FR3129855A1 - Moule de fabrication d'une pièce en matériau éliminable - Google Patents
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Abstract
MOULE DE fabrication D’UNE PIECE en MATERIAU ELIMINABLE L’invention concerne un ensemble (10) pour la fabrication d’aubes (11) de turbomachine en moulage à la cire perdue comprenant au moins un modèle d’aube (14) en cire s’étendant selon une direction longitudinale (L) entre un pied (18) comportant une partie non fonctionnelle (18b) de pied en cire et un talon (20) comportant une partie non fonctionnelle (24) de talon en cire, chaque modèle d’aube (14) en cire étant relié à une partie centrale (36) en cire pour l’alimentation en métal en fusion, caractérisé en ce qu’il comprend au moins un barreau (42) en cire s’étendant longitudinalement et relié à la partie non fonctionnelle (24) de talon, ce barreau (42) comportant une première extrémité dépassant au-delà de la partie non fonctionnelle (18b) de pied dans un premier sens (L1) de la direction longitudinale (L) opposé à celui orienté vers le talon (20). - Figure 1 -
Description
DOMAINE
La présente invention concerne un moule pour la fabrication d‘une pièce de turbomachine en matériau éliminable. Elle concerne aussi un procédé de fabrication d’une telle pièce.
CONTEXTE
Classiquement, la technique de fonderie à cire perdue consiste en premier lieu à réaliser un modèle en cire, ou en tout autre matériau facilement éliminable par la suite, de la pièce à réaliser. Ce modèle peut comprendre une ou plusieurs pièces interne formant un noyau en céramique qui figurent des cavités que l’on souhaite voir apparaitre à l’intérieur de l’aubage. Le modèle en cire est ensuite trempé plusieurs fois dans des barbotines constituées d’une suspension de particules céramiques pour confectionner, par des opérations dite de stucage et de séchage, un moule carapace.
On procède ensuite au décirage de la cire que l’on élimine du moule carapace, qui est une opération par laquelle on élimine de la carapace la cire ou le matériau constituant le modèle d'origine. Après cette élimination, on obtient un moule céramique dont la cavité reproduit toutes les formes de l'aube et qui renferme encore le noyau céramique destiné à générer les cavités internes de celle-ci. Le moule subit ensuite un traitement thermique, c’est-à-dire une « cuisson » à haute température qui lui confère les propriétés mécaniques nécessaires.
Le moule carapace est alors prêt pour la fabrication de la pièce métallique par coulée. Après contrôle de l'intégrité interne et externe du moule carapace, l'étape suivante consiste à couler un métal en fusion, qui vient occuper les vides entre la paroi intérieure du moule carapace et le ou les noyaux, puis à le solidifier. Dans le domaine de la fonderie à cire perdue, on distingue actuellement plusieurs techniques de solidification et plusieurs techniques de coulée, selon la nature de l'alliage et les propriétés attendues de la pièce résultant de la coulée. Il peut s'agir de solidification dirigée à structure colonnaire (DS), de solidification dirigée à structure monocristalline (SX) ou de solidification équiaxe (EX).
Après la coulée de l'alliage, on casse la carapace par une opération de décochage. Au cours d'une autre étape, on élimine chimiquement le noyau céramique qui est resté enfermé dans l'aube obtenue. L'aube métallique obtenue subit ensuite des opérations de parachèvement qui permettent d'obtenir la pièce finie.
Des exemples de réalisation d'aubes de turbine par la technique de fonderie à la cire perdue sont donnés dans les demandes de brevets FR2875425 et FR2874186 de la demanderesse.
Dans un certains cas d’aubes, le noyau comprend une pluralité de tiges, par exemple en quartz, qui s’étendent longitudinalement à l’intérieur de l’aube. Ces tiges sont destinées à former un circuit de refroidissement des aubes en fonctionnement. Cependant, la technique de coulée actuelle consiste à faire couler du métal en trois endroits, le talon ou tête de l’aube, le pied de l’aube destiné à être monté sur un disque et au niveau d’une partie médiane de la pale de l’aube. Dans certaines configurations, les modèles d’aubes en cire sont positionnés de manière à avoir le pied en position basse c’est-à-dire avec le pied orienté vers le bas selon une direction sensiblement vertical et sensiblement parallèle à la direction longitudinale de l’aube.
