Brevet FR2689793A1 — publié le 19931015

UNITE DE COULEE POUR LA FABRICATION DE PIECES MOULEES. L'invention se rapporte à une unité de coulée pour la fabrication de pièces moulées, par solidification orientée ou cristallisation, notamment formation d'un monocristal, comportant une carapace qui comprend un grand nombre de moules individuels correspondant aux pièces à mouler, ainsi qu'une plaque de refroidissement qui forme une fermeture inférieure de la carapace; l'invention se rapporte également à un procédé utilisant une telle unité de coulée. Une unité de coulée du type de celle qui vient d'être mentionnée est divulguée par le document EP-A-0 477 136 Dans ce document est décrite une unité de coulée dans laquelle les pièces à mouler sont disposées circulairement autour d'un tronc central, à la manière d'une grappe La disposition centrée des moules individuels permet de garantir, lors de la solidification, les mêmes conditions, quant au bilan thermique, pour toutes les pièces moulées, et ainsi la même orientation du front de solidification dans toutes les pièces moulée Ceci permet d'atteindre une qualité identique pour chaque pièce moulée Un inconvénient de l'unité de coulée déjà connue réside dans le fait que lorsque le nombre des moules individuels par unité de coulée doit être augmenté en vue d'améliorer la productivité lors de la coulée, le diamètre de l'unité de coulée doit être augmenté, ce qui nécessite des fours plus grands et donc plus coûteux D'autre part, à l'intérieur des moules individuels disposés de manière circulaire, est créé un espace libre qui reste inutilisé Si l'on voulait également disposer des moules individuels à l'intérieur de cet espace libre, l'exigence d'un bilan thermique identique pour tous les moules individuels, à savoir toutes les pièces moulées, lors de la solidification, ne pourrait être satisfaite sans autres mesures. D'après l'enseignement divulgué par le document US-PS 3 763 926, ce problème serait solutionné grâce au refroidissement des moules individuels au moyen d'un bain d'étain, ce qui entraîne toutefois des coûts de fabrication considérables. Aussi, le but de la présente invention consiste à fournir une unité de coulée du type de celle mentionnée en introduction, qui permet la fabrication simultanée d'un nombre le plus élevé possible de pièces moulées, l'encombrement et le coût de construction devant rester faibles. Conformément à l'invention, ce but est atteint pour une unité de coulée du type de celle mentionnée en introduction grâce au fait que les moules individuels de la carapace sont disposés selon un réseau à mailles régulières, en respectant de faibles intervalles entre les moules individuels, et l'ensemble formé par tous les moules individuels est entouré par une couronne de sources de chaleur intégrées à la carapace. L'avantage essentiel de l'unité de coulée conforme à l'invention réside dans le fait que la disposition des moules individuels selon un réseau à mailles régulières, permet un nombre maximal de moules individuels sur une surface de base donnée, et donc la coulée simultanée d'un nombre correspondant de pièces dans un espace donné, les sources de chaleur intégrées dans la carapace au niveau de la périphérie de celle- ci, assurant l'équilibre du bilan thermique des moules individuels situés en bordure. Selon un premier mode de réalisation préféré de l'unité de coulée conforme à l'invention, les sources de chaleur sont réalisées en tant qu'accumulations de matière dans la zone de bordure de la carapace Grâce aux accumulations de matière, la zone de bordure de la carapace peut présenter localement une capacité calorifique plus élevée, et commander ainsi, en tant que réservoir de chaleur, ou source de chaleur, l'allure de la température dans la pièce en cours de solidification. Selon une autre configuration de l'invention, les sources de chaleur intégrées à la carapace peuvent être des corps creux qui peuvent être remplis par la matière en fusion La grandeur des corps creux permet de régler de manière précise leur capacité calorifique, et permet ainsi de commander aisément l'allure de la température dans la pièce moulée en cours de solidification. La capacité calorifique des sources de chaleur est de préférence adaptée à la capacité calorifique de l'unité de coulée, de manière à ce que l'afflux calorifique latéral vers les moules individuels de la zone de bordure de la carapace, soit au moins approximativement identique à partir du côté extérieur et du côté intérieur L'afflux calorifique vers les moules individuels de la zone de bordure, à partir du côté intérieur, résulte dans ce cas des moules individuels voisins situés dans