstream of the latter with respect to the direction D s , defining a second mold cavity 130 d 'a dummy blade.
  • a “dummy” blade because it simulates the presence of a blade in the distributor sector, but is not part of it.
  • the dummy blade which will be molded in the second cavity will be separated from the distributor sector (or withdrawn or eliminated) at the end of the manufacturing process. It is in fact only used during directed solidification, where it acts as an anti-radiation heat shield to reduce the appearance of parasitic grains.
  • the second cavity 130 is connected by a junction 131 only to the triangular supply cavity 121 at a middle part of one of its sides.
  • the junction 131 has, in this example, a length L ( Figure 9) of at least 12 mm.
  • the second cavity 130 has part of the aerodynamic profile
  • the dummy blade (and therefore the cavity for molding it) here has the shape of a curved strip.
  • the dummy blade also comprises a part of a lower surface of the blade so that the second shell forms a tongue 132 (FIG. 10) extending inside the cluster 10.
  • the second cavity 130 is oriented so that the external face 1 12a of the part 1 12 of the first cavity 110 forming the first blade and the external face 130a are parallel (FIG. 9).
  • the second cavity 130 can be separated by a minimum distance DO ( Figure 8) of at least 8 mm from the first cavity 1 10.
  • Figure 10 shows a sectional view along the X plane identified in Figure 6.
  • the ceramic shell of the mold 100 there is shown the ceramic shell of the mold 100.
  • the mold 100 can be arranged so that the distance D1 separating the first edge 130b from the second cavity of the first edge 112b, and the distance D2 separating the first edge 112b from the first edge 113b can be roughly equal.
  • the cluster 10 and the molds 100 which compose it can be made of ceramic material.
  • a wax model of cluster 10 is first obtained.
  • this wax model is covered with a ceramic shell by successive quenching in a suitable slip and sanding (tempering-stucco).
  • the covered model is finally dewaxed and fired.
  • FIG. 11 illustrates the main steps of a process for manufacturing a single crystal distributor sector 1 or 2 according to the invention using several molds 100 arranged in a cluster 10 such as that presented above.
  • the first step E1 of the process consists in filling the molds 100 of the cluster 10 by pouring a molten metal in the cluster 10. To do this, the metal can be poured directly into the cup 11 of the installation, and it can travel by gravity until filling the molds 100.
  • the second step E2 of the process comprises the directed solidification of the metal present in the molds.
  • the cluster 10 filled with molten metal is placed in an oven 200 (figure 2) having a radiating heating element 210 arranged around the cluster 10.
  • a thermal insulator 220 inside the cluster, for example a carbon felt, which is held on the tongues 132 of the second shells 130c forming the dummy blades.
  • the thermal insulator 220 can take a cylindrical or conical shape and be placed in the cluster around the central channel 12.
  • the solidification of the part is controlled by means of a thermal gradient in the oven 200. thermal gradient generally extends in the direction D s .
  • the solidification front moves in the direction D s from the monocrystalline grain supply devices 120 to the bucket 1 1.
  • the solidification front can be moved by for example moving the cluster 10 vertically (this is also referred to as “draw”) in the oven 200 (arrow 230).
  • draw the oven 200
  • the method comprises a step of removing the dummy blade from the solidified assembly to obtain the distributor sector (in other words, the dummy blade is separated from the distributor sector thus manufactured).

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
  • Molds, Cores, And Manufacturing Methods Thereof (AREA)

Abstract

L'invention concerne un procédé de fabrication d'une pluralité de secteurs de distributeur monocristallins comprenant chacun au moins une première pale s'étendant entre deux plateformes par fonderie à la cire perdue. Le procédé comprend la coulée d'un métal en fusion dans une pluralité de moules céramiques (100) répartis en grappe autour d'un axe (A), et la solidification dirigée du métal coulé dans un four comprenant un élément chauffant rayonnant configuré pour être disposé autour de la grappe, un front de solidification du métal progressant dans chaque moule selon une direction (DS) parallèle à l'axe de la grappe au cours de la solidification dirigée. Le procédé est caractérisé par la présence dans chaque moule (100) d'une deuxième carapace séparée d'une première carapace de moulage du secteur de distributeur, qui délimite une deuxième cavité (130) de moulage d'une pale factice servant d'écran thermique.

