FR3114984A1 - Procédé d’ajustement d’une position de moyens de blocage d’un moule à injection de cire. - Google Patents
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Abstract
Ce procédé d’ajustement d’une position initiale de moyens de blocage d’un moule à injection de cire comportant une pluralité d’inserts en matériau céramique, et dans lequel chaque insert est destiné à être maintenu en position isostatique par un moyen de blocage, comprend : - une mesure (E1) des dimensions de chaque insert ; - une mise à jour (E2) de la position initiale de chaque moyen de blocage en fonction des dimensions mesurées et des dimensions nominales de l’insert associé ; - une détermination d’une position moyenne (E4) pour chaque moyen de blocage en fonction des positions mises à jour, et - un ajustement (E6) de la position initiale de chaque moyen de blocage sur la position moyenne associée. Figure pour l’abrégé : Fig 3
Description
La présente invention concerne la fabrication de pièces métalliques, et se rapporte plus particulièrement à la fabrication des aubes pour turbomachine d’aéronef.
Etat de la technique antérieure
Généralement, les aubes de turbomachines sont fabriquées selon un procédé de fonderie à la cire perdue.
La technique de fonderie à la cire perdue permet de produire des pièces à la géométrie complexe et de répondre aux exigences métallographiques définies par les normes avioniques.
Elle consiste en une introduction d’un métal fondu dans une coque, en matériau céramique par exemple, ayant une géométrie correspondant à la forme finale souhaitée.
La coque est obtenue par apport de couches successives dudit matériau autour d’un modèle en cire solide.
Après une coulée du métal, la coque est facilement éliminable de la pièce à réaliser.
Toutefois, comme les aubes de turbomachines sont positionnées en sortie d’une chambre de combustion d’un moteur d’aéronef, celles-ci sont soumises à des températures au-dessus de la température de fusion du matériau duquel elles sont constituées.
A cet effet, une aube de turbomachine comporte une pluralité de cavités de refroidissement destinées à autoriser la circulation d’air frais et ainsi refroidir l’aube.
Pour réaliser ces cavités de refroidissement, il est connu de positionner des inserts dans un moule destiné à épouser la forme de l’aube, avant toute injection de cire.
La cire est ensuite injectée dans les espaces libres entre les inserts et le moule, ce qui peut entraîner des mouvements indésirables de l’insert et modifier la géométrie de l’aube.
Pour empêcher tout mouvement de l’insert, le moule à injection de cire comporte des moyens de blocage destinés à maintenir l’insert dans une position isostatique.
Plus précisément, chaque moyen de blocage comprend une pluralité d’appuis destinés à coopérer avec l’insert de manière à supprimer ses degrés de liberté.
A titre d’exemple, un insert comportant six degrés de liberté, dont trois en translation et trois en rotation, coopère avec un moyen de blocage disposant de six appuis.
Autrement dit, chaque degré de liberté de l’insert est associé à un appui du moyen de blocage.
Cependant, les inserts sont susceptibles de varier géométriquement par rapport au modèle numérique défini lors de la conception des inserts.
En effet, des phénomènes physiques liés au durcissement de l’insert, tels que le déliantage, sont très délicats à anticiper.
Le coefficient de dilatation thermique varie localement en fonction de la géométrie particulière des inserts, de la composition de la matière première ou des paramètres de fabrication de ces inserts.
A titre d’exemple, lors de la cuisson de l’insert, celui-ci subit des déformations dimensionnelles de l’ordre de ± 0,2 mm.
Il est à noter qu’on entend par « déformations dimensionnelles » les dimensions du noyau qui sont modifiées suite à leur fabrication.
Par ailleurs, comme les dimensions varient d’un insert à un autre, notamment à cause de l’imprécision des méthodes d’usinage et de la complexité à déterminer la dilatation résultante de la cuisson de chaque insert, il est difficile d’ajuster la position des moyens de blocage en amont de la fabrication d’un lot d’inserts.
