WO2016174344A1 - Procede de fabrication de modele pour fonderie a modele perdu - Google Patents

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WO2016174344A1
WO2016174344A1 PCT/FR2016/050980 FR2016050980W WO2016174344A1 WO 2016174344 A1 WO2016174344 A1 WO 2016174344A1 FR 2016050980 W FR2016050980 W FR 2016050980W WO 2016174344 A1 WO2016174344 A1 WO 2016174344A1
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model
portions
insert
manufacturing
blade
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PCT/FR2016/050980
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English (en)
Inventor
Pascal GOMEZ
Umberto Aprile
Philippe CHABANEIX
Dominique COYEZ
Chantal Sylvette LANGLOIS
Daniel Quach
Isabelle Marie Monique VALENTE
Matthieu Jean Luc VOLLEBREGT
Original Assignee
Snecma
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Filing date
Publication date
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22CFOUNDRY MOULDING
    • B22C7/00Patterns; Manufacture thereof so far as not provided for in other classes
    • B22C7/02Lost patterns
    • B22C7/023Patterns made from expanded plastic materials
    • B22C7/026Patterns made from expanded plastic materials by assembling preformed parts
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22CFOUNDRY MOULDING
    • B22C13/00Moulding machines for making moulds or cores of particular shapes
    • B22C13/08Moulding machines for making moulds or cores of particular shapes for shell moulds or shell cores
    • B22C13/085Moulding machines for making moulds or cores of particular shapes for shell moulds or shell cores by investing a lost pattern
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    • B22C7/00Patterns; Manufacture thereof so far as not provided for in other classes
    • B22C7/02Lost patterns
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B22C9/00Moulds or cores; Moulding processes
    • B22C9/02Sand moulds or like moulds for shaped castings
    • B22C9/04Use of lost patterns
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22CFOUNDRY MOULDING
    • B22C9/00Moulds or cores; Moulding processes
    • B22C9/10Cores; Manufacture or installation of cores
    • B22C9/103Multipart cores

Definitions

  • the invention relates to the manufacture of lost model foundry models.
  • 'lost model foundry model' or simply 'foundry model' or even 'model' is meant here a part made at least in part of a removable material, and having substantially the same shape as the part that the we are trying to manufacture.
  • the material is removable means in this context (of a foundry model) that this material is likely to be removed without destroying or damaging the mold formed around the foundry model. This elimination can be made chemically (baths ..), and / or thermal, or other.
  • the disposable material may simply be a low temperature fusible material.
  • low temperature fuse herein means fuse at a temperature below 500 ° C, and preferably below 100 ° C.
  • a model may include one or more inserts, which are parts incorporated into the model either to allow the manufacture thereof or to be part of the part that is to be manufactured.
  • the lost-model foundry is a known method usually comprising the following steps: foundry models are made; around these models a shell mold is formed; the models are then eliminated (with the exception of any inserts) by heating the mold: the models melt and / or burn (with the exception of any inserts); the material that constitutes them is then removed from the mold. The shell mold is then used to make parts by foundry.
  • the invention more specifically relates to the manufacture of lost model foundry models comprising an insert.
  • Such models are used either to manufacture parts which themselves include an insert, or to manufacture hollow parts: in the latter case, the insert of the foundry model is a core, which serves to develop the hollow part of the room during the casting of the molten metal, and is then removed after cooling the metal mass.
  • the object of the invention is therefore to provide a method of manufacturing foundry models, for the manufacture of foundry models with an insert, faster and cheaper than the traditional method described above.
  • the insert (s) may include in particular a core, intended to be removed after the casting step during the lost pattern foundry. This or these cores may be in particular one or ceramic core (s).
  • One or more insert (s) can also be permanent inserts, intended to be integrated into the room for example to strengthen it mechanically. The meeting of the said at least two portions forms the model. Therefore, the shape of the model is the union of shapes (or volumes) of the different portions.
  • the foundry model is made by assembling several model portions, the method below provides greater flexibility compared to the traditional mold injection-molding process.
  • the different portions of the model are easier to manufacture, each, than the model itself; in particular, because these portions do not have an insert.
  • the step S1B) of manufacturing one or more of the model portions can be made by manufacturing one or more of said portions of the model by an additive method. It can also be done by injection. It can also be made by any other method suitable for the manufacture of a model portion.
  • step S1A) of supplying the insert (s) can be made by manufacturing the insert (s) by an additive process, by injection or by any other another suitable method.
  • step S2 The realization of the model by assembling its portions around the insert or inserts in step S2), however, requires some precautions.
  • step S2 means that the connection areas between the model portions and the insert and / or between the model portions between them do not let any foreign body pass, as well as the useful parts of the rest of the model. It is for this purpose that in step S2, "said at least two model portions are assembled in a sealed manner around at least a portion of said at least one insert". In some embodiments, the at least two model portions are assembled in a sealed manner around the entire insert.
  • the insert (s) do not exceed (not) outside the model: they are strictly contained inside thereof and sealed from the outside space to the model.
  • the model portions are tightly assembled around only a portion of the insert.
  • the inserts may exceed the outside of the model; the parts of the inserts that protrude are called appendices.
  • it is possible to carry out a waterproofing of the at least two model portions for example using a small heating iron.
