Brevet FR2510923A1 — publié le 19830211

La présente invention se rapporte à un procédé de confection d'un élé- ment de moule (moule ou noyau) constitué par une carapace céramique et à l'é- lément de moule ainsi obtenu Ce procédé est destiné à 9 tre utilisé en fon- derie de précision. Le procédé de moulage en carapace céramique dérivé du procédé en cire perdue est connu par le brevet français 1 204 586 Ce procédé consiste à réaliser une carapace réfractaire mince par dépôt de couches réfractaires successives autour d'un modèle en cire Chaque couche réfractaire est dépo- sée à l'aide d'une barbotine comprenant un liant à réaction acide ou à réac- tion basique et une charge réfractaire A chaque enduction de la barbotine on opère un saupoudrage (stucage) à l'aide d'une poudre réfractaire Le liant doit être réfractaire et avoir des propriétés agglomérantes à froid et à chaud On utilise soit le silicate d'éthyle (silicate organique à réaction acide) soit le silicate de soude (silicate inorganique à réaction alcaline). On forme souvent la carapace conformément au brevet français 1 327 999 en déposant une couche à liant alcalin suivie d'une couche à liant acide afin de favoriser la prise des liants Le modèle en cire revêtu de sa carapace réfractaire est déciré dans un four de chauffage. Dans un autre procédé de moulage en carapace céramique décrit dans le brevet français 1 384 487, on confectionne la carapace réfractaire sur des plaques-modèles rigides Ce procédé exige toutefois que les plaquesmodèles soient recouvertes d'une matière élastique ce qui nuit à la précision dimen- sionnelle. Les procédés précités conviennent mal à la confection de noyaux à ca- rapaces céramiques de grandes dimensions tels que les noyaux ménageant des évidements courbes et gauches tels que ceux utilisés pour le moulage des roues à aubes de turbomachines On peut réaliser un noyau de ce type en plu- sieurs parties mais le montage de l'ensemble du noyau pose ensuite de déli- cats problèmes de positionnement. La présente invention a pour objet un procédé de confection d'un élé- ment de moule à carapace réfractaire, de grandes dimensions, dont les dif- férentes couches réfractaires, notamment la couche extérieure qui viendra au contact du métal, ont un liant à base de silicate d'éthyle qui confère une bonne réfractarité et une grande fidèlité d'empreinte Ce procédé permet de réaliser un élément de moule monobloc de grandes dimensions présentant des évidements en contre-dépouille Il permet de réaliser en particulier un 10923 noyau présentant des évidements en contre-dépouille tel qu'un noyau utilisé pour le moulage d'une roue ou d'un rotor à aubes de turbomachine Le procé- dé permet de réaliser un noyau monobloc à carapace réfractaire présentant intérieurement des cloisons pourvues d'évidements et réunissant les parois extérieures de la carapace en laissant des cavités internes qui procurent une structure allégée ayant des avantages du point de vue de la rigidité et du réglage de la solidification. Le procédé selon l'invention consiste à former une carapace en dépo- sant, au contact d'une boite rigide, une succession de couches réfractaires par une barbotine comportant un liant et une poudre réfractaire, chaque dé- p 8 t d'une couche étant suivi d'un saupoudrage par une poudre réfractaire, et il est caractérisé par le fait que la première couche est déposée direc- tement au contact de la boite dont la surface est enduite d'un agent de dé- moulage. Selon une caractéristique du procédé les différentes couches dont la première couche qui vient directement au contact de la boite sont déposées à l'aide d'une barbotine au silicate d'éthyle. Dans le cas d'un noyau de moulage d'une vue de turbomachine, le procé- dé consiste à monter,à l'intérieur de la boitedes aubes rapportées en matiè- re plastique à former la carapace réfractaire et à démonter la boite en lais- sant les aubes à l'intérieur de la carapace. L'élément de moule de type noyau obtenu parle procédé comporte des évi- dements en contre dépouille qui correspondent à des aubes et il est carac- térisé par le fait qu'il forme deux parois réuwies par des cloisons compor- tant des évidements correspondant aux aubes et forme entre