Par conséquent, il est nécessaire de régler la position des moyens de blocage du moule à injection de cire afin de maintenir les inserts en position isostatique, en prenant en considération leurs déformations dimensionnelles.
Aujourd’hui, une des solutions proposées est de régler les moyens de blocage de manière empirique, ce qui réduit considérablement la précision du positionnement des moyens de blocage et conduire à une réalisation de pièces en superalliages défectueuses.
Une autre solution décrite dans la demande de brevet n°FR1903052 consiste à mesurer les dimensions d’une pièce suite à une injection de cire pour déterminer les points de contact réels de chaque insert lors de l’injection de cire.
Plus précisément, cette solution permet de détecter une éventuelle irrégularité des moyens de blocage telle qu’un blocage hyperstatique pouvant dégrader la résistance physique des inserts.
Cependant, ce contrôle permet de vérifier le réglage des moyens de blocage uniquement après une injection de cire.
Autrement dit, le réglage de la position des moyens de blocage ne s’effectue pas de manière déterministe.
Au vu de ce qui précède, l’invention se propose de pallier les contraintes précitées en proposant un procédé de réglage des moyens de blocage d’un moule à injection de cire en fonction des déformations subies par un lot d’inserts.
L’invention a donc pour objet un procédé d’ajustement d’une position initiale de moyens de blocage d’un moule à injection de cire, le moule comportant une pluralité d’inserts, chaque insert étant destiné à être maintenu en position isostatique par un moyen de blocage.
Le procédé comprend :
- une mesure des dimensions de chaque insert ;
- une détermination d’une position optimale de chaque insert par rapport à une position nominale ;
- une mise à jour de la position initiale de chaque moyen de blocage en fonction des dimensions mesurées et des dimensions nominales de l’insert associé ;
- une détermination d’une position moyenne pour chaque moyen de blocage en fonction des positions mises à jour et,
- un ajustement de la position initiale de chaque moyen de blocage sur la position moyenne associée.
Par « position optimale », on entend la position du jumeau numérique de l’insert associé dont la distance est minimisée par rapport à la position du modèle numérique défini lors de la conception des inserts.
On entend par « moyen de blocage », une pluralité d’appuis destinés à maintenir l’insert dans une position isostatique.
A titre d’exemple, un insert comprenant six degrés de liberté, dont trois en translation et trois en rotation, doit coopérer avec un moyen de blocage disposant de six appuis.
Autrement dit, chaque degré de liberté de l’insert est associé à un appui ponctuel du moyen de blocage.
Chaque appui est défini selon trois coordonnées cartésiennes initiales destinées à être modifiées selon l’évolution des déformations dimensionnelles de l’insert associé suite à sa cuisson ou son usinage.
Ainsi, modifier la position des moyens de blocage revient à modifier celle d’au moins un appui.
Plus particulièrement, certains appuis peuvent, selon l’architecture du moule, être fixés ou déplacés suivant une direction.
Dans ce cas, ces appuis sont bloqués numériquement lors de la détermination de la position optimale et ne peuvent être ajustés.
Il est à noter que l’ajustement de la position initiale de chaque moyen de blocage est effectué par un opérateur physique.
Par ailleurs, comme les déformations dimensionnelles varient d’un insert à un autre, il est avantageux de déterminer une position moyenne commune aux appuis destinés à supprimer un degré de liberté défini et ainsi réduire le temps et la complexité de réglage.
Avantageusement, la mesure comprend une numérisation de chaque insert par tomographie ou par triangulation.
Par « tomographie » on entend tout procédé radiographique apte à capturer une pluralité d’images correspondant à des projections de l’insert pour mettre en évidence les déformations subies au niveau des zones de l’insert destinées à coopérer avec les appuis des moyens de blocage.
De même, la triangulation permet de mesurer la distance entre lesdites zones et ainsi en déduire les nouvelles dimensions de l’insert.
