FR3033509B1 - Procede de deliantage utilisant un gabarit de positionnement - Google Patents

Abstract

Procédé de déliantage de pièces, comprenant les étapes consistant à : - fournir les pièces et un bac de cuisson (10) comprenant un gabarit de positionnement (20) ; - positionner les pièces dans le bac (10) à l'aide du gabarit de positionnement (20) ; - remplir de sable (12) le bac (10) contenant les pièces jusqu'à une hauteur finale prédéterminée ; - appliquer au bac (10) un cycle de cuisson comprenant un traitement de déliantage.

Description

DOMAINE DE L'INVENTION

Le présent exposé concerne un procédé de déliantage, c'est-à-dire un procédé d'extraction d'un liant d'une pièce. Un tel procédé peut être employé dans divers domaines tels que la fonderie et notamment la fonderie de précision.

ARRIÈRE-PLAN TECHNOLOGIQUE

Les procédés de fonderie ou moulage de type à cire perdue sont bien connus. Pour la fabrication d'un objet creux, ces procédés comportent l'utilisation d'une pièce appelée noyau et destinée à donner une forme à l'intérieur d'un objet creux. Un objet est moulé, injecté ou coulé autour du noyau. Le noyau est ensuite voué à disparaître au cours du procédé de fabrication de l'objet, laissant un volume creux à l'intérieur de l'objet.

On connaît par exemple une pièce céramique formant noyau, fabriquée par injection d'une pâte chargée comprenant un liant et des charges, par exemple de la silice. Le liant est destiné à faciliter l'injection mais ne doit pas être conservé pour les opérations suivantes de fabrication de l'objet. Il est donc nécessaire d'appliquer à la pièce un traitement appelé déliantage, qui consiste à retirer le liant de la pièce afin de ne conserver que les charges. Différents types de déliantage (catalytique, thermique, par solvant, à l'eau, au dioxyde de carbone supercritique) sont connus. Dans certains déliantages, le liant est absorbé par un matériau tiers, par exemple du sable. Selon le type de déliantage, le liant peut être transféré par capillarité, par dissolution, par réaction chimique, etc.

La fabrication des pièces servant de noyaux est cruciale, dans la mesure où ces pièces définissent le volume intérieur de l'objet qui sera ensuite formé autour. Or, dans le processus de cuisson du noyau, l'étape de déliantage peut être la source d'apparition de nombreux défauts tels que les criques, les cloques, les variations de géométrie ou la génération de contraintes résiduelles. Il faut donc s'assurer que le procédé de déliantage est mis en œuvre de façon à créer un nombre maîtrisé et limité de défauts sur les pièces. Il n'existe actuellement aucune méthode particulière, ce qui conduit à une grande variabilité des résultats obtenus. Ainsi, il existe un besoin pour un nouveau type de procédé permettant de maîtriser l'étape de déliantage, par exemple dans l'opération de cuisson du noyau céramique.

PRÉSENTATION DE L'INVENTION A cet effet, le présent exposé concerne un procédé de déliantage de pièces, comprenant les étapes consistant à : - fournir les pièces et un bac de cuisson comprenant un gabarit de positionnement ; - positionner les pièces dans le bac à l'aide du gabarit de positionnement ; - remplir de sable le bac contenant les pièces jusqu'à une hauteur finale prédéterminée ; - appliquer au bac un cycle de cuisson comprenant un traitement de déliantage.

Un tel procédé peut s'appliquer à une ou plusieurs pièces.

Le gabarit de positionnement (plus simplement appelé « gabarit » ci-après) permet un positionnement reproductible et précis des pièces dans le bac de cuisson. Une fois que l'on est capable de positionner les pièces de manière reproductible, il est possible de régler les positions imposées par le gabarit de façon à minimiser les défauts sur les pièces. Le gabarit peut imposer la position et l'orientation de chaque pièce par rapport à tout ou partie des trois directions de l'espace, selon les besoins. L'utilisation d'un gabarit sert notamment à contrôler les paramètres suivants : écartement des pièces entre elles, écartements des pièces avec les bords du bac de cuisson, volume de sable entourant chaque pièce, etc.

