WO2022074332A1 - Procédé de détermination d'une position d'un insert dans un modèle en cire - Google Patents

Procédé de détermination d'une position d'un insert dans un modèle en cire Download PDF

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WO2022074332A1
WO2022074332A1 PCT/FR2021/051734 FR2021051734W WO2022074332A1 WO 2022074332 A1 WO2022074332 A1 WO 2022074332A1 FR 2021051734 W FR2021051734 W FR 2021051734W WO 2022074332 A1 WO2022074332 A1 WO 2022074332A1
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WO
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model
digital
wax
insert
dimensional
Prior art date
Application number
PCT/FR2021/051734
Other languages
English (en)
Inventor
Clément REMACHA
Martin DUCAS
Julien MAZEAS
Original Assignee
Safran
Safran Aircraft Engines
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Filing date
Publication date
Application filed by Safran, Safran Aircraft Engines filed Critical Safran
Publication of WO2022074332A1 publication Critical patent/WO2022074332A1/fr

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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
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22CFOUNDRY MOULDING
    • B22C23/00Tools; Devices not mentioned before for moulding

Definitions

  • TITLE Process for determining the position of an insert in a wax model
  • the present invention relates to the manufacture of metal parts, and relates more particularly to the manufacture of blades for an aircraft turbomachine.
  • turbine engine blades are manufactured using a lost-wax casting process.
  • the lost-wax casting technique makes it possible to produce parts with complex geometry and to meet the metallographic requirements defined by avionics standards.
  • It consists of introducing a molten metal into a shell made of ceramic material, for example, having a cavity whose geometry corresponds to the desired final shape.
  • the shell is obtained by adding successive layers of a material such as ceramic around a solid wax model.
  • the shell is easily removed from the part to be produced.
  • turbomachinery blades are positioned at the outlet of a combustion chamber of an aircraft engine, they are subjected to temperatures higher than the melting temperature of the material from which they are made.
  • a turbomachine blade comprises a plurality of cooling cavities intended to allow the circulation of cool air and thus cool the blade.
  • cooling cavities it is known to position inserts in a mold intended to match the shape of the blade, before any injection of wax.
  • the wax is then injected into the free spaces between the inserts and the mould, which can lead to unwanted movements of the insert and modify the geometry of the blade.
  • the wax injection mold includes locking means intended to maintain the insert in an isostatic position.
  • each blocking means comprises a plurality of supports intended to cooperate with the insert so as to suppress its degrees of freedom.
  • an insert comprising six degrees of freedom, three of which in translation and three in rotation, cooperates with a blocking means having six supports.
  • each degree of freedom of the insert is associated with a support of the locking means.
  • inserts are likely to vary geometrically with respect to the defined theoretical digital model.
  • the ceramic material insert undergoes dimensional deformations of the order of +/- 0.2 mm.
  • the stresses on the insert may be increased.
  • these variations can create a hyperstatic insert and/or cause various breaks of the insert during the injection of wax into the mould, for example during the closing of the mold or the progression of the wax.
  • this information makes it possible to determine the supports of the locking means which can exert an additional constraint on the insert following variations in its geometry and to be able to correct them.
  • one of the proposed solutions is to use ultrasound to measure the position of the inserts.
  • the results are approximate or even incorrect.
  • Another solution consists in using displacement sensors in the wax injection mold. Fibers are glued to the inserts so that the sensors can identify their movements and thus measure the impact of the injection of wax on the inserts.
  • the invention proposes to overcome the aforementioned constraints by proposing a method for determining the position of the inserts in a mold during a wax injection intended to produce a model in material wax for the manufacture of a lost-wax turbine engine blade.
  • the process includes:
  • the three-dimensional digital model comprising a digital envelope corresponding to the material envelope of the wax model, and comprising at least one digital insert each corresponding to a material insert;
  • a digital model of said wax model resulting from the injection of wax is generated.
  • the three-dimensional digital model corresponds to the digital impression of the mould.
  • the digital model is in the form of a three-dimensional matrix which represents the density of the wax model, which makes it possible to highlight the digital inserts located inside the wax model, here the inserts in ceramic material for example .
  • the position of the digital inserts is representative of the position of the material inserts during the injection of wax into the mold.
  • the generation of the three-dimensional digital model is implemented by tomography.
  • tomography any radiographic process able to capture a plurality of images covering the entire wax model, which correspond to projections associated with orientation angles of the wax model and, the process being able to calculate from these images a representative volume of the objects present on the measurement scene.
  • registration method of the method of minimizing distances in the volume (“Best fit” in Anglo-Saxon terms) or registration by characteristics. More particularly, the method for minimizing the distances in the volume is based on the method of total least squares. This registration includes the distribution of the defects to minimize the sum of the squared deviations of all the points of the surface of the product.
  • this is based on a determination of significant points of the digital wax model and on the correspondence of these points with nominal points of said digital wax model.
  • the method comprises a comparison between the dimensions of said at least one digital insert and its nominal dimensions.
  • a mean deviation and a standard deviation are determined between the determined positions and the nominal positions of a plurality of material inserts arranged in a plurality of material wax models.
  • nominal position means a position of an insert in which it is held in the isostatic position by the locking means.
  • a small difference, less than 80 microns for example, only on the numerical support points, makes it possible to indicate a position of the inserts in the mold close to the nominal support points and therefore the presence of low stresses undergone by the inserts as well positioned in the wax injection mould. In this case, it is possible to position the inserts in the same configuration during subsequent injections.