les dites parois et les dites cloisons des cavités internes qui débouchent vers l'extérieur. L'invention va maintenant etre décrite avec plus de détails en se ré- férant aux dessins annexés. La figure 1 représente, en élévation, une boite à noyau servant à la confection d'un noyau pour le moulage d'une roue à aubes courbes et gauches. La figure 2 est une vue de dessus de la boite représentée sur la fi- gure 1. La figure 3 est une coupe partielle selon III-III des figures 1 et 2. La figure 4 représente une coupe axiale de la boite dans -laquelle la carapace réfractaire a été constituée. La figure 5 est une vue en perspective du noyau à carapace réfractaire, après démoulage et avant cuisson. La figure 6 est une vue en perspective du noyau à carapace réfractaire après cuisson. 10923 La figure 7 représente une coupe axiale d'une boite dans laquelle on réalise la carapace réfractaire du noyau monobloc d'une rouedouble de turbomachine. La figure 8 est une coupe selon VIII-VIII de la figure 7. Dans le procédé selon l'invention on utilise une boite 1 qui épouse la forme extérieure de l'élément de moule à carapace céramique que l'on veut obtenir Cette boite en plusieurs parties est réalisée en un matériau rigide, de préférence en résine stratifiée, par surmoulage d'un noyau en bois. On réalise séparément des pièces rapportées correspondant aux évide- ments en contre-dépouille prévus dans le noyau Ces pièces sont réalisées en matière plastique se détruisant à la cuisson de la carapace céramique. Cette matière plastique présente des propretés thermiques et mécaniques convenables en particulier un retrait et une dilatation négligeables ou nuls et une grande résistance mécanique On monte ensuite à l'intérieur de la boite ces parties rapportées en matière plastique On enduit à l'aide d'un agent de démoulage les parois internes de la boite et les parties rap- portées contre lesquelles vont être déposées les couches L'agent de démou- lage est un produit antiadhésif tel qu'un produit à base de silicone ou de graphite colloldal. La carapace réfractaire est ensuite constituée en plusieurs couches déposées successivement sur les faces internes de la boite et sur les par- ties rapportées s'éliminant à la cuisson Pour déposer chaque couche réfrac- taire on utilise une barbotine que l'on introduit dans la boite Cette bar- botine comporte une charge réfractaire et un liant ayant des propriétés ag- glomérantes à froid et à chaud Ce liant est formé par du silicate organi- que à réaction acide (silicate d'éthyle) de l'alcool et de l'acide L'hydro- lyse du silicate d'éthyle en milieu alcoolique donne de la silice collolda- le Le dépft par la barbotine est suivi par un saupoudrage (stucage) de la couche à l'aide d'une poudre réfractaire La gélification est obtenue par de l'air chaud ou de vapeur d'ammoniac L'opération est répétée plusieurs fois jusqu'à obtention d'une carapace d'épaisseur suffisante La première couche est déposée directement au contact de la boite Elle est effectuée à l'aide d'une barbotine à liant au silicate d'éthyle. La carapace monobloc est extraite de la boite A ce stade les parties rapportées en matière plastique restent encastrées dans la carapace. La carapace subit ensuite une cuisson dans un four de chauffage Pen- dant cette cuisson les parties rapportées en matière plastique se désagrè- gent, le résidu étant éliminé après cuisson De meme l'alcool du liant 10923 est éliminé à la cuisson A la fin de la cuisson l'élément de moule compor- te des évidements correspondant aux parties en matière plastique que la cuisson a permis d'éliminer. Le procédé selon l'invention s'applique à la réalisation d'éléments de moule ayant une forme de révolution tels que les noyaux de roues simples ou doubles de turbomachines mais également à des éléments de moule de pièces n'ayant pas une forme de révolution (auget de roue Pelton par exemple). Dans le cas d'un noyau de roue de turbomachine, la boite rigide est représentée par les figures 1, 2, 4, 7 Cette boite 1 correspond à l'exté- rieur de la roue que l'on veut obtenir Elle est constituée de plu- sieurs parties séparables La boite représentée sur les dessins comporte deux flasques 11 et 12. Dans le cas du noyau de roue