Dans le présent exposé, le sable désigne tout matériau granulaire apte à absorber un liant par capillarité, dans des conditions thermodynamiques dépendant de la nature dudit sable et du liant à absorber. Par exemple, le sable peut être un sable d'alumine.

La hauteur finale prédéterminée est choisie par l'homme du métier selon ses connaissances, notamment en fonction du type de sable, de la forme des pièces et du bac, et du traitement de déliantage, de façon que le sable puisse absorber la fraction désirée du liant contenu dans les pièces. Par exemple, la hauteur finale prédéterminée peut être telle que le sable recouvre l'intégralité de la partie utile des pièces, de préférence l'intégralité des pièces.

Un cycle de cuisson désigne un traitement thermique comprenant au moins une étape, répétée ou non. Le traitement de déliantage peut être un traitement physique et/ou chimique quelconque permettant de retirer le liant des pièces, notamment par transfert du liant des pièces au sable. Selon un exemple de traitement de déliantage, le bac de cuisson contenant les pièces à délianter peut subir un programme de température prédéfini. Le traitement de déliantage s'applique au bac au sens où il s'applique au contenu du bac, et plus particulièrement aux pièces contenues dans le bac.

Dans certains modes de réalisation, le gabarit de positionnement est amovible par rapport au bac. Le gabarit de positionnement peut être monté démontable dans le bac. Alternativement, le gabarit de positionnement peut être un gabarit de positionnement non démontable, intégré au bac.

Dans certains modes de réalisation, le positionnement des pièces comprend les étapes suivantes : - remplir le bac à l'aide de sable jusqu'à une hauteur intermédiaire prédéterminée inférieure à la hauteur finale ; - installer le gabarit de positionnement dans le bac à une position repérée ; - insérer les pièces dans les emplacements du gabarit de positionnement ; - retirer le gabarit de positionnement du bac.

Dans ces modes de réalisation, le gabarit se trouve initialement en dehors du bac de cuisson. Le fait de remplir de sable le bac jusqu'à une hauteur intermédiaire permet ensuite de planter les pièces dans le sable. De cette façon, la hauteur des pièces dans le bac est contrôlée puisqu'elle dépend de la hauteur intermédiaire prédéterminée. Comme indiqué précédemment, les autres degrés de liberté des pièces peuvent être contrôlés grâce au gabarit.

Par ailleurs, la position repérée est une position marquée par tout moyen pour assurer la reproductibilité du positionnement du gabarit par rapport au bac. De ce fait, la reproductibilité et la précision du positionnement des pièces dans le bac est garantie. La marque permettant le repérage de la position repérée peut être notamment une marque visuelle, un repère en relief ou tout type de marque.

Dans certains autres modes de réalisation, le positionnement des pièces comprend les étapes suivantes : - fixer les pièces sur le gabarit de positionnement ; - installer le gabarit de positionnement, qui maintient les pièces, dans le bac à une position repérée; le procédé de déliantage comprenant en outre, après le remplissage du bac jusqu'à la hauteur finale et avant le cycle de cuisson, les étapes consistant à détacher les pièces du gabarit de positionnement et retirer le gabarit de positionnement du bac.

Les pièces étant fixées sur le gabarit, l'insertion du gabarit dans le bac à une position repérée place directement les pièces à leur position souhaitée. Par exemple, les pièces peuvent être maintenues en suspension dans le bac par l'intermédiaire du gabarit. Lors du remplissage de sable, les pièces sont alors entourées de sable. On peut détacher les pièces du gabarit lorsque le sable est présent en quantité et en densité suffisante pour maintenir les pièces à leur position. Les moyens de fixation prévus sur le gabarit peuvent comprendre des pinces, des attaches, des colliers de serrage, des fixations de type étau dans lesquelles deux parties bougent l'une par rapport à l'autre par rotation d'une tige filetée, etc.