De préférence, la mise à jour de la position initiale de chaque moyen de blocage comprend une comparaison entre les dimensions mesurées et les dimensions nominales de l’insert, la position mise à jour du moyen de blocage ayant pour valeur, la position initiale augmentée de l’écart entre les dimensions mesurées et nominales.
L’écart déterminé entre les dimensions nominales et les dimensions mesurées de l’insert est représentatif de l’écart entre la position initiale des appuis du moyen de blocage et leur nouvelle position qui permet de maintenir l’insert dans une position optimale après sa déformation.
Préférentiellement, la position moyenne de chaque moyen de blocage correspond à une valeur médiane des positions mises à jour, est déterminée par une fonction gaussienne ou par analyse modale.
L’invention a également pour objet un procédé de fabrication à la cire perdue d’une aube de turbomachine pour aéronef, comprenant :
- une fabrication d’un modèle de cire à partir d’un moule à injection de cire comportant une pluralité d’inserts et des moyens de blocage aptes à maintenir en position isostatique lesdits inserts selon un procédé tel que défini ci-dessus ;
- un surmoulage du modèle de cire destiné à former un moule en céramique ;
- une cuisson du moule en céramique et,
- un coulage d’un métal en fusion dans le moule en céramique pour obtenir une aube de turbomachine.
L’invention a encore pour objet un dispositif d’ajustement d’une position initiale de moyens de blocage d’un moule à injection de cire, le moule comportant une pluralité d’inserts, chaque insert étant destiné à être maintenu en position isostatique par un moyen de blocage.
Le dispositif comporte :
- des moyens de mesure aptes à mesurer les dimensions de chaque insert ;
- des moyens de calcul aptes à déterminer une position optimale de chaque insert par rapport à une position nominale, mettre à jour la position initiale de chaque moyen de blocage en fonction des dimensions mesurées et des dimensions nominales de l’insert associé, et à déterminer une position moyenne pour chaque moyen de blocage en fonction des positions mises à jour et,
- des moyens de réglage aptes à ajuster la position initiale de chaque moyen de blocage sur la position moyenne associée.
Les moyens de calcul peuvent être implémentés sous forme de modules aptes à exécuter des instructions programme.
On peut citer par exemple, un microprocesseur ou microcontrôleur.
Les moyens de calcul peuvent également être implémentés sous forme de circuits logiques de manière partiellement ou intégralement matérielle.
Quant aux moyens de réglage, il s’agit de tout moyen mécanique et/ou électronique destiné à assister l’opérateur physique dans l’ajustement de chaque moyen de blocage sur la position moyenne associée.
A titre d’exemple, les moyens de réglage peuvent être des tiges réglables en translation via une molette.
Avantageusement, les moyens de calcul comportent des moyens de comparaison aptes à comparer les dimensions mesurées et les dimensions nominales de l’insert, la position mise à jour du moyen de blocage ayant pour valeur, la position initiale augmentée de l’écart entre les dimensions mesurées et les dimensions nominales.
De préférence, la position moyenne de chaque moyen de blocage correspond à une valeur médiane des positions mises à jour, est déterminée par une fonction gaussienne ou par analyse modale.
L’invention a encore pour objet une aube de turbomachine pour aéronef obtenue par un procédé de fabrication à la cire perdue tel que défini ci-dessus.
L’invention a en outre pour objet un programme d’ordinateur configuré pour mettre en œuvre le procédé tel que défini ci-dessus.
L’invention a encore pour objet un support d’enregistrement lisible par ordinateur tel qu’un cédérom (pour « CD-ROM » en anglais) ou une clé USB, sur lequel est enregistré un programme d’ordinateur tel que défini ci-dessus.
D’autres buts, caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description suivante, donnée uniquement à titre d’exemple non limitatif, et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels :
Exposé détaillé d’au moins un mode de réalisation de l’invention
Sur la est représenté un moule à injection de cire 1 destiné à mettre en œuvre une fabrication à la cire perdue d’une aube de turbomachine pour aéronef.