  • the average deviation corresponds, without limitation, to a median value of the deviations determined for each insert.
  • the invention also relates to a device for determining a position of at least one material insert in a mold during a injection of wax intended to produce a model in material wax for the manufacture of a turbomachine blade in lost wax.
  • the device includes:
  • - design means capable of generating a three-dimensional digital model from the material wax model, the three-dimensional digital model comprising a digital envelope corresponding to the material envelope of the wax model, and comprising at least one digital insert corresponding to the hardware insert;
  • - identification means capable of delimiting the envelope of the digital wax model and of said at least one digital insert in the three-dimensional digital model, recalibrating the three-dimensional digital model on a nominal three-dimensional model and,
  • - measuring means capable of measuring a difference between the outer periphery of the three-dimensional digital model and the envelope of the digital wax model, and capable of measuring a difference between the outer periphery of the three-dimensional digital model and the outer periphery of the insert digital.
  • the measurement of the gap between the external periphery of the three-dimensional digital model and the external periphery of the digital insert makes it possible to know the points on which the insert rests when it is in the mould.
  • the design means are capable of generating the three-dimensional digital model by tomography.
  • the device comprises calculation means including comparison means capable of comparing the dimensions of said at least one digital insert and its nominal dimensions.
  • the calculation means can also be implemented in the form of logic circuits in a partially or entirely hardware manner.
  • the calculation means comprise a calculation unit capable of determining an average deviation and a standard deviation between the determined positions and nominal positions of a plurality material inserts arranged in a plurality of material wax patterns.
  • the invention further relates to a computer program configured to implement the method as defined above when it is executed by a computer.
  • Another subject of the invention is a computer-readable data carrier, on which the computer program as defined above is recorded.
  • FIG 1 shows a schematic perspective view of a wax model including an insert
  • FIG 2 schematically presents the modules of a device for determining the position of the insert
  • FIG 3 illustrates a flow diagram of a method for determining the position of the insert, implemented by said device according to an embodiment of the invention.
  • Figure 1 a wax model 1 intended to implement a lost-wax manufacture of a turbomachine blade for an aircraft.
  • the wax model 1 is the result of an injection of wax into a mold made of aluminum material, steel or any other material suitable for obtaining the wax model.
  • the wax model 1 comprises a zone 3 intended to accommodate a plurality of inserts 2.
  • the wax model 1 comprises a single insert made of ceramic material 2.
  • each insert 2 is held in isostatic position by a blocking means 4 able to eliminate the degrees of freedom of the insert 2, here six degrees of freedom including three in translation and three in rotation.
  • the blocking means 4 comprises six supports serving as abutment in order to exert pressure on the insert 2.
  • the locking means 4 do not cooperate when they are not located in the correct positions or when the inserts have 6 degrees of freedom for example.
  • a device 5 capable of determining the position of the inserts 2, as illustrated in FIG. 2.
  • the device 5 for determining the position of the insert 2 comprises means for design 6, identification 7, measurement 8, calculation 9 as well as control means 10.
  • the design means 6 are coupled to the identification means 7, themselves coupled to the measuring means 8.
  • the measurement means 8 are also coupled to the calculation means 9 coupled to the control means 10.
  • the design means 6 are able to generate a three-dimensional digital model from the material wax model 1.
  • the three-dimensional digital model comprises a digital envelope corresponding to the material envelope of the wax model as well as at least one digital insert each corresponding to a material insert 2.
  • the design means 6 deliver a signal S I via an output terminal b1 to an input terminal b2 of the identification means 7.
  • the data of the signal S I are then processed by the identification means 7 configured to delimit and more particularly segment the envelope of the digital wax model as well as the digital inserts.
  • the identification means 7 are further configured to deliver a signal S2 via an output terminal b3 to an input terminal b4 of the measuring means 8.
  • the measuring means 8 are able to measure a difference between the outer periphery of the three-dimensional digital model and the envelope of the digital wax model and deliver, via an output terminal b5, a signal S3 to an input terminal b6 of the means calculation 9.
  • calculation means 9 are configured to determine the position of the insert 2 in the wax model 1, according to the measured dimensions and the nominal dimensions of the digital insert.
  • the calculation means 9 comprise comparison means 91 as well as a calculation unit 92.
  • the comparison means 91 are able to compare the nominal dimensions and the measured dimensions of the digital insert.
  • an insert made of ceramic material 2 can have the following nominal dimensions: 120 millimeters in length, 15 in width and 20 in height.
  • the comparison means 91 then deliver a signal S4 via an output terminal b7 to an input terminal b8 of the calculation unit 92 intended to determine the position of the digital insert as well as the position of the associated insert 2 .
  • Calculation unit 92 is further configured to determine an average difference between the determined positions and the nominal positions of all the digital inserts identified in the three-dimensional digital model. In other words, it is all the inserts digitally superimposed in the wax model.
  • the signal S4 is processed by the calculation unit 92 so as to deliver a signal S5 by an output terminal b9 to an input terminal b 10 of the control means 10.
  • control means 10 are coupled to electrical or mechanical machines 11 intended to implement the lost-wax manufacturing process.
  • FIG. 3 illustrates a method for determining the position of the insert 2, implemented by the device 5.
  • the method begins with a step E1 during which the design means 6 generate the three-dimensional digital model from the wax model 1. This can be done by tomography. Once the three-dimensional digital model has been generated, it is transmitted by the signal SI to the identification means 7.