  • These appendages or inserts exceeding the model portion or portions may be useful in the molding process, in particular for anchoring the insert in the shell, for example to respect the wall thicknesses on the final part or for the maintenance and dimensional control of the hollow cavity.
  • the melting properties of this material can be used locally to seal the foundry model during the manufacturing step S2).
  • any other method adapted to make this model waterproof during step S2) can be used (in particular by adding sealing resin or the like), in particular if the model portions are not made of hot melt material.
  • step S2) of the method comprises two sub-steps:
  • the method is applicable in particular to the manufacture of foundry models having an aerodynamic profile.
  • the method is applicable in particular to the manufacture of foundry models comprising a blade.
  • step S1B in a preferred mode of implementation of the method, exactly two portions of the model are provided, a portion of intrados including the portion of the blade located on the intrados side, and an extrados portion including the portion of the blade located on the extrados side.
  • the invention also relates to a method for manufacturing a lost-model foundry part, in which a model is manufactured by the method described above.
  • the invention also relates to a model for a lost model foundry, comprising at least two integrally unmaintained portions and at least one insert, said at least two portions being attached to each other in a sealed manner around at least a portion of said at least one minus an insert; said at least two portions being made of removable material; and said at least one insert having a melting temperature above 1300 ° C.
  • the insert is therefore made of a material having a melting point higher than the melting temperature of the metal.
  • FIG. 2 is a schematic perspective view of a cluster of blade models obtained during the implementation of the method presented in FIG. 1;
  • FIG. 3 is a schematic perspective view of a blade model used during the implementation of the method presented in FIG. 1;
  • FIG. 4 is a schematic exploded perspective view of the blade model shown in Figure 3;
  • FIG. 5 is a schematic sectional view of the blade model presented in FIG. 3
  • FIG. 6 is a schematic perspective view of the blade model section shown in FIG. 5;
  • FIG. 7 is a schematic perspective view of a model comprising an insert having appendages.
  • the blade manufacturing process shown in FIG. 1 is a lost pattern casting process.
  • the method is presented in the context of the manufacture of a cluster of twelve turbomachine blades.
  • the method comprises seven steps S1 to S7.
  • the steps S1 and S2 are identical for each of the twelve blades. They will therefore be described as part of a (unique) dawn; In practice, it is necessary to carry out these steps for each of the twelve blades.
  • SI Making the core and portions of the model.
  • This step S1 comprises two operations to be performed in parallel: during a step S1A, a core (10) is manufactured;
  • One method is to create the numerical definitions of the portions of the model from the numeric definition of the part.
  • the piece is divided into several portions.
  • the part comprises a blade (as is the case in the example presented)
  • the part can be divided into an extrados portion 12 including the portion of the blade located on the extrados side, and a portion of intrados 14 including the portion of the blade located on the side of the intrados.
  • the model 16 is then the meeting of two portions, a portion of intrados 12 and an extrados portion 14, which correspond to the portions of the blade located respectively on the side of the intrados and the side of the extrados (FIG. .3).
  • the model portions may be defined with junction areas having shape complementarities (cones, steps, etc.). These shape complementarities serve, during the assembly of the model portions, to ensure the relative good positioning of the different portions of the model, which is important to ensure that the model obtained has the shape as close as possible to that specified by the model. numerical definition of the piece.
  • the model portions may furthermore be defined with recesses and / or housings, intended to cooperate with corresponding parts of the core, so that the core is precisely held in position by the blade portions inside the dawn pattern.
  • one or more of the model portions can be manufactured by an additive method.
  • Various methods of rapid prototyping can be used.
  • the core 10 may also be produced by an additive process, or in a conventional manner by injection / baking.
  • the materials and manufacturing processes respectively of the model portions and the core shall be selected so that:
  • model portions can be removed by heating or other without leaving unwanted residues such as soot or traces carbonaceous (in step S5 described below);
  • the core can withstand the thermal stresses applied during the casting of the blade cluster and can be removed by chemical bath without leaving unwanted residues (in step S6 described below).
  • the removal of the model portions can be chemical, hypercritical debinding, etc.
  • the two model portions 12 and 14 are assembled around the core 10 (as an insert), which makes it possible to constitute a blade model 16.
  • the portions are then fixed. of model 12 and 14 to one another by gluing. While remaining within the scope of the invention, other methods of attachment can be used, such as welding, mechanical assembly for example by interlocking and / or screwing, etc.
  • this step S2 it manufactures a cluster of 20 wax models (Fig.2), also called the e Grap not permanent.
  • This cluster 20 is used to manufacture a shell mold by forming hollow volumes in the shell mold, in a manner known per se.
  • the cluster 20 is manufactured by assembling the blade models 16 made in step S2 using prefabricated auxiliary elements 22.
  • auxiliary elements 22 serve to form the technical parts of the shell mold, including metal feed and discharge channels, heat shields, etc. They comprise in particular two parallel disks 24, each of these disks having the shape of a plate pierced with holes through which the blade models 16 pass.
  • the dawn patterns 16 are all identical to each other. They are arranged in a circle axisymmetrically about an axis X, said casting axis.
  • the X axis is disposed in the vertical direction during the foundry operation, when molten metal is poured into the shell mold (operation discussed in more detail below).
