WO2016001564A1 - Procédé de fabrication d'un noyau pour le moulage d'une aube - Google Patents

Procédé de fabrication d'un noyau pour le moulage d'une aube Download PDF

Info

Publication number
WO2016001564A1
WO2016001564A1 PCT/FR2015/051775 FR2015051775W WO2016001564A1 WO 2016001564 A1 WO2016001564 A1 WO 2016001564A1 FR 2015051775 W FR2015051775 W FR 2015051775W WO 2016001564 A1 WO2016001564 A1 WO 2016001564A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
ceramic sheet
ceramic
core
mold
blade
Prior art date
Application number
PCT/FR2015/051775
Other languages
English (en)
Inventor
Sébastien Digard Brou de Cuissart
Charlotte Marie Dujol
Patrice Eneau
Philippe METRON
Matthieu Jean-Luc VOLLEBREGT
Original Assignee
Snecma
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Snecma filed Critical Snecma
Priority to US15/323,300 priority Critical patent/US9981308B2/en
Priority to GB1622359.6A priority patent/GB2541847B/en
Publication of WO2016001564A1 publication Critical patent/WO2016001564A1/fr

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22C—FOUNDRY MOULDING
    • B22C9/00—Moulds or cores; Moulding processes
    • B22C9/10—Cores; Manufacture or installation of cores
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22C—FOUNDRY MOULDING
    • B22C1/00—Compositions of refractory mould or core materials; Grain structures thereof; Chemical or physical features in the formation or manufacture of moulds
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22C—FOUNDRY MOULDING
    • B22C9/00—Moulds or cores; Moulding processes
    • B22C9/10—Cores; Manufacture or installation of cores
    • B22C9/103—Multipart cores
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22C—FOUNDRY MOULDING
    • B22C9/00—Moulds or cores; Moulding processes
    • B22C9/12—Treating moulds or cores, e.g. drying, hardening
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22C—FOUNDRY MOULDING
    • B22C9/00—Moulds or cores; Moulding processes
    • B22C9/22—Moulds for peculiarly-shaped castings
    • B22C9/24—Moulds for peculiarly-shaped castings for hollow articles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D25/00—Special casting characterised by the nature of the product
    • B22D25/02—Special casting characterised by the nature of the product by its peculiarity of shape; of works of art
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B28—WORKING CEMENT, CLAY, OR STONE
    • B28B—SHAPING CLAY OR OTHER CERAMIC COMPOSITIONS; SHAPING SLAG; SHAPING MIXTURES CONTAINING CEMENTITIOUS MATERIAL, e.g. PLASTER
    • B28B1/00—Producing shaped prefabricated articles from the material
    • B28B1/24—Producing shaped prefabricated articles from the material by injection moulding
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B28—WORKING CEMENT, CLAY, OR STONE
    • B28B—SHAPING CLAY OR OTHER CERAMIC COMPOSITIONS; SHAPING SLAG; SHAPING MIXTURES CONTAINING CEMENTITIOUS MATERIAL, e.g. PLASTER
    • B28B11/00—Apparatus or processes for treating or working the shaped or preshaped articles
    • B28B11/04—Apparatus or processes for treating or working the shaped or preshaped articles for coating or applying engobing layers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B28—WORKING CEMENT, CLAY, OR STONE
    • B28B—SHAPING CLAY OR OTHER CERAMIC COMPOSITIONS; SHAPING SLAG; SHAPING MIXTURES CONTAINING CEMENTITIOUS MATERIAL, e.g. PLASTER
    • B28B3/00—Producing shaped articles from the material by using presses; Presses specially adapted therefor
    • B28B3/02—Producing shaped articles from the material by using presses; Presses specially adapted therefor wherein a ram exerts pressure on the material in a moulding space; Ram heads of special form
    • B28B3/025—Hot pressing, e.g. of ceramic materials
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B41/00—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
    • C04B41/0072—Heat treatment
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B41/00—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
    • C04B41/009—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone characterised by the material treated
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B41/00—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
    • C04B41/45—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements
    • C04B41/50—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements with inorganic materials
    • C04B41/5024—Silicates
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B41/00—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
    • C04B41/45—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements
    • C04B41/50—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements with inorganic materials
    • C04B41/5025—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements with inorganic materials with ceramic materials
    • C04B41/5035—Silica
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B41/00—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
    • C04B41/80—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone of only ceramics
    • C04B41/81—Coating or impregnation
    • C04B41/85—Coating or impregnation with inorganic materials
    • C04B41/87—Ceramics
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12—Blades
    • F01D5/14—Form or construction
    • F01D5/18—Hollow blades, i.e. blades with cooling or heating channels or cavities; Heating, heat-insulating or cooling means on blades
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2230/00—Manufacture
    • F05D2230/20—Manufacture essentially without removing material
    • F05D2230/21—Manufacture essentially without removing material by casting
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2240/00—Components
    • F05D2240/20—Rotors
    • F05D2240/30—Characteristics of rotor blades, i.e. of any element transforming dynamic fluid energy to or from rotational energy and being attached to a rotor
    • F05D2240/304—Characteristics of rotor blades, i.e. of any element transforming dynamic fluid energy to or from rotational energy and being attached to a rotor related to the trailing edge of a rotor blade
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2260/00—Function
    • F05D2260/20—Heat transfer, e.g. cooling