Description

Description
Titre de l'invention : Procédé de fabrication d'une pluralité de secteurs de distributeur par fonderie
Domaine Technique
[0001 ] La présente invention se rapporte au domaine général des procédés de
fabrication de pièces de turbomachine en métal par fonderie. Elle concerne plus particulièrement un procédé de fabrication d’une pluralité de secteurs de distributeur monocristallins comprenant chacun au moins une pale s’étendant entre deux plateformes.
Technique antérieure
[0002] Dans certaines applications, et notamment dans les turbomachines
aéronautiques, il est nécessaire de disposer de pièces métalliques ou en alliage métallique qui présentent une structure monocristalline contrôlée. Par exemple, dans les distributeurs des turbines de turbomachines aéronautiques, les pales doivent supporter des contraintes thermomécaniques importantes dues à la température élevée et aux efforts centrifuges auxquels elles sont soumises. Une structure monocristalline contrôlée dans les alliages métalliques formant ces aubes permet de limiter les effets de ces contraintes.
[0003] Pour réaliser une pièce métallique de ce type, on connaît les procédés du type fonderie à la cire perdue. De façon connue en soi, dans un tel procédé, on réalise tout d’abord un modèle en cire de la pièce à fabriquer, autour duquel on forme une carapace céramique formant un moule. Un métal en fusion est ensuite coulé dans le moule, et la solidification dirigée du métal permet d’obtenir, après retrait du moule, la pièce moulée. Ce procédé est avantageux pour fabriquer des pièces métalliques de formes complexes, et permet d’obtenir des pièces ayant une structure monocristalline en utilisant par exemple un dispositif fournisseur de grain monocristallin tel qu’un germe ou un conduit sélecteur de grain.
[0004] On connaît la fabrication de secteurs de distributeurs de turbomachine
aéronautique par un tel procédé. La figure 1 montre par exemple un secteur de distributeur monopale 1. La figure 2 montre par exemple un secteur de distributeur bipale 2. Un secteur de distributeur comprend généralement une ou plusieurs pales 3 qui s’étendent entre deux plateformes 4 délimitant la veine d’écoulement du flux gazeux. De par leur forme complexe, et afin d’obtenir une pièce monocristalline, il est souvent nécessaire d’élaborer des moules en céramiques comprenant des artifices tels que des conduits d’amenée de grain reliant un dispositif fournisseur de grain monocristallin à différentes parties de la cavité du moule, et notamment à la partie destinée à former la ou les pale(s) du secteur de distributeur.
[0005] La figure 3 montre une vue du volume interne d’un moule 5 pour fabriquer un secteur de distributeur bipale 2 tel que celui de la figure 2, comprenant un dispositif fournisseur de grain 6 logeant ici un germe monocristallin relié aux parties 7 de la cavité du moule destinées à former les pales 3 par des conduits d’amenée de grain 8.
[0006] Malgré ces artifices, des grains parasites sont toujours présents, notamment au niveau de la pale du distributeur sur les zones 9 identifiées de la figure 3, et le taux de rebut des pièces est élevé. En outre, après la solidification du métal, des usinages complémentaires, longs et coûteux, sont nécessaires pour éliminer les conduits d’amenée de grain au niveau de parties essentielles comme le bord d’attaque des pales.
Il existe donc un besoin pour un procédé de fabrication de secteurs de distributeur monocristallins qui ne présente pas les inconvénients précités.
