FR2990367A1

FR2990367A1 - Outillage de fabrication d'un noyau de fonderie pour une aube de turbomachine

Info

Publication number: FR2990367A1
Application number: FR1254350A
Authority: FR
Inventors: Franck Edmond Maurice Truelle; Christian Bariaud; Philippe Bouthemy; Patrick Pourfilet; Jean-Louis Martial Verger
Original assignee: SNECMA SAS
Current assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Priority date: 2012-05-11
Filing date: 2012-05-11
Publication date: 2013-11-15
Anticipated expiration: 2032-05-11
Also published as: US20150122445A1; RU2014150082A; WO2013167847A2; FR2990368A1; CA2872066C; EP2846948B1; WO2013167847A3; CN104271286B; FR2990368B1; JP2015520677A; JP6236066B2; RU2627084C2; EP2846948A2; BR112014027831B1; US9505052B2; CA2872066A1; BR112014027831A2; FR2990367B1; IN2014DN09458A; CN104271286A

Abstract

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

99036 7 1 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, c'est-à-dire un noyau 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 l'empreinte de 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 est destiné à pénétrer 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 donc 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 30 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 sem i-ovoïde.

Le ou chaque organe peut comprendre à son sommet une encoche à section sensiblement en forme de L, dans laquelle la partie médiane d'une tige est destinée à être engagée. L'encoche comprend 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'une de ces faces 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. Le ou chaque organe peut être formé d'une seule pièce avec le moule ou être rapporté et fixé sur ce moule. 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. 2 99036 7 5 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 : 5 - 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 II-II 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 10 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 15 outillage selon l'invention de fabrication par moulage d'un noyau de fonderie, cet outillage portant quatre tiges en céramique du noyau. 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. 20 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 25 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. 30 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 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 30 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 5 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 10 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. 15 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. 20 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 25 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 30 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.25

Claims

REVENDICATIONS1. 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), cet organe ayant par exemple une forme sensiblement sem i-ovoïde.
4. Outillage selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'organe (58) comprend à son sommet une encoche (60) à section sensiblement en forme de L, dans laquelle la partie médiane d'une tige (36) est destinée à 30 être engagée.
5. Outillage selon la revendication 4, 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.
6. Outillage selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'une des faces (64) de l'encoche est sensiblement perpendiculaire à une direction (66) d'injection de la pâte dans le moule (40).
7. 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.
8. 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).
9. 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.20