Definitions

  • the present invention relates to a method of manufacturing a core intended to be used for molding a blade of a turbomachine.
  • the thickness of the trailing edge of the blades depends on the one hand on the thickness of the trailing edge slot through which the cooling air circuit of the blade opens and on the other hand with the thickness of the two metal walls of the dawn, arranged on both sides of the trailing edge slot.
  • a reduction in the thickness of the trailing edge of the vanes can be achieved by decreasing the thickness of the trailing edge slot.
  • this decrease in the thickness of the trailing edge slot necessitates a reduction in the thickness of the ceramic core traditionally used in the molding of the blade.
  • such a reduction in thickness poses problems of fragility of the core used for the manufacture of the blades. Indeed, the cores used to mold the vanes of turbojets are very fragile during their manufacture.
  • the cores for blade molding are generally manufactured by the following steps:
  • the core obtained in the previous step is used to mold a dawn.
  • the presence of the core allows to create a cavity in the thickness of the blade, thus allowing a circulation of air inside the dawn.
  • cracks can be created during the handling of the cores between the exit of the mold and the cooking, since the cores are then in a transient state between a viscous state required for the injection and a solid state following the cooking making them particularly fragile, particularly at the level of the thin zone.
  • cracker is meant the step of baking together the ceramic sheet and the ceramic paste forming the frame at a temperature such that the binder included in the sheet and the paste evaporates, which has the effect of solder them together.
  • the proposed method makes it possible to reduce the thickness of the core without increasing the risk of cracking by providing sufficient flexibility to the core to solve the problems of cracking due to their handling, without increasing the number of steps in the process.
  • the method comprises a preliminary step of cutting recess patterns in the ceramic sheet.
  • the recess patterns are of rectangular, triangular and / or sinusoidal shape.
  • the space between the recess patterns is less than 5 millimeters.
  • the ceramic sheet comprises silica and alumina.
  • the ceramic paste in which the frame is formed comprises silica and zircon.
  • the ceramic sheet has a Young's modulus less than 5 GigaPascals.
  • the ceramic sheet has a thickness of between 0.04 millimeters and 0.5 millimeters.
  • the invention in another aspect, relates to a method of manufacturing a core for molding a blade of a turbomachine, comprising steps of: - cutting at least one recess pattern in a flexible ceramic sheet;
  • the invention relates to a method for manufacturing a turbomachine blade comprising at least one step consisting in:
  • the invention relates to a turbomachine comprising a blade manufactured according to a manufacturing method as defined above.
  • FIG. 1 is a logic diagram illustrating steps of a method of manufacturing a core according to a first embodiment of the invention
  • - Figures 2a and 2b each show a pattern of molding ceramic paste around a ceramic sheet
  • - Figures 3a and 3b each show a pattern of molding ceramic paste around a ceramic sheet in which the deformation of the ceramic sheet is schematized
  • FIG. 4a, 4b and 4c each show a ceramic sheet in which patterns have been cut according to a second embodiment of the invention
  • FIG. 5 is a logic diagram illustrating steps of a method of manufacturing a core according to another aspect of the invention. DETAILED DESCRIPTION OF A MODE OF IMPLEMENTATION
  • the method of manufacturing a core for the manufacture of a blade of a turbomachine according to the first embodiment of the invention comprises steps from:
  • the method according to the first embodiment makes it possible to reduce the minimum thickness of the core to the thickness of the ceramic sheet 1 used, and to locally increase the thickness of the core by the injections of frames ceramic. In this way, it is possible to reduce the minimum thickness of the core to a thickness of about 0.04 mm, a thickness now achievable with ceramic sheets.
  • the thickness of the ceramic sheet is between 0.04 mm and 0.5 mm.