Dans certains modes de réalisation, le procédé de déliantage comprend en outre, avant d'appliquer au bac le cycle de cuisson, une étape de mise en vibration dudit bac. Une telle étape permet de tasser le sable afin de mieux maintenir les pièces. Dans les cas où le gabarit est retiré du bac avant le traitement de déliantage, l'étape de mise en vibration peut avantageusement être effectuée après le retrait du gabarit.

Dans certains modes de réalisation, le remplissage du bac est effectué à l'aide d'un gabarit de remplissage pour contrôler que le sable atteint une des hauteurs prédéterminées. La hauteur prédéterminée concernée peut être la hauteur intermédiaire prédéterminée ou la hauteur finale prédéterminée. Le gabarit de remplissage peut prendre n'importe quelle forme. Il peut s'agir d'un objet à positionner dans le bac pour contrôler le remplissage du bac en sable, ou bien d'un récipient jaugé permettant d'introduire dans le bac une quantité prédéterminée de sable permettant d'atteindre la hauteur prédéterminée visée.

Dans certains modes de réalisation, le cycle de cuisson comprend, après le traitement de déliantage, un palier de frittage. Un tel palier peut servir à calciner le liant dans le sable et/ou à fritter les pièces pour améliorer leur tenue mécanique.

BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS L'invention et ses avantages seront mieux compris à la lecture de la description détaillée qui suit, de modes de réalisation de l'invention donnés à titre d'exemples non limitatifs. Cette description se réfère aux dessins annexés, sur lesquels : - la figure 1 représente, en perspective, un gabarit de positionnement selon un premier mode de réalisation ; - la figure 2 représente en détail un coin du gabarit de la figure 1 ; - la figure 3 représente une étape d'un procédé de déliantage selon un premier mode de réalisation ; - la figure 4 représente une étape ultérieure d'un procédé de déliantage selon un premier mode de réalisation ; - la figure 5 représente schématiquement, en vue de dessus, l'état obtenu à l'issu de l'étape de la figure 4 ; - la figure 6 représente une étape ultérieure du procédé de déliantage selon le premier mode de réalisation ; - la figure 7 représente une étape d'un procédé de déliantage selon un deuxième mode de réalisation.

DESCRIPTION DÉTAILLÉE DE L’INVENTION

Les figures 1 et 2 représentent un gabarit de positionnement (ci-après « gabarit ») de pièces dans un bac de cuisson (ci-après « bac »), un tel gabarit pouvant servir à la mise en œuvre d'un procédé de déliantage selon un premier mode de réalisation de l'invention.

La figure 1 représente en perspective un gabarit de positionnement 20. Le gabarit 20 comprend un repère permettant de repérer la position du gabarit par rapport au bac de cuisson 10 dans lequel il est destiné à être inséré. Le repère est, en l'espèce, formé par une collerette 22. Toutefois, à la place de la collerette 22, le gabarit 20 pourrait comprendre tout moyen, notamment visuel ou tactile, afin d'assurer que le gabarit soit inséré à une position prédéterminée dans le bac de cuisson. Par exemple, un repère d'un autre type que la collerette 22 pourrait fonctionner grâce à l'engagement d'une saillie dans un creux ou grâce à l'alignement de deux marques.

Le gabarit 20 comprend également des emplacements configurés pour accueillir les pièces dans une position prédéterminée. En l'espèce, les emplacements comportent des alvéoles 24 formées par des trous débouchants. Les alvéoles 24 sont configurées pour guider le placement d'une pièce dans une position prédéterminée. Comme illustré sur la figure 2, les alvéoles 24 peuvent comporter des encoches latérales 30a, 30b pour faciliter le positionnement des pièces. Alternativement ou en complément, les alvéoles 24 peuvent comporter une surface de référence 32 destinée à être alignée avec une surface d'une extrémité des pièces insérées dans les alvéoles 24.

Un procédé de déliantage selon un premier mode de réalisation va maintenant être décrit en référence aux figures 3 à 6. Comme illustré, un tel procédé peut employer un gabarit de positionnement tel que décrit précédemment en référence aux figures 1 et 2.

