FR3044569A1 - Procede de fabrication de moules ceramiques pour fonderie a la cire perdue et installation permettant de mettre en oeuvre un tel procede - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un procédé de fabrication de moules céramiques (10), le procédé comportant : le séchage dans une enceinte sous vide (1) des moules céramiques contenant une cire, l'élimination de la cire présente dans les moules céramiques dans un autoclave de décirage (2), et la cuisson des moules céramiques dans un four (3). Durant les étapes précédentes, les moules céramiques sont supportés par un même et unique plateau de chargement (20), ledit plateau de chargement comprenant du carbure de silicium dopé à la silice.
Description
Arrière-plan de l'invention
La présente invention se rapporte au domaine général de la fabrication de pièces métalliques par fonderie à la cire perdue. L'invention concerne plus particulièrement un procédé de fabrication de moules céramiques destinés à être utilisés dans un procédé de fonderie à la cire perdue.
De façon connue en soi, pour fabriquer une pièce métallique par fonderie à la cire perdue, on réalise un moule temporaire en céramique à partir d'un modèle en cire de la pièce à fabriquer. Pour cela, le modèle en cire est d'abord enrobé de céramique par un procédé de trempe/stucage dans une barbotine adéquate, puis le moule (aussi appelé moule carapace) obtenu est séché, déciré (c'est-à-dire qu'on élimine la cire présente dans le moule), et enfin cuit. Le moule ainsi fabriqué est ensuite mis en température pour recevoir le métal fondu, puis refroidi. La céramique est finalement retirée de la pièce métallique ainsi formée. La pièce subit enfin des traitements de finition classiques.
Lors de leur fabrication, les moules céramiques doivent être déplacés dans différents dispositifs : - le séchage est réalisé dans une enceinte sous vide (ou étuve sous vide), - le décirage est réalisé dans un autoclave de décirage, et - la cuisson est réalisée dans un four.
Lorsque les pièces sont complexes et de grande taille, les dimensions et la masse des moules peuvent être conséquentes. Les opérateurs doivent en permanence charger et décharger les moules dans les différents dispositifs précités, ce qui peut occasionner des blessures aux opérateurs, mais aussi de la casse. Ainsi, les coûts associés et la durée des cycles de fabrication des moules peuvent s'avérer importants.
Il existe donc un besoin pour disposer d'un procédé de fabrication de moules céramiques destinés à être utilisés, pour de la fonderie à la cire perdue qui ne présente pas les inconvénients précités.
Objet et résumé de l'invention
Pour réduire la manutention des moules, une solution consiste à les disposer sur un plateau de chargement unique, et à déplacer ce plateau dans les différents dispositifs. Cependant, la plupart des plateaux utilisés pour déplacer les moules ne sont pas aptes à supporter les conditions de température et de pression qui sont imposées par les dispositifs précités.
La présente invention a donc pour but principal de pallier de tels inconvénients en proposant un procédé de fabrication de moules céramiques, le procédé comportant les étapes suivantes : le séchage dans une enceinte sous vide des moules céramiques contenant une cire, l'élimination de la cire présente dans les moules céramiques dans un autoclave de décirage, et la cuisson des moules céramiques dans un four. Le procédé est caractérisé en ce que, durant les étapes précédentes, les moules céramiques sont supportés par un même et unique plateau de chargement, ledit plateau de chargement comprenant du carbure de silicium dopé à la silice.
Le procédé selon l'invention est avantageux en ce qu'il réduit considérablement les interventions de l'opérateur sur les moules. En effet, l'opérateur n'a plus qu'à disposer les moules sur le plateau de chargement unique avant leur séchage, et aucune autre préhension des moules n'est nécessaire jusqu'après la cuisson des moules.