  • the method according to the first embodiment also makes it possible, by injecting frames 3 made of ceramic paste around the ceramic sheet 1, to solve the problems of cracking due to handling before cooking.
  • the ceramic sheet 1 is flexible enough to withstand this manipulation, unlike a thin zone made according to a standard injection method.
  • the ceramic sheet 1 has a Young's modulus of less than 5 GPa, in order to have flexibility to resist the stresses encountered during handling before cooking.
  • the method according to the first implementation mode also makes it possible to solve the problems of cracks occurring during firing due to problems occurring during the injection step, by substituting the injection of ceramic paste in a thin zone by The ceramic sheet 1, thanks to its flexibility, adapts to the shape of the mold 2.
  • the ceramic sheet to a lower Young's modulus at 5 GPa, thus allowing the ceramic sheet 1 to have sufficient flexibility to adapt to complex shapes in order to be able to realize a complex cavities structure inside the dawn.
  • the method according to the first embodiment also makes it possible to limit the number of manufacturing steps, and thus to limit the cost of manufacture. Indeed, by injecting 3 ceramic paste frames around the ceramic sheet 1 while the ceramic sheet 1 is shaped in the mold 2, the ceramic sheet 1 does not return to its original shape and keeps the shape imposed by the mold 2. In addition, such a method also makes it possible to eliminate the assembly step after firing of several cores, forming at the outlet of the mold 2 a core whose shape corresponds to the desired final shape, and baking the core thus obtained by cofinding the ceramic sheet 1 and ceramic frames 3.
  • the manufacturing method comprises a step (b ') of cutting recess patterns 41, 42, 43 in the ceramic sheet 1, carried out before the step (b) of shaping in the mold 2.
  • These recess patterns 41, 42, 43 make it possible to create a core with a network of recesses. After the foundry process, these recesses correspond to dawn metal zones, and the ceramic core to internal cavities of dawn.
  • the realization of the recess patterns 41, 42, 43 makes it possible to create a cavity circuit in the blade, the ceramic core being the perfect negative of this cavity circuit.
  • the current cutting techniques allow to make recess patterns 41, 42, 43 whose size may be less than 5 mm, and whose spacing between each pattern of course 41, 42, 43 may be less than 5 mm . It is then possible to produce metal layers (corresponding to the recess patterns 41, 42, 43) of a size less than 5 mm disposed on either side of trailing edge slots whose width is less than 5 mm (corresponding to the spaces between the recess patterns 41, 42, 43).
  • a first recess pattern 41, 42, 43 may be rectangular in shape.
  • a second pattern of course 42, as shown in Figure 4b, may be triangular.
  • a third pattern of course 43, as shown in Figure 4c, may be sinusoidal.
  • the manufacturing process is carried out according to the first or second embodiment using a ceramic sheet 1 comprises a mixture of silica and alumina, and frames 3 into a paste ceramic comprising a mixture of silica and zircon.
  • a ceramic sheet 1 comprises a mixture of silica and alumina, and frames 3 into a paste ceramic comprising a mixture of silica and zircon.
  • a core made according to the third implementation therefore has good rigidity thanks to the alumina-based ceramic sheet which, once fired, forms a rigid core, and is both easy to remove chemically because by dissolving the ceramic based on zircon, the alumina ceramic sheet is no longer supported and is more easily removed from the interior of the blade.
  • the method of manufacturing a ceramic core for a blade of a turbomachine comprises the following steps:
  • This method makes it possible to obtain a core whose minimum thickness (for example the trailing edge thickness) is particularly fine (from 0.04 mm to 0.5 mm), and whose recess patterns 41, 42 , 43 allow, eventually, to create a complex circuit of cavities inside the blade which will be molded from this core.
  • the complex circuit of cavities inside the blade serving, once the molded dawn and in operation, to circulate air to cool the dawn and avoid merging.
  • Other embodiments are possible, such as for example the use of several ceramic sheets 1 to make the same core, the use of other ceramic compositions, or the cutting of recess patterns of different shapes.