  • the identification means 7 receive the data from the signal S I , in the form of a three-dimensional matrix, which represents the density of the wax model 1.
  • the position of the digital inserts is representative of the position of the inserts 2 during the injection of wax into the mould.
  • the means of identification 7 delimit the envelope of the wax model and at least one object identified inside the three-dimensional digital model, here a digital insert corresponding to a material insert 2.
  • the means of identification 7 readjust the three-dimensional digital model generated on a nominal three-dimensional digital model, which makes it possible to identify the digital objects detected within the digital model as being digital inserts.
  • the identification means 7 deliver the signal S2 to the measuring means 8.
  • the signal S2 comprises the data relating to the positions of various points of the segments delimiting the digital insert.
  • the measurement means 8 determine the difference between the outer periphery of the three-dimensional digital model and the envelope of the digital wax model, then transmit this data by the signal S3 to the calculation means 9.
  • step E4 the comparison means 91 compare the measured dimensions of the digital insert, delivered by the signal S3, with the nominal dimensions of said insert 2.
  • the calculation unit 92 receives the signal S4 delivered by the comparison means 91 concerning the difference determined for said digital insert.
  • Calculation unit 92 determines the position of insert 2, as a function of the difference determined by comparison means 91.
  • the calculation unit 92 delivers, in step E6, the signal S5 to the control means 10 which checks whether the position of the insert 2 is indicative of a bad adjustment of the positioning of the blocking means 4 as defined before wax injection.
  • the method returns to step E2 so that the identification means 7 delimit another digital insert in another three-dimensional digital model.
  • the latter deliver the signal S6 to the machines 10 in order to suspend the operations programmed and in progress of the wax injection process.
  • the calculation unit 92 also determines the average deviation and the standard deviation between the real positions and the nominal positions of all the digital inserts identified in the three-dimensional digital model.
  • the calculation unit 92 delivers additional data relating to the mean deviation and the standard deviation via the signal S5 to the control means 10.
  • control means 10 check whether the dimensions of all the digital inserts identified by the identification means 7 have been measured by the measuring means 8.
  • step E2 If such is not the case, the method returns to step E2 so that the design means 7 delimit the remaining digital inserts.
  • control means 10 determine whether the mean deviation and the standard deviation are representative of a defective wax model 1.
  • a low deviation for example less than 80 microns, as well as a low standard deviation indicate the presence of low stresses undergone by the inserts thus positioned in the wax injection mold.
  • the positioning of the blocking means 4 allows them to cooperate with the associated insert 2 during the injection of wax. Otherwise, the positioning during step E7 of the inserts should be reconsidered.
  • control means 10 deliver the signal S6 to the machines 10 in order to correct the theoretical positioning of the blocking means 4 which will subsequently make it possible to obtain blocking means 4 capable of cooperating with the associated insert 2.
  • control means 10 store in memory the positions of the inserts 2 after the wax injection, so that the operators can analyze them and make the necessary corrections for subsequent injections.
  • the invention is not limited to these embodiments and implementations but encompasses all variants thereof.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

Abstract

Ce procédé de détermination d'une position d'au moins un insert matériel (2) pour une fabrication d'une aube de turbomachine en cire perdue, comprend : - une génération (E1) d'un modèle numérique tridimensionnel à partir du modèle en cire matériel (1), le modèle numérique tridimensionnel comportant une enveloppe numérique correspondant à l'enveloppe matérielle du modèle en cire, et comprenant au moins un insert numérique correspondant chacun à un insert matériel (2); - une délimitation (E2) de l'enveloppe du modèle en cire numérique et dudit au moins un insert numérique dans le modèle numérique tridimensionnel; - un recalage du modèle numérique tridimensionnel sur un modèle tridimensionnel nominal, - une mesure (E3) d'un écart entre la périphérie externe du modèle numérique tridimensionnel et l'enveloppe du modèle en cire numérique et, - une mesure d'un écart entre la périphérie externe du modèle numérique tridimensionnel et la périphérie externe de l'insert numérique.

Description

DESCRIPTION
TITRE : Procédé de détermination d’une position d’un insert dans un modèle en cire
Domaine technique
La présente invention concerne la fabrication de pièces métalliques, et se rapporte plus particulièrement à la fabrication des aubes pour turbomachine d’ aéronef.
Etat de la technique antérieure
Généralement, les aubes de turbomachines sont fabriquées selon un procédé de fonderie à la cire perdue.
La technique de fonderie à la cire perdue permet de produire des pièces à la géométrie complexe et de répondre aux exigences métallographiques définies par les normes avioniques.
Elle consiste en une introduction d’un métal fondu dans une coque en matériau céramique par exemple, ayant une cavité dont la géométrie correspond à la forme finale souhaitée.
La coque est obtenue par un apport de couches successives d’un matériau tel que la céramique autour d’un modèle en cire solide.
Suite à la coulée du métal, la coque est facilement éliminable de la pièce à réaliser.
Toutefois, comme les aubes de turbomachines sont positionnées en sortie d’une chambre de combustion d’un moteur d’ aéronef, celles-ci sont soumises à des températures supérieures à la température de fusion du matériau duquel elles sont constituées.
A cet effet, une aube de turbomachine comporte une pluralité de cavités de refroidissement destinées à autoriser la circulation d’ air frais et ainsi refroidir l’ aube. Pour réaliser ces cavités de refroidissement, il est connu de positionner des inserts dans un moule destiné à épouser la forme de l’ aube, avant toute injection de cire.