Le moule à injection de cire peut être en matériau aluminium, en acier ou en tout autre matériau adapté au moulage d’un modèle de cire.
Plus particulièrement, le moule à injection de cire 1 comporte une cavité 3 dont l’empreinte dépend de la forme externe de l’aube à fabriquer.
Afin d’assurer la circulation de flux d’air dans l’aube de turbomachine via des canaux de refroidissement internes, la cavité 3 comporte une pluralité d’inserts 2 en matériau céramique destinés à former des cavités dans l’aube de turbomachine.
Bien entendu, le matériau céramique peut être remplacé par tout autre matériau apte à permettre la fabrication d’inserts 2, tels que de l’alumine.
A titre d’exemple non limitatif et par souci de clarté, le moule à injection de cire 1 comporte ici un unique insert 2.
Pour obtenir une forme interne satisfaisante, il est avantageux de soutenir l’insert en matériau céramique 2 dans une position isostatique.
A cet effet, le moule à injection de cire 1 comprend un moyen de blocage 4 apte à supprimer les degrés de liberté de l’insert 2, ici six degrés de liberté, dont trois en translation et trois en rotation.
Plus précisément, le moyen de blocage 4 comporte six appuis servant de butée afin d’exercer une pression sur l’insert 2.
Toutefois, comme l’insert 2 subit des déformations dimensionnelles lors de sa cuisson, il est avantageux de régler la position des moyens de blocage 4 afin que l’insert ne recouvre un ou plusieurs degrés de liberté.
Pour ce faire, les moyens de blocage 4 sont pilotés par un dispositif d’ajustement de la position des moyens de blocage 5, tel qu’illustré dans la .
Le dispositif 5 comporte des moyens de mesure 6, des moyens de calcul 7 ainsi que des moyens de réglage 8.
Plus particulièrement, les moyens de mesure 6 sont couplés aux moyens de calcul 7.
Les moyens de mesure 6 sont aptes à déterminer les dimensions de chaque insert 2 par tomographie ou par triangulation.
Une fois les dimensions de chaque insert 2 mesurées, les moyens de mesure 6 délivrent un signal S1 par une borne de sortie b1 à une borne d’entrée b2 des moyens de calcul 7.
Les données du signal S1 sont ensuite traitées par les moyens de calcul 7 qui comprennent des moyens de comparaison 71 ainsi qu’une unité de calcul 72.
Plus précisément, les moyens de comparaison 71 sont configurés pour comparer la position réelle numérisée de chaque insert 2 avec une position nominale et ainsi déterminer une position optimale de chaque l’insert 2.
En outre, les moyens de comparaison 71 sont aptes à comparer les dimensions de chaque insert 2 mesurées par les moyens de mesure 6 avec des dimensions nominales d’un insert avant toute déformation dimensionnelle.
Il est à noter que lorsque les dimensions de l’insert 2 sont nominales, cela indique que l’insert 2 est maintenu en position isostatique par le moyen de blocage 4.
A titre d’exemple, un insert en matériau céramique 2 peut avoir les dimensions nominales suivantes : 120 mm de longueur, 15 mm de largeur et 20 mm de hauteur.
Les moyens de comparaison 71 délivrent ensuite un signal S2 par une borne de sortie b3 à une borne d’entrée b4 de l’unité de calcul 72.
Le signal S2 est ensuite traité par l’unité de calcul 72 pour déterminer une position moyenne commune aux appuis de chaque moyen de blocage 4 du moule 1.
Un opérateur physique utilisera ensuite les moyens de réglage 8 pour ajuster la position initiale de chaque moyen de blocage 4 sur la position moyenne associée.
On se réfère à la qui illustre un procédé d’ajustement de la position des moyens de blocage 4, mis en œuvre par le dispositif 5.
Le procédé débute par une étape E1 au cours de laquelle les moyens de mesure 6 déterminent successivement les dimensions de chaque insert 2 destinés à être positionnés dans le moule à injection de cire 1.