Abstract

L'invention concerne un procédé de fabrication d'un noyau pour le moulage d'une aube d'une turbomachine, comprenant des étapes consistant à : - placer une feuille de céramique (1) souple dans une cavité d'un moule (2) de manière à mettre en forme la feuille de céramique (1), - introduire une pâte de céramique dans la cavité du moule (2), la pâte de céramique formant au moins un cadre (3) en contact avec la feuille de céramique (1), et - cofritter la feuille de céramique (1) et le cadre (3) de manière à solidariser la feuille de céramique (1) et le cadre (3) entre eux, le cadre (3) maintenant la forme de la feuille de céramique (1) donnée par le moule (2) durant les étapes précédant le cofrittage.

Description

Procédé de fabrication d'un noyau pour le moulage d'une aube
DOMAINE DE L'INVENTION
La présente invention concerne un procédé de fabrication d'un noyau destiné à servir au moulage d'une aube d'une turbomachine.
ETAT DE LA TECHNIQUE
Afin d'augmenter les performances aérodynamiques des aubes des turbomachines, il est nécessaire de réduire l'épaisseur du bord de fuite des aubes. L'épaisseur du bord de fuite des aubes dépend d'une part de l'épaisseur de la fente de bord de fuite par laquelle débouche le circuit d'air de refroidissement de l'aube et d'autre part de l'épaisseur des deux parois métalliques de l'aube, disposées de part et d'autre de la fente de bord de fuite.
Une réduction de l'épaisseur du bord de fuite des aubes peut être obtenue par une diminution de l'épaisseur de la fente de bord de fuite. Cependant, cette diminution de l'épaisseur de la fente de bord de fuite nécessite de réduire l'épaisseur du noyau en céramique utilisé traditionnellement lors du moulage de l'aube. Or, une telle réduction d'épaisseur pose des problèmes de fragilité du noyau servant à la fabrication des aubes. En effet, les noyaux servant au moulage des aubes de turboréacteurs sont très fragiles lors de leur fabrication.
Les noyaux destinés au moulage des aubes sont généralement fabriqués par les étapes suivantes :
- préparer une solution de pâte de céramique ;
- injecter, dans un moule de forme souhaité, la pâte de céramique préparée précédemment ;
- cuire par frittage le noyau obtenu dans l'étape précédente ;
- imprégner dans une résine le noyau obtenu dans l'étape précédente. Le noyau obtenu est utilisé pour mouler une aube. La présence du noyau permet de ménager une cavité dans l'épaisseur de l'aube, autorisant ainsi une circulation d'air à l'intérieur de l'aube.
Cependant, les noyaux fabriqués selon ce procédé habituel rencontrent des problèmes lorsque l'on réduit l'épaisseur du noyau au niveau du bord de fuite. Dans un premier temps, des criques peuvent apparaître lors de la cuisson des noyaux à cause de problèmes survenus lors de l'injection. En effet, la pâte céramique ayant du mal à passer les épaisseurs très fines à cause de sa viscosité, la pâte a alors tendance à remplir plus rapidement les zones épaisses en faisant le tour de la zone fine, puis à remplir en dernier la zone fine. Cela crée ainsi un recollement entre deux fronts de pâte dans la zone fine. Ce recollement favorise l'apparition de crique après la cuisson. Dans un deuxième temps, des fissures peuvent se créer lors de la manipulation des noyaux entre la sortie du moule et la cuisson, car les noyaux sont alors dans un état transitoire entre un état visqueux requis pour l'injection et un état solide suite à la cuisson les rendant particulièrement fragiles, particulièrement au niveau de la zone fine.
Afin de résoudre ces problèmes, on connaît du document FR2785836 un procédé de fabrication d'un noyau de céramique pour le moulage d'une aube d'une turbomachine à partir d'une feuille de céramique fine et souple. Dans ce document, il est décrit un procédé comportant les étapes suivantes :
- préparer une solution de pâte de céramique ;
- couler en forme de bande la pâte de céramique préparée dans l'étape précédente afin d'obtenir une feuille de céramique souple ;
- sécher la feuille obtenue dans l'étape précédente ;
- mettre en forme la feuille dans un moule ;
- préchauffer la feuille dans le moule ;
- presser la feuille dans le moule ;
- cuire la feuille obtenue dans l'étape précédente ; - imprégner la feuille obtenue dans l'étape précédente avec une résine ;
- assembler, si nécessaire, plusieurs feuilles obtenues selon le procédé décris précédemment, ou une feuille obtenue précédemment avec un noyau épais obtenu selon un procédé de moulage par injection standard ;
- utiliser le noyau obtenu dans l'étape précédente pour mouler une aube.
Le procédé décrit dans ce document est coûteux à réaliser car il comprend des étapes supplémentaires par rapport à la fabrication traditionnelle d'un noyau épais, notamment afin de maintenir en forme la feuille de céramique pour la cuisson. En effet, la souplesse de la feuille de céramique étant telle qu'un simple passage dans un moule ne suffit pas pour mettre en forme la feuille de céramique, la feuille de céramique reprenant sa forme initiale lors de sa sortie du moule.
RESUME DE L'INVENTION