Un procédé de déliantage de pièces selon un premier mode de réalisation de l'invention comprend une étape consistant à fournir les pièces 14 et un bac de cuisson 10 comprenant un gabarit de positionnement 20. Dans ce mode de réalisation, le gabarit de positionnement est amovible par rapport au bac de cuisson 10 et initialement séparé du bac de cuisson 10. Comme représenté sur la figure 3, le bac 10 est rempli de sable 12 jusqu'à une hauteur intermédiaire prédéterminée hi. Le remplissage jusqu'à la hauteur intermédiaire hi peut être réalisé grâce à un gabarit de remplissage qui peut être similaire au gabarit de remplissage 34 décrit ultérieurement. De préférence, la hauteur intermédiaire hi est telle que le sable 12 est présent en quantité suffisante pour maintenir les pièces 14 en position lorsqu'elles sont introduites dans le sable.

Le gabarit de positionnement 20 est ensuite inséré dans le bac 10, à une position repérée. Le repère du gabarit 20, formé par la collerette 22, permet de placer précisément le gabarit 20 à une position prédéterminée dans le bac 10. En l'occurrence, le repère formé par la collerette 20 coopère avec la forme du bac 10. Plus précisément, le pourtour de la collerette 20 coïncide avec une ouverture supérieure du bac 10. En outre, comme le montre la figure 3, une partie inférieure du gabarit de positionnement 20 repose sur le sable 12. La surface supérieure du sable 12 étant à une hauteur prédéterminée (la hauteur intermédiaire), le gabarit 20 est également à une hauteur prédéterminée. Ainsi, la position du gabarit 20 dans le bac 10 est contrôlée selon les trois directions de l'espace.

La figure 4 illustre schématiquement le positionnement de pièces 14 dans le bac de cuisson 10 au moyen du gabarit 20. Les pièces 14 forment ici des noyaux pouvant être utilisés dans des procédés de type fonderie à cire perdue. Dans l'exemple, chaque pièce 14 est destinée à donner sa forme interne à une cavité intérieure de refroidissement d'aube de turbomachine. Les propriétés de refroidissement des aubes étant particulièrement importantes pour le bon fonctionnement de la turbomachine et sa longévité, il est nécessaire que les cavités de refroidissement soient conformes aux spécifications et présentent aussi peu de défauts que possible. Pour ce faire, la forme du noyau, c'est-à-dire la forme de chaque pièce 14, doit être contrôlée et maîtrisée. Or, comme indiqué précédemment, la maîtrise de la qualité des pièces 14 dépend notamment des défauts créés pendant le traitement de déliantage, lesdits défauts étant eux-mêmes attribuables, au moins en partie, au positionnement des pièces dans le bac de cuisson 10.

Les pièces 14 sont placées dans les alvéoles 24. Un détail de positionnement d'une pièce dans une alvéole est montré sur la figure 5, en vue de dessus. Comme illustré sur la figure 5, la position et la forme des alvéoles 24 imposent la position (selon les trois directions de l'espace) et l'orientation (selon les rotations autour desdites trois directions) des pièces 14 dans le bac 10. Ainsi, le positionnement des pièces 14 dans le bac 10 est parfaitement maîtrisé. En outre, il n'est pas nécessaire que chaque alvéole 24 soit occupée par une pièce 14. Selon la séquence de fabrication prévue, certaines alvéoles peuvent rester vides à l'issue de l'étape de positionnement.

La figure 5 montre que chaque alvéole 24 présente une forme qui impose l'orientation de la pièce 14 dans l'alvéole. En l'espèce, l'alvéole 24 est configurée de sorte qu'une partie de plus grande dimension de la pièce 14 ne puisse se loger qu'à une seule position, en l'occurrence entre des surfaces opposées 26a, 26b, comme représenté sur la figure 5. En outre, l'alvéole 24 comporte une protubérance 28 pour imposer l'orientation de la pièce 14, en ce sens que la protubérance 28 empêche de positionner la pièce 14 à 180°, dans le plan de la figure 5, par rapport à sa position représentée sur la figure 5. Ainsi, l'orientation précise, unique et prédéterminée de la pièce 14 dans l'alvéole 24 est permis par la conjonction des surfaces opposées 26a, 26b encadrant une partie de plus grande dimension et de la protubérance 28 empêchant un positionnement symétrique de la pièce 14.