la zone centrale de l'unité de coulée. Par ailleurs, l'invention se rapporte à un procédé de fabrication de pièces moulées par solidification orientée ou cristallisation, dans une installation de coulée sous vide Un tel procédé de coulée est lui aussi divulgué par le document EP-A-O 477 136 Une caractéristique essentielle d'un tel procédé réside dans la création d'un flux thermique contrôlé pour diriger le front de solidification en vue d'obtenir ainsi la solidification orientée ou la formation d'un monocristal Il est connu de produire un tel flux thermique par la mise en oeuvre d'éléments de chauffage à apport extérieur d'énergie (suscepteurs). La présente invention améliore un procédé de ce type par l'utilisation d'une unité de coulée conforme à celle qui vient d'être décrite Des éléments de chauffage à apport extérieur d'énergie sont ainsi superflus, et il est malgré tout possible de commander de manière précise le flux thermique et donc l'allure de la température dans les pièces moulées en cours de solidification. Selon le procédé conforme à l'invention, l'unité de coulée est de préférence chauffée avant la coulée, à l'extérieur de l'installation de coulée sous vide, à une température supérieure d'au moins 50 K à la température du liquidus de la matière de coulée. Selon un autre développement du procédé conforme à l'invention, lors de la solidification de la matière en fusion, l'allure de la température peut être commandée par isolation des moules individuels de l'unité de coulée Finalement, selon une autre configuration possible du procédé conforme à l'invention, lors de la solidification, l'allure de la température peut être commandée par des réflecteurs entourant l'unité de coulée dont la chaleur rayonnée peut ainsi être réfléchie, notamment vers les moules individuels situés en bordure. L'invention va être explicitée plus en détail au regard d'exemples de réalisation représentés sur les dessins annexés, qui montrent: Fig 1: le modèle en cire d'une pièce moulée à fabriquer, dans le cas présent une aube de turbine, Fig 2: de manière schématique, une section transversale d'un premier mode de réalisation fondamental de la carapace d'une unité de coulée conforme à l'invention, Fig 3: une variante de mode de réalisation d'une carapace, selon une représentation correspondant à celle de la figure 2, Fig 4: une représentation partielle agrandie d'une section transversale correspondant à celle de la figure 2, comportant toutefois des corps creux disposés dans la zone de bordure de la carapace et destinés à recevoir de la matière en fusion, et Fig 5: une section transversale correspondant à celle de la figure 2, d'une unité de coulée comportant des moules individuels disposés de manière circulaire, conformément à l'état de la technique. L'aube de turbine représentée sur la figure 1 en tant que modèle en cire 1, doit être fabriquée sous la forme de pièce moulée cristallisée Le modèle en 6 2689793 cire comporte au niveau de la tête de l'aube de turbine, un réservoir de chaleur 2 et un canal d'alimentation 3, et au niveau du pied d'aube, un germe de cristallisation 4 qui est nécessaire pour la formation d'un monocristal. Sur la figure 2 est représentée une section transversale schématique d'une unité de coulée pour la fabrication d'un grand nombre aubes selon la figure 1. L'unité de coulée comprend une carapace 12 qui comporte un grand nombre de moules individuels 10 correspondant aux modèles en cire 1 Comme le laisse entrevoir la figure, les moules individuels 10 sont disposés selon un réseau à mailles rectangulaires, en respectant de faibles intervalles entre-eux Les canaux d'alimentation 3 des moules individuels sont ici rassemblés en un canal de coulée commun, c'est à dire que la carapace 12 est ouverte sur le haut La carapace 12 est également ouverte dans le bas, et repose directement sur une plaque de refroidissement 20 qui sera en contact direct avec la matière en fusion En vue de la coulée, l'unité de coulée est introduite dans une installation de coulée sous vide non représentée. L'ensemble des moules individuels 10 est entouré par une couronne de sources de chaleur 11 intégrées dans la carapace 12 et qui sont adaptées, quant à leur capacité calorifique, à la capacité calorifique de l'unité de coulée, de manière telle, que l'afflux calorifique latéral vers les moules individuels l Oa de la zone de bordure de la carapace 12 soit au moins approximativement identique à partir du côté extérieur et du côté intérieur Les sources de chaleur 11 permettent ainsi de produire un flux thermique contrôlé et prédéterminé de façon précise, en vue de diriger le front de solidification de manière