Exposé de l’invention
[0007] L’invention concerne un procédé de fabrication d’une pluralité de secteurs de distributeur monocristallins comprenant chacun au moins une première pale s’étendant entre deux plateformes, le procédé comprenant la coulée d’un métal en fusion dans une pluralité de moules céramiques répartis en grappe autour d’un axe, et la solidification dirigée du métal coulé dans un four comprenant un élément chauffant rayonnant configuré pour être disposé autour de la grappe, un front de solidification du métal progressant dans chaque moule selon une direction parallèle à l’axe de la grappe au cours de la solidification dirigée, dans lequel chaque moule comprend :
une première carapace délimitant une première cavité de moulage d’un secteur de distributeur, la première cavité ayant des parties formant les plateformes du secteur de distributeur, et une partie formant une première pale présentant une face externe par rapport à l’axe de la grappe correspondant à une face extrados de la première pale, un premier bord et un deuxième bord correspondant respectivement à un bord d’attaque et à un bord de fuite de la première pale, le premier bord étant situé en amont du deuxième bord par rapport à la direction de progression du front de solidification, et
un dispositif fournisseur de grain monocristallin relié par deux conduits
d’alimentation aux parties de la première cavité formant les plateformes du secteur de distributeur en amont de celles-ci,
caractérisé en ce que chaque moule comprend en outre une deuxième carapace séparée de la première carapace et située en amont de celle-ci par rapport à la direction de progression du front de solidification, la deuxième carapace délimitant une deuxième cavité de moulage d’une pale factice reliée au dispositif fournisseur de grain, la deuxième cavité présentant une face correspondant à une face extrados de la pale factice parallèle à la face externe de la première cavité.
[0008] Dans tout l’exposé, on parle de carapace pour désigner l’enveloppe en
céramique du moule, et de cavité pour désigner un volume interne du moule dans lequel un métal peut être coulé.
[0009] Le procédé selon l’invention diffère notamment des procédés de l’art antérieur par l’emploi de moules munis de cavités de moulage de pales factices. La présence de ces pales factices permet de former un écran thermique anti rayonnement pour chaque secteur de distributeur moulé, notamment pour la ou les pales de celui-ci, lors de la solidification dirigée du métal coulé. La séparation entre la première et la deuxième carapace permet d’éviter les ponts thermiques entre elles. Les caractéristiques précitées (deuxième carapace de moulage d’une pale factice, et séparation de la première et de la deuxième carapace), notamment, permettent ainsi de réduire drastiquement la formation de grains parasites et le nombre de pièces rebutées à cause de ceux-ci.
[0010] Dans un exemple de réalisation, chaque pale factice peut être indépendante, c’est-à-dire n’est pas reliée à des plateformes. [0011 ] Dans un exemple de réalisation, la partie de chaque première cavité formant une première pale peut être seulement en communication avec les parties de ladite cavité formant les plateformes.
[0012] Dans un exemple de réalisation, chaque moule peut être dépourvu de conduit d’amenée de grain entre le dispositif fournisseur de grain et la partie formant la première pale, et entre le dispositif fournisseur de grain et une deuxième pale le cas échéant.
[0013] Dans un exemple de réalisation, chaque pale factice peut avoir la forme d’une bande courbée. Cette forme permet d’obtenir une pale factice de masse réduite conservant une fonction d’écran thermique avec peu d’impact sur la masse et la solidité de la grappe.
[0014] Dans un exemple de réalisation, chaque pale factice peut comprendre une partie d’une face intrados de sorte que chaque deuxième carapace forme une languette s’étendant à l’intérieur de la grappe. La carapace formée autour de cette languette peut être utilisée pour faire tenir par exemple un isolant thermique à l’intérieur de la grappe.
[0015] Dans un exemple de réalisation, un isolant thermique peut être placé à
l’intérieur de la grappe pendant la solidification dirigée, l’isolant thermique étant maintenu sur au moins une languette d’une deuxième carapace. La présence d’un tel isolant thermique permet d’améliorer l’homogénéité de la température lors de la solidification dirigée, obtenir un front de solidification plus stable, et ainsi encore réduire l’apparition de grains parasites. L’isolant thermique peut être un feutre en carbone.
[0016] Dans un exemple de réalisation, chaque moule peut comprendre en outre une cavité d’alimentation présentant une forme triangulaire, les conduits
d’alimentation et le dispositif fournisseur de grain monocristallin étant reliés à ladite cavité au niveau des sommets de la cavité d’alimentation, la deuxième cavité étant reliée à la cavité d’alimentation au niveau d’un côté de celle-ci situé entre les deux conduits d’alimentation.