Les extrémités basses des aubes, c’est-à-dire les pieds des aubes sont reliées les unes aux autres par une couronne inférieure et les extrémités hautes des aubes, c’est-à-dire les talons, sont reliés par une couronne supérieure. Ces couronnes sont conformées de telle manière qu’il est difficile de séparer chacune des aubes de la grappe métallique, ce qui s’avère compliqué.
Par ailleurs, l’arrivée de métal en fusion au niveau de la partie médiane de l’aube se fait sensiblement perpendiculaire aux tiges, ce qui induit une forte contrainte mécanique. Au surplus, le métal en fusion est environ à 1500°C alors que les tiges sont à environ 900°C, ce qui induit un choc thermique. Enfin, l’injection de métal au niveau de la pale s’avère néfaste à la réalisation de la surface de la pale de l’aube puisqu’il s’agit d’une partie destinée à venir en contact avec l’air chaud. Ces deux contraintes mécanique et thermique conduisent à fragiliser les tiges qui peuvent casser. Il s’ensuit que certaines des aubes peuvent ne pas être conformes aux spécifications et sont donc mise au rebut de sorte que le cout augmente les temps de fabrication et les coûts. Les difficultés précitées sont d’autant plus importantes que les tiges présentent une section de faible diamètre et sont en nombre important.
L’invention a notamment pour but d’apporter une solution simple, efficace et économique aux problèmes de l’art antérieur décrit précédemment.
A cet effet, elle propose un assemblage pour la fabrication d’aubes de turbomachine en moulage à la cire perdue comprenant au moins un modèle d’aube en cire s’étendant selon une direction longitudinale entre un pied comportant une partie non fonctionnelle de pied en cire et un talon comportant une partie non fonctionnelle de talon en cire, chaque modèle d’aube en cire étant relié à une partie centrale pour l’alimentation en métal en fusion, caractérisé en ce qu’il comprend au moins un barreau en cire s’étendant longitudinalement et relié à la partie non fonctionnelle de talon, ce barreau comportant une première extrémité dépassant au-delà de la partie non fonctionnelle de pied dans un premier sens de la direction longitudinale opposé à celui orienté vers le talon.
Selon l’invention, le modèle d’aube en cire ne comprend pas de point d’injection de métal au niveau de la partie médiane de la pale. L’injection de métal fondue est réalisée au niveau des parties non fonctionnelles de pied et des parties non fonctionnelles de talon des modèles d’aubes en cire, ce qui évite un usinage complexe au niveau des pales de chaque aube ainsi que les problèmes de contrainte mécanique et thermique évoquées précédemment. Par ailleurs, l’invention intègre un ou plusieurs barreaux reliés aux parties non fonctionnelles de talon des aubes, ce ou ces barreaux permettant d’éviter la formation de porosités dans le talon de chaque aube du fait de leur allongement au-delà de la partie non fonctionnelle de pied des aubes selon le premier sens comme indiqué ci-dessus. L’assemblage selon l’invention est destiné à être utilisé avec les pieds d’aubes en position haute et les talons des aubes en position basse de sorte que le métal fondu s’écoule depuis le pied vers les talons des aubes. Le positionnement inversé des aubes par rapport à la technique antérieure permet de réaliser la solidification du pied après le talon puisque le pied d’une aube est plus massif que le talon de l’aube.
Une « partie fonctionnelle » désigne une partie de la pièce destinée à former une partie de la géométrie finale de la pièce et qui a donc un impact sur la géométrie finale de la pièce. A contrario, une « partie non fonctionnelle » ne participe pas à la géométrie finale de la pièce et est donc destinée à être éliminée.
Selon une autre caractéristique de l’invention, le modèle d’aube en cire peut comprendre une pluralité de noyau de forme allongée, par exemple en quartz, s’étendant longitudinalement dans l’épaisseur de la pale du modèle d’aube en cire. L’invention est particulièrement intéressante en combinaison avec des inserts ou noyaux de forme allongée selon la direction longitudinale.
Selon un autre caractéristique, l’assemblage comprend N barreaux, chaque barreau étant associé à K modèles d’aubes en cire, N étant supérieur ou égal à 2 et K étant supérieur.