Un but de la présente invention est de proposer un procédé plus simple de fabrication d'un noyau d'épaisseur faible permettant de produire des aubes présentant une fente de bord de fuite de faible épaisseur, tout en limitant les problèmes de fissuration lors de la fabrication des noyaux.
Ce but est atteint selon un premier aspect de l'invention grâce à un procédé de fabrication d'un noyau pour le moulage d'une aube d'une turbomachine, comprenant des étapes consistant à :
- placer une feuille de céramique souple dans une cavité d'un moule de manière à mettre en forme la feuille de céramique,
- introduire une pâte de céramique dans la cavité du moule, la pâte de céramique formant au moins un cadre en contact avec la feuille de céramique, et
- cofritter la feuille de céramique et le cadre de manière à solidariser la feuille de céramique et le cadre entre eux, le cadre maintenant la forme de la feuille de céramique donnée par le moule durant les étapes précédant le cofrittage.
Par « cofritter », on désigne l'étape consistant à cuire ensemble la feuille de céramique et la pâte de céramique formant le cadre à une température telle que le liant compris dans la feuille et la pâte s'évapore, ce qui a pour effet de les souder ensemble.
Le procédé proposé permet de diminuer l'épaisseur du noyau sans augmenter le risque de fissuration en apportant une souplesse suffisante au noyau pour résoudre les problèmes de fissuration dus à leur manipulation, et ce, sans augmentation du nombre d'étapes dans le procédé.
Selon une autre caractéristique, le procédé comprend une étape préalable consistant à découper des motifs d'évidements dans la feuille de céramique.
Selon une caractéristique additionnelle, les motifs d'évidements sont de forme rectangulaire, triangulaire et/ou sinusoïdale.
Selon une caractéristique supplémentaire, l'espace entre les motifs d'évidements est inférieur à 5 millimètres.
Selon une autre caractéristique, la feuille de céramique comprend de la silice et de l'alumine.
Selon une caractéristique additionnelle, la pâte de céramique dans laquelle est formé le cadre comprend de la silice et du zircon.
Selon une caractéristique supplémentaire, la feuille de céramique présente un module d'Young inférieur à 5 GigaPascals.
Selon une autre caractéristique, la feuille de céramique a une épaisseur comprise entre 0,04 millimètres et 0, 5 millimètres.
Selon un autre aspect, l'invention concerne un procédé de fabrication d'un noyau pour le moulage d'une aube d'une turbomachine, comprenant des étapes consistant à : - découper au moins un motif d'évidement dans une feuille de céramique souple ;
- disposer la feuille de céramique découpée dans un moule ;
- chauffer le moule ;
- compresser la feuille de céramique à l'intérieur du moule de manière à mettre en forme la feuille de céramique;
- fritter la feuille de céramique de manière à rigidifier la feuille de céramique mise en forme. Selon un autre aspect, l'invention concerne un procédé de fabrication d'une aube de turbomachine comprenant au moins une étape consistant à :
- mouler l'aube dans un moule contenant un noyau obtenu par un procédé tel que défini précédemment. Selon un autre aspect, l'invention concerne une turbomachine comprenant une aube fabriquée selon un procédé de fabrication tel que défini précédemment.
PRESENTATION DES DESSINS
D'autres caractéristiques, buts et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre, et en regard des dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs et sur lesquels :
- la figure 1 est un logigramme illustrant des étapes d'un procédé de fabrication d'un noyau selon un premier mode de mise en œuvre de l'invention ;
- les figures 2a et 2b représentent chacune un schéma de moulage de pâte de céramique autour d'une feuille de céramique ; - les figures 3a et 3b représentent chacune un schéma de moulage de pâte de céramique autour d'une feuille de céramique dans lequel la déformation de la feuille de céramique est schématisée ;
- les figures 4a, 4b et 4c représentent chacune une feuille de céramique dans lesquelles des motifs ont été découpés conformément à un deuxième mode de mise en œuvre de l'invention ;
- la figure 5 est un logigramme illustrant des étapes d'un procédé de fabrication d'un noyau selon un autre aspect de l'invention. DESCRIPTION DETAILLEE D'UN MODE DE MISE EN OEUVRE
Comme représenté par les figures 1 , 2a, 2b, 3a et 3b, le procédé de fabrication d'un noyau pour la fabrication d'une aube d'une turbomachine selon le premier mode de mise en œuvre de l'invention, comprend des étapes de :
- (a) fabriquer une feuille de céramique 1 fine et souple par coulage en bande fine sur un support d'une bande fine de pâte de céramique, et séchage de la feuille de céramique 1 ainsi obtenue ;
- (b) disposer la feuille de céramique 1 souple dans un moule 2 d'injection de pâte de céramique ;
- (c) injecter de la pâte de céramique aux endroits désirés dans le moule 2 de manière à entourer localement la feuille de céramique 1 en formant des cadres 3 de pâte de céramique en contact avec ladite feuille de céramique 1 de manière à enrober des portions de ladite feuille de céramique 1. L'injection de pâte de céramique est réalisée de telle sorte que la feuille de céramique 1 et les cadres 3 en pâte de céramique constituent un noyau dont la forme est la forme finale désirée pour la fabrication de l'aube ;
