FR3107848A1 - Moule pour la fabrication d’un noyau céramique de fonderie - Google Patents
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Abstract
L’invention concerne un moule pour la fabrication d’un noyau céramique de fonderie destiné à former au moins une partie d’un bord de fuite d’une aube lors d’un procédé de moulage de ladite aube, le moule comprenant une empreinte (38) comportant une première zone (40) destinée à former une première zone dite fonctionnelle du noyau, et une seconde zone (42) destinée à former une seconde zone dite non fonctionnelle du noyau, la première zone (40) et la seconde zone (42) sont reliées l’une à l’autre par des pontets (44) destinés à former des dents reliant la première zone fonctionnelle et la seconde zone non fonctionnelle du noyau, un canal principal (46) d’alimentation débouchant dans la première zone (40) de l’empreinte (38), caractérisé en ce qu’il comporte un canal auxiliaire (52) d’alimentation débouchant dans la seconde zone (42) de l’empreinte (38). Figure à publier avec l’abrégé : Figure 3.
Description
Domaine technique de l’invention
L’invention concerne un moule pour la fabrication d’un noyau céramique de fonderie destiné à former au moins une partie d’un bord de fuite d’une aube lors d’un procédé de moulage de ladite aube.
Etat de la technique antérieure
Une turbomachine s’étend classiquement selon un axe et comporte, d’amont en aval dans le sens de circulation des gaz au sein de la turbomachine, une soufflante, un compresseur basse pression, un compresseur haute pression, une chambre de combustion, une turbine haute pression, une turbine basse pression et une tuyère d’éjection. La turbine haute pression est couplée en rotation au compresseur haute pression, par l’intermédiaire d’un arbre haute pression, de manière à former un corps haute pression. La turbine basse pression est couplée en rotation au compresseur basse pression, par l’intermédiaire d’un arbre basse pression, de manière à former un corps haute pression. La soufflante est reliée à l’arbre basse pression, soit directement, soit par l’intermédiaire d’un réducteur de vitesses.
Les aubes de turbine basse pression et haute pression d’une turbomachine sont soumises aux températures très élevées des gaz de la chambre de combustion, ce qui peut entraîner une dégradation prématurée desdites aubes et limiter leur durée de vie.
Afin de maîtriser la température de ces aubes, ces dernières comportent des circuits de refroidissement internes. De l’air issu par exemple du compresseur basse pression, est envoyé dans les circuits de refroidissement des aubes, de manière à limiter la température.
Dans la suite de la description, les termes axial, radial et circonférentiel sont utilisés par référence à l’axe de la turbomachine.
La figure 1 illustre une aube 1 de turbine haute pression de turbomachine. Ladite aube 1 comporte, radialement de l’intérieur vers l’extérieur, un pied 2, une plate-forme 4 et une pale 6. La pale 6 comporte des surfaces d’intrados 8 et d’extrados 10 reliées à l’amont par un bord d’attaque 12 et à l’aval, par un bord de fuite 14.
L’extrémité radialement externe ou sommet 16 de la pale 6 comprend une partie en forme dite de baignoire 18. Cette dernière est délimitée par un fond 20 transversal à la pale 6 et par une paroi 22 formant son bord dans le prolongement de la paroi de la pale 6. La pale 6 comprend en outre une pluralité de cavités interne communiquant avec une entrée d’air de refroidissement située au niveau au pied 2 de l’aube 1 et débouchant au niveau de perforations 25 réparties sur la pale 6. Les perforations 25 sont situées au niveau des surfaces d’intrados 8 et d’extrados 10 de la pale 6 et au niveau des bords d’attaque 12 et de fuite 14 de la pale 6.
Les perforations 25 au niveau du bord de fuite 14 présentent la forme de fentes, les autres perforations 25 présentant des formes globalement circulaires ou ovales.
De telles aubes sont fabriquées par procédé de fonderie à cire perdue. Ces moules comportent une empreinte, c’est-à-dire une forme en creux délimitant notamment l’aube à réaliser. Un ou plusieurs noyaux en céramique peuvent être montés dans le moule, au niveau de l’empreinte, de manière à former des zones en creux dans la pièce à fabriquer, en particulier lorsque celle-ci présente une géométrie complexe. Les noyaux sont notamment destinés à délimiter les cavités définissant les circuits de refroidissement ainsi que la baignoire au niveau du sommet de la pale.