Par ailleurs, la figure 5 montre que chaque alvéole 24 comporte une surface de référence 32 destinée à être à une même hauteur qu'une surface d'une extrémité 15 de la pièce 14 insérée dans l'alvéole 24. L'alignement de la surface de l'extrémité 15 avec la surface de référence 32 permet de contrôler la position de la pièce 14 dans la direction de la hauteur (c'est-à-dire, ici, dans la direction de l'axe de l'alvéole).

Une fois les pièces 14 introduites dans le bac de cuisson 10, le gabarit 20 est retiré du bac 10. Le bac 10 est ensuite rempli de sable jusqu'à une hauteur finale prédéterminée hf. La hauteur finale hf est supérieure à la hauteur intermédiaire hi. De préférence, la hauteur hf est telle que le sable 12 recouvre complètement les pièces. L'état du bac de cuisson 10 ainsi obtenu est représenté sur la figure 6.

Comme indiqué sur la figure 6, le remplissage jusqu'à la hauteur finale hf peut être effectué à l'aide d'un gabarit de remplissage 34. Le gabarit de remplissage 34 comprend une surface de repère 36, définissant un niveau de remplissage, et une surface d'appui 38 permettant le positionnement adéquat du gabarit de remplissage 34 par rapport au bac de cuisson 10. Ainsi, lorsque la surface d'appui 38 est positionnée de la manière prescrite sur le bac de cuisson 10, la hauteur qui sépare la surface de repère 36 du fond du bac de cuisson 10 est égale à la hauteur finale hf. A l'issue de cette étape, le bac 10 peut être mis en vibration, par exemple sur une table vibrante, de manière à tasser le sable 12 autour des pièces 14.

Le bac de cuisson 10 peut ensuite subir un cycle de cuisson comprenant un traitement de déliantage. Par exemple, on peut lui appliquer un cycle de cuisson dont le traitement de déliantage comprend un palier de température à environ 80°C pendant lOh. Un tel palier de température a pour effet de fluidifier le liant des pièces et de le faire migrer, par capillarité, vers le sable 12.

Ensuite, le cycle de cuisson peut comprendre en outre un palier de frittage, par exemple à 1200°C pendant 6h30, de façon à calciner le liant dans le sable 12 et à fritter les pièces 14 pour améliorer leur tenue mécanique. Le cycle de cuisson peut aussi comprendre une baisse de température jusqu'à la température ambiante.

Un procédé de déliantage selon un deuxième mode de réalisation va maintenant être présenté en référence à la figure 7, qui représente en perspective un bac de cuisson 10 et un gabarit de positionnement 40 dans lequel sont positionnées des pièces 14. Le gabarit 40 comporte des moyens 44 de fixation des pièces 14. En l'occurrence, le gabarit 40 comprend une grille 42 sur laquelle sont fixés les moyens de fixation. Dans l'exemple, les moyens de fixation 44 sont des pinces configurées pour enserrer les pièces 14. Tout moyen de fixation adéquat, permettant de maintenir les pièces 14 dans une position prédéterminée par rapport au gabarit, pourrait être employé par l'homme du métier.

Du fait de cette fixation des pièces 14 sur le gabarit 40, le gabarit 40 peut être manipulé avec les pièces 14. En particulier, comme schématisé sur la figure 7, après avoir fixé les pièces 14 sur le gabarit de positionnement 40, le gabarit 40 peut être installé dans le bac de cuisson 10 à une position repérée. Selon l'exemple représenté, le gabarit 40 peut être retourné et positionné dans le bac de cuisson 10. Ainsi, les pièces 14 sont suspendues dans le bac de cuisson 10. Contrairement au premier mode de réalisation, le bac de cuisson 10 peut être vide lors de l'installation du gabarit 40 dans le bac 10.