  • the blade models 16 will be used to develop molding cavities for blade molding; the auxiliary elements 22 will be used to develop including a casting bucket, feed channels, stiffeners and selectors.
  • step S4 the shell mold is made by immersing the non-permanent bundle 20 in a slip from which the shell is formed (this step as well as the subsequent steps S5 to S7 are described in more detail in WO2014 / 049 223).
  • the blade models are eliminated by heating the shell mold in which the non-permanent cluster is located. Under the effect of heat, the dawn patterns melt and / or burn, eliminating them and releasing the inner volume of the shell mold.
  • the cluster of castings - that is, the blade cluster - is then formed in the shell mold by casting molten metal therein.
  • a sixth step S6 after the cooling and solidification of the metal in the shell mold, the blade cores are removed by dipping in a basic chemical bath, and the blade cluster is unchecked from the shell mold.
  • each of the blades is separated from the rest of the cluster and finished by machining processes and / or surface treatments.
  • the invention relates more particularly to steps S1 and S2, that is to say the manufacture of blade models 16. An example of implementation of these steps is illustrated by Figures 3 to 6.
  • the blade model 16 is a wax model of a blade having a blade 30 and a foot 32.
  • Figure 3 shows the blade model 16 obtained by assembling three components namely the extrados portion 12, the core 10 and the intrados portion 14 (Fig.4).
  • Figures 5 and 6 show a section of the model 16 in a plane P perpendicular to its longitudinal axis.
  • the dawn that the dawn model 16 is used to make is a hollow dawn. Also, for the manufacture of this one by lost model foundry, it is necessary to use a nucleus - in this case the nucleus 10.
  • the shape of the core 10 delimits the interior volume of the dawn that one seeks to keep empty, that is to say the interior volume of the dawn which must not be filled with metal during the foundry.
  • the model portions 12 and 14 are provided with frustoconical projections 11, and the core 10 is provided with corresponding holes 11 of frustoconical shape, which allow a precise relative position of the core 10 relative to the model portions 12 and 14.
  • the core 10 is made separately ceramic in step S1A, in a manner known per se (for example by molding in a core box, or additive manufacturing for example by sintering powder). It consists mainly of silica.
  • step S6 Its material is selected so that its melting point is above 1300 ° C. Because of this, the core does not melt during the step S5 casting of the blade cluster. Conversely, this material is selected so that it can be removed by chemical solvents in step S6.
  • the model portions 12 and 14 are manufactured separately (step S1B). They are made of removable material: in this case, fuse material at low temperature. They can for example be manufactured in rapid prototyping, by wax filament deposition or by powder sintering. They can be made for example of PMMA (polymethylmethacrylate) or other organic polymers. These materials can be removed by being brought to a temperature of the order of 1000 ° C in a firing oven, in step S5 before the casting of the metal.
  • removable material in this case, fuse material at low temperature. They can for example be manufactured in rapid prototyping, by wax filament deposition or by powder sintering. They can be made for example of PMMA (polymethylmethacrylate) or other organic polymers. These materials can be removed by being brought to a temperature of the order of 1000 ° C in a firing oven, in step S5 before the casting of the metal.
  • the shape of the model portions 12 and 14 is such that the union of their volumes substantially corresponds to the volume of the blade that is to be manufactured.
  • the portions 12 and 14 are in contact at two contact surfaces: an upstream contact surface 15 and a downstream contact surface 17. These surfaces are defined in such a way that the union of the core 10, portions 12 and 14 easily and without difficulty related to undercuts or other.
  • step S21 a thin layer of adhesive is deposited on the contact surfaces 15 and 17; the portions 12 and 14 are glued to each other, the core 10 being disposed therebetween.
  • step S22 the model 16 is sealed by sealing at each of the contact surfaces (15, 17) between the different model portions.
  • This seal is obtained by slightly melting the wax or the PMMA locally so as to bond portions 12 and 14 to one another.
  • the slip does not penetrate inside the model 16 (that is to say between the portions 12 and 14, and in contact core 10).
  • the insert core was entirely contained in the model 16.
  • portions of the core 10 may also protrude outside the model 16, as illustrated by the appendices 13 of the figure. 7.
  • the appendages 13 are provided for anchoring the core 10 in the shell mold subsequently made.
  • an expansion zone 18 may be provided so that there remains a clearance between the core 10 and the shell mold subsequently formed. Indeed, there may be a differential thermal expansion between the core 10 and the shell mold during the baking cycle of the shell mold containing the core and then the casting cycle of the parts, here blades. The expansion zone 18 and the resulting clearance ensure that the core 10 does not break under the effect of the differential expansion.
  • the model produced by the process according to the invention may be that of a part to be manufactured; but it may possibly include additional parts that are not part of the part to be manufactured and are eliminated during the finishing step (S7). Therefore, the description and drawings should be considered in an illustrative rather than restrictive sense.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Molds, Cores, And Manufacturing Methods Thereof (AREA)

Abstract

Procédé de fabrication d'un modèle pour fonderie à modèle perdu dans lequel on fournit au moins un insert (10); on fournit au moins deux portions (12,14) du modèle, lesdites au moins deux portions étant réalisées dans un matériau éliminable; et on assemble de manière étanche lesdites au moins deux portions de modèle autour d'au moins une partie dudit au moins un insert de manière à réaliser ledit modèle (16).