Le plateau de chargement unique comprend du carbure de silicium dopé à la silice (SiC/SiCh), un matériau réfractaire léger suffisamment solide pour supporter les moules, et les conditions de température et de pression imposées dans l'enceinte sous vide, l'autoclave de décirage, et le four. En outre, grâce à la silice présente dans le plateau, les porosités débouchant sur la surface de ce dernier sont bouchées, et l'imprégnation du plateau par de la cire est réduit. Le dimensionnement du plateau de chargement est adapté pour supporter les moules et pouvoir être disposé dans les dispositifs précités.
Le procédé peut en outre comporter une étape de déplacement du plateau de chargement par un moyen de transport. Avantageusement, le moyen de transport peut être un chariot élévateur automatisé apte à charger et à décharger le plateau de chargement dans l'enceinte sous vide, dans l'autoclave de décirage et dans le four, sans nécessiter la préhension des moules céramiques par un opérateur.
De préférence, les moules céramiques sont destinés à fabriquer des pièces métalliques par fonderie.
De préférence également, le plateau de chargement présente une épaisseur comprise entre 4 mm et 20 mm. L'invention vise aussi une installation pour la fabrication de moules céramiques, l'installation comprenant les dispositifs suivants : une enceinte sous vide apte à sécher les moules céramiques contenant une cire, un autoclave de décirage apte à éliminer la cire présente dans les moules céramiques, et un four apte à cuire les moules céramiques, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre : un plateau de chargement apte à supporter les moules céramiques dans l'enceinte sous vide, dans l'autoclave de décirage et dans le four, ledit plateau de chargement comprenant du carbure de silicium dopé à la silice, et un moyen de transport apte à transporter le plateau de chargement dans l'enceinte sous vide, dans l'autoclave de décirage et dans le four.
De préférence, le moyen de transport est un chariot élévateur automatisé apte à charger et à décharger le plateau de chargement dans l'enceinte sous vide, dans l'autoclave de décirage et dans le four, sans nécessiter la préhension des moules céramiques par un opérateur.
De préférence encore, le plateau de chargement présente une épaisseur comprise entre 4 mm et 20 mm. L'invention vise encore un procédé de fabrication d'une pièce métallique par fonderie à la cire perdue, caractérisé en ce qu'il comprend : la fabrication d'un moule céramique par un procédé tel que celui décrit précédemment, et la coulée d'un métal fondu dans ledit moule.
Brève description des dessins 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 : - la figure 1 est un ordinogramme résumant les principales étapes d'un procédé de fonderie à la cire perdue, et - la figure 2 est une représentation très schématique d'une installation selon l'invention.
Description détaillée de l'invention
La présente invention sera décrite en lien avec un procédé de fabrication de pièces métalliques par fonderie à la cire perdue. L'invention permet notamment de réduire la durée des cycles de fabrication de telles pièces et leurs coûts en réduisant la casse des moules, mais aussi les blessures de l'opérateur dues à des opérations de manutention.
Les principales étapes d'un procédé de fonderie à la cire perdue conforme à l'invention vont maintenant être décrites en lien avec la figure 1. La figure 2 illustre quant à elle très schématiquement une installation 100 conforme à l'invention et permettant de mettre en oeuvre un tel procédé.
Tout d'abord, des modèles en cire de la pièce à fabriquer sont obtenus (étape El). Une telle pièce à fabriquer peut par exemple consister en une aube de turbine de turbomachine aéronautique, destinée à être fixe ou mobile, ou encore un secteur d'anneau de turbine. Pour obtenir un modèle en cire, on peut procéder par moulage à partir d'une pièce déjà existante et injection d'une cire dans un moule métallique, par fabrication additive, ou toute autre méthode bien connue de l'homme de l'art.
Les modèles en cire sont ensuite enrobés de céramique (étape E2) dans une chaîne de trempe/stucage. Les modèles sont trempés plusieurs fois dans une barbotine afin de former une couche de céramique. On pourra se référer aux demandes de brevet FR2870147A1 et FR2870148A1 au nom de la Demanderesse pour obtenir des exemples de céramiques et de compositions de barbotines utilisables dans cette étape.
