Brevet FR2731639A1 — publié le 19960920

La présente invention concerne un procédé de moulage d'objets tels que des aubes creuses pour moteurs à turoine a gaz. Dans le passé, on a utilisé le procédé bien connu de moulage a cire perdue pour la fabrication d'objets de cette nature. En bref, ce procédé consiste à réaliser un modèle en cire dont la forme générale correspond à la forme requise pour l'objet terminé, et dans lequel sont emprisonnés des noyaux céramiques représentant les cavités de la piece terminée. Le modèle en cire est enduit par immersion et plâtré de façon à l'entourer d'une coquille céramique, la cire est fondue et la céramique cuite pour donner un moule, et le métal fondu est coulé dans la cavité laissée par la cire. La coquille et les noyaux sont ensuite éliminés chimiquement ou mécanique- ment pour laisser subsister la forme recherchée. Dans la fabrication d'objets à parois minces, ce procédé pré- sente certains inconvénients. C'est ainsi qu'il est difficile de placer avec précision les noyaux céramiques à l'intérieur du modèle en cire et une inexactitude infime dans cette mise en place peut donner des parois d'épaisseur si différente de celle requise que le moulage ootenu devra être mis au rebut. La présente invention réalise un procédé de fabrication dans lequel le moule présente une configuration unitaire en matière céramique homogène éliminant ces problèmes de mise en place. Le procédé de fabrication d'un objet creux selon l'invention consiste, successivement, à faire un duplicata de l'objet en matière nonréutiiisable, à mouler par injection autour et à l'intérieur de ce duplicata une matière céramique à l'état liquide, à faire se solidifier la matière céramique, à extraire le duplicata non-réucilisable de façon à laisser une cavité, à couler du métal fondu dans la cavité et à le laisser se so- lidifier, puis à éliminer la matière céramique de l'objet coulé. 2 2731639 De préférence, le duplicata non-réutiiisable est réalisé par moulage par injection et il pourra être fait de plusieurs pièces ultérieurement réunies; si sa matiere constitutive est thermoplastique, ces pieces séparées pourront être col- Lées ou soudées ensemble. Si les parois de l'objet creux doivent comporter des perfo- rations, des insertions telles que des tubes de silice pour- ront être placées dans le duplicata aux endroits prévus pour ces perforations. L'invention est décrite ci-après en détail en se référant à un exemple préféré, non limitatif, de réalisation représenté sur les dessins annexés dont les figures 1 à 5 montrent les- phases successives du procédé selon l'invention. Les dessins montrent la fabrication, par le procédé de l'in- vention, de la partie creuse aérodynamiquement profilée d'une aube de moteur à turbine à gaz. Comme on le voit en se re- portant à la figure 1, on doit d'abord réaliser un duplicata de la forme désirée en matiere non-réutilisable. On aura le choix entre plusieurs matières appropriées qui devront être assez résistantes pour ne pas se déformer pendant la fabrica- tion et posséder certaines caractéristiques permettant d'ex- traire le duplicata du moule céramique. Parmi ces matières, figurent les cires fortes et les résines thermoplastiques. La première phase du procédé consiste a mouler par injection la matière devant constituer le duplicata. Dans l'exemple représenté, comme le montre la figure 1, on procède à deux moulages par injection. Les deux demi-moules 10 et 1l ména- gent entre eux une cavité 12 dont la forme correspond à la face convexe du profilé aérodynamique, tandis que les deux demi-moules 13 et 14, semblables aux premiers, ménagent en- tre eux une cavité 15 dont la forme correspond à la face concave du même profilé. Le procédé de fabrication utilisé avec ces moules sera le procédé normal de moulage par injec- tion dans lequel les demi-moules sont réunis et une matière 3 2731639 thermoplastique liquide est injectée sous pression, puis re- froidie pour durcir. Avec une cire, le procédé serait identique, mais avec une matière thermodurcissable le moule devra être chauffé. Les demi-moules sont ensuite séparés de façon à libérer les flancs 12 et 15. On comprendra l'importance qu'il y a à ce que ces pièces non-réutilisabies soient réalisées avec pré- cision afin que le moulage final le soit également et il pourra être indispensable de régler avec beaucoup de preci- sion la température des moules et l'injection en général. Une fois les deux flancs réalisés, ils sont réunis de façon à donner le profilé aérodynamique représenté a la figure 2 Plusieurs procédés d'assemblage de ces deux flancs pourront être utilisés, selon la matière constitutive choisie mais l'invention prévoit l'emploi de soudure par ultrasons ou d'adhésif à solvant. On notera également sur la figure 2 que les petits trous 16, réalisés pendant le moulage par injection, ont été garnis de tubes de silice 17 de dimensions correspondantes. Si néces- saire, ces pièces pourront également être immobilisées par collage ou soudage A ce moment de la fabrica tion, il fau- dra également prévoir la réalisation, ou la greffe, sur le duplicata des masselottes pour crous de coulée et évents devant servir ultérieurement a la coulée du métal. Le duplicata non-réutilisable complet 18 est alors placé dans un autre moule fait de deux demi-moules 19 et 20 (figure 3) Ce moule est représenté comme ayant une section rectangulaire mais cette forme pourra évidemment être modifiée pour affec- ter les propriétés du bioc céramique résultant. On n'a pas représenté d'éléments de maintien en place de la piece 18 mais il est évident que celle-ci pourra être maintenue à ses ex- trémités par tout moyen connu. 4 2731639 Dans l'espace laissé iibre entre la pièce 18 et les demi- moules 19 et 20, on injecte sous pression, à l'aide d'un appareil de compression 21 représenté schématiquement, une matière céramique liquide telle que celle utilisée dans la fabrication des noyaux pour moulages a cire perdue. L'in- jection ayant lieu ous pression, la matiere céramique ne se répand pas seulement sur la partie externe de la pièce 18 mais pénètre dans