souhaitée Dans le cas du premier mode de réalisation selon la figure 2, 7 2689793 les sources de chaleur 11 sont réalisées simplement sous la forme d'accumulations de matière dans la zone de bordure de la carapace 12, ce qui peut s'avérer suffisant, puisque les carapaces sont en règle générale réalisées en matériaux céramiques, et présentent ainsi une capacité calorifique suffisante En variante, les sources de chaleur peuvent également, comme le laisse entrevoir la figure 4, être réalisées en tant que corps creux lia qui peuvent être remplis par de la matière en fusion Dans ce cas, on utilise avant tout la capacité calorifique de la matière en fusion en guise de source de chaleur pour produire un flux thermique contrôlé. Finalement, un procédé pour la coulée de pièces moulées à solidification orientée, qui met en oeuvre une unité de coulée décrite précédemment, peut également utiliser, pour commander l'allure de la température lors de la solidification de la matière en fusion, l'isolation des moules individuels de l'unité de coulée; par ailleurs, il est également possible, en vue de commander l'allure de la température, d'entourer l'ensemble de l'unité de coulée par des réflecteurs 14, tel que cela est par exemple montré sur la figure 3 Il n'est pas absolument nécessaire que l'unité de coulée soit entourée de réflecteurs 14, de manière régulière sur tous les côtés, mais il est possible, notamment lorsqu'il s'agit de pièces à mouler telles que celles qui sont indiquées sur la figure 3, à savoir des pièces présentant une géométrie en forme de plaque, qu'une disposition partielle de réflecteurs sur la périphérie de l'unité de coulée, suffise à produire le flux thermique contrôlé souhaité. Finalement, il est à noter qu'un procédé conforme à l'invention pour la fabrication de pièces moulées, par solidification orientée ou formation d'un monocristal, comprend de préférence le chauffage de l'unité de coulée, avant la coulée, à l'extérieur de l'installation de coulée sous vide, à une température supérieure d'au moins 50 K à la température du liquidus de la matière de coulée, en conférant ainsi à l'unité de coulée, une capacité calorifique suffisamment importante pour une solidification contrôlée. 9 2689793 REVENDICATIONS 1 Unité de coulée pour la fabrication de plusieurs pièces moulées ( 1), par solidification orientée ou cristallisation, comportant une carapace ( 12) qui comprend un grand nombre de moules individuels ( 10) correspondant aux pièces à mouler ( 1), ainsi qu'une plaque de refroidissement ( 20) qui forme une fermeture inférieure de la carapace ( 12), caractérisée en ce que les moules individuels ( 10) de la carapace ( 12) sont disposés selon un réseau à mailles régulières, en respectant de faibles intervalles entre les moules individuels, et l'ensemble formé par tous les moules individuels ( 10) est entouré d'une couronne de sources de chaleur ( 11) intégrées à la carapace ( 12). 2 Unité de coulée selon la revendication 1, caractérisée en ce que les sources de chaleur ( 11) sont réalisées en tant qu'accumulations de matière dans la zone de bordure de la carapace ( 12). 3 Unité de coulée selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que les sources de chaleur ( 11) sont des corps creux (lla) qui peuvent être remplis par la matière en fusion. 4 Unité de coulée selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que la capacité calorifique des sources de chaleur ( 11) est adaptée à la capacité calorifique de l'unité de coulée, de manière à ce que l'afflux calorifique latéral vers les moules individuels (l Oa) de la zone de bordure de la carapace ( 12) soit au moins approximativement identique à partir du côté extérieur et du côté intérieur. Procédé de fabrication de pièces moulées, par solidification orientée ou formation d'un monocristal, dans une installation de coulée sous vide, caractérisé par l'utilisation d'une unité de coulée selon l'une des revendications 1 à 4. 6 Procédé de fabrication selon la revendication 5, - caractérisé en ce que l'unité de coulée est chauffée avant la coulée, à l'extérieur de l'installation de coulée sous vide, à une température supérieure d'au moins 50 K à la température du liquidus de la matière de coulée. 7 Procédé selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que lors de la solidification de la matière en fusion, l'allure de la température est commandée par isolation des moules individuels de l'unité de coulée. 8 Procédé selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que lors de la solidification de la matière en fusion, l'allure de la température est commandée par des réflecteurs ( 14) entourant l'unité de coulée.