- (d) cuire le noyau ainsi obtenu selon un procédé de frittage de céramique standard en coffritant la feuille de céramique 1 avec les cadres 3 de pâte de céramique, de sorte que la feuille de céramique
1 et les cadres 3 deviennent solidaires les uns des autres et forment un noyau rigide (le module de Young étant alors de l'ordre de 400 GPa) ;
- (e) imprégner le noyau obtenu avec une résine ou un polymère organique.
Le procédé selon le premier mode de mise en œuvre permet de réduire l'épaisseur minimum du noyau à l'épaisseur de la feuille de céramique 1 utilisée, et d'augmenter localement l'épaisseur du noyau par les injections de cadres 3 en pâte de céramique. De cette façon, il est possible de réduire l'épaisseur minimum du noyau à une épaisseur de l'ordre de 0,04 mm, une épaisseur aujourd'hui réalisable avec des feuilles en céramique. De préférence, l'épaisseur de la feuille de céramique est comprise entre 0,04 mm et 0,5 mm.
Le procédé selon le premier mode de mise en œuvre permet également, grâce à l'injection de cadres 3 en pâte de céramique autour de la feuille de céramique 1 , de résoudre les problèmes de fissuration dus à la manipulation avant la cuisson. En effet, la feuille de céramique 1 est suffisamment souple pour résister à cette manipulation, contrairement à une zone fine faite selon un procédé d'injection standard. Avantageusement, la feuille de céramique 1 a un module d'Young inférieur à 5 GPa, afin d'avoir une souplesse lui permettant de résister aux contraintes rencontrées durant la manipulation avant cuisson.
Le procédé selon le premier mode de mise en œuvre permet également de résoudre les problèmes de criques apparaissant à la cuisson suite à des problèmes survenant lors de l'étape d'injection, en substituant l'injection de pâte de céramique dans une zone fine par une la mise en forme de la feuille de céramique 1 dans le moule 2. La feuille de céramique 1 , grâce à sa souplesse, s'adapte à la forme du moule 2. Avantageusement, la feuille de céramique à un module d'Young inférieur à 5 GPa, permettant ainsi à la feuille de céramique 1 d'avoir une souplesse suffisante pour s'adapter à des formes complexes afin de pouvoir réaliser une structure de cavités complexe à l'intérieure de l'aube.
Le procédé selon le premier mode de mise en œuvre permet également de limiter le nombre d'étapes de fabrication, et ainsi de limiter le coût de fabrication. En effet, en injectant des cadres 3 de pâte de céramique autour de la feuille de céramique 1 tandis que la feuille de céramique 1 est mise en forme dans le moule 2, la feuille de céramique 1 ne reprend pas sa forme initiale et garde la forme imposée par le moule 2. De plus, un tel procédé permet également de supprimer l'étape d'assemblage après cuisson de plusieurs noyaux, en formant dès la sortie du moule 2 un noyau dont la forme correspond à la forme finale désirée, et en cuisant le noyau ainsi obtenu par cofrittage de la feuille de céramique 1 et des cadres 3 en céramique.
Selon un deuxième mode de mise en œuvre de l'invention représenté sur les figures 4a, 4b et 4c, le procédé de fabrication comprend une étape (b') de découpe de motifs d'évidements 41 , 42, 43 dans la feuille de céramique 1 , réalisée avant l'étape (b) de mise en forme dans le moule 2. Ces motifs évidements 41 , 42, 43 permettent de créer un noyau avec un réseau d'évidements. Après le processus de fonderie, ces évidements correspondent à des zones de métal de l'aube, et le noyau en céramique à des cavités internes de l'aube.
La réalisation des motifs d'évidements 41 , 42, 43 permet de créer un circuit de cavités dans l'aube, le noyau en céramique étant le parfait négatif de ce circuit de cavités.
Les techniques actuelles de découpe permettent de réaliser des motifs d'évidements 41 , 42, 43 dont la taille peut être inférieure à 5 mm, et dont l'espacement entre chaque motif d'évidemment 41 , 42, 43 peut être inférieur à 5 mm. Il est alors possible de réaliser des couches de métal (correspondant aux motifs d'évidements 41 , 42, 43) d'une taille inférieure à 5 mm disposées de part et d'autre de fentes de bord de fuite dont la largeur est inférieure à 5 mm (correspondant aux espaces entre les motifs d'évidements 41 , 42, 43).
La forme des motifs d'évidements 41 , 42, 43 peut varier. Un premier motif d'évidement 41 , comme représenté sur les figures 4a, 4b, 4c peut être de forme rectangulaire. Un second motif d'évidemment 42, comme représenté sur la figure 4b, peut être de forme triangulaire. Un troisième motif d'évidemment 43, comme représenté sur la figure 4c, peut être de forme sinusoïdale.