Des ébauches de moules (ces moules sont aussi appelés « moules carapaces ») sont obtenues à l'issue de cette étape, et peuvent ensuite être détourées (étape E3), par exemple au moyen d'une fraiseuse ou d'une meuleuse. Le détourage consiste à mettre à nu la cire à certains endroits du moule qui sont généralement utiles seulement pour l'étape de trempe/stucage. Typiquement, ces parties sont localisées au niveau d'une partie inférieure du moule destinée à être posée sur un support et au niveau d'un godet par lequel sera ultérieurement coulé du métal fondu.
Les moules 10 contenant de la cire sont d'abord positionnés sur un même et unique plateau de chargement 20, lui-même disposé sur un chariot élévateur automatisé 30. Conformément à l'invention, ce plateau de chargement 20 comprend du carbure de silicium dopé à la silice.
Un tel plateau en matériau réfractaire peut par exemple être obtenu à partir d'un plateau en carbure de silicium SiC, un matériau présentant une bonne tenue aux chocs thermiques, sur lequel un dépôt complémentaire de silice S1O2 est effectué, par exemple par un dépôt en phase vapeur. La présence de silice permet notamment de combler les porosités ouvertes débouchant du plateau.
Le plateau 20 supportant les moules 10 est ensuite déplacé et chargé dans une enceinte sous vide 1 (ou une étuve sous vide) par le chariot 30 automatisé, sans nécessiter la préhension des moules 10 ou du plateau 20 par un opérateur. Les moules 10 sont alors séchés (étape E4) dans l'enceinte 1 pendant environ 30 minutes sous une pression d'environ 1000 Pa. Le plateau 20 selon l'invention présente l'avantage d'avoir une faible inertie thermique par rapport à l'enceinte sous vide.
Le plateau 20 est ensuite déchargé de l'enceinte sous vide 1 par le chariot 30, puis déplacé et chargé à l'intérieur d'un autoclave de décirage 2, sans nécessiter la préhension des moules 10 ou du plateau 20 par un opérateur. Dans l'autoclave 2, la pression est augmentée rapidement (typiquement en 2 secondes) jusqu'à 8 bars, et la température atteint alors environ 170°C. Ces conditions sont maintenues pendant environ 8 minutes. Le retour à pression et température ambiantes se fait par une augmentation de pression progressive dans l'autoclave 2 durant environ 15 minutes. Cette étape de décirage E5 permet de retirer la cire présente dans les moules afin d'obtenir des moules 10 dits « décirés ». Compte tenu de l'absence de porosités à la surface du plateau 20 selon l'invention, l'imprégnation du plateau 20 par de la cire est considérablement réduite pendant l'étape de décirage.
Ces moules 10 décirés sont déchargés de l'autoclave 2, déplacés et chargés dans un four 3 à l'aide du chariot 30, sans nécessiter la préhension des moules ou du plateau par un opérateur. Dans le four 3, le plateau 20 possède une fonction de sole sur laquelle les moules 10 sont cuits (étape E6) pendant environ 1 heure à environ 1150°C. Cette étape permet de donner aux moules 10 leur résistance mécanique et d'éliminer les dernières traces de cire.
Durant les étapes E4, E5 et E6, et dans les dispositifs 1, 2 et 3, les moules céramiques 10 sont supportés par le même et unique plateau de chargement 20, ce qui évite la préhension des moules 10 ou du plateau 20 par un opérateur. L'utilisation d'un tel plateau est rendue possible car il comprend du carbure de silicium dopé à la silice, qui lui permet de résister aux conditions de température et de pression imposées dans l'enceinte sous vide 1, dans l'autoclave de décirage 2 et dans le four 3. Le plateau présente de préférence des dimensions compatibles avec les enceintes respectives des dispositifs 1, 2 et 3, et une épaisseur suffisante pour soutenir les moules en cours de fabrication. Par exemple, l'épaisseur du plateau 20 peut être comprise entre 4 mm et 20 mm. En outre, le matériau formant le plateau 20 est léger.