Le positionnement du gabarit 40 dans le bac 10 peut être contrôlé grâce à des tiges 46, formant repères. Les extrémités distales des tiges 46 peuvent reposer contre le fond 16 du bac 10, de façon à contrôler la hauteur des pièces 14 dans le bac 10. En outre, les tiges 46 peuvent se loger contre les coins du bac 10 pour imposer la position du gabarit 40 dans le bac 10 dans les deux directions de l'espace autres que la hauteur. Dans cet exemple, les repères formés par les tiges 46 sont placés à l'intérieur du bac 10, mais ils pourraient aussi se positionner à l'extérieur du bac 10.

Une fois le gabarit 40 positionné dans le bac 10, le bac 10 peut être rempli de sable jusqu'à une hauteur finale prédéterminée. Le niveau de la grille 42 peut faire office de gabarit de remplissage pour repérer la hauteur finale. Par suite, les pièces 14 étant maintenues par le sable, il est possible de détacher les pièces 14 du gabarit de positionnement 40 et de retirer le gabarit de positionnement 40 du bac 10 tout en laissant les pièces 14 en position dans le bac 10.

Dans les procédés précédemment décrits, bien que les étapes aient été présentées dans un certain ordre, cet ordre peut être modifié selon toutes les variantes techniquement réalisables. Par exemple, dans le premier mode de réalisation présenté en référence aux figures 1-6, il serait possible de retirer le gabarit de positionnement après avoir rempli le bac de cuisson jusqu'à la hauteur finale.

Bien que la présente invention ait été décrite en se référant à des exemples de réalisation spécifiques, des modifications peuvent être apportées à ces exemples sans sortir de la portée générale de l’invention telle que définie par les revendications. En particulier, des caractéristiques individuelles des différents modes de réalisation illustrés/mentionnés peuvent être combinées dans des modes de réalisation additionnels. Par conséquent, la description et les dessins doivent être considérés dans un sens illustratif plutôt que restrictif.

Claims (6)

1. REVENDICATIONS

   1. Procédé de déliantage de pièces (14), comprenant les étapes consistant à : - fournir les pièces (14) et un bac de cuisson (10) comprenant un gabarit de positionnement (20, 40), le gabarit de positionnement (20, 40) étant amovible par rapport au bac (10) ; - positionner les pièces (14) dans le bac (10) à l'aide du gabarit de positionnement (20, 40) ; - remplir de sable (12) le bac (10) contenant les pièces (14) jusqu'à une hauteur finale prédéterminée (hf) ; - appliquer au bac (10) un cycle de cuisson comprenant un traitement de déliantage - avant le cycle de cuisson, retirer le gabarit de positionnement (20) du bac (10).
2. 2. Procédé de déliantage selon la revendication 1, dans lequel le positionnement des pièces comprend les étapes suivantes : - remplir le bac (10) à l'aide de sable (12) jusqu'à une hauteur intermédiaire prédéterminée (hi) inférieure à la hauteur finale (hf) ; - installer le gabarit de positionnement (20) dans le bac à une position repérée ; - insérer les pièces (14) dans les emplacements (24) du gabarit de positionnement (20).
3. 3. Procédé de déliantage selon la revendication 1, dans lequel le positionnement des pièces comprend les étapes suivantes : - fixer les pièces (14) sur le gabarit de positionnement (40) ; - installer le gabarit de positionnement (40), qui maintient les pièces (14), dans le bac (10) à une position repérée; le procédé de déliantage comprenant en outre, après le remplissage du bac (10) jusqu'à la hauteur finale (hf) et avant le cycle de cuisson, l'étape consistant à détacher les pièces (14) du gabarit de positionnement (40).
4. 4. Procédé de déliantage selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, comprenant en outre, avant d'appliquer au bac (10) te cycle de cuisson, une étape de mise en vibration dudit bac (10).
5. 5. Procédé de déliantage selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel le remplissage du bac (10) est effectué à l'aide d'un gabarit de remplissage (34, 42) pour contrôler que le sable (12) atteint une des hauteurs prédéterminées (hi, hf).
6. 6. Procédé de déliantage selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel le cycle de cuisson comprend, après le traitement de déliantage, un palier de frittage.