FR3132657A1 - Eprouvette test - Google Patents
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Abstract
Le présent document concerne un procédé de fabrication d’une éprouvette (4) de test, représentative d’une aube creuse, l’éprouvette (4) étant creuse et comportant au moins une plate-forme (86,88) et une zone de pale (85), le procédé comprenant les étapes : - réaliser un noyau en céramique par injection dans un premier moule (10); - réaliser un modèle en cire par injection dans un deuxième moule (28), le noyau étant agencé dans le deuxième moule (28); - réaliser une carapace par trempage du modèle en cire et du noyau dans une barbotine de manière à former un troisième moule en céramique, puis élimination du modèle en cire et consolidation de la barbotine de manière à former la carapace; - couler un métal dans la carapace pour former l’éprouvette (4), le noyau formant une zone creuse de l’éprouvette (4); - éliminer la carapace par une opération de décochage et dissoudre le noyau. Figure de l’abrégé : Figure 5
Description
La présente divulgation relève du domaine des éprouvettes tests représentatives d’aubes d’aéronefs.
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 comprend une pièce interne formant un noyau en céramique ou métallique à base de molybdène et de ses alliages qui figure les 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 dites de stucage et de séchage, un moule carapace.
On procède ensuite au décirage du moule carapace, qui est une opération par laquelle on élimine de la carapace la cire ou le matériau constituant le modèle d'origine. Ce matériau doit pouvoir être éliminé comme la cire sans dégrader les propriétés du noyau, soit à une température comprise entre 70 et 200°C. 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 à haute température ou « cuisson » 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 noyau, 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, des cavités internes et les propriétés attendues de la pièce résultant de la coulée.
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 ou métallique 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.
Lors de la fabrication d’aubes, des problèmes de recristallisation dû à des contraintes et déformations thermomécaniques pendant la phase de solidification peuvent intervenir et dégrader les propriétés mécaniques desdites aubes. La constitution d’éprouvettes est donc nécessaire pour révéler ou ne pas révéler ces défauts de recristallisation ainsi que pour valider des modèles de simulation. Ces éprouvettes permettent ainsi de valider le procédé de fabrication d’aubes sans avoir besoin de réaliser directement une aube qui risquerait d’être mise au rebut en cas de défauts. Cependant toutes les éprouvettes de l’art antérieur sont pleines et non creuses, ce qui ne les rend pas représentatives d’aubes creuses d’aéronefs.
La présente divulgation vient améliorer la situation.
Il est proposé un procédé de fabrication d’une éprouvette de test, représentative d’une aube creuse, l’éprouvette étant creuse et comportant au moins une plate-forme et une zone de pale,
le procédé comprenant les étapes :
- réaliser un noyau en céramique par injection dans un premier moule, le premier moule comportant au moins un capteur de pression et au moins un capteur de température aptes à mesurer respectivement la pression et la température dans une cavité dudit premier moule ;
- réaliser un modèle en cire par injection dans un deuxième moule, le noyau étant agencé dans le deuxième moule, ledit noyau étant destiné à former une zone creuse dans l’éprouvette et ledit deuxième moule comportant au moins un capteur de pression et au moins un capteur de température aptes à mesurer respectivement la pression et la température dans une cavité dudit deuxième moule;
- réaliser une carapace par trempage du modèle en cire et du noyau dans une barbotine de manière à former un troisième moule en céramique, puis élimination du modèle en cire et consolidation de la barbotine de manière à former la carapace, le noyau étant solidaire de la carapace ;
- couler un métal dans la carapace pour former l’éprouvette, le noyau formant une zone creuse de l’éprouvette ;
- éliminer la carapace par une opération de décochage et dissoudre le noyau.
L’éprouvette creuse est représentative d’une aube creuse. Cette éprouvette creuse subit l’ensemble des étapes du procédé de fabrication que subirait une aube creuse.
Le premier moule et le deuxième moule comprennent des capteurs, ce qui permet un meilleur suivi et garantit la qualité et le bon dimensionnement desdites éprouvettes. Les capteurs dans le deuxième moule permettent, en outre, de suivre l’avancement du front de la cire, la température et la pression au cours de cette opération.
La tête du noyau peut avoir une forme en T.
La forme en T du noyau permet au noyau de bien s’ancrer dans le deuxième moule et de ne pas bouger pour être in fine bien positionné dans l’éprouvette.