La cire est ensuite injectée dans les espaces libres entre les inserts et le moule, ce qui peut entraîner des mouvements indésirables de l’ insert et modifier la géométrie de l’ aube.
Pour empêcher tout mouvement de l’insert, le moule à injection de cire comporte des moyens de blocage destinés à maintenir l’ insert dans une position isostatique.
Plus précisément, chaque moyen de blocage comprend une pluralité d’ appuis destinés à coopérer avec l’ insert de manière à supprimer ses degrés de liberté.
A titre d’ exemple, un insert comportant six degrés de liberté, dont trois en translation et trois en rotation, coopère avec un moyen de blocage disposant de six appuis.
Autrement dit, chaque degré de liberté de l’ insert est associé à un appui du moyen de blocage.
Cependant, les inserts sont susceptibles de varier géométriquement par rapport au modèle numérique théorique défini.
En effet, les phénomènes physiques liés au durcissement de l’ insert sont délicats à anticiper car la dilatation va varier de manière locale en fonction de la géométrie particulière des inserts, de la composition de la matière première ou des paramètres de fabrication de ces inserts.
A titre d’ exemple, lors de la cuisson de l’insert en matériau céramique, celui-ci subit des déformations dimensionnelles de l’ ordre de +/- 0,2 mm.
Par ailleurs, comme les dimensions varient d’un insert à un autre, notamment à cause de l’imprécision des méthodes d’usinage et de la complexité à connaître la dilatation résultante de la cuisson de l’ insert, il est difficile d’ ajuster la position des moyens de blocage en amont de la fabrication d’un lot d’ inserts. Autrement dit, certains appuis des moyens de blocage, définis lors de la fabrication du moule à injection de cire, ne coopèrent plus avec l’ insert.
De même, les contraintes sur l’ insert peuvent se trouver augmentées.
Ainsi, ces variations peuvent créer un insert hyperstatique et/ou provoquer diverses cassures de l’insert au cours de l’ injection de cire dans le moule, par exemple lors de la fermeture du moule ou de la progression de la cire.
Cela a pour conséquence de contribuer par la suite à la réalisation d’une pièce métallique défectueuse.
Il est donc avantageux de déterminer la position d’ au moins un insert d’un modèle en cire ou d’une pluralité de modèles en cire lors d’une injection de cire afin de pouvoir ajuster les appuis de manière à maintenir l’insert dans une position isostatique.
Autrement dit, cette information permet de déterminer les appuis des moyens de blocage qui peuvent exercer une contrainte supplémentaire sur l’insert suite aux variations de sa géométrie et pouvoir les corriger.
A cet égard, une des solutions proposées est d’utiliser des ultrasons pour mesurer la position des inserts. Les résultats sont toutefois approximatifs, voire incorrects.
Une autre solution consiste en une utilisation de capteurs de déplacement dans le moule à injection de cire. Des fibres sont collées aux inserts pour que les capteurs puissent identifier leurs déplacements et ainsi mesurer l’ impact de l’ injection de cire sur les inserts.
Toutefois, cette solution est complexe à mettre en œuvre et augmente considérablement l’encombrement du moule à injection de cire.
En variante, il est possible d’équiper le moule de palpeurs pour mesurer le déplacement des inserts . Cette solution présente les mêmes inconvénients que les capteurs de déplacement. Il a été également proposé d’imprégner l’ insert d’un colorant qui se diffuse sur le moule lors de sa fermeture, ce qui permet de mettre en évidence les zones de contact entre l’insert et le moule.
Néanmoins, la délimitation des zones de contact est imprécise et longue à mettre en œuvre.
Ainsi, aucune technique ne permet de déterminer la position de l’ insert dans le moule lors l’ une injection de cire.
Exposé de l’invention
Au vu de ce qui précède, l’invention se propose de pallier les contraintes précitées en proposant un procédé de détermination de la position des inserts dans un moule lors d’une injection de cire destinée à réaliser un modèle en cire matériel pour une fabrication d’une aube de turbomachine en cire perdue.
Le procédé comprend :
- une génération d’un modèle numérique tridimensionnel à partir du modèle en cire matériel, le modèle numérique tridimensionnel comportant une enveloppe numérique correspondant à l’enveloppe matérielle du modèle en cire, et comprenant au moins un insert numérique correspondant chacun à un insert matériel ;
- une délimitation de l’ enveloppe du modèle en cire numérique et dudit au moins un insert numérique dans le modèle numérique tridimensionnel ;
- un recalage du modèle numérique tridimensionnel sur un modèle tridimensionnel nominal ;
- une mesure d’un écart entre la périphérie externe du modèle numérique tridimensionnel et l’ enveloppe du modèle en cire numérique et,
- une mesure d’un écart entre la périphérie externe du modèle numérique tridimensionnel et la périphérie externe de l’ insert numérique. Afin de déterminer si l’injection de cire a été altérée dans un moule comportant lesdits inserts, on génère un modèle numérique dudit modèle en cire résultant de l’ injection de cire.
Le modèle numérique tridimensionnel correspond à l’ empreinte numérique du moule.
Le modèle numérique est sous la forme d’une matrice tridimensionnelle qui représente la densité du modèle en cire, ce qui permet de mettre en évidence, les inserts numériques situés à l’ intérieur du modèle en cire, ici les inserts en matériau céramique par exemple.