La figure 2 illustre un noyau 26 pour la réalisation d’une aube 1 de turbine, connu notamment du document FR 3037830. Celui-ci comporte une première zone 30 dite fonctionnelle, et une seconde zone 28 dite non fonctionnelle, la première zone 30 et la seconde zone 28 étant reliées les unes aux autres par des dents 32.
La première zone 30 dite fonctionnelle du noyau est destinée à former, lors du procédé ultérieur de moulage de l’aube 1, des cavités ou canaux destinés à formés les circuits de refroidissement. La seconde zone 28 dite non fonctionnelle du noyau 26 lors du procédé de moulage ultérieur de l’aube 1, est destinée à former le bord de fuite 14 et la baignoire 18, mais ne délimite pas une partie ou une cavité de l’aube 1.
Les dents 32 sont destinées à former, lors du procédé ultérieur de moulage de l’aube 1, les perforations 25 au niveau du bord de fuite 14 de l’aube 1.
Les noyaux en céramiques sont eux-mêmes fabriqués par injection d’une pâte céramique, dans un moule. Cette pâte est principalement composée d’une poudre de céramique et d’un liant. Ce moule est composé de deux demi-coquilles plaquées l’une contre l’autre au niveau d’un plan de joint, et délimitant une empreinte du noyau à réaliser. L’empreinte comporte une première zone de l’empreinte, destinée à former la première zone du noyau et une seconde zone de l’empreinte, destinée à former la seconde zone du noyau. La première zone de l’empreinte est reliée à la seconde zone de l’empreinte par l’intermédiaire de dents. Les dents sont destinées à former les dents du noyau.
Le moule d’injection comporte un canal d’alimentation débouchant au niveau de la buse d’injection vers l’extérieur du moule; et à l’intérieur au niveau de la première zone 30 de l’empreinte.
Lors de la fabrication du noyau, la pâte céramique est introduite dans le moule par la buse d’injection et continue par le canal d’alimentation et débouche 33 dans la première zone de l’empreinte. L’empreinte est progressivement remplie la pâte céramique de sorte que la pâte céramique pénètre dans la seconde zone de l’empreinte au travers des dents.
Lors du passage de la pâte céramique au travers des dents, celle-ci est soumise à un fort cisaillement. Il a été constaté que ce cisaillement provoque une ségrégation de la poudre céramique, engendrant des défauts de structure et/ou une rupture du noyau dans la suite de son procédé de fabrication et une usure prématuré du moule d’injection.
L’invention vise à proposer une solution à ce problème, de façon simple, fiable et peu onéreuse.
Présentation de l’invention
A cet effet, le présent document concerne un moule pour la fabrication d’un noyau céramique de fonderie destiné à former au moins une partie d’un bord de fuite d’une aube lors d’un procédé de moulage de ladite aube, le moule comprenant une empreinte comportant une première zone destinée à former une première zone dite fonctionnelle du noyau, et une seconde zone destinée à former une seconde zone dite non fonctionnelle du noyau, la première zone et la seconde zone sont reliées l’une à l’autre par des dents destinées à former des dents reliant la première zone fonctionnelle et la seconde zone non fonctionnelle du noyau, un canal principal d’alimentation débouchant dans la première zone de l’empreinte, caractérisé en ce qu’il comporte un canal auxiliaire d’alimentation débouchant dans la seconde zone de l’empreinte.
La première zone dite fonctionnelle du noyau est, comme précédemment, destinée à former, lors du procédé ultérieur de moulage de l’aube, au moins une cavité dans l’aube. Ladite cavité peut notamment être utilisée afin d’assurer le refroidissement de l’aube. Par ailleurs, comme précédemment, la seconde zone dite non fonctionnelle du noyau ne délimite pas, lors du procédé de moulage ultérieur de l’aube, une partie ou une cavité de l’aube.
Lors de l’alimentation du moule d’injection, une pâte céramique ou une pâte à base de céramique est injectée dans l’empreinte du moule par l’intermédiaire du canal principal d’alimentation et du canal auxiliaire d’alimentation. Par ailleurs, la pâte céramique pénètre dans les dents de manière à former, après moulage, les dents du noyau.
De cette manière, les première et seconde zones de l’empreinte sont remplies simultanément sans générer de cisaillement notamment dans les dents de sorte que le matériau du noyau soit homogène, ce qui permet d’éviter les phénomènes de casse ou de défaut de structure du noyau.
Le canal auxiliaire peut comporter une première extrémité débouchant dans la seconde zone de l’empreinte et une seconde extrémité débouchant dans le canal principal, le canal auxiliaire ayant une section inférieure au canal principal.