Description

PROCEDE DE FABRICATION DE MODELE POUR FONDERIE A MODELE
PERDU
DOMAINE DE L'INVENTION
L'invention concerne la fabrication de modèles de fonderie à modèle perdu. Par 'modèle de fonderie à modèle perdu' ou plus simplement 'modèle de fonderie' ou même 'modèle', on désigne ici une pièce réalisée au moins en partie en un matériau éliminable, et ayant sensiblement la même forme que la pièce que l'on cherche à fabriquer.
Le fait que le matériau soit éliminable signifie dans le présent contexte (d'un modèle de fonderie) que ce matériau est susceptible d'être éliminé sans détruire ou endommager le moule formé autour du modèle de fonderie. Cette élimination peut être faite par voie chimique (bains..), et/ou thermique, ou autre. Par exemple, le matériau éliminable peut être simplement un matériau fusible à basse température. L'expression 'fusible à basse température' signifie ici fusible à une température inférieure à 500°C, et de préférence inférieure à 100°C.
Un modèle peut inclure un ou plusieurs inserts, qui sont des pièces intégrées au modèle soit pour permettre la fabrication de celui-ci, soit pour faire partie de la pièce que l'on cherche à fabriquer.
La fonderie à modèle perdu est un procédé connu comportant habituellement les étapes suivantes : on fabrique des modèles de fonderie ; on forme autour de ces modèles un moule carapace ; les modèles sont alors éliminés (à l'exception du ou des inserts éventuels) en chauffant le moule : les modèles fondent et/ou brûlent (à l'exception du ou des inserts éventuels) ; le matériau qui les constitue est alors évacué du moule. Le moule carapace est alors utilisé pour réaliser les pièces par fonderie.
L'invention concerne plus précisément la fabrication de modèles de fonderie à modèle perdu comportant un insert. De tels modèles servent soit à fabriquer des pièces qui incluent elles-mêmes un insert, soit à fabriquer des pièces creuses : dans ce dernier cas, l'insert du modèle de fonderie est un noyau, qui sert à aménager la partie creuse de la pièce lors de la coulée du métal en fusion, et est ensuite éliminé après refroidissement de la masse métallique. ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE
La fabrication de modèles de fonderie à modèle perdu se fait le plus souvent par injection-moulage. La fabrication d'un moule spécifique est donc nécessaire ; ce moule est généralement complexe.
Aussi, comme il est ainsi nécessaire pour produire des modèles de concevoir et de faire réaliser un tel moule, la fabrication de modèles est coûteuse, en particulier pour de petites séries ; de plus, une durée relativement longue s'écoule entre le moment où la définition numérique du modèle à fabriquer est disponible, et le moment où le moule de fabrication de modèle est disponible pour permettre la fabrication des modèles. (Le terme « définition numérique » utilisé ci-dessus désigne le fichier numérique définissant la forme (en trois dimensions) d'une pièce, par exemple la forme d'un modèle à fabriquer. Ce fichier est habituellement obtenu à l'aide de logiciels de CAO tels que CATIA (marque déposée de la société DASSAU LT SYSTEMES)).
PRESENTATION DE L'INVENTION
L'objectif de l'invention est donc de proposer un procédé de fabrication de modèles de fonderie, pour la fabrication de modèles de fonderie comportant un insert, plus rapide et moins cher que le procédé traditionnel exposé précédemment.
Cet objectif est atteint grâce à un procédé de fabrication de modèle de fonderie à modèle perdu comportant les étapes suivantes :
S1A) on fournit au moins un insert ;
S1B) on fournit au moins deux portions du modèle, lesdites au moins deux portions étant réalisées dans un matériau éliminable ;
S2) on assemble de manière étanche lesdites au moins deux portions de modèle autour d'au moins une partie dudit au moins un insert de manière à réaliser ledit modèle.
Le ou les insert(s) peuvent notamment comporter un noyau, prévu pour être éliminé après l'étape de coulée lors de la fonderie à modèle perdu. Ce ou ces noyaux peuvent être en particulier un ou des noyau(x) en céramique. Un ou plusieurs insert(s) peu(ven)t être également des inserts permanents, prévus pour être intégré à la pièce par exemple pour renforcer celle-ci mécaniquement. La réunion desdites au moins deux portions forme le modèle. Par conséquent, la forme du modèle est la réunion des formes (ou des volumes) des différentes portions.
Du fait que le modèle de fonderie est réalisé par assemblage de plusieurs portions de modèle, le procédé ci-dessous donne une grande souplesse accrue, par rapport au procédé traditionnel par injection- moulage dans un moule.
En effet, les différentes portions du modèle sont plus simples à fabriquer, chacune, que le modèle lui-même ; notamment, parce que ces portions ne comportent pas d'insert. Avantageusement, il est donc possible de fabriquer ces portions de modèle par des procédés ne nécessitant pas l'utilisation d'outillages spécifiques.
En particulier, l'étape S1B) de fabrication d'une ou de plusieurs des portions de modèle peut être faite en fabriquant une ou plusieurs desdites portions du modèle par un procédé additif. Elle peut également être faite par injection. Elle peut également être faite par tout autre procédé convenant à la fabrication d'une portion de modèle.
