Brevet FR2504828A1 — publié le 19821105

i 2504828 La présente invention concerne un procédé de fabrication d'une aube de moteur à turbine à gaz et un noyau utilisable dans ce procédé Dans le procédé de moulage à cire perdue, il est d'usage cou- s rant d'employer un noyau, en général en matière céramique, main- tenu dans le moule pendant la coulée, et dont la surface exter- ne définitla surface interne d'une cavité intérieure à la piè- ce moulée terminée, En général ces noyaux sont éliminés ulté- rieurement; de la pièce, par lessivage ou d'une autre façon, AO pour laisser subsister la cavité envisagée Dans certains mou- lages, tels que ceux constituant les aubes réfrigérées d'un moteur à turbine à gaz, la forme de la cavité interne devient extrêmement complexe et doit être très précise Dans ces cas, le noyau lui-même est normalement réalisé par moulage par in- jection au moyen d'une matrice fendue en deux ou plus de deux parties assemblées Mais du fait que la technique de la matrice fendue exige que toutes les parties de la matrice, donc les cavités du noyau, aillent en s'amincissant dans le sens d'extraction de la ma- trice; la forme du noyau à réaliser est soumise à des impéra- tifs considérables Ceci a conduit à la nécessité de réaliser la cavité interne des aubes réfrigérées de moteurs à turbine à gaz par une combinaison de techniques de moulage, d'usinage et de formage augmentant considérablement le prix du produit fini La présente invention réalise un procédé de fabrication d'une aube de moteur à turbine à gaz au moyen d'un noyau dont la forme est moins sujette aux limitations imposées par les an- ciens procédés de fabrication des noyaux Le procédé de fabrication d'une aube de moteur à turbine à gaz selon la-présente invention consiste à réaliser une pièce de remplissage temporaire en matière non réutilisable, à maintenir la pièce de remplissage en place dans une matrice, à injecter 2 2504828 la matière de noyau dans la matrice et à la faire se solidifier autour de la pièce de remplissage, à extraire le noyau de la matrice, et à provoquer l'élimination de la pièce de remplis- sage hors du noyau afin de laisser subsister dans ce dernier une cavité de la forme de la pièce de remplissage, le noyau ainsi réalisé étant utilisé dans une opération de moulage à cire perdue pour former l'aube La matière non réutilisable pourra comprendre une matière pou- vant être éliminée du noyau par attaque chimique, ou une matiè- re à bas point de fusion pouvant être éliminée du noyau par fu- sion, ou une matière facilement combustible pouvant être élimi- née par combustion, la phase d'élimination de la pièce de rem- plissage hors du noyau pouvant donc comprendre, selon le cas, une opération de lessivage ou de chauffage De préférence, la pièce temporaire est munie de saillies s'en- gageant dans des indentations correspondantes de la matrice du noyau afin d'immobiliser cette pièce pendant l'injection et la solidification du noyau L'invention s'étend également à un noyau applicable à un pro- cédé de moulage à cire perdue selon une quelconque des carac- téristiques précitées, ainsi qu'à une aube réalisée par ce procédé L'invention est décrite ci-après en détail en se référant à quelques exemples préférés, non limitatifs, de réalisation représentés sur les dessins annexés dans lesquels: la figure 1 est une coupe d'une matrice de moulage par in- jection pour la production d'une pièce de remplissage tem- poraire au cours d'une phase du procédé selon l'invention la figure 2 est une coupe d'une autre matrice de moulage par injection utilisée au cours d'une autre phase du pro- cédé selon l'invention; la figure 3 est une coupe d'un noyau conforme à l'invention, réalisé à l'aide aes appareils des figures 1 et 2; et la figure 4 est une coupe d'un moule de coulée dans lequel est placé-le noyau de la figure 3 La figure 1 montre une matrice faite de deux parties coopéraii- tes 10 et 11, découpées de façon