Une telle caractéristique permet, lors de l’injection de la pâte céramique dans l’empreinte, de limiter le débit de pâte débouchant dans la première zone, favorisant ainsi le remplissage de la seconde zone de l’empreinte.
Le canal principal peut comporter une zone de section calibrée, par exemple une zone de restriction de section, située au niveau de l’extrémité du canal principal débouchant dans la première zone de l’empreinte.
Une telle zone de section calibrée permet de contrôler l’injection.
Le canal auxiliaire peut comporter une première extrémité débouchant dans la seconde zone de l’empreinte et une seconde extrémité débouchant dans le canal principal, ledit canal auxiliaire comportant une zone de section calibrée, par exemple une zone de restriction de section, située au niveau de sa première extrémité.
Une telle zone de section calibrée permet de contrôler l’injection.
La section du canal principal au niveau de son extrémité débouchant dans la zone principale de l’empreinte peut être comprise entre 25 et 65 % ou 35 et 55 % de la section dudit canal principal au niveau de son extrémité opposée.
La section du canal auxiliaire au niveau de son extrémité débouchant dans la seconde zone de l’empreinte peut être comprise entre 20 et 60 % ou entre 30 et 50% de la section du canal principal au niveau de son extrémité débouchant dans la zone principale de l’empreinte.
Une telle caractéristique permet de maîtriser le rapport entre le débit de pâte céramique pénétrant dans la première zone de l’empreinte et le débit de pâte céramique pénétrant dans la seconde zone de l’empreinte.
Le canal auxiliaire peut comporter une zone médiane située entre les deux extrémités du canal principal, la section de la zone médiane pouvant être sensiblement constante.
La section du canal auxiliaire, dans la zone calibrée est par exemple comprise entre 50 et 90% ou entre 60 et 80% de la section de la zone médiane.
Le canal principal et le canal auxiliaire peuvent être globalement de section cylindrique, à l’exception des extrémités desdits canaux.
Une première demi-coquille et une seconde demi-coquille peuvent délimiter chacune une partie de l’empreinte, et sont aptes à être plaquées l’une sur l’autre au niveau d’un plan de joint du moule, le canal principal et le canal auxiliaire s’étendant, au moins en partie, le long du plan de joint.
Une telle caractéristique permet de faciliter le démoulage de l’ensemble formé par le noyau et les parties en céramique formées par le canal principal et le canal auxiliaire.
Le terme plan de joint ne définit pas nécessairement un plan en tant que tel, comme cela est connu de l’état de la technique. En effet, le plan de joint peut notamment comporter des portions décalées les unes par rapport aux autres ou formant des angles entres elles.
Le présent document concerne également un procédé de fabrication d’un noyau en céramique à l’aide d’un moule du type précité, caractérisé en ce qu’il comporte les étapes consistant à:
- injecter une pâte céramique chauffée à l’état visqueux dans l’empreinte au travers du canal principal et du canal auxiliaire,
- procéder à une solidification de la pâte céramique, par exemple par cuisson, de manière à former un ensemble en céramique comportant notamment le noyau et des parties en céramique formées par le canal principal et le canal auxiliaire,
- séparer le noyau du reste dudit ensemble.
- injecter une pâte céramique chauffée à l’état visqueux dans l’empreinte au travers du canal principal et du canal auxiliaire,
- procéder à une solidification de la pâte céramique, par exemple par cuisson, de manière à former un ensemble en céramique comportant notamment le noyau et des parties en céramique formées par le canal principal et le canal auxiliaire,
- séparer le noyau du reste dudit ensemble.
Lors d’un tel procédé, la pâte céramique peut être injectée dans l’empreinte. La pâte céramique doit être répartie entre le canal principal et le canal auxiliaire et doit déboucher à la fois dans la première zone et dans la seconde zone de l’empreinte. La pâte céramique présente dans la première et la pâte céramique présente dans la seconde zone peuvent se rencontrer dans l’empreinte au niveau d’un front de recollement se situant au niveau des dents. Les formes des canaux d’injection doivent être adaptées de manière à ce que le front de recollement soit situé dans une zone souhaitée qui permet d’éviter les cisaillements et l’abrasion du moule d’injection.
La pâte est injectée à une température supérieure à la température du liquide du liant. Cette pâte refroidit presque instantanément dans le moule, qui est par exemple à 25°, de façon à obtenir un noyau solide. Les noyaux sont par exemple cuits à plus de 1000°C.