Le noyau peut présenter une forme allongée, la longueur du noyau étant définie par la dimension dudit noyau selon un axe longitudinal X, la largeur du noyau étant définie par la dimension dudit noyau selon un axe Y, l’épaisseur du noyau étant définie par la dimension dudit noyau selon un axe Z, les axes X,Y,Z formant un repère orthonormé, l’épaisseur du noyau selon l’axe Z étant supérieure à 8 mm et la largeur du noyau selon l’axe Y étant supérieure à 20 mm.
En ajustant les dimensions du noyau, il est possible de faire varier l’épaisseur et la largeur du premier moule et donc de varier le dimensionnement de la zone creuse de l’éprouvette.
Le deuxième moule peut présenter une cavité de forme allongée, la longueur du deuxième moule étant définie par la dimension dudit deuxième moule selon un axe longitudinal x, la largeur du deuxième moule étant définie par la dimension dudit deuxième moule selon un axe y, l’épaisseur du deuxième moule étant définie par la dimension dudit deuxième moule selon un axe z, les axes x,y,z formant un repère orthonormé, l’au moins un capteur de pression et l’au moins un capteur de température étant positionnés dans le deuxième moule avec une symétrie selon l’axe x et l’axe y passant par une zone médiane du noyau selon l’axe x.
Cette symétrie des capteurs de pression et de température permet de vérifier la symétrie du front d’injection.
Par axe y passant par une zone médiane du noyau selon l’axe x, on entend un axe passant par le milieu de la largeur du noyau.
Le deuxième moule peut comporter des points de contact de positionnement dans un fond de la cavité et des capteurs de déplacement proches de ces points de contact de positionnement.
Ces points de contact de positionnement constituent des repères permettant de vérifier le bon positionnement du deuxième moule et donc que l’injection se déroule correctement. Les capteurs de déplacement associés à ces points de contact de positionnement permettent de suivre cette injection relativement auxdits points de contact.
L’éprouvette de forme allongée selon un axe longitudinal peut comporter deux têtes d’accroche positionnées aux deux extrémités dudit axe longitudinal et/ou au moins un talon.
Les deux têtes d’accroche permettent d’utiliser l’éprouvette telle quelle sans faire d’usinage préalable et d’utiliser directement l’éprouvette lors de tests mécaniques. Ces deux têtes servent de zones de préhension.
D’autres caractéristiques, détails et avantages apparaîtront à la lecture de la description détaillée ci-après, et à l’analyse des dessins annexés, sur lesquels :
La montre une empreinte d’un noyau 2, ledit noyau étant destiné à former une zone creuse d’une éprouvette 4.
Cette empreinte du noyau 2 ou le noyau présente trois dimensions : une longueur, une largeur et une épaisseur. La longueur est définie par la dimension du noyau selon un axe longitudinal X. La largeur de ce noyau est définie par la dimension du noyau selon un axe Y. L’épaisseur est définie par la dimension du noyau selon un axe Z. Les axes X, Y, Z forment un repère orthonormé. L’épaisseur du noyau selon l’axe Z est supérieure à 8 mm. La largeur du noyau selon l’axe Y est supérieure à 20 mm. Cette empreinte du noyau et donc ce noyau comporte une tête 6 et un corps 8. La tête du noyau 6 a une forme en T. Le corps 8 du noyau s’étend selon l’axe longitudinal X.
La montre un premier moule 10 destiné à former le noyau en céramique et plus particulièrement dans le cas présent trois premiers moules 10 aptes à former trois noyaux en céramique. La forme du premier moule 10 est complémentaire de la forme du noyau qui lui est associé. Le premier moule 10 partage donc le même repère orthonormé X,Y,Z que le noyau. Ainsi, alors que le noyau est une pièce pleine, le premier moule 10 comporte une cavité 12 comprenant une tête creuse 14 en forme de T et un corps creux 16 s’étendant longitudinalement selon l’axe longitudinal X. Le premier moule 10 est configuré pour permettre une gestion de l’épaisseur du noyau.
Chaque premier moule 10 comporte une série d’instruments spécifiques. Chaque premier moule 10 comprend dans ladite cavité 12 au moins un capteur de pression configuré pour mesurer la pression et/ou un capteur de température configuré pour mesurer la température. Un capteur peut également jouer les deux rôles en même temps, à savoir la mesure de la température et de la pression.