à définir entre elles la forme d'une pièce de remplissage temporaire 12 Cette dernière com- porte deux barres longitudinales 13 et 14 jointes par une par- tie incurvée moins épaisse 15 traversée par des saillies 16 qui formeront des trous traversant cette partie mince 15 On doit noter que la figure 1, comme toutes les autres figures, est une coupe transversale de la matrice en question et qu'en fait la pièce 12 s'étend longitudinalement Ceci n'est pas d'une importance primordiale pour l'invention et en conséquence les dessins ne représentent pas la pièce dans le sens longitu- dinal Evidemment, la forme de la matrice variera selon la forme de l'objet à couler Des canaux de coulée 17 et 18 pourront être ménagés dans la partie 10 de la matrice de façon à pouvoir injecter une matière non réutilisable dans l'espace séparant les deux parties afin de le remplir et de produire la pièce de remplissage 12 Plusieurs matières pourront être utilisées à cette fin, telles que de la cire dure, un métal à bas point de fusion, une matière pouvant être dissoute ou attaquée par un produit chi- mique, ou une matière inflammable combustible Pour réaliser la pièce de remplissage, les deux demi-matrices et il sont réunies et immobilisées par des moyens non re- présentés La matière choisie est injectée par le canal de coulée 17 sous forme fluide, plastique ou pâteuse jusqu'à ce que la cavité intermédiaire soit remplie, puis on fait solidi- fier cette matière Le procédé utilisé à cette fin variera selon la matière utilisée: si cette dernière est fondue, on pourra la laisser refroidir et se solidifier; s'il s'agit d'une résine thermodurcissable, on devra peut-être exposer la matrice à la chaleur pour traiter la résine; et s'il s'agit d'un procédé chimique, il pourra suffire de laisser passer assez de temps pour que la réaction chimique s'accom- plisse Les deux demi-matrices 10 et 11 sont alors séparées pour li- bérer la pièce temporaire 12; une opération d'ébarbage ou analogue pourra être indispensable pour faire disparaître les masselottes provenant des canaux de coulée 17, 18 La figure 2 montre la piece 12 montée entre les deux parties 19 et 20 d'une matrice à noyaux Comme dans le cas de la ma- trice de la figure 1, les deux parties sont découpées de fa- çon à laisser subsister entre elles une cavité ayant la forme du noyau 21 que l'on désire fabriquer Mais ici des rainures, dont la forme et les dimensions correspondent aux barres 13 et 14, sont creusées dans les faces internes de la matrice entre les deux moitiés de laquelle est montée une pièce de remplis- sage temporaire 12 y immobilisée par logement des barres 13 et 14 dans les rainures 22 et 23 D'autres moyens de fixation de la pièce 12 pourront être utilisés La pièce 12 forme ainsi, dans la partie gauche de la cavité, une cloison perforée entre une cavité gauche extrême 24 et la-cavité principale 25 D'autres caractéristiques dignes d'être notées sont que les saillies 26 et 27 des demi-matrices 19 et 20 seioi&nent par leurs sommiets pour produire des barres transversales dans la cavité-; on notera que, bien que dans la vue en coupe des dessins, les saillies 26 et 27 semblent diviser la cavité 25 en deux, la barre engendrée par ces deux projections est une des barres d'une série de barres s'étendant longitudinalement et espacées les unes des autres Le reste de la cavité principale 25 est garni de saillies plus petites 28 s'étendant longitudinalement, ne servant qu'à augmenter la surface de la cavité, ainsi que de trous de coulée et de hausses 29 et 30 traversant la demi- matrice 19 pour gagner les cavités 25 et 24 respectivement Pour l'emploi, les demi-matrices 19 et 20 sont réunies dans les positions représentées, avec la pièce de remplissage 12 mise en place Les demi-matrices sont maintenues ensemble par des moyens non représentés et la matière de noyau est in- jectée sous forme fluide, plastique ou pâteuse par les canaux de coulée29 dans la