Selon un troisième mode de mise en œuvre, le procédé de fabrication est réalisé conformément au premier ou au second mode de mise en œuvre en utilisant une feuille de céramique 1 comprend un mélange de silice et d'alumine, et des cadres 3 en une pâte de céramique comprenant un mélange de silice et de zircon. En effet, ce mode de mise en œuvre permet d'obtenir un compromis entre rigidité et facilité de désintégration. En effet, la céramique à base d'alumine est particulièrement rigide, mais est difficilement attaquable chimiquement. Cela a pour conséquence que cette nuance de céramique est difficilement utilisable pour la fabrication de noyaux servant à fabriquer des aubes. La céramique à base de zircon est moins rigide, mais est plus facile à dissoudre chimiquement que la céramique à base d'alumine. Ainsi, cette nuance de céramique est couramment utilisée pour la fabrication de noyaux servant à fabriquer des aubes. Un noyau fabriqué selon la troisième mise en œuvre comporte donc une bonne rigidité grâce à la feuille en céramique à base d'alumine qui, une fois cuite, forme une âme rigide, et est à la fois facile à éliminer chimiquement car en dissolvant la céramique à base de zircon, la feuille en céramique à base d'alumine n'est plus soutenue et est plus facilement éliminable de l'intérieure de l'aube. Selon un autre aspect représenté sur la figure 5, le procédé de fabrication d'un noyau en céramique pour une aube d'une turbomachine comporte les étapes suivantes :
- (a) fabriquer une feuille de céramique 1 fine et souple par coulage en bande fine sur un support d'une bande fine de pâte de céramique (entre 0,04 mm et 0,5 mm d'épaisseur), et sécher de la feuille de céramique 1 ainsi obtenue ;
- (b') découper au moins un motif d'évidement 41 , 42, 43 dans la feuille de céramique 1 ;
- (b) disposer la feuille de céramique 1 obtenue dans l'étape précédente dans un moule 2 ;
- (a) chauffer le moule 2 à 100°C pendant 30 minutes ;
- (6) presser l'intérieur du moule sous une pression de 40MPa pendant 3 minutes de sorte que la feuille de céramique 1 garde la forme imposée par le moule 2 ;
- (d) cuire par un procédé de frittage standard la feuille de céramique 1 mise en forme dans l'étape précédente, de sorte que la feuille de céramique 1 deviennent rigide ;
- (e) imprégner la feuille de céramique 1 cuite avec une résine ou un polymère organique ;
- (f) assembler la feuille de céramique imprégnée avec une ou plusieurs autres feuilles de céramique imprégnées, et/ou avec un ou plusieurs noyaux massifs obtenus par un procédé d'injection de pâte de céramique standard.
Ce procédé permet d'obtenir un noyau dont l'épaisseur minimum (par exemple l'épaisseur de bord de fuite) est particulièrement fine (de 0,04 mm à 0,5 mm), et dont les motifs d'évidements 41 , 42, 43 permettent, à terme, de créer un circuit complexe de cavités à l'intérieur de l'aube qui sera moulée à partir de ce noyau. Le circuit complexe de cavités à l'intérieur de l'aube servant, une fois l'aube moulée et en fonctionnement, à faire circuler de l'air permettant de refroidir l'aube et éviter sa fusion. D'autres modes de réalisation sont possibles, comme par exemple l'utilisation de plusieurs feuilles de céramique 1 pour réaliser un même noyau, l'utilisation d'autres compositions de céramiques, ou bien la découpe de motifs d'évidements de formes différentes.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de fabrication d'un noyau pour le moulage d'une aube d'une turbomachine, comprenant des étapes consistant à :
- placer une feuille de céramique (1 ) souple dans une cavité d'un moule
(2) de manière à mettre en forme la feuille de céramique (1 ),
- introduire une pâte de céramique dans la cavité du moule (2), la pâte de céramique formant au moins un cadre (3) en contact avec la feuille de céramique (1 ), et
- cofritter la feuille de céramique (1 ) et le cadre (3) de manière à solidariser la feuille de céramique (1 ) et le cadre (3) entre eux, le cadre
(3) maintenant la forme de la feuille de céramique (1 ) donnée par le moule (2) durant les étapes précédant le cofrittage.
2. Procédé selon la revendication 1 , comprenant une étape préalable consistant à :
- découper des motifs d'évidements (41 , 42, 43) dans la feuille de céramique (1 ).
3. Procédé selon la revendication 2, dans lequel les motifs d'évidements (41 , 42, 43) sont de forme rectangulaire, triangulaire et/ou sinusoïdale.
4. Procédé selon l'une des revendications 2 ou 3, dans lequel l'espace entre deux motifs d'évidements successifs (41 , 42, 43) est inférieur à 5 millimètres.
5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel la feuille de céramique (1 ) comprend de la silice et de l'alumine.
6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel la pâte de céramique formant le cadre (3) comprend de la silice et du zircon.
7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, dans lequel la feuille de céramique (1 ) présente un module d'Young inférieur à 5 GigaPascals.
8. Procédé selon l'une des revendications 1 à 7, dans lequel la feuille de céramique (1 ) a une épaisseur comprise entre 0,04 millimètres et 0,5 millimètres.
9. Procédé de fabrication d'une aube de turbomachine comprenant au moins une étape consistant à :
- mouler l'aube dans un moule contenant un noyau obtenu par un procédé conforme à l'une des revendications 1 à 8.
10. Turbomachine comprenant une aube fabriquée selon un procédé de fabrication conforme à la revendication 9.
PCT/FR2015/051775 2014-06-30 2015-06-29 Procédé de fabrication d'un noyau pour le moulage d'une aube WO2016001564A1 (fr)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US15/323,300 US9981308B2 (en) 2014-06-30 2015-06-29 Method for manufacturing a core for moulding a blade
GB1622359.6A GB2541847B (en) 2014-06-30 2015-06-29 Method for manufacturing a core for moulding a blade