Chacun des N barreaux peut être relié à au moins une partie torique reliant entre elles chacune des parties non fonctionnelles de talon des K modèles d’aubes.
Chacun des N groupes de K parties non fonctionnelles de talon peut être porté par un secteur d’anneau en matériau réfractaire, tel que de la céramique. Les secteurs d’anneau en céramique permettent de réaliser un positionnement précis de chaque modèle d’aube.
Chaque secteur d’anneau en céramique de chacun des N groupes de modèles d’aubes, par exemple en cire, peut être relié par une même pièce de liaison en cire à la partie centrale.
Ladite pièce de liaison en cire comprendre un moyeu relié à au moins N bras, chaque bras étant relié à au moins un secteur d’anneau.
La partie centrale est reliée à un godet au moins en partie métallique servant à l’amenée du métal en fusion.
La partie non fonctionnelle de talon peut comprendre une partie incurvée destinée après la coulée à former une masselotte, ladite partie incurvée ayant une extrémité est reliée à une partie fonctionnelle du talon et dont l’autre extrémité est reliée à un barreau.
Chaque partie non fonctionnelle de talon peut comprendre une portion longitudinale de fixation du modèle d’aube en cire sur un support en matériau réfractaire, tel que de la céramique.
Chaque partie non fonctionnelle de pied peut être reliée à au moins une portion en U s’étendant longitudinalement, les portions en U étant reliée à la partie centrale. Ces portions en U permettent de ralentir la solidification du pied de l’aube.
Les moyens de rigidification peuvent comprendre des organes de liaison, par exemple en cire, reliés à une première couronne d’alimentation en métal en fusion ( ). En position de coulée, la première couronne est une couronne supérieure.
La partie centrale peut comprendre une première extrémité agencée du côté des parties non fonctionnelles de pied et une seconde extrémité agencée du côté des parties non fonctionnelles de talon, ladite première extrémité de la partie centrale étant reliée à un godet à section augmentant selon le premier sens.
Le présent document concerne également un ensemble pour la fabrication d’aubes de turbomachine en moulage à la cire perdue comprenant une pluralité de modèles d’aubes en cire s’étendant chacune selon une direction longitudinale entre un pied comportant une partie non fonctionnelle de pied en cire et un talon comportant une partie non fonctionnelle de talon en cire, lesdits modèles d’aubes étant répartis circonférentiellement autour d’une partie centrale en cire pour l’alimentation en métal en fusion et reliées à celle-ci, caractérisé en ce ladite pluralité de modèles d’aubes en cire comprend N groupes de K modèles d’aubes en cire, les parties non fonctionnelles de talon de modèles d’aubes d’un groupe donné étant reliées à un secteur d’anneau en matériau réfractaire, lesdits secteurs d’anneau étant reliés à la partie centrale.
Les parties non fonctionnelles de pied des modèles d’aubes peuvent toutes être reliées à une même couronne en cire.
Tous les secteurs d’anneau peuvent être reliés par une même pièce de liaison, par exemple en cire, à la partie centrale.
Ladite pièce de liaison en cire peut comprendre un moyeu relié à au moins N bras, chaque bras étant relié à au moins un secteur d’anneau.
Chaque anneau peut comprendre un orifice dans lequel est reçu une portion longitudinale de la partie non fonctionnelle de tête d’un modèle d’aube.
Il est ainsi possible de réaliser un positionnement précis de chaque modèle d’aube en cire sur l’anneau. Ainsi, les différentes modèles d’aubes en cire peuvent être positionnés sur une même pièce avec une même référence selon direction longitudinale.
N barreaux en cire peuvent s’étendre longitudinalement, chacun des N barreaux étant associé à un groupe donné de K modèles d’aubes en cire et étant relié à la partie non fonctionnelle de talon desdits K modèles d’aubes en cire.
Une première extrémité de chaque barreau peut dépasser au-delà de la partie non fonctionnelle de pied dans un premier sens de la direction longitudinale opposé à celui orienté vers le talon.
Chacun des N barreaux peut être relié à au moins une partie torique reliant entre elles chacune des parties non fonctionnelles de tête des K modèles d'aubes en cire.