cavité 25 qu'elle emplit La matrice, dont la cavité est emplie de matière fluide, plas- tique ou pâteuse, est alors soumise au traitement nécessaire à la solidification de cette matière Comme on l'a décrit à propos de la matrice de la figure 1, ce traitement dépendra du genre de matière utilisée pour la réalisation du noyau, mais une matière première usuelle pour ces noyaux est une ma- tière céramique injectée sous forme de liquide ou de boue semi-liquide puis chauffée, refroidie ou solidifiée chimique- mentpour solidifier et durcir la masse Lorsquè la matière constitutive du noyau s'est durcie, la ma- trice est ouverte et ses deux moitiés 19 et 20 sont séparées pour libérer le noyau 21 dans lequel est enrobée la pièce de remplissage 12 C'est à cette phase du procédé que les limi- tations des anciennes méthodes apparaissent, car il est évi- dent que les saillies des demi-matrices ne devront s'étendre que dans le sens de séparation des demi-matrices dont les faces ne devront comporter aucune partie rentrante pouvant, au moment de cette séparation, endommager ou détruire le noyau massif C'est ainsi que, dans l'exemple représenté, les saillies 27 et 26 s'étendent dans le sens correct pour pouvoir être extraites du noyau; si ltangle de ces saillies était sensiblement modifié, il pourrait se former une face rentrante'rendant la séparation impossible On comprendra que ceci impose une limitation sérieuse à la forme du noyau réalisé par les méthodes anciennes, même lors- qu'on utilise plus de deux parties de matrice Dans ces con- ditions les matrices deviennent extrêmement conteuses, s'usent vite et ne permettent qu'une production lente Lorsque le noyau est démoulé, il peut être nécessaire de lui faire subir, comme précédemment, une opération d'ébarbage ou de polissage pour en éliminer les traces de masselottage, puis 12 pièce 12 est éliminée Le procédé utilisé pour cette éli- mination dépendra, ici aussi, de la nature de la matière d'oeu- vre; si cette matière doit être éliminée du noyau par fusion ou combustion, une phase de chauffage sera nécessaire Par ailleurs, si la matière est destinée à être éliminée par les- sivage ou autre action chimique, il pourra être nécessaire d'immerger le noyau dans le solvant ou réactif chimique appro- prié De cette façon, la pièce de remplissage 12 est éliminée du noyau pour y laisser une cavité correspondante On comprendra qu'il ne sera possible d'éliminer que les parties de la pièce 12 ayant accès à la surface externe du noyau; si une partie quelconque de la pièce est complètement entourée par la matière du noyau il ne sera pas possible de l'extraire sans endommager le reste du noyau Donc, si la pièce doit comporter une par- tie totalement enfermée, il pourra être nécessaire de ménager une intercommunication pour permettre d'accéder à l'intérieur, cette communication ou son équivalent coulé étant obturée ul- térieurement La figure 3 est une coupe du noyau terminé On voit qu'il com- porte des trous simples 31 et des indentations 32 produits par les saillies 26, 27 et 28 au cours du moulage, et la cavité 33 plus complexe résultant de l'élimination de la pièce de rem- plissage Visiblement, cette cavité ne pourrait pas être réa- lisée par les anciens procédés car elle présente de nombreu- ses surfaces rentrantes et parce que les saillies minces 34 correspondant aux trous 16 de la partie 15 de la pièce de remplissage empêcheraient de séparer la matrice du noyau Enfin la figure 4 montre'l'emploi du noyau de la figure 3 dans une opération de moulage à cire perdue pour réaliser une aube de moteur à turbine à gaz Le noyau 21 est immobilisé par des moyens non représentés à l'intérieur d'une coquille 35 produites par les procédés habituels du moulage à cire per- due Du métal fondu est coulé dans la coquille ue façon à emplir les intervalles séparant la coquille et le noyau et lens cavités internes de ce dernier Lorsque ce métal s'est refroidi et solidifié, la