Il en va de même pour la fabrication du ou des inserts : l'étape S1A) de fourniture du ou des insert(s) peut être faite en fabriquant le ou les insert(s) par un procédé additif, par injection ou encore par tout autre procédé adapté.
La réalisation du modèle par assemblage de ses portions autour du ou des inserts, à l'étape S2), nécessite toutefois de prendre certaines précautions.
En particulier, il faut exclure toute infiltration à l'intérieur du modèle
(c'est-à-dire, entre un insert et une portion de modèle) du matériau servant à constituer le moule carapace.
Comme la fabrication du moule carapace à l'aide du modèle se fait en immergeant celui-ci dans une barbotine, on comprend que cela nécessite que le modèle de fonderie présente une étanchéité parfaite, c'est-à-dire que la barbotine ne puisse pas pénétrer entre les portions du modèle au contact de l'insert. En d'autres termes, on entend par « étanche » le fait que les zones de raccordement entre les portions de modèle et l'insert et/ou entre les portions de modèle entre elles ne laissent passer aucun corps étranger, au même titre que les parties utiles du reste du modèle. C'est dans ce but qu'à l'étape S2, « on assemble de manière étanche lesdites au moins deux portions de modèle autour d'au moins une partie dudit au moins un insert». Dans certains modes de réalisation, on assemble lesdites au moins deux portions de modèle de manière étanche autour de l'insert entier. Ainsi, le ou les insert(s) ne dépasse(nt) pas à l'extérieur du modèle : ils sont strictement contenus à l'intérieur de celui-ci et séparés de manière étanche de l'espace extérieur au modèle. Dans d'autres modes de réalisation, les portions de modèle sont assemblées de manière étanche autour seulement d'une partie de l'insert. Ainsi, après la mise en place de la ou des portions de modèle, le ou les inserts peuvent dépasser à l'extérieur du modèle ; les parties des inserts qui dépassent sont appelées appendices. Dans ces modes de réalisation, on s'assure alors que les portions de modèles sont assemblées de manière étanche autour des appendices. Pour ce faire, il est possible d'effectuer une reprise d'étanchéité des au moins deux portions de modèle, par exemple à l'aide d'un petit fer chauffant. Ces appendices du ou des inserts dépassant du ou des portions de modèles peuvent s'avérer utiles au processus de moulage, en particulier pour l'ancrage de l'insert dans la carapace, par exemple pour le respect des épaisseurs de paroi sur la pièce finale ou pour le maintien et contrôle dimensionnel de la cavité creuse.
Cela étant, on comprend que le modèle est rendu étanche naturellement à l'exception de passages d'alimentation ou d'évacuation de matière prévus pour le procédé de fonderie à modèle perdu.
Or il s'est avéré que, comme les différentes portions du modèle de fonderie sont généralement en matériau thermofusible, on peut utiliser localement les propriétés de fusion de ce matériau pour rendre étanche le modèle de fonderie au cours de l'étape de fabrication S2). Naturellement, tout autre procédé adapté pour rendre ce modèle étanche au cours de l'étape S2) peut être utilisé (notamment par ajout de résine d'étanchéité ou autre), en particulier si les portions de modèle ne sont pas réalisées en matériau thermofusible.
Grâce à cette précaution consistant à rendre étanche le modèle fabriqué par assemblage des portions de modèle, le modèle obtenu à l'issue de l'étape S2) permet son utilisation comme modèle de fonderie et permet notamment la fabrication d'un moule carapace. Dans un mode préféré de mise en œuvre, l'étape S2) du procédé comporte deux sous-étapes :
521) on assemble lesdites au moins deux portions de modèle autour de ladite au moins une partie dudit au moins un insert par collage ou par soudage ; puis
522) on rend étanche le modèle ainsi réalisé.
Le procédé est applicable en particulier à la fabrication de modèles de fonderie comportant un profil aérodynamique.
Le procédé est applicable en particulier à la fabrication de modèles de fonderie comportant une pale.
Dans ce dernier cas, dans un mode préféré de mise en œuvre du procédé, à l'étape S1B), on fournit exactement deux portions du modèle, une portion d'intrados incluant la partie de la pale située du côté de l'intrados, et une portion d'extrados incluant la partie de la pale située du côté de l'extrados.
L'invention concerne également un procédé de fabrication d'une pièce en fonderie à modèle perdu, dans lequel un modèle est fabriqué par le procédé présenté précédemment.
L'invention concerne également un modèle pour fonderie à modèle perdu, comportant au moins deux portions non formées intégralement et au moins un insert, lesdites au moins deux portions étant fixées les unes aux autres de manière étanche autour d'au moins une partie dudit au moins un insert ; lesdites au moins deux portions étant réalisées en matériau éliminable ; et ledit au moins un insert ayant une température de fusion supérieure à 1300°C. L'insert est donc constitué dans un matériau ayant une température de fusion supérieure à la température de fusion du métal.