de turbomachine représenté par les figu- res, les évidements du noyau correspondant aux aubes de la roue et les piè- ces rapportées ont donc sensiblement le profil des aubes de la roue On réa- lise un jeu d'aubes en matière plastique Ces aubes, repérées 21 sont ensui- te positionnées et fixées dans la boite 1 Chaque aube est maintenue entre les flasques 11 et 12 par un système de fixation permettant la séparation des flasques Il et 12; par exemple pour réaliser la fixation des aubes en matière plastique, les deux flasques 11 et 12 comportent, sur -les faces cor- rainures) respondant à l'extérieur du noyau, des ténons (ou de positionnement correspondant au profil radial des aubes et les aubes comportent des rainures sur {ou tenons) qui s'emboitent/les tenons (ou dans les rainures)des flasques. On enduit, à l'aide d'un agent de démoulage, les parties de la boite et les parties rapportées contre lesquelles vont 9 tre déposées les couches réfractaires de la carapace Ainsi sur le boitier représenté par les figures 1 et 2, ou 7 on enduit les faces 111 et 112 ainsi que les surfaces des aubes 21. On réalise ensuite la carapace réfractaire 3 conformément à la méthode expliquée précédemment, la première couche qui vient au contact des parois internes de la boite et des aubes rapportées étant réalisée avec une barbotine au silicate d'éthyle La gélification est réalisée comme expliqué précédemment On démonte ensuite la boite de manière à extraire la carapace de la boite Les aubes 2 sont alors encastrées dans la carapace (figure 5). La cuisson est effectuée comme expliqué précédemment. L'invention concerne un noyau à carapace réfractaire du type noyau de rotor de turbomachine (pompe, etc) La figure 6 représente le mode de réalisation qui correspond aux figures 1 à 4 Ce noyau monobloc se compose de parois 31 et 32 réunies par des cloisons intermédiaires 33 dans lesquel- les sont ménagés des évidements 34 qui débouchent sur les faces extérieures des deux flasques Ces évidements 34 correspondent aux aubes du rotor En- tre les parois 31 et 32 et les cloisons 33 sont ménagées des cavités inter- nesen volutequi communiquent entre elles et débouchent vers l'extérieur par au moins une ouverture périphérique 35 qui s'ouvre sur le grand-diamè- tre du noyau entre les parois 31 et 32 Cette ouverture 35 permet le remplissage et le vidage de la barbotine au moment de la formation de la carapace. Il est bien entendu que l'on peut sans sortir du cadre de l'invention et imaginer des variantes et perfectionnements de détails/de même envisager l'emploi de moyens équivalents. 10923 REVENDICATIONS 1. Procédé de confection d'un élément de moule à carapace réfractai- re, consistant à former une carapace réfractaire en déposant dans une boite rigide une succession de couches réfractaires par une barbotine comportant un liant et une poudre réfractaire, chaque dépôt d'une couche étant suivi d'un saupoudrage par un poudre réfractaire, caractérisé par le fait que la première couche est déposée directement au contact de la boite dont la sur- face est enduite d'un film mince d'un agent de démoulage. 2. Procédé selon la revendication 1 caractérisé par le fait que la- dite première couche est déposée à l'aide d'une barbotine à liant au sili- cate d'éthyle. 3. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que l'agent de démoulage est un produit anti-adhé- sif à base de silicone ou de graphite colloïdal. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, appliqué à un noyau de moule de roue de turbomachine caractérisé-par le fait qu'il consiste à monter,à l'intérieur de la boite,des aubes rappor- tées en matière plastique, à former la carapace réfractaire et à démonter la boite en laissant les aubes à l'intérieur de la carapace. 5. Elément de moule obtenu par la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes du type noyau monobloc comportant des évidements en contre-dépouille, utilisable pour le moulage d'une roue à aubes de turbomachine, caractérisé par le fait que ledit no- yau forme des parois ( 31-32) réunies par des cloisons ( 33) qui comportent des évidements correspondant aux aubes et forme,entre les parois et les cloisons, des cavités qui débouchent vers l'extérieur.