Brève description des figures
Description détaillée de l’invention
La figure 3 illustre une partie d’une demi-coquille 34 appartenant à un moule d’injection selon une forme de réalisation du présent document.
Le moule comporte deux demi-coquilles 34 aptes à être plaquées l’une contre l’autre au niveau d’un plan de joint 36, les deux demi coquilles 34 délimitant une empreinte 38 générale du noyau 26 à réaliser.
L’empreinte 38 comporte une première zone 40 et une seconde zone 42 reliées l’une à l’autre par l’intermédiaire des dents 44. Le moule comporte en outre un canal principal d’alimentation 46 débouchant dans la première zone 40 de l’empreinte 38 au niveau d’une première extrémité 48 du canal principal 46 et débouchant à l’extérieur du moule au niveau d’une seconde extrémité 50 du canal principal 46.
La première extrémité 48 du canal principal 46 présente une section plus faible que dans le reste du canal principal 46. Le canal principal 46 comporte une zone de section calibrée 48, par exemple une zone de restriction de section, située au niveau de l’extrémité 48 du canal principal 46 débouchant dans la première zone 40 de l’empreinte 38.
La section du canal principal 46, dans la zone de section calibrée 48 est par exemple comprise entre 25 et 65% ou entre 35 et 55% de la section du canal principal 46 au niveau de la seconde extrémité 50 du canal principal 46.
La seconde extrémité 50 du canal principal 46 forme une entrée du moule au niveau de la buse d’injection.
Le moule comporte de plus un canal auxiliaire d’alimentation 52 débouchant dans la seconde zone 42 de l’empreinte 38 au niveau d’une première extrémité 54 du canal auxiliaire 52 et débouchant dans le canal principal 46 au niveau d’une seconde extrémité 56 du canal auxiliaire 52. La seconde extrémité 56 du canal auxiliaire 52 est située à proximité de la première extrémité 48 du canal principal 46. La première extrémité 54 du canal auxiliaire 52 présente une zone de section calibrée dont la section est plus faible que dans le reste du canal auxiliaire 52. La section du canal auxiliaire 52, dans la zone de section calibrée 54 est par exemple comprise entre 20 et 60% ou entre 30 et 50% de la section de la zone de section calibrée 48 du canal principal 46. Par ailleurs, le canal auxiliaire 52 comporte une zone médiane 58 située entre les deux extrémités 54, 56 du canal auxiliaire 52, la section de la zone médiane 58 étant sensiblement constante. La section du canal auxiliaire 52, dans la zone de section calibrée 54 est par exemple comprise entre 50 et 90% ou entre 60 et 80% de la section de la zone médiane 58.
Le canal principal 46 et le canal auxiliaire 52 sont globalement de section cylindrique, à l’exception des extrémités desdites canaux 46, 52.
Le canal principal 46 et le canal auxiliaire 52 s’étendent chacun le long du plan de joint 36.
Le plan de joint 36 du moule est formé de portions planes décalées les unes des autres et/ou formant des angles les unes avec les autres.
Un tel moule permet la réalisation d’un noyau 26 en céramique.Pour cela une pâte de céramique est injectée sous pression par la buse d’injection dans le moule au niveau de l’extrémité 50. La pâte céramique est répartie entre le canal principal 46 et le canal auxiliaire 52 et débouche à la fois dans la première zone 40 et dans la seconde zone 42 de l’empreinte 38. La pâte céramique présente dans la première zone 40 et la pâte céramique présente dans la seconde zone 42 se rencontrent dans l’empreinte 38 au niveau d’un front de recollement. Les sections des canaux d’injection sont adaptées de manière à piloter la localisation du front de recollement.
Une solidification de la pâte céramique est ensuite réalisé, par refroidissement, de manière à former un ensemble 60 en céramique comportant le noyau 26 et des parties 62, 64 en céramique formées respectivement par le canal principal 46 et le canal auxiliaire 52.
Le moule est ensuite ouvert de manière à libérer l’ensemble 60 et le noyau 26 est séparé du reste dudit ensemble 60. Les zones de rétrécissement 48, 54 favorisent une telle séparation.
Le noyau 26 en céramique peut ensuite être utilisé pour la réalisation d’une aube métallique par moulage, comme cela est connu en soi.