BREVE DESCRIPTION DES DESSINS
L'invention sera bien comprise et ses avantages apparaîtront mieux à la lecture de la description détaillée qui suit, de modes de réalisation représentés à titre d'exemples non limitatifs. La description se réfère aux dessins annexés, sur lesquels : - la figure 1 est une vue schématique d'un procédé de fabrication d'aubes, constituant un mode de mise en œuvre de l'invention ;
- la figure 2 est une vue en perspective schématique d'une grappe de modèles d'aubes obtenue lors de la mise en œuvre du procédé présenté par la figure 1 ;
- la figure 3 est une vue schématique en perspective d'un modèle d'aubes utilisé lors de la mise en œuvre du procédé présenté par la figure 1 ;
- la figure 4 est une vue schématique en éclaté en perspective du modèle d'aubes présenté par la figure 3 ;
- la figure 5 est une vue schématique en coupe du modèle d'aubes présenté par la figure 3
- la figure 6 est une vue schématique en perspective de la coupe de modèle d'aubes présentée par la figure 5 ; et
- la figure 7 est une vue schématique en perspective d'un modèle comprenant un insert présentant des appendices.
DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION
Le procédé de fabrication d'aubes présenté sur la figure 1 est un procédé par fonderie à modèle perdu.
A titre d'exemple non limitatif, le procédé est présenté dans le cadre de la fabrication d'une grappe de douze aubes pour turbomachine.
Le procédé comporte sept étapes SI à S7. Les étapes SI et S2 sont identiques pour chacune des douze aubes. Elles vont donc être décrites dans le cadre d'une aube (unique) ; il y a lieu en pratique de réaliser ces étapes pour chacune des douze aubes.
SI : Fabrication du noyau et des portions du modèle.
Cette étape SI comporte deux opérations à réaliser en parallèle : - au cours d'une étape S1A on fabrique un noyau (10) ;
- au cours d'une étape S1B on fabrique les portions (12, 14) du modèle.
En général, on dispose de la définition numérique de la pièce à fabriquer.
Pour la mise en œuvre du procédé, il est donc nécessaire de définir les portions de modèle, à partir de la définition numérique de la pièce. Cette opération peut être faite par tout moyen.
Une méthode consiste à créer les définitions numériques des portions du modèle à partir de la définition numérique de la pièce. Dans ce but, on divise la pièce en plusieurs portions.
Par exemple, si la pièce comporte une pale (comme c'est le cas dans l'exemple présenté) la pièce peut être divisée en une portion d'extrados 12 incluant la partie de la pale située du côté de l'extrados, et une portion d'intrados 14 incluant la partie de la pale située du côté de l'intrados.
Le modèle 16 est alors la réunion de deux portions, une portion d'intrados 12 et une portion d'extrados 14, qui correspondent aux parties de l'aube situées respectivement du côté de l'intrados et du côté de l'extrados (Fig.3).
Les portions de modèle peuvent être définies avec des zones de jonction présentant des complémentarités de forme (cônes, marches d'escalier, etc.). Ces complémentarités de forme servent, lors de l'assemblage des portions de modèle, à assurer le bon positionnement relatif des différentes portions du modèle, ce qui est important pour assurer que le modèle obtenu ait la forme la plus proche possible de celle spécifiée par la définition numérique de la pièce.
Les portions de modèle peuvent de plus être définies avec des évidements et/ou des logements, prévus pour coopérer avec des parties correspondantes du noyau, de telle sorte que le noyau soit précisément maintenu en position par les portions d'aube à l'intérieur du modèle d'aube.
Une fois obtenues les définitions numériques des différentes portions choisies pour former le modèle, ces portions de modèle peuvent être fabriquées.
Tout procédé peut être utilisé dans ce but.
Cependant, du fait que la définition numérique est disponible, on peut notamment fabriquer une ou plusieurs des portions de modèle par un procédé additif. Divers procédés de prototypage rapide peuvent être utilisés.
Le noyau 10 peut également être réalisé par un procédé additif, ou encore de manière classique par injection/cuisson. Les matériaux et les procédés de fabrication respectivement des portions de modèle et du noyau doivent être sélectionnés de telle sorte que :
- Les portions de modèle puissent être éliminées par chauffage ou autre sans laisser de résidus indésirables comme des suies ou des traces carbonées (lors de l'étape S5 décrite ci-après) ; et que
- Le noyau puisse résister aux contraintes thermiques appliquées lors de la coulée de la grappe d'aubes et puisse être éliminé par bain chimique sans laisser de résidus indésirables (lors de l'étape S6 décrite ci-après).
D'autres procédés que le chauffage sont envisageables pour l'élimination des portions de modèle. Par exemple, l'élimination peut être par voie chimique, par déliantage hypercritique, etc.
S2 : Fabrication des modèles d'aubes
La fabrication d'un modèle d'aube 16 se fait en deux étapes successives :
- Au cours d'une première sous-étape S21 on assemble les deux portions de modèle 12 et 14 autour du noyau 10 (en tant qu'insert), ce qui permet de constituer un modèle d'aube 16. On fixe alors les portions de modèle 12 et 14 l'une à l'autre par collage. Tout en restant dans le cadre de l'invention, d'autres procédés de fixation peuvent être utilisés, comme le soudage, l'assemblage mécanique par exemple par emboîtement et/ou vissage, etc.
- Au cours d'une deuxième sous-étape S22 on parachève le modèle
16 de telle sorte qu'il soit étanche à l'exception de passages d'alimentation ou d'évacuation de matière prévus pour le procédé de fonderie à modèle perdu.