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR1456168 2014-06-30
FR1456168A FR3022810B1 (fr) 2014-06-30 2014-06-30 Procede de fabrication d'un noyau pour le moulage d'une aube

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2016001564A1 true WO2016001564A1 (fr) 2016-01-07

Family

ID=52273211

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/FR2015/051775 WO2016001564A1 (fr) 2014-06-30 2015-06-29 Procédé de fabrication d'un noyau pour le moulage d'une aube

Country Status (4)

Country Link
US (1) US9981308B2 (fr)
FR (2) FR3022810B1 (fr)
GB (1) GB2541847B (fr)
WO (1) WO2016001564A1 (fr)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10280761B2 (en) * 2014-10-29 2019-05-07 United Technologies Corporation Three dimensional airfoil micro-core cooling chamber
GB201610783D0 (en) * 2016-06-21 2016-08-03 Rolls Royce Plc Trailing edge ejection cooling
EP3476820A4 (fr) * 2016-06-23 2019-12-25 Adamant Namiki Precision Jewel Co., Ltd. Composite céramique et procédé de production d'un composite céramique

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2785836A1 (fr) * 1998-11-12 2000-05-19 Snecma Procede de fabrication de noyaux ceramiques minces pour fonderie
EP1652603A2 (fr) * 2004-10-29 2006-05-03 United Technologies Corporation Noyaux pour la moulage de précision et procédés
EP1671720A1 (fr) * 2004-12-20 2006-06-21 Howmet Corporation Noyau de coulée céramique et méthode de production associée
EP1854569A1 (fr) * 2006-05-10 2007-11-14 Snecma Procédé de fabrication de noyaux céramiques de fonderie pour aubes de turbomachine
EP2335845A1 (fr) * 2009-12-04 2011-06-22 United Technologies Corporation Moulages, noyaux de moulage et procédés
EP2468433A2 (fr) * 2010-12-22 2012-06-27 United Technologies Corporation Mini-coeur de perçage vers flux
WO2013167847A2 (fr) * 2012-05-11 2013-11-14 Snecma Outillage de fabrication d'un noyau de fonderie pour une aube de turbomachine

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6720028B1 (en) * 2001-03-27 2004-04-13 Howmet Research Corporation Impregnated ceramic core and method of making
US7014424B2 (en) * 2003-04-08 2006-03-21 United Technologies Corporation Turbine element
US20050087319A1 (en) * 2003-10-16 2005-04-28 Beals James T. Refractory metal core wall thickness control

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2785836A1 (fr) * 1998-11-12 2000-05-19 Snecma Procede de fabrication de noyaux ceramiques minces pour fonderie
EP1652603A2 (fr) * 2004-10-29 2006-05-03 United Technologies Corporation Noyaux pour la moulage de précision et procédés
EP1671720A1 (fr) * 2004-12-20 2006-06-21 Howmet Corporation Noyau de coulée céramique et méthode de production associée
EP1854569A1 (fr) * 2006-05-10 2007-11-14 Snecma Procédé de fabrication de noyaux céramiques de fonderie pour aubes de turbomachine
EP2335845A1 (fr) * 2009-12-04 2011-06-22 United Technologies Corporation Moulages, noyaux de moulage et procédés
EP2468433A2 (fr) * 2010-12-22 2012-06-27 United Technologies Corporation Mini-coeur de perçage vers flux
WO2013167847A2 (fr) * 2012-05-11 2013-11-14 Snecma Outillage de fabrication d'un noyau de fonderie pour une aube de turbomachine

Also Published As

Publication number Publication date
US9981308B2 (en) 2018-05-29
FR3022810B1 (fr) 2019-09-20
GB2541847B (en) 2018-09-19
FR3022810A1 (fr) 2016-01-01
GB2541847A (en) 2017-03-01
GB201622359D0 (en) 2017-02-15
FR3022812B1 (fr) 2019-09-20
US20170151604A1 (en) 2017-06-01
FR3022812A1 (fr) 2016-01-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
FR3008920A1 (fr) Procede de fabrication d'une aube en materiau composite a bord d'attaque metallique integre pour moteur aeronautique a turbine a gaz
FR3022812B1 (fr) Procede de fabrication d'un noyau pour le moulage d'une aube
FR2986982A1 (fr) Ensemble de noyau de fonderie pour la fabrication d'une aube de turbomachine, procede de fabrication d'une aube et aube associes
CA2629053A1 (fr) Outillage pour la fabrication de noyaux ceramiques de fonderie pour aubes de turbomachines
EP1013360B1 (fr) Procédé de fabrication de noyaux céramiques minces pour fonderie
EP2794147B1 (fr) Procede de fabrication d'un noyau ceramique pour aube mobile
FR3025248B1 (fr) Aube de redresseur en materiau composite pour moteur a turbine a gaz et son procede de fabrication
FR2944721A1 (fr) Procede de fabrication d'un aubage par moulage par injection de poudre metallique
FR3102378A1 (fr) Procédé de fabrication d’une aube en matériau composite avec bord d’attaque métallique rapporté
EP2895285B1 (fr) Modele de fonderie.
FR2991612A1 (fr) Procede d'obtention par fonderie d'une piece comportant une portion effilee
EP0364360B1 (fr) Procédé de fabrication de pièces composites constituées d'un voile et d'un renfort
FR2989020A1 (fr) Procede de fabrication d'une piece epaisse de turbomachine en materiau composite par injection de resine sous pression
WO2016071619A1 (fr) Procédé pour fabriquer une pale de turbine en céramique.
FR3023196A1 (fr) Procede de moulage ameliore d'aube creuse de turbomachine
CA2960059C (fr) Procede de production d'un noyau ceramique
FR3122592A1 (fr) Procédé de fabrication d'une aube de turbomachine
FR3028882A1 (fr) Procede de realisation d'un revetement abradable multicouches avec structure tubulaire integree, et revetement abradable obtenu par un tel procede
EP3980207B1 (fr) Procede de fabrication de piece de turbomachine par moulage mim
CA3032098C (fr) Procede de realisation d'un modele non permanent
FR2949366A1 (fr) Realisation par procede mim d'un morceau de piece pour la reparation d'une aube de distributeur de turbine
FR3058917A1 (fr) Noyau complexe de fonderie pour une aube multi-cavites
FR3023197A1 (fr) Procede de moulage d'une aube a baignoire en ceramique
EP0072329A1 (fr) Procédé de confection d'un élément de moule à carapace céramique et élément de moule obtenu

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 15753386

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 201622359

Country of ref document: GB

Kind code of ref document: A

Free format text: PCT FILING DATE = 20150629

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 15323300

Country of ref document: US

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 15753386

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1