coquille et le noyau sont séparés de l'aube métallique ainsi réalisée Normalement cette sépa- ration se fait par une élimination chimique utilisant un ré- actif attaquant sélectivement la matière du noyau et celle de la coquille La partie peu épaisse et/Percée d'orifices 36 montre commtent le procédé de l'invention peut servir à produire, dans une aube, des configurations servant à la réfrigération par im- pact du bord d'attaque d'une aube profilée aérodynamiquement Tous les spécialistes savent que, jusqu'à ce jour, ces confi- gurations étaient réalisées séparément en tôle métallique que l'on devait monter ensuite dans l'aube au cours d'opéra- tions séparées La présente invention permet de réaliser directement dans l'aube, par coulée, au moins les configura- tions les plus simples de ce genre On notera que le procédé décrit est susceptible de plusieurs variantes La pièce de remplissage, par exemple, pourra être réalisée par de nombreuses autres techniques que celle du mou- lage par injection; elle pourra être façonnée ou taillée à la main Dans certains cas également la pièce de remplissage pourra être éliminée autrement, par exemple, dans le cas d'une pièce cylindrique, par simple extraction REVENDICAT'IONS 1 Procédé de fabrication d'une aube de moteur à turbine à gaz par moulage à cire perdue en utilisant un noyau pour défi- nir des cavités intérieures a l'aube ou au noyau, caracté- risé en ce qu'il consiste, successivement: à réaliser une pièce de remplissage temporaire en matière non réutilisa- ble;ià maintenir la pièce de remplissage en place dans une matrice; à injecter la matière de noyau dans la ma- triceljet à la faire se solidifier autour de la pièce de remplissage; à extraire le noyau de la matrice; à provo- quer l'élimination de la pièce de remplissage hors du noy- au afin de laisser subsister dans ce dernier une cavité de la forme de la pièce de remplissage; et à utiliser le noyau ainsi réalisé dans une opération de moulage à cire perdue pour réaliser une pièce enforme d'aube 2 Procédé selon la Revendication 1, caractérisé en ce que la pièce çde remplissage temporaire est réalisée par moulage par injection; 3 Procédé selon une quelconque des Revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la pièce de remplissage temporaire est éliminée du noyau par destruction de ladite pièce 4 Procédé selon la Revendication 3, caractérisé en ce que la pièce de remplissage temporaire est faite d'une matière pouvant être éliminée du noyau par un lessivage provoqué par attaque chimique 5 procédé selon la Revendication 3, caractérisé en ce que la pièce de remplissage temporaire est faite d'une matière à bas point de fusion pouvant être éliminée du noyau par fusion 6 Procédé selon la Revendication 3, caractérisé en ce que la pièce de remplissage temporaire est faite d'une matière combustible pouvant être éliminée du noyau par combustion 7 Procédé selon une quelconque des Revendications 5 ou 6, caractérisé en ce que-la pièce de remplissage temporaire est élimihée du noyau en chauffant ce dernier à une tem- pérature élevée 8 Procédé selon la Revendication 1, caractérisé en ce que la pièce de remplissage temporaire est munie de saillies s'engageant dans des indentations correspondantes de la matrice de noyau pour maintenir en place ladite pièce pendant l'injection et la solidification de la matière de noyau 9 Procédé selon la Revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste en outre: à enduire le noyau céramique d'une cire dont la forme extérieure est celle de l'aube à réa- liser; à former une coquille de matière céramique sur la surface extérieure de la cire; à éliminer la cire; et à couler du métal fondu dans le moule ainsi constitué 10 A titre de produit industriel nouveau, noyau approprié à l'emploi dans un procédé de moulage à cire perdue selon la Revendication 1, 11 A titre de produit industriel nouveau, aube ré- alisée par le procédé selon la Revendication 1