S3 : Fabrication de la grappe de modèles.
Lors de cette étape S2, on fabrique une grappe 20 de modèles en cire (Fig.2), appelée encore lgraPPe non permanente'. Cette grappe 20 sert à fabriquer un moule carapace en formant des volumes creux dans le moule carapace, de manière connue en soi.
La grappe 20 est fabriquée en assemblant les modèles d'aubes 16 réalisés à l'étape S2 à l'aide d'éléments auxiliaires préfabriqués 22. Ces éléments auxiliaires 22 servent à former les parties techniques du moule carapace, notamment les canaux d'alimentation et d'évacuation de métal, les écrans thermiques, etc. Ils comportent notamment deux disques 24 parallèles, chacun de ces disques ayant la forme d'un plateau percé de trous par lesquels passent les modèles d'aubes 16.
Les modèles d'aube 16 sont tous identiques les unes aux autres. Ils sont disposés en cercle de manière axisymétrique autour d'un axe X, dit axe de coulée. L'axe X est disposé suivant la direction verticale pendant l'opération de fonderie, lorsque du métal en fusion est coulé dans le moule carapace (opération présentée plus en détail ci-dessous).
Lors de la fabrication du moule carapace, les modèles d'aubes 16 vont servir à aménager des cavités de moulage pour le moulage d'aubes ; les éléments auxiliaires 22 vont servir à aménager notamment un godet de coulée, des canaux d'amenée, des raidisseurs et des sélecteurs.
54 : Fabrication du moule carapace
Dans l'étape S4, on fabrique le moule carapace en immergeant la grappe non permanente 20 dans une barbotine à partir de laquelle se forme la carapace (cette étape ainsi que les étapes ultérieures S5 à S7 sont décrites plus en détail par le document WO2014/049223).
55 : Coulée - Fabrication de la grappe de pièces de fonderie
Dans cette étape S5, on élimine les modèles d'aube en chauffant le moule carapace dans lequel se trouve la grappe non permanente. Sous l'effet de la chaleur, les modèles d'aube fondent et/ou brûlent, ce qui permet de les éliminer et de libérer le volume intérieur du moule carapace. On forme alors la grappe de pièces de fonderie - c'est-à-dire la grappe d'aubes, dans le moule carapace en coulant du métal en fusion dans celui- ci.
56 : Extraction de la grappe
Dans une sixième étape S6, après le refroidissement et la solidification du métal dans le moule carapace, les noyaux d'aubes sont éliminés par trempage dans un bain chimique basique, et la grappe d'aubes est décochée du moule carapace.
57 : Finition des aubes
Enfin, dans une septième étape S7 chacune des aubes est séparée du reste de la grappe et finie par des procédés d'usinage et/ou des traitements de surface. Au sein du procédé de fabrication d'aube présenté précédemment, l'invention concerne plus particulièrement les étapes SI et S2, c'est-à-dire la fabrication des modèles d'aubes 16. Un exemple de mise en œuvre de ces étapes est illustré par les figures 3 à 6.
Le modèle d'aube 16 est un modèle en cire d'une aube comportant une pale 30 et un pied 32.
La figure 3 représente le modèle d'aube 16 obtenu en assemblant trois composants à savoir la partie d'extrados 12, le noyau 10 et la partie d'intrados 14 (Fig.4).
Les figures 5 et 6 représentent une coupe du modèle 16 dans un plan P perpendiculaire à son axe longitudinal.
L'aube que le modèle d'aube 16 sert à fabriquer est une aube creuse. Aussi, pour la fabrication de celle-ci par fonderie à modèle perdu, il est nécessaire d'utiliser un noyau - en l'occurrence le noyau 10. La forme du noyau 10 délimite le volume intérieur de l'aube que l'on cherche à maintenir vide, c'est-à-dire le volume intérieur de l'aube qui ne doit pas être rempli de métal lors de la fonderie.
Les portions de modèle 12 et 14 sont dotées de saillies tronconiques 11, et le noyau 10 est doté de trous correspondants 11 de forme tronconique, qui permettent un maintien en position relative précis du noyau 10 par rapport aux portions de modèle 12 et 14.
Le noyau 10 est réalisé séparément en céramique lors de l'étape S1A, de manière connue en soi (par exemple par moulage dans une boîte à noyaux, ou par fabrication additive par exemple par frittage de poudre). Il est constitué principalement de silice.
Son matériau est sélectionné de telle sorte que sa température de fusion soit supérieure à 1300°C. Grâce à cela, le noyau ne fond pas lors de l'étape S5 de coulée de la grappe d'aubes. Inversement, ce matériau est sélectionné de manière à pouvoir être éliminé par des solvants chimiques lors de l'étape S6.
Les portions de modèle 12 et 14 sont fabriquées séparément (étape S1B). Elles sont réalisées en matériau éliminable : dans le cas présent, en matériau fusible à basse température. Elles peuvent par exemple être fabriquées en prototypage rapide, par dépôt de filament de cire ou par frittage de poudre. Elles peuvent être réalisées par exemple en PMMA (polymétachrylate de méthyle) ou dans d'autres polymères organiques. Ces matériaux peuvent être éliminés en étant portés à une température de l'ordre de 1000°C dans une étuve de brûlage, lors de l'étape S5 avant la coulée du métal.