Les capteurs du premier moule 10 positionnés dans ladite cavité 12 du premier moule 10 sont mieux visibles sur l’empreinte du noyau 2 en . Dans le présent exemple, chaque premier moule 10 comporte trois capteurs 18,20,22 destinés à mesurer en même temps la pression et la température et deux capteurs destinés à mesurer la température 24,26, aussi appelé thermocouple. Un premier capteur 18 mesurant pression et température est positionné au niveau de la tête creuse 14 du premier moule. Un deuxième capteur 20 mesurant pression et température est positionné dans le corps creux 16 du premier moule 10, centré selon les axes X et Y. Un troisième capteur 22 mesurant pression et température est positionné à une extrémité inférieure dudit corps creux 16 du premier moule, centré selon la largeur d’axe Y. Deux autres capteurs 24,26 aptes à mesurer la température sont positionnés de part et d’autre du deuxième capteur 20, selon l’axe Y. Chacun de ces capteurs est notamment apte à mesurer un coefficient d’échange thermique entre la pâte céramique injectée pour former le noyau et ce premier moule, validant ou invalidant le dimensionnement dudit premier moule. Ces capteurs sont configurés pour déterminer aussi bien un aspect thermique dudit premier moule 10 que du noyau en céramique.
La montre une injection de cire dans un deuxième moule 28. Le deuxième moule 28 présente trois dimensions : une longueur, une largeur et une épaisseur. La longueur est définie par la dimension du deuxième moule selon un axe longitudinal x. La largeur du deuxième moule est définie par la dimension du deuxième moule selon un axe y. L’épaisseur est définie par la dimension du deuxième moule selon un axe z. Les axes x, y, z forment un repère orthonormé.
Ce deuxième moule 28 comporte une cavité 30 de forme allongée selon l’axe longitudinal x. Dans cette cavité 30 est agencée le noyau en céramique associé à l’empreinte de noyau tel que décrit en . La tête 6 du noyau s’ancre dans le deuxième moule 28 et la forme en T de cette tête 6 de noyau est configuré pour limiter tout mouvement dudit noyau dans le deuxième moule 28. Ce noyau est destiné à former une zone creuse d’un modèle en cire. Le deuxième moule 28 comprend deux têtes d’accroche creuses 32,34 positionnées aux deux extrémités dudit axe longitudinal. Ledit deuxième moule 28 comporte une première 36 et une seconde 38 parties creuses s’étendant chacune selon l’axe y. Cette première 36 et seconde 38 parties creuses sont positionnées entre les deux têtes d’accroches creuses 32,34. Cette première 36 et seconde 38 parties creuses sont aptes à former chacune un talon ou une plateforme.
Le deuxième moule 28 comporte une série d’instruments. Les deux têtes d’accroches creuses 32,34 comportent chacune deux capteurs 40,42,44,46 mesurant la température et la pression répartit de part et d’autre de l’axe longitudinal x, alignés le long d’un axe y. Ces quatre capteurs 40,42,44,46 de température et de pression sont positionnés aux quatre extrémités des deux têtes d’accroches creuses 32,34 les plus éloignées du centre de gravité du deuxième moule 28. En effet, chaque tête d’accroche creuse 32,34 a une forme sensiblement rectangulaire et chaque coin de la tête d’accroche creuse 32,34 correspond à une extrémité. Ainsi, chaque tête d’accroche creuse 32,34 comporte deux extrémités éloignées du centre de gravité du deuxième moule 28 et deux extrémités plus proches du centre de gravité du deuxième moule 28. Aux deux extrémités les plus proches du centre de gravité de chaque tête d’accroche creuse 32,34 sont positionnés deux capteurs 48,50,52,54 mesurant la température, aussi appelé thermocouple. Chaque tête d’accroche creuse 32,34 comporte donc deux capteurs 40,42,44,46 mesurant la température et la pression et deux capteurs 48,50,53,54 thermocouples. Un capteur 56 mesurant la pression et la température est positionné au niveau de la tête 6 du noyau, à l’entrée d’un conduit 58 amenant la cire dans le deuxième moule 28. Deux capteurs 60,62 de température et de pression sont positionnés dans une zone médiane du noyau selon l’axe x, de part et d’autre de l’axe x.
L’ensemble des capteurs de température et de pression et les capteurs thermocouples sont positionnés dans le deuxième moule 28 avec une symétrie selon l’axe x et l’axe y passant par la zone médiane du noyau selon l’axe x.
Dans un mode de réalisation particulier, le nombre de capteurs mesurant la pression et la température et le nombre de capteurs thermocouple peuvent être augmentés ou diminués. Quoiqu’il en soit, la symétrie selon l’axe x et l’axe y passant par la zone médiane du noyau selon l’axe x est conservée.