[0017] Dans un exemple de réalisation, une jonction peut relier la cavité
d’alimentation à la deuxième cavité, ladite jonction présentant une longueur d’au moins 12 mm. [0018] Dans un exemple de réalisation, chaque secteur de distributeur peut comprendre en outre une deuxième pale, la partie de la première cavité formant la deuxième pale étant située en aval de la partie de la première cavité formant la première pale par rapport à la direction de progression du front de solidification. Cette disposition permet de fabriquer un secteur de distributeur bipale.
[0019] Dans un exemple de réalisation, chaque dispositif fournisseur de grain peut comprendre un logement dans lequel est présent un germe monocristallin.
[0020] Dans un exemple de réalisation, la grappe peut comprendre entre quatre et douze moules céramiques, par exemple six moules céramiques.
Brève description des dessins
[0021 ] D’autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description faite ci-dessous, en référence aux dessins annexés qui en illustrent un exemple de réalisation dépourvu de tout caractère limitatif. Sur les figures :
[0022] [Fig. 1 ] La figure 1 montre un exemple de secteur de distributeur monopale.
[0023] [Fig. 2] La figure 2 montre un secteur de distributeur bipale.
[0024] [Fig. 3] La figure 3 montre un moule pour fabriquer un secteur de distributeur bipale utilisé dans un procédé de l’art antérieur.
[0025] [Fig. 4] La figure 4 montre une grappe comprenant plusieurs moules pour fabriquer des secteurs de distributeur bipales dans un procédé selon l’invention.
[0026] [Fig. 5] La figure 5 montre une vue en perspective d’un moule de la grappe de la figure 4.
[0027] [Fig. 6] La figure 6 montre une vue détaillée de face du moule de la figure 5.
[0028] [Fig. 7] La figure 7 montre une vue détaillée de derrière du moule de la
figure 5.
[0029] [Fig. 8] La figure 8 montre une vue agrandie de la figure 6 au niveau de la deuxième cavité.
[0030] [Fig. 9] La figure 9 montre une vue agrandie et de profil du moule de la
figure 5. [0031] [Fig. 10] La figure 10 montre une vue en coupe selon le plan X identifié sur la figure 6.
[0032] [Fig. 1 1 ] La figure 1 1 montre les principales étapes d’un procédé de
fabrication d’une pluralité de secteurs de distributeur selon un mode de réalisation de l’invention.
[0033] [Fig. 12] La figure 12 illustre le placement d’une grappe dans un four pour réaliser la solidification dirigée du métal coulé.
Description des modes de réalisation
[0034] Sauf mention contraire, on notera que sur les figures, pour plus de lisibilité, la carapace correspondant à la paroi en matériau céramique (ou enveloppe) de la grappe et donc des moules n’a pas été représentée. En d’autres termes, on a seulement montré les volumes internes ou cavités d’une grappe comprenant plusieurs moules ou d’un moule. Ces figures montrent ainsi les parties dans lesquelles un métal en fusion peut être introduit, ce qui correspond aussi au modèle en cire qui peut être utilisé pour fabriquer le moule, et à l’ensemble obtenu après coulée et solidification dirigée du métal.
[0035] La figure 4 montre une installation ou grappe 10 comprenant une pluralité de moules 100 pour mouler des secteurs de distributeur bipale 2 comme celui de la figure 2 par un procédé selon l’invention, ici les moules sont au nombre de six. Bien entendu, la grappe 10 peut comprendre un nombre différent de moules, par exemple un nombre compris entre quatre et douze. La grappe 10 présente un axe central A autour duquel les moules 100 sont répartis. La grappe 10 comprend un godet 1 1 par lequel un métal liquide peut être introduit dans la grappe 10. Le godet 1 1 surmonte un conduit central vertical ou descendant 12. A proximité de l’ouverture du godet 1 1 se trouve une pluralité de conduits 13 qui permettent d’extraire la cire avant l’étape de coulée d’un métal en fusion pour chacun les moules 100. Une couronne 14 reliée au descendant 12 par des raidisseurs 15 permet de répartir le métal en fusion coulé entre les moules 100 et de les alimenter par l’intermédiaire de conduits d’alimentation 16. Dans cet exemple, il y a deux conduits d’alimentation 16 par moule 100. L’ensemble de la grappe 10 peut être posé sur une sole horizontale 17 prévue pour supporter l’ensemble tout au long du procédé de fabrication qui sera décrit ultérieurement en lien avec la figure 1 1. La sole 17 permet également d’éviter la fusion complète du germe monocristallin.