La forme des portions de modèle 12 et 14 est telle que la réunion de leurs volumes correspond sensiblement au volume de l'aube que l'on cherche à fabriquer.
Les portions 12 et 14 sont en contact au niveau de deux surfaces de contact : une surface de contact amont 15 et une surface de contact aval 17. Ces surfaces sont définies de telle sorte que la réunion du noyau 10, des portions 12 et 14 se fasse aisément et sans difficultés liées à des contre-dépouilles ou autre.
Lors de l'étape S21, on dépose une mince couche de colle sur les surfaces de contact 15 et 17 ; on colle les portions 12 et 14 l'une à l'autre, le noyau 10 étant disposé entre celles-ci.
Cette étape d'assemblage et de collage ne garantit cependant pas que le modèle 16 soit étanche.
Aussi, au cours de l'étape S22, on rend le modèle 16 étanche en assurant l'étanchéité au niveau de chacune des surfaces de contact (15, 17) entre les différentes portions de modèle.
Cette étanchéité est obtenue en faisant légèrement fondre localement la cire ou bien le PMMA de manière à lier l'une à l'autre les portions 12 et 14.
Grâce à l'étanchéité ainsi réalisée, lors de l'opération S4 de fabrication du moule carapace, la barbotine ne pénètre pas à l'intérieur du modèle 16 (c'est-à-dire entre les portions 12 et 14, et au contact du noyau 10).
Dans le précédent mode de réalisation, le noyau 10 formant insert était entièrement contenu dans le modèle 16. Toutefois, en variante, des parties du noyau 10 peut également dépasser à l'extérieur du modèle 16, comme illustré par les appendices 13 de la figure 7. Dans ce mode de réalisation, les appendices 13 sont prévus pour servir d'ancrage du noyau 10 dans le moule carapace réalisé ultérieurement.
Afin d'assurer l'étanchéité du modèle 16, des raccords d'étanchéité
13a sont ménagés entre les portions du modèle 16 et le noyau 10, plus particulièrement ses appendices 13. Les procédés d'étanchéisation précédemment indiqués conviennent également pour rendre étanches les jonctions entre les portions de modèle et les appendices 13.
En outre, comme représenté sur la figure 7, une zone de dilatation 18 peut être prévue pour qu'il reste un jeu entre le noyau 10 et le moule carapace ultérieurement formé. En effet, il peut exister une dilatation thermique différentielle entre le noyau 10 et le moule carapace lors du cycle de cuisson du moule carapace contenant le noyau puis le cycle de coulée des pièces, ici des aubes. La zone de dilatation 18 et le jeu qui en résulte garantissent que le noyau 10 ne casse pas sous l'effet de la dilatation différentielle.
Quoique la présente invention ait été décrite en se référant à des exemples de réalisation spécifiques, il est évident que des différentes modifications et changements peuvent être effectués sur ces exemples sans sortir de la portée générale de l'invention telle que définie par les revendications. En outre, des caractéristiques individuelles des différents modes de réalisation évoqués peuvent être combinées dans des modes de réalisation additionnels. Par exemple, le modèle réalisé par le procédé selon l'invention peut être celui d'une pièce à fabriquer ; mais il peut éventuellement inclure des parties supplémentaires qui ne font pas partie de la pièce à fabriquer et sont éliminées lors de l'étape de finition (S7). Par conséquent, la description et les dessins doivent être considérés dans un sens illustratif plutôt que restrictif.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de fabrication d'un modèle pour fonderie à modèle perdu comportant les étapes suivantes :
S1A) on fournit au moins un insert (10) ;
S1B) on fournit au moins deux portions (12,14) du modèle, lesdites au moins deux portions étant réalisées dans un matériau éliminable ; et
S2) on assemble de manière étanche lesdites au moins deux portions de modèle autour d'au moins une partie dudit au moins un insert de manière à réaliser ledit modèle (16).
2. Procédé de fabrication selon la revendication 1, dans lequel ledit au moins un insert comporte un noyau (10), prévu pour être éliminé après l'étape de coulée (S5) lors de la fonderie à modèle perdu.
3. Procédé de fabrication selon la revendication 1 ou 2, dans lequel l'étape S1B) est faite en fabriquant au moins une desdites portions (12,14) du modèle par un procédé additif ou par injection.
4. Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications
1 à 3, dans lequel l'étape S1A) est faite en fabriquant ledit au moins un insert (10) par un procédé additif ou par injection.
5. Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel le modèle comporte une pale (30).
6. Procédé de fabrication selon la revendication 5, dans lequel à l'étape S1B), on fournit exactement deux portions du modèle, une portion d'extrados (12) incluant la partie de la pale située du côté de l'extrados, et une portion d'intrados (14) incluant la partie de la pale située du côté de l'intrados.
7. Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel l'étape S2) comporte deux sous-étapes : 521) on assemble lesdites au moins deux portions (12,14) de modèle autour de ladite au moins une partie dudit au moins un insert (10) par collage ou par soudage ; puis
522) on rend étanche le modèle ainsi réalisé.
8. Procédé de fabrication d'une pièce en fonderie à modèle perdu, dans lequel un modèle (16) est fabriqué par le procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7.
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