Chaque modèle d’aube en cire comprend une pluralité de tiges en quartz s’étendant longitudinalement dans l’épaisseur de la pale du modèle d’aube en cire.
Selon une autre caractéristique, la partie centrale peut être en cire.
L’invention sera mieux comprise et d’autres détails, caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description suivante faite à titre d’exemple non limitatif en référence aux dessins annexés.
BREVE DESCRIPTION DES FIGURES
Claims (14)
- Ensemble (10) pour la fabrication d’aubes (11) de turbomachine en moulage à la cire perdue comprenant au moins un modèle d’aube (14) en cire s’étendant selon une direction longitudinale (L) entre un pied (18) comportant une partie non fonctionnelle (18b) de pied en cire et un talon (20) comportant une partie non fonctionnelle (24) de talon en cire, chaque modèle d’aube (14) en cire étant relié à une partie centrale (36) en cire pour l’alimentation en métal en fusion, caractérisé en ce qu’il comprend au moins un barreau (42) en cire s’étendant longitudinalement et relié à la partie non fonctionnelle (24) de talon, ce barreau (42) comportant une première extrémité dépassant au-delà de la partie non fonctionnelle (18b) de pied dans un premier sens (L1) de la direction longitudinale (L) opposé à celui orienté vers le talon (20).
- Ensemble (10) selon la revendication 1, dans lequel le modèle d’aube (14) en cire comprend une pluralité de noyau (16) de forme allongée, par exemple en quartz, s’étendant longitudinalement dans l’épaisseur de la pale du modèle d’aube (14) en cire.
- Ensemble (10) selon la revendication 1 ou 2, dans lequel il comprend N barreaux (42), chaque barreau (42) étant associé à K modèles d’aubes (14) en cire, N étant supérieur ou égal à 2 et K étant supérieur .
- Ensemble (10) selon la revendication 3, dans lequel chacun des N barreaux (42) est relié à au moins une partie torique (48) reliant entre elles chacune des parties non fonctionnelles (24) de talon des K modèles d’aubes (14).
- Ensemble (10) selon la revendication 3 ou 4, dans lequel chacun des N groupes de K parties non fonctionnelles (24) de talon est porté par un secteur d’anneau (30) en matériau réfractaire, tel que de la céramique.
- Ensemble (10) selon la revendication 5, dans lequel chaque secteur d’anneau (30) en céramique de chacun des N groupes de modèles d’aubes (14) en cire est relié par une même pièce de liaison (38) à la partie centrale (36).
- Ensemble (10) selon la revendication 6, dans lequel ladite pièce de liaison (38) en cire comprend un moyeu (38a) relié à au moins N bras (38b), chaque bras (38b) étant relié à au moins un secteur d’anneau (30).
- Ensemble (10) selon les revendications précédentes, dans lequel la partie centrale (36) est reliée à un godet (12) au moins en partie métallique d’amenée du métal en fusion.
- Ensemble (10) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la partie non fonctionnelle (24) de talon comprend une partie incurvée (24a) destinée après la coulée à former une masselotte, ladite partie incurvée ayant une extrémité est reliée à une partie fonctionnelle (22) du talon et dont l’autre extrémité est reliée à un barreau (42).
- Ensemble (10) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel chaque partie (24) non fonctionnelle de talon comprend une portion longitudinale (24b) de fixation du modèle d’aube (14) en cire sur un support (30) en matériau réfractaire, tel que de la céramique.
- Ensemble (10) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel chaque partie (18b) non fonctionnelle de pied est reliée à au moins une portion en U s’étendant longitudinalement, les portions en U étant reliée à la partie centrale (36).
- Ensemble selon l’une des revendications précédentes, dans lequel il comprend des moyens de rigidification de chaque barreau.
- Ensemble selon la revendication 12, dans lequel les moyens de rigidification comprennent des organes (44) de liaison reliés à une première couronne (32) d’alimentation en métal en fusion.
- Ensemble selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la partie centrale (36) comprend une première extrémité agencée du côté des parties non fonctionnelles (18b) de pied et une seconde extrémité agencée du côté des parties non fonctionnelles (24) de talon, ladite première extrémité de la partie centrale (36) étant reliée à un godet (12) à section augmentant selon le premier sens (L1).
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