Le deuxième moule 28 comporte trois capteurs de déplacement 64,66,68 configurés pour mesurer un mouvement dudit noyau par rapport au deuxième moule 28 lors de l’injection de la cire. Ces capteurs de déplacement 64,66,68 sont positionnés le long de l’axe longitudinal x dans un fond de la cavité 30 du deuxième moule 28, au niveau de la tête 6 du noyau, à proximité du centre de gravité du deuxième moule 28 et au niveau du corps 8 du noyau, du côté opposé à la tête 6 du noyau. Un point de contact de positionnement 70,72,74 est agencé à proximité de chaque capteur de déplacement 64,66,68.
La représente le deuxième moule 28 en l’absence de capteurs. Au sein d’un tel deuxième moule 28, le noyau bouge et réalise des mouvements selon l’axe longitudinal x.
La montre l’éprouvette 4 test obtenue à partir d’un procédé de fabrication selon l’invention. Une telle éprouvette 4 a une forme allongée selon un axe longitudinal x’. Cette éprouvette 4 comprend deux têtes d’accroches 76,78 positionnées aux deux extrémités dudit axe longitudinal x’, les deux têtes d’accroches 76,78 étant configurées pour la réalisation d’essais mécaniques. L’une 78 des deux têtes d’accroches 76,78 comporte une encoche 80. L’éprouvette 4 comporte deux talons 82,84, chacun proche d’une tête d’accroche 76,78. Chaque talon 82,84 comprend une plateforme s’allongeant transversalement à l’axe longitudinal x’ de l’éprouvette 4. Les deux talons 82,84 peuvent aussi être appelés plate-formes 86,88. La zone entre les deux talons 82,84 est appelé zone de pale 85. Cette éprouvette 4 est creuse puisque le noyau a été remplacé par une zone creuse.
L’éprouvette 4 présente trois dimensions : une longueur, une largeur et une épaisseur. La longueur est définie par la dimension de l’éprouvette 4 selon un axe longitudinal x’. La largeur de cette éprouvette 4 est définie par la dimension de l’éprouvette 4 selon un axe y’. L’épaisseur est définie par la dimension de l’éprouvette 4 selon un axe z’. Les axes x’, y’, z’ forment un repère orthonormé.
L’éprouvette 4 comprend un dimensionnement précis. L’éprouvette 4 présente une symétrie selon l’axe longitudinal x’ et l’axe y’ passant par une zone médiane de l’éprouvette selon l’axe x’. La longueur de l’éprouvette 4 peut, par exemple, correspondre à celle d’une aube de turbine haute pression de turboréacteur. La largeur de l’éprouvette 4 peut, par exemple, correspondre à une corde d’une aube de turbine haute pression de turboréacteur. L’épaisseur de l’éprouvette 4 peut, par exemple, correspondre à la gamme rencontrée pour une aube de turbine haute pression de turboréacteur.
L’éprouvette 4 test ainsi obtenue est représentative d’une aube creuse. Cette éprouvette 4 est configurée pour tester plus simplement tout le procédé de fabrication d’une aube creuse à moindre coût puisqu’il n’est pas nécessaire de recourir à une aube qui risquerait d’être mise au rebut. Cette éprouvette 4 ayant une structure plus simple qu’une aube creuse, il y a moins de dispersion avec cette éprouvette 4 qu’avec une aube creuse. Par dispersion, on entend qu’il y a moins de variabilité dimensionnelle lors de la fabrication d’une pluralité d’éprouvettes. Si, par exemple, une centaine d’éprouvettes 4 sont fabriquées, ces éprouvettes 4 auront sensiblement les mêmes dimensions.
Les deux têtes d’accroches 76,78 de l’éprouvette 4 sont configurées pour être utilisées telles quelles sans usinage préalable, ni besoin de traitement pour obtenir l’état de surface souhaité. Cela facilite le procédé de fabrication. Les deux têtes d’accroches 76,78 sont, en outre, destinées à servir de zones de préhension.
La montre une grappe comprenant huit éprouvettes 4 maximum tests telles que décrites en . Cette grappe est instrumentée en capteurs thermocouples.
Le présent document concerne un procédé de fabrication de l’éprouvette 4 test tel que décrite en qui soit représentative d’une aube.