Plus précisément, recaler le modèle numérique tridimensionnel généré sur un modèle numérique tridimensionnel nominal permet de repositionner le modèle numérique dans le référentiel du moule.
Ainsi, dans le modèle numérique, la position des inserts numériques est représentative de la position des inserts matériels lors de l’ injection de cire dans le moule.
Autrement dit, en déterminant la position d’un insert numérique, on obtient la position réelle de l’insert matériel associé.
Avantageusement, la génération du modèle numérique tridimensionnel est mise en œuvre par tomographie.
Par « tomographie » on entend tout procédé radiographique apte à capturer une pluralité d’images couvrant l’ensemble du modèle en cire, qui correspondent à des projections associées à des angles d’ orientation du modèle en cire et, le procédé étant apte à calculer à partir de ces images un volume représentatif des objets présents sur la scène de mesure.
Il s’ agit d’un procédé non destructif de la structure du modèle de cire mis en œuvre par un dispositif isolé du moule à injection de cire.
Il est à noter qu’ afin de générer un modèle numérique tridimensionnel dont les dimensions correspondent au modèle en cire, il est avantageux d’ ajuster le facteur d’ échelle ainsi que le facteur de Tuy.
A titre d’ exemple, on peut citer comme procédé de recalage, le procédé de minimisation des distances dans le volume (« Best fit » en vocable anglosaxon) ou le recalage par caractéristiques. Plus particulièrement, le procédé de minimisation des distances dans le volume repose sur la méthode des moindres carrés totaux. Ce recalage comprend la répartition des défauts pour minimiser la somme des écarts au carré de tous les points de la surface du produit.
Quant au recalage par caractéristiques, celui-ci est basé sur une détermination de points importants du modèle en cire numérique et sur la correspondance de ces points avec des points nominaux dudit modèle en cire numérique.
De préférence, le procédé comprend une comparaison entre les dimensions dudit au moins un insert numérique et ses dimensions nominales.
Avantageusement, on détermine un écart moyen et un écart-type entre les positions déterminées et des positions nominales d’une pluralité d’ inserts matériels disposés dans une pluralité de modèles en cire matériels.
On entend par « position nominale », une position d’un insert dans laquelle il est maintenu en position isostatique par les moyens de blocage.
Un écart faible, inférieur à 80 microns par exemple, seulement sur les points d’ appuis numériques, permet d’ indiquer une position des inserts dans le moule proche des points d’ appuis nominaux et donc la présence de faibles contraintes subies par les inserts ainsi positionnés dans le moule à injection de cire. Dans ce cas, il est possible de positionner les inserts dans la même configuration lors d’ injections ultérieures.
Dans le cas contraire, la configuration des inserts est à reconsidérer. Un ajustement des appuis pourrait être effectué dans ce sens.
Par ailleurs, il est à noter que l’ écart moyen correspond non limitativement à une valeur médiane des écarts déterminés pour chaque insert.
L’ invention a encore pour objet un dispositif de détermination d’une position d’ au moins un insert matériel dans un moule lors d’une injection de cire destinée à réaliser un modèle en cire matériel pour une fabrication d’une aube de turbomachine en cire perdue.
Le dispositif comporte :
- des moyens de conception aptes à générer un modèle numérique tridimensionnel à partir du modèle en cire matériel, le modèle numérique tridimensionnel comportant une enveloppe numérique correspondant à l’ enveloppe matérielle du modèle en cire, et comprenant au moins un insert numérique correspondant à l’insert matériel ;
- des moyens d’identification aptes à délimiter l’ enveloppe du modèle en cire numérique et dudit au moins un insert numérique dans le modèle numérique tridimensionnel, recaler le modèle numérique tridimensionnel sur un modèle tridimensionnel nominal et,
- des moyens de mesure aptes à mesurer un écart entre la périphérie externe du modèle numérique tridimensionnel et l’ enveloppe du modèle en cire numérique, et aptes à mesurer un écart entre la périphérie externe du modèle numérique tridimensionnel et la périphérie externe de l’ insert numérique.
La mesure de l’écart entre la périphérie externe du modèle numérique tridimensionnel et la périphérie externe de l’ insert numérique permet de connaître les points sur lesquels reposent l’insert lorsqu’ il est dans le moule.
Avantageusement, les moyens de conception sont aptes à générer le modèle numérique tridimensionnel par tomographie.
Préférentiellement, le dispositif comprend des moyens de calcul comportant des moyens de comparaison aptes à comparer les dimensions dudit au moins un insert numérique et ses dimensions nominales.
On peut citer comme moyens de calcul un microprocesseur ou micro contrôleur.
Les moyens de calcul peuvent également être implémentés sous forme de circuits logiques de manière partiellement ou intégralement matérielle.
Avantageusement, les moyens de calcul comportent une unité de calcul apte à déterminer un écart moyen et un écart-type entre les positions déterminées et des positions nominales d’une pluralité d’ inserts matériels disposés dans une pluralité de modèles en cire matériels.
L’ invention a en outre objet un programme d’ ordinateur configuré pour mettre en œuvre le procédé tel que défini ci-dessus lorsqu’ il est exécuté par un ordinateur.
L’ invention a encore pour objet un support de données lisible par ordinateur, sur lequel est enregistré le programme d’ ordinateur tel que défini ci-dessus.
On peut citer comme support de données lisible par ordinateur, un disque dur ou une clé USB (acronyme pour « Universal Serial Bus » en anglais) par exemple.