Il s’agit des dimensions des inserts 2 après cuisson à haute température.
Une fois les dimensions d’un insert 2 mesurées, les moyens de mesure 6 délivrent le signal S1 aux moyens de calcul 7.
Plus précisément, les moyens de calcul 7 reçoivent les données concernant les coordonnées cartésiennes d’une pluralité de zones de l’insert 2 destinées coopérer avec les appuis des moyens de blocage 4.
Au cours de l’étape E2, les moyens de comparaison 71 comparent la position de chaque insert 2 avec une position nominale associée ainsi que les dimensions mesurées par les moyens de mesure 6 et les dimensions nominales de l’insert 2.
Plus particulièrement, la position de chaque zone de contact de l’insert 2 avec un appui des moyens de blocage 4 est comparée avec une position nominale de ladite zone avant toute déformation.
Ainsi, l’écart obtenu pour chaque zone de contact permet de déterminer une position avantageuse des appuis des moyens de blocage 4 pour maintenir l’insert 2 dans une position isostatique après leur déformation.
Les moyens de comparaison 71 délivrent ensuite le signal S2 qui comporte des données concernant la position optimale de chaque moyen de blocage 4.
A l’étape E3, l’unité de calcul 72 reçoit le signal S2 délivré par les moyens de comparaison 71 concernant chaque insert 2.
L’unité de calcul 72 vérifie ensuite si les dimensions de tous les inserts 2 du moule à injection de cire 2 ont été comparées aux dimensions nominales.
Si tel n’est le cas, le procédé retourne à l’étape E1 afin que les moyens de mesure 6 puissent mesurer les dimensions des inserts 2 restants.
Dans le cas contraire, l’unité de calcul 72 détermine, à l’étape E4, une position moyenne pour chaque moyen de blocage 4 en fonction des dimensions mesurées pour chaque inserts 2, ce qui permet d’effectuer un réglage pour l’ensemble du lot d’inserts 2.
Autrement dit, l’unité de calcul 72 détermine une position commune pour chaque appui des moyens de blocage 4 du moule 1.
A titre d’exemple la position moyenne correspond à une valeur médiane des positions mises à jour des moyens de blocage 4.
La position moyenne peut en outre être déterminée par une fonction gaussienne ou par analyse modale.
Puis, à l’étape E5, l’unité de calcul 72 délivre des données relatives à la position moyenne commune aux inserts 2 du moule à injection de cire 1.
Enfin, à l’étape E6, l’opérateur physique utilise les moyens de réglage 8 de manière à ajuster la position initiale de chaque moyen de blocage 4 sur la position moyenne ainsi déterminée.
Par ailleurs, l’invention n’est pas limitée à ces modes de réalisation et de mise en œuvre mais en embrasse toutes les variantes. Par exemple, les moyens de mesure 6 peuvent comporter tout dispositif apte à mettre en évidence les déformations subies au niveau des zones de l’insert destinées à coopérer avec les appuis des moyens de blocage 4.
Par exemple, il s’agit de tout dispositif configuré pour mettre en œuvre une mesure par projection de franges (« Structured Light Scanning) ou une machine à mesurer tridimensionnelle (connue sous l’acronyme « MMT ») .
Claims (13)
- Procédé d’ajustement d’une position initiale de moyens de blocage (4) d’un moule à injection de cire (1), le moule (1) comportant une pluralité d’inserts (2) en matériau céramique, chaque insert (2) étant destiné à être maintenu en position isostatique par un moyen de blocage (4), caractérisé en ce qu’il comporte les étapes suivantes :
- une étape de mesure (E1) des dimensions de chaque insert (2) ;
- une étape de détermination d’une position optimale de chaque insert (2) par rapport à une position nominale ;
- une étape de mise à jour (E2) de la position initiale de chaque moyen de blocage (4) en fonction des dimensions mesurées et des dimensions nominales de l’insert (2) associé ;
- une étape de détermination d’une position moyenne (E4) pour chaque moyen de blocage (4) en fonction des positions mises à jour et,
- une étape d’ajustement (E6) de la position initiale de chaque moyen de blocage (4) sur la position moyenne associée. - Procédé selon la revendication 1, dans lequel l’étape de mesure (E1) comprend une numérisation de chaque insert (2) par tomographie ou par triangulation.
- Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel l’étape de mise à jour (E2) de la position initiale de chaque moyen de blocage (4) comprend une comparaison entre les dimensions mesurées et les dimensions nominales de l’insert (2), la position mise à jour du moyen de blocage (4) ayant pour valeur la position initiale augmentée de l’écart entre les dimensions mesurées et nominales.
- Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel la position moyenne de chaque moyen de blocage (4) correspond à une valeur médiane des positions mises à jour, est déterminée par une fonction gaussienne ou par analyse modale.
- Procédé de fabrication à la cire perdue d’une aube de turbomachine pour aéronef, caractérisé en ce qu’il comprend les étapes suivantes :
- une étape de fabrication d’un modèle de cire à partir d’un moule à injection de cire (1) comportant une pluralité d’inserts (2) en matériau céramique et des moyens de blocage (4) aptes à maintenir en position isostatique lesdits inserts (2) selon un procédé selon l’une des revendications 1 à 4 ;
- une étape de surmoulage du modèle de cire destiné à former un moule en céramique ;
- une étape de cuisson du moule en céramique et,
- une étape de coulage d’un métal en fusion dans le moule en céramique pour obtenir une aube de turbomachine. - Dispositif d’ajustement (5) d’une position initiale de moyens de blocage (4) d’un moule à injection de cire (1), le moule (1) comportant une pluralité d’inserts (2) en matériau céramique, chaque insert (2) étant destiné à être maintenu en position isostatique par un moyen de blocage (4), caractérisé en ce qu’il comporte :
- des moyens de mesure (6) aptes à mesurer les dimensions de chaque insert (2) ;
- des moyens de calcul (7) aptes à déterminer une position optimale de chaque insert par rapport à une position nominale, mettre à jour la position initiale de chaque moyen de blocage (4) en fonction des dimensions mesurées et des dimensions nominales de l’insert associé, et à déterminer une position moyenne pour chaque moyen de blocage (4) en fonction des positions mises à jour, et
- des moyens de réglage (8) aptes à ajuster la position initiale de chaque moyen de blocage (4) sur la position moyenne associée. - Dispositif selon la revendication 6, dans lequel les moyens de mesure (6) comprennent des moyens de numérisation tomographiques ou une unité de mesure apte à effectuer une triangulation.
- Dispositif selon la revendication 6 ou 7, dans lequel les moyens de calcul (7) comportent des moyens de comparaison (71) aptes à comparer les dimensions mesurées et les dimensions nominales de l’insert (2), la position mise à jour du moyen de blocage (4) ayant pour valeur la position initiale augmentée de l’écart entre les dimensions mesurées et les dimensions nominales.
- Dispositif selon l’une quelconque des revendications 6 à 8, dans lequel la position moyenne de chaque moyen de blocage (4) correspond à une valeur médiane des positions mises à jour, est déterminée par une fonction gaussienne ou par analyse modale.
- Aube de turbomachine pour aéronef, caractérisée en ce qu’elle est obtenue par un procédé de fabrication à la cire perdue selon la revendication 5.
- Aéronef comprenant une aube de turbomachine selon la revendication 10.
- Programme d’ordinateur comprenant des instructions qui, lorsque le programme est exécuté par un ordinateur, conduisent celui-ci à mettre en œuvre le procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 5.
- Support d’enregistrement lisible par ordinateur, sur lequel est enregistré un programme d’ordinateur selon la revendication 12.
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-
2020
- 2020-10-08 FR FR2010285A patent/FR3114984A1/fr active Pending
Patent Citations (4)
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