Lors d’un moulage de l’aube 1, la première zone 30 du noyau 26 est destinée à former des cavités dans l’aube 1, la première zone 30 du noyau 26 étant alors dite fonctionnelle. Ces cavités sont destinées notamment à former des circuits de refroidissement de l’aube 1 et/ou une baignoire 18 en sommet de pale 8 de l’aube 1. Par ailleurs, lors du moulage de l’aube 1, la seconde zone 28 du noyau 26 ne délimite pas une partie ou une cavité de l’aube 1. Les dents 44 forment des dents 32 reliant les première 30 et seconde 28 zones du noyau 26.
Claims (8)
- Moule pour la fabrication d’un noyau (26) céramique de fonderie destiné à former au moins une partie d’un bord de fuite d’une aube (1) lors d’un procédé de moulage de ladite aube (1), le moule comprenant une empreinte (38) comportant une première zone (40) destinée à former une première zone (30) dite fonctionnelle du noyau (26), et une seconde zone (42) destinée à former une seconde zone (28) dite non fonctionnelle du noyau (26), la première zone (40) et la seconde zone (42) sont reliées l’une à l’autre par des dents (44) destinées à former des dents (32) reliant la première zone fonctionnelle (30) et la seconde zone non fonctionnelle (28) du noyau (26), un canal principal (46) d’alimentation débouchant dans la première zone (40) de l’empreinte (38), caractérisé en ce qu’il comporte un canal auxiliaire (52) d’alimentation débouchant dans la seconde zone (42) de l’empreinte (38).
- Moule selon la revendication 1, caractérisé en ce que le canal auxiliaire (52) comporte une première extrémité (54) débouchant dans la seconde zone de l’empreinte (38) et une seconde extrémité (56) débouchant dans le canal principal (46), le canal auxiliaire (52) ayant une section inférieure au canal principal (46).
- Moule selon la revendication 2, caractérisé en ce que le canal principal (46) comporte une zone de section calibrée (48), par exemple une zone de restriction de section, située au niveau de l’extrémité (48) du canal principal (46) débouchant dans la première zone (40) de l’empreinte (38).
- Moule selon l’une des revendications 1 à 3,caractérisé en ce que le canal auxiliaire (52) comporte une première extrémité (54) débouchant dans la seconde zone (42) de l’empreinte (38) et une seconde extrémité (56) débouchant dans le canal principal (46), ledit canal auxiliaire (52) comportant une zone de section calibrée (54), par exemple une zone de restriction de section, située au niveau de sa première extrémité (54).
- Moule selon l’une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la section du canal principal (46) au niveau de son extrémité (48) débouchant dans la zone principale de l’empreinte (38) est comprise entre 25 et 65 % ou entre 35 et 55 % de la section dudit canal principal (46) au niveau de son extrémité (50) opposée.
- Moule selon l’une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la section du canal auxiliaire (52) au niveau de son extrémité (54) débouchant dans la seconde zone (42) de l’empreinte (38) est comprise entre 20 et 60 % ou 30 et 50% de la section du canal principal (46) au niveau de son extrémité (48) débouchant dans la zone principale (40) de l’empreinte (38).
- Moule selon l’une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu’il comporte une première demi-coquille (34) et une seconde demi-coquille (34) délimitant chacune une partie de l’empreinte (38), et aptes à être plaquées l’une sur l’autre au niveau d’un plan de joint (36) du moule, le canal principal (46) et le canal auxiliaire (52) s’étendant, au moins en partie, le long du plan de joint (36).
- Procédé de fabrication d’un noyau (26) en céramique à l’aide d’un moule selon l’une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu’il comporte les étapes consistant à:
- injecter une pâte céramique chauffée à l’état visqueux dans l’empreinte (38) au travers du canal principal (46) et du canal auxiliaire (52),
- procéder à une solidification de la pâte céramique, par exemple par cuisson, de manière à former un ensemble (60) en céramique comportant le noyau (26) et des parties (62,64) en céramique formées par le canal principal (46) et le canal auxiliaire (52),
- séparer le noyau (26) du reste dudit ensemble (60).
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| CN207013678U (zh) * | 2017-06-26 | 2018-02-16 | 禹州市昆仑模具有限公司 | 一种制动底板的热芯盒模具 |
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2020
- 2020-03-03 FR FR2002161A patent/FR3107848B1/fr active Active
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| FR3126894A1 (fr) * | 2021-09-15 | 2023-03-17 | Safran | Dispositif et procede de fabrication d’un noyau en ceramique pour aube |
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| FR3107848B1 (fr) | 2022-03-11 |
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