Brève description des dessins
D’ autres buts, caractéristiques et avantages de l’ invention apparaîtront à la lecture de la description suivante, donnée uniquement à titre d’ exemple non limitatif, et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels :
[Fig 1 ] présente une vue schématique en perspective d’un modèle en cire comprenant un insert ;
[Fig 2] présente de manière schématique des modules d’un dispositif de détermination d’une position de l’ insert et,
[Fig 3] illustre un diagramme de flux d’un procédé de détermination de la position de l’insert, mis en œuvre par ledit dispositif selon un mode de mise en œuvre de l’invention.
Exposé détaillé d’au moins un mode de réalisation de l’invention
Sur la figure 1 est représenté un modèle en cire 1 destiné à mettre en œuvre une fabrication à la cire perdue d’une aube de turbomachine pour aéronef. Le modèle en cire 1 est le résultat d’une injection de cire dans un moule en matériau aluminium, en acier ou en tout autre matériau adapté à l’ obtention du modèle en cire.
Afin d’ assurer la circulation de flux d’ air dans l’ aube de turbomachine via des canaux de refroidissement internes, le modèle en cire 1 comporte une zone 3 destinée à accueillir une pluralité d’ inserts 2.
A titre d’ exemple non limitatif et par souci de clarté, le modèle en cire 1 comporte un unique insert en matériau céramique 2.
Afin d’ obtenir une forme interne satisfaisante de l’ aube de turbomachine, il est avantageux de soutenir l’ insert 2 dans une position isostatique.
A cet effet, chaque insert 2 est maintenu en position isostatique par un moyen de blocage 4 apte à supprimer les degrés de liberté de l’ insert 2, ici six degrés de liberté dont trois en translation et trois en rotation.
Plus précisément, le moyen de blocage 4 comporte six appuis servant de butée dans le but d’ exercer une pression sur l’insert 2.
Toutefois, comme l’insert 2 subit des déformations dimensionnelles lors de sa fabrication par injection, sa cuisson et/ou lors de l’ injection de cire dans le moule, certains appuis des moyens de blocage 4 ne coopèrent plus avec l’insert 2.
On entend par « déformations dimensionnelles » les dimensions de l’ insert qui sont modifiées suite à leur fabrication.
Ces déformations dimensionnelles peuvent en outre créer des contraintes supplémentaires sur l’ insert 2 contribuant à sa cassure lors de l’ injection de cire.
Ainsi, lorsque les moyens de blocage 4 ne coopèrent pas, il est avantageux d’ ajuster les appuis pour des injections ultérieures.
Les moyens de blocage 4 ne coopèrent pas lorsqu’ils ne sont pas situés aux bonnes positions ou lorsque les inserts ont 6 de degrés de liberté par exemple.
Pour ajuster ces appuis, il est proposé un dispositif 5 apte à déterminer la position des inserts 2, tel qu’illustré dans la figure 2. Le dispositif 5 de détermination de la position de l’ insert 2 comporte des moyens de conception 6, d’ identification 7, de mesure 8, de calcul 9 ainsi que des moyens de commande 10.
Plus particulièrement, les moyens de conception 6 sont couplés aux moyens d’identification 7, eux-mêmes couplés aux moyens de mesure 8.
Les moyens de mesure 8 sont en outre couplés aux moyens de calcul 9 couplés aux moyens de commande 10.
Les moyens de conception 6 sont aptes à générer un modèle numérique tridimensionnel à partir du modèle en cire matériel 1.
Plus particulièrement, le modèle numérique tridimensionnel comporte une enveloppe numérique correspondant à l’enveloppe matérielle du modèle en cire ainsi au moins un insert numérique correspondant chacun à un insert matériel 2.
Une fois le modèle numérique tridimensionnel généré, les moyens de conception 6 délivrent un signal S I par une borne de sortie b l à une borne d’ entrée b2 des moyens d’ identification 7.
Les données du signal S I sont ensuite traitées par les moyens d’ identification 7 configurés pour délimiter et plus particulièrement segmenter l’ enveloppe du modèle en cire numérique ainsi que les inserts numériques.
Les moyens d’identification 7 sont en outre configurés pour délivrer un signal S2 par une borne de sortie b3 à une borne d’ entrée b4 des moyens de mesure 8.
Les moyens de mesure 8 sont aptes à mesurer un écart entre la périphérie externe du modèle numérique tridimensionnel et l’ enveloppe du modèle en cire numérique et délivrer, par une borne de sortie b5, un signal S3 à une borne d’ entrée b6 des moyens de calcul 9.
Plus particulièrement, les moyens de calcul 9 sont configurés pour déterminer la position de l’insert 2 dans le modèle en cire 1 , en fonction des dimensions mesurées et des dimensions nominales de l’ insert numérique.
Pour ce faire, les moyens de calcul 9 comportent des moyens de comparaison 91 ainsi qu’une unité de calcul 92. Les moyens de comparaison 91 sont aptes à comparer les dimensions nominales et les dimensions mesurées de l’ insert numérique.
Il est à noter que lorsque les dimensions l’insert 2 sont nominales, cela indique que l’insert 2 est maintenu en position isostatique par le moyen de blocage 4.
A titre d’ exemple, un insert en matériau céramique 2 peut avoir les dimensions nominales suivantes : 120 millimètres en longueur, 15 en largeur et 20 en hauteur.