Ce procédé de fabrication de l’éprouvette 4 test se différencie de celui décrit dans l’art antérieur en ce que le noyau dont l’empreinte est décrite en comporte une forme spécifique avec une tête 6 en forme de T limitant tout mouvement du noyau au sein du premier moule 10. La forme spécifique de la tête 6 du noyau permet de mieux contraindre ledit noyau dans le premier moule 10 en limitant les mouvements parasites selon l’axe X et Y du premier moule 10.
Le premier moule 10 est instrumenté comme décrit précédemment avec au moins un capteur de température et au moins un capteur de pression. Ces capteurs permettent de récolter un ensemble de données qui peut être traité pour vérifier le bon déroulement dudit procédé de fabrication et pour vérifier que la pièce obtenue est conforme au modèle souhaité.
Le deuxième moule 28 est lui aussi instrumenté tel que décrit précédemment avec au moins un capteur de pression et au moins un capteur de température. Ces capteurs permettent de mieux contrôler la vitesse d’avancée du front de cire dans le deuxième moule, le bon positionnement du noyau dans ledit deuxième moule 28 et donc, au final, d’obtenir une éprouvette 4 avec les bons dimensionnements et selon un procédé permettant d’avoir des éprouvettes 4 reproductibles.
Claims (6)
- Procédé de fabrication d’une éprouvette (4) de test, représentative d’une aube creuse, l’éprouvette (4) étant creuse et comportant au moins une plate-forme (86,88) et une zone de pale (85),
le procédé comprenant les étapes :
- réaliser un noyau en céramique par injection dans un premier moule (10), le premier moule (10) comportant au moins un capteur de pression (18,20,22) et au moins un capteur de température (24,26) aptes à mesurer respectivement la pression et la température dans une cavité (30) dudit premier moule (10) ;
- réaliser un modèle en cire par injection dans un deuxième moule (28), le noyau étant agencé dans le deuxième moule (28), ledit noyau étant destiné à former une zone creuse dans l’éprouvette et ledit deuxième moule (28) comportant au moins un capteur de pression (40,42,44,46,56,60,62) et au moins un capteur de température (48,50,52,54) aptes à mesurer respectivement la pression et la température dans une cavité dudit deuxième moule;
- réaliser une carapace par trempage du modèle en cire et du noyau dans une barbotine de manière à former un troisième moule en céramique, puis élimination du modèle en cire et consolidation de la barbotine de manière à former la carapace, le noyau étant solidaire de la carapace ;
- couler un métal dans la carapace pour former l’éprouvette (4), le noyau formant une zone creuse de l’éprouvette (4);
- éliminer la carapace par une opération de décochage et dissoudre le noyau. - Procédé selon la revendication 1, dans lequel la tête (6) du noyau a une forme en T.
- Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le noyau présente une forme allongée, la longueur du noyau étant définie par la dimension dudit noyau selon un axe longitudinal X, la largeur du noyau étant définie par la dimension dudit noyau selon un axe Y, l’épaisseur du noyau étant définie par la dimension dudit noyau selon un axe Z, les axes X,Y,Z formant un repère orthonormé, l’épaisseur du noyau selon l’axe Z étant supérieure à 8 mm et la largeur du noyau selon l’axe Y étant supérieure à 20 mm.
- Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le deuxième moule (28) présente une cavité (30) de forme allongée, la longueur du deuxième moule (28) étant définie par la dimension dudit deuxième moule (28) selon un axe longitudinal x, la largeur du deuxième moule (28) étant définie par la dimension dudit deuxième moule selon un axe y, l’épaisseur du deuxième moule (28) étant définie par la dimension dudit deuxième moule (28) selon un axe z, les axes x,y,z formant un repère orthonormé, l’au moins un capteur de pression (40,42,44,46,56,60,62) et l’au moins un capteur de température (48,50,52,54) étant positionnés dans le deuxième moule (28) avec une symétrie selon l’axe x et l’axe y passant par une zone médiane du noyau selon l’axe x.
- Procédé selon la revendication 4, dans lequel le deuxième moule (28) comporte des points de contact de positionnement (70,72,74) dans un fond de la cavité (30) et des capteurs de déplacement (64,66,68) proches de ces points de contact de positionnement (70,72,74).
- Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel l’éprouvette (4) de forme allongée selon un axe longitudinal x’ comporte deux têtes d’accroches (76,78) positionnées aux deux extrémités dudit axe longitudinal x’ et/ou au moins un talon (82,86).
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| FR (1) | FR3132657A1 (fr) |
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2022
- 2022-02-11 FR FR2201195A patent/FR3132657A1/fr active Pending
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