Un métal fondu est ensuite coulé (étape E7) dans les moules céramiques 10 préalablement portés à une température proche de la température de fusion du métal. Le métal peut par exemple être choisi parmi les superalliages pour obtenir des structures monocristallines, par exemple des alliages du type AMI, AM3, MC2 et MCNG.
Après refroidissement, on procède au décochage des pièces obtenues (étape E8), c'est-à-dire au retrait de la carapace céramique formant les moules 10 autour des pièces céramiques coulées.
Enfin, les pièces métalliques ainsi obtenues peuvent subir des traitements de finition classiques (étape E9) tels que : usinage, polissage, perçage, etc.
Un procédé de fabrication selon l'invention permet un flux de production flexible et optimisé. En dimensionnant par exemple le plateau 20 sur la dimension de l'autoclave 2, il est possible de réaliser l'ensemble des étapes du procédé dans un atelier de moulage sans manipulation de chargement/déchargement. Chaque chariot 30 comprenant un plateau 20 sur lequel sont posés les moules 10, correspond à une fournée de moules lors de l'étape de cuisson. Le plateau 20 a un usage multiple dans plusieurs dispositifs 1, 2 et 3 sans nécessiter de modifier leur agencement au sein d'une installation préexistante. De plus, le comportement des dispositifs 1, 2 et 3 n'est pas modifié : les réglages, les cycles de température et de pression restant identiques.
Claims (9)
- REVENDICATIONS1. Procédé de fabrication de moules céramiques (10), le procédé comportant les étapes suivantes : a) le séchage (étape E4) dans une enceinte sous vide (1) des moules céramiques contenant une cire, b) l'éiimination de la cire (étape E5) présente dans les moules céramiques dans un autoclave de décirage (2), et c) la cuisson (étape E6) des moules céramiques dans un four (3), caractérisé en ce que, durant les étapes a), b) et c), les moules céramiques sont supportés par un même et unique plateau de chargement (20), ledit plateau de chargement comprenant du carbure de silicium dopé à la silice.
- 2. Procédé selon la revendication 1, comportant en outre une étape de déplacement du plateau de chargement par un moyen de transport (30).
- 3. Procédé selon la revendication 2, dans lequel le moyen de transport est un chariot élévateur automatisé (30) apte à charger et à décharger le plateau de chargement (20) dans l'enceinte sous vide (1), dans l'autoclave de décirage (2) et dans le four (3), sans nécessiter la préhension des moules céramiques (10) par un opérateur.
- 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel les moules céramiques (10) sont destinés à fabriquer des pièces métalliques par fonderie.
- 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel le plateau de chargement (20) présente une épaisseur comprise entre 4 mm et 20 mm.
- 6. Installation (100) pour la fabrication de moules céramiques (10), l'installation comprenant les dispositifs suivants : dl) une enceinte sous vide (1) apte à sécher les moules céramiques contenant une cire, d2) un autoclave de décirage (2) apte à éliminer la cire présente dans les moules céramiques, et d3) un four (3) apte à cuire les moules céramiques, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre : el) un plateau de chargement (20) apte à supporter les moules céramiques dans chacun des dispositifs dl), d2) et d3), ledit plateau de chargement comprenant du carbure de silicium dopé à la silice, et e2) un moyen de transport (30) apte à transporter le plateau de chargement dans chacun des dispositifs dl), d2) et d3).
- 7. Installation selon la revendication 6, dans laquelle le moyen de transport est un chariot élévateur automatisé (30) apte à charger et à décharger le plateau de chargement (20) dans chacun des dispositifs dl), d2) et d3) sans nécessiter la préhension des moules céramiques par un opérateur.
- 8. Installation selon l'une quelconque des revendications 6 et 7, dans laquelle le plateau de chargement (20) présente une épaisseur comprise entre 4 mm et 20 mm.
- 9. Procédé de fabrication d'une pièce métallique par fonderie à la cire perdue, caractérisé en ce qu'il comprend : la fabrication d'un moule céramique (10) par un procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, et la coulée d'un métal fondu dans ledit moule.
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