Les moyens de comparaison 91 délivrent ensuite un signal S4 par une borne de sortie b7 à une borne d’ entrée b8 de l’unité de calcul 92 destinée à déterminer la position de l’ insert numérique ainsi que la position de l’ insert 2 associé.
L’unité de calcul 92 est en outre configurée pour déterminer un écart moyen entre les positions déterminées et des positions nominales de l’ensemble des inserts numériques identifiés dans le modèle numérique tridimensionnel. Autrement dit, il s’ agit de l’ ensemble des inserts superposés numériquement dans le modèle en cire.
Le signal S4 est traité par l’unité de calcul 92 de manière à délivrer un signal S5 par une borne de sortie b9 à une borne d’entrée b lO des moyens de commande 10.
Par ailleurs, les moyens de commande 10 sont couplés à des machines électriques ou mécaniques 1 1 destinées à mettre en œuvre le processus de fabrication à la cire perdue.
Plus particulièrement, lorsqu’une pluralité de modèles de cire 1 sont jugés défectueux, suite à un mauvais positionnement des inserts, par les moyens de commande 10, ceux-ci délivrent un signal S6 par une borne de sortie b l l à une borne d’entrée b l 2 des machines 1 1 afin de suspendre leurs opérations et de corriger les points d’ appuis théoriques des moyens de blocage 4 pour de futures injections.
On se réfère à la figure 3 qui illustre un procédé de détermination de la position de l’insert 2, mis en œuvre par le dispositif 5.
Le procédé débute par une étape E l au cours de laquelle les moyens de conception 6 génèrent le modèle numérique tridimensionnel à partir du modèle en cire 1. Cela peut se faire par tomographie. Une fois le modèle numérique tridimensionnel généré, il est transmis par le signal S I aux moyens d’ identification 7.
Plus précisément, les moyens d’identification 7 reçoivent les données du signal S I , sous la forme d’une matrice tridimensionnelle, qui représente la densité du modèle en cire 1.
Autrement dit, dans le modèle numérique, la position des inserts numériques est représentative de la position des inserts 2 lors de l’ injection de cire dans le moule.
Au cours de l’ étape E2, les moyens d’ identification 7 délimitent l’ enveloppe du modèle en cire et au moins un objet identifié à l’intérieur du modèle numérique tridimensionnel, ici un insert numérique correspondant à un insert matériel 2.
Ensuite, les moyens d’ identification 7 recalent le modèle numérique tridimensionnel généré sur un modèle numérique tridimensionnel nominal, ce qui permet d’identifier les objets numériques détectés au sein du modèle numérique comme étant des inserts numériques.
Dès qu’un insert numérique est identifié, les moyens d’identification 7 délivrent le signal S2 aux moyens de mesure 8.
Le signal S2 comporte les données relatives aux positions de différents points des segments délimitant l’insert numérique.
A l’ étape E3, les moyens de mesure 8 déterminent l’ écart entre la périphérie externe du modèle numérique tridimensionnel et l’ enveloppe du modèle en cire numérique, puis, transmettent ces données par le signal S3 aux moyens de calcul 9.
Au cours de l’ étape E4, les moyens de comparaison 91 comparent les dimensions mesurées de l’ insert numérique, délivrées par le signal S3 , aux dimensions nominales dudit insert 2.
A l’ étape E5, l’unité de calcul 92 reçoit le signal S4 délivré par les moyens de comparaison 91 concernant l’ écart déterminé pour ledit insert numérique.
L’unité de calcul 92 détermine ensuite la position de l’insert 2, en fonction de l’ écart déterminé par les moyens de comparaison 91. L’unité de calcul 92 délivre, à l’ étape E6, le signal S5 aux moyens de commande 10 qui vérifient si la position de l’insert 2 est indicative d’un mauvais réglage du positionnement des moyens de blocage 4 tel que défini avant l’injection de cire.
Si tel n’ est pas le cas, le procédé retourne à l’ étape E2 pour que les moyens d’ identification 7 délimitent un autre insert numérique dans un autre modèle numérique tridimensionnel.
Dans le cas d’un réglage jugé défectueux par les moyens de commande 10, ces derniers délivrent le signal S6 aux machines 10 afin de suspendre les opérations programmées et en cours du procédé d’ injection de cire.
L’unité de calcul 92 détermine en outre l’ écart moyen et l’ écart- type entre les positions réelles et les positions nominales de l’ ensemble des inserts numériques identifiés dans le modèle numérique tridimensionnel.
Une fois l’ écart moyen et l’ écart-type déterminés, l’unité de calcul 92 délivre des données supplémentaires relatives à l’ écart moyen et l’ écart-type via le signal S5 aux moyens de commande 10.
Dans ce cas, les moyens de commande 10 vérifient si les dimensions de tous les inserts numériques identifiés par les moyens d’ identification 7 ont été mesurées par les moyens de mesure 8.
Si tel n’ est pas le cas, le procédé retourne à l’ étape E2 afin que les moyens de conception 7 délimitent les inserts numériques restants.
Lorsque tous les inserts numériques ont été identifiés et leurs dimensions mesurées, les moyens de commande 10 déterminent si l’ écart moyen et l’ écart-type sont représentatifs d’un modèle en cire 1 défectueux.
Un écart faible, par exemple inférieur à 80 microns ainsi qu’un écart-type faible permettent d’ indiquer la présence de faibles contraintes subies par les inserts ainsi positionnés dans le moule à injection de cire.