[0036] On définit une direction Ds correspondant à la direction de propagation du front de solidification du métal progressant dans la grappe lors de la solidification dirigée. La direction Ds est parallèle à l’axe A de la grappe 10. Sur les figures, un tel front va progresser depuis la sole 17 jusqu’au godet 1 1. On définit une direction DR correspondant à une direction radiale par rapport à l’axe A de la grappe 10, qui permet de définir les termes « intérieur » et « extérieur » par rapport à la grappe 10.
[0037] Les figures 5 à 9 montrent différentes vues d’un moule 100 correspondant à un secteur de la grappe 10.
[0038] Le moule 100 comprend une première carapace qui délimite une première cavité 1 10 de moulage du secteur de distributeur 2. La première cavité 110 comprend des parties 1 1 1 formant les plateformes 4 du secteur de distributeur 2, une partie 1 12 formant une première pale 3 (figures 6 et 7) et une partie 1 13 formant une deuxième pale 3. Les parties 112 et 113 sont ainsi chacun en communication seulement avec les parties 1 11 formant les plateformes. Les conduits 13 pour évacuer la cire, et les conduits d’alimentation 17 sont reliés aux parties 11 1 de la première cavité 1 10. Dans chaque moule 100, la partie 1 12 formant la première pale est située en amont par rapport à la direction Ds de la partie 112 formant la deuxième pale.
[0039] Chaque partie 1 12 et 1 13 formant une première et une deuxième pale est orientée de sorte que la première et la deuxième pale aient une face extrados qui soit située radialement (selon la direction DR) à l’extérieur par rapport à leur face intrados. Dit autrement, la partie 1 12 formant la première pale et la partie 1 13 formant la deuxième pale présentent chacune une face externe 1 12a et 1 13a par rapport à l’axe A de la grappe 10 qui correspond à la face extrados de la première ou de la deuxième pale.
[0040] En outre, la partie 112 formant la première pale et la partie 1 13 formant la deuxième pale présentent chacune un premier bord 112b et 1 13b correspondant au bord d’attaque de la pale correspondante et un deuxième bord 112c et 1 13c correspondant au bord de fuite de la pale correspondante. Le secteur de distributeur est orienté de telle sorte que les premiers bords 112b et 1 13b sont situés en amont par rapport à la direction Ds des deuxièmes bords 1 12c et 1 13c.
[0041 ] Le moule 100 comprend en outre un dispositif fournisseur de grain
monocristallin 120, pouvant par exemple comprendre un germe monocristallin dans un logement, relié par une cavité d’alimentation triangulaire 121 et deux conduits d’alimentation 122 aux parties 1 11 de la première cavité 1 10 formant les plateformes. Le dispositif 120 et les conduits d’alimentation 121 sont reliés aux sommets de la cavité d’alimentation triangulaire 121.
[0042] Dans le procédé selon l’invention, chaque moule 100 présente en outre une deuxième carapace, séparée de la première carapace et située en amont de celle-ci par rapport à la direction Ds, délimitant une deuxième cavité 130 de moulage d’une pale factice. On parle de pale « factice » car celle-ci simule la présence d’une pale du secteur de distributeur, mais ne fait pas partie de celui-ci. D’ailleurs, la pale factice qui sera moulée dans la deuxième cavité sera séparée du secteur de distributeur (ou retirée ou éliminée) à la fin du procédé de fabrication. Elle n’est en effet utilisée qu’au cours de la solidification dirigée où elle joue le rôle d’écran thermique anti-rayonnement pour réduire l’apparition de grains parasites.
[0043] La deuxième cavité 130 est reliée par une jonction 131 seulement à la cavité d’alimentation triangulaire 121 au niveau d’une partie médiane d’un de ses côtés. La jonction 131 présente, dans cet exemple, une longueur L (figure 9) d’au moins 12 mm.