En d’ autres termes, le positionnement des moyens de blocage 4 leur permet de coopérer avec l’insert associé 2 lors de l’ injection de cire. Dans le cas contraire, le positionnement au cours de l’ étape E7 des inserts est à reconsidérer.
Si tel est le cas, les moyens de commande 10 délivrent le signal S6 aux machines 10 afin de corriger le positionnement théorique des moyens de blocage 4 qui permettra, par la suite, d’ obtenir des moyens de blocage 4 aptes à coopérer avec l’ insert associé 2.
Par ailleurs, les moyens de commande 10 stockent en mémoire les positions des inserts 2 après l’injection de cire, afin que des opérateurs puissent les analyser et effectuer les corrections nécessaires pour des injections ultérieures.
Par ailleurs, l’ invention n’ est pas limitée à ces modes de réalisation et de mise en œuvre mais en embrasse toutes les variantes. Par exemple, il est possible de remplacer la cire par un mélange de polymères et d’ élastomères.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de détermination d’une position d’ au moins un insert matériel (2) dans un moule lors d’une injection de cire destinée à réaliser un modèle en cire matériel ( 1 ) pour une fabrication d’une aube de turbomachine en cire perdue, caractérisé en ce qu’ il comprend les étapes suivantes :
- une étape de génération (E l ) d’un modèle numérique tridimensionnel à partir du modèle en cire matériel ( 1 ), le modèle numérique tridimensionnel comportant une enveloppe numérique correspondant à l’ enveloppe matérielle du modèle en cire et, comprenant au moins un insert numérique correspondant chacun à un insert matériel (2) ;
- une étape de délimitation (E2) de l’ enveloppe du modèle en cire numérique et dudit au moins un insert numérique dans le modèle numérique tridimensionnel ;
- une étape de recalage du modèle numérique tridimensionnel sur un modèle tridimensionnel nominal ;
- une étape de mesure (E3) d’un écart entre la périphérie externe du modèle numérique tridimensionnel et l’enveloppe du modèle en cire numérique et,
- une étape de mesure d’un écart entre la périphérie externe du modèle numérique tridimensionnel et la périphérie externe de l’insert numérique.
2. Procédé selon la revendication 1 , dans lequel l’étape de génération (E l ) du modèle numérique tridimensionnel est mise en œuvre par tomographie.
3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, comprenant une étape de comparaison (E4) entre les dimensions dudit au moins un insert numérique et ses dimensions nominales.
4. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel on détermine un écart moyen et un écart-type entre les positions déterminées et des positions nominales d’une pluralité d’ inserts matériels (2) disposés dans une pluralité de modèles en cire matériels ( 1 ) .
5. Dispositif (5) de détermination d’une position d’ au moins un insert matériel (2) dans un moule lors d’une injection de cire destinée à réaliser un modèle en cire matériel ( 1 ) pour une fabrication d’une aube de turbomachine en cire perdue, caractérisé en ce qu’il comprend :
- des moyens de conception (6) aptes à générer un modèle numérique tridimensionnel à partir du modèle en cire matériel ( 1 ) , le modèle numérique tridimensionnel comportant une enveloppe numérique correspondant à l’ enveloppe matérielle du modèle en cire, et comprenant au moins un insert numérique correspondant à l’insert matériel (2) ;
- des moyens d’identification (7) aptes à délimiter l’ enveloppe du modèle en cire numérique et dudit au moins un insert numérique dans le modèle numérique tridimensionnel, recaler le modèle numérique tridimensionnel sur un modèle tridimensionnel nominal et,
- des moyens de mesure (8) aptes à mesurer un écart entre la périphérie externe du modèle numérique tridimensionnel et l’ enveloppe du modèle en cire numérique, et aptes à mesurer l’ écart entre la périphérie externe du modèle numérique tridimensionnel et la périphérie externe de l’ insert numérique.
6. Dispositif selon la revendication 5 , dans lequel les moyens de conception (6) sont aptes à générer le modèle numérique tridimensionnel par tomographie.
7. Dispositif selon la revendication 5 ou 6, comprenant des moyens de calcul (9) comportant des moyens de comparaison (91 ) aptes à comparer les dimensions dudit au moins un insert numérique et ses dimensions nominales.
8. Dispositif selon l’une quelconque des revendications 5 à 7 , dans lequel les moyens de calcul (9) comportent une unité de calcul (92) apte à déterminer un écart moyen et un écart-type entre les positions déterminées et des positions nominales d’une pluralité d’inserts matériels (2) disposés dans une pluralité de modèles en cire matériels (1). 17
9. Programme d’ ordinateur configuré pour mettre en œuvre le procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 4.
10. Support lisible par ordinateur, sur lequel est enregistré le programme d’ ordinateur selon la revendication 9.
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FR3054970A1 (fr) * 2016-08-09 2018-02-16 Safran Aircraft Engines Procede de positionnement d'un noyau dans un moule

Patent Citations (1)

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Non-Patent Citations (1)

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Title
CUI KANG ET AL: "A wall-thickness compensation strategy for wax pattern of hollow turbine blade", CHINESE JOURNAL OF AERONAUTICS, ELSEVIER, AMSTERDAM, NL, vol. 32, no. 8, 5 September 2018 (2018-09-05), pages 1982 - 1993, XP085833242, ISSN: 1000-9361, [retrieved on 20180905], DOI: 10.1016/J.CJA.2018.08.013 *

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