[0044] La deuxième cavité 130 présente une partie de profil aérodynamique, et
notamment une face externe 130a correspondant à une face extrados d’une pale, et un premier bord 130b correspondant à un bord d’attaque d’une pale. La pale factice (et donc la cavité pour la mouler) présente ici la forme d’une bande courbée. Dans l’exemple illustré, pale factice comprend aussi une partie d’une face intrados de pale de sorte que la deuxième carapace forme une languette 132 (figure 10) s’étendant à l’intérieur de la grappe 10. La deuxième cavité 130 est orientée de sorte que la face externe 1 12a de la partie 1 12 de la première cavité 1 10 formant la première pale et la face externe 130a sont parallèles (figure 9). [0045] La deuxième cavité 130 peut être séparée d’une distance minimale DO (figure 8) d’au moins 8 mm de la première cavité 1 10.
[0046] La figure 10 montre une vue en coupe selon le plan X identifié sur la figure 6.
Exceptionnellement sur cette figure, on a représenté la carapace en céramique du moule 100. On peut ainsi voir notamment la première carapace 110a, la deuxième carapace 130c et la languette 132 de la deuxième carapace 130c. On peut ainsi voir que la première carapace 1 10a et la deuxième carapace 130c sont séparées de sorte à éviter un pont thermique entre elles. Sur cette figure, on a également illustré le fait que le moule 100 peut être agencé de sorte que la distance D1 séparant le premier bord 130b de la deuxième cavité du premier bord 112b, et la distance D2 séparant le premier bord 112b du premier bord 113b peuvent être sensiblement égales.
[0047] Lorsque l’on fabrique des secteurs de distributeur monopales, on peut par exemple faire en sorte que les premiers bords 1 12b et 130b de la première cavité et de la deuxième cavité soient séparés d’une distance correspondant à la distance séparant deux bords d’attaque dans le distributeur considéré.
[0048] La grappe 10 et les moules 100 qui la composent peuvent être réalisés en matériau céramique. De façon connue en soi, un modèle de la grappe 10 en cire est d’abord obtenu. Puis, ce modèle en cire est recouvert d’une carapace de céramique par trempes successives dans une barbotine adéquate et sablage (trempe-stuccage). Le modèle recouvert est enfin déciré et cuit.
[0049] La figure 11 illustre les principales étapes d’un procédé de fabrication d’un secteur de distributeur monocristallin 1 ou 2 selon l’invention mettant en oeuvre plusieurs moules 100 agencés en une grappe 10 telle que celle présentée ci- avant.
[0050] La première étape E1 du procédé consiste à remplir les moules 100 de la grappe 10 en coulant un métal en fusion dans la grappe 10. Pour ce faire, on peut verser le métal directement dans le godet 1 1 de l’installation, et il pourra cheminer par gravité jusqu’à remplir les moules 100.
[0051 ] La deuxième étape E2 du procédé comprend la solidification dirigée du métal présent dans les moules. Pour ce faire, on place la grappe 10 remplie de métal en fusion dans un four 200 (figurel 2) présentant un élément chauffant rayonnant 210 disposé autour de la grappe 10. On peut également disposer un isolant thermique 220 à l’intérieur de la grappe, par exemple un feutre en carbone, qui est maintenu sur les languettes 132 des deuxièmes carapaces 130c formant les pales factices. L’isolant thermique 220 peut prendre une forme cylindrique ou conique et être disposé dans la grappe autour du canal central 12. Durant cette étape, on contrôle la solidification de la pièce à l’aide d’un gradient thermique dans le four 200. Le gradient thermique s’étend généralement selon la direction Ds. Le front de solidification se déplace dans la direction Ds depuis les dispositifs fournisseurs de grain monocristallin 120 vers le godet 1 1. On peut déplacer le front de solidification en déplaçant par exemple la grappe 10 verticalement (on parle aussi de « tirage ») dans le four 200 (flèche 230). Une fois la pièce solidifiée, on peut la décocher et procéder à des usinages de finition. En particulier, le procédé comprend une étape de retrait de la pale factice de l’ensemble solidifié pour obtenir le secteur de distributeur (en d’autres termes, on sépare la pale factice du secteur de distributeur ainsi fabriqué).
[0052] On notera que l’invention a été décrite dans le cadre de la fabrication d’une pluralité de secteurs de distributeur bipales. Le procédé est bien entendu applicable à la fabrication d’un distributeur monopale en utilisant une grappe munie de plusieurs moules comprenant chacun une première cavité de moulage ayant seulement une partie formant une première pale et des parties formant les plateformes du secteur.

Claims

Revendications
[Revendication 1] Procédé de fabrication d'une pluralité de secteurs de
distributeur (1 ; 2) monocristallins comprenant chacun au moins une première pale (3) s'étendant entre deux plateformes (4), le procédé comprenant (El) la coulée d'un métal en fusion dans une pluralité de moules céramiques (100) répartis en grappe (10) autour d'un axe (A), et la (E2) solidification dirigée du métal coulé dans un four (200) comprenant un élément chauffant rayonnant (210) configuré pour être disposé autour de la grappe, un front de
solidification du métal progressant dans chaque moule selon une direction (Ds) parallèle à l'axe de la grappe au cours de la solidification dirigée, dans lequel chaque moule comprend :
une première carapace (110a) délimitant une première cavité (110) de moulage d'un secteur de distributeur, la première cavité ayant des parties
(111) formant les plateformes (4) du secteur de distributeur, et une partie
(112) formant une première pale (3) présentant une face externe (112a) par rapport à l'axe (A) de la grappe correspondant à une face extrados de la première pale, un premier bord (112b) et un deuxième bord (112c)
correspondant respectivement à un bord d'attaque et à un bord de fuite de la première pale, le premier bord étant situé en amont du deuxième bord par rapport à la direction (Ds) de progression du front de solidification, et un dispositif fournisseur de grain monocristallin (120) relié par deux conduits d'alimentation (122) aux parties (111) de la première cavité formant les plateformes du secteur de distributeur en amont de celles-ci,
caractérisé en ce que chaque moule (100) comprend en outre une deuxième carapace (130c) séparée de la première carapace (110) et située en amont de celle-ci par rapport à la direction (Ds) de progression du front de solidification, la deuxième carapace délimitant une deuxième cavité (130) de moulage d'une pale factice reliée au dispositif fournisseur de grain (120), la deuxième cavité présentant une face (130a) correspondant à une face extrados de la pale factice parallèle à la face externe (112a) de la première cavité (110).
[Revendication 2] Procédé selon la revendication 1, dans lequel la partie (112) de chaque première cavité (110) formant une première pale (3) est seulement en communication avec les parties (111) de ladite cavité formant les plateformes (4).
[Revendication 3] Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel
chaque pale factice a la forme d'une bande courbée.
[Revendication 4] Procédé selon la revendication 3, dans lequel chaque pale factice comprend une partie d’une face intrados de sorte que chaque deuxième carapace (130c) forme une languette (132) s’étendant à l’intérieur de la grappe (10).
[Revendication 5] Procédé selon la revendication 4, dans lequel un isolant thermique (220) est placé à l’intérieur de la grappe pendant la solidification dirigée, l’isolant thermique étant maintenu sur au moins une languette (132) d’une deuxième carapace (130c).
[Revendication 6] Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel chaque moule comprend en outre une cavité d’alimentation (121 ) présentant une forme triangulaire, les conduits d’alimentation (122) et le dispositif fournisseur de grain monocristallin (120) étant reliés à ladite cavité au niveau des sommets de la cavité d’alimentation, la deuxième cavité étant reliée à la cavité d’alimentation au niveau d’un côté de celle-ci situé entre les deux conduits d’alimentation.
[Revendication 7] Procédé selon la revendication 6, dans lequel une
jonction (121 ) relie la cavité d’alimentation à la deuxième cavité, ladite jonction présentant une longueur d’au moins 12 mm.
[Revendication 8] Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel chaque secteur de distributeur (2) comprend en outre une deuxième pale (3), la partie (113) de la première cavité (110) formant la deuxième pale étant située en aval de la partie (112) de la première cavité formant la première pale par rapport à la direction (Ds) de progression du front de solidification.
[Revendication 9] Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel chaque dispositif fournisseur de grain (120) comprend un logement dans lequel est présent un germe monocristallin. [Revendication 10] Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 9, dans lequel la grappe (10) comprend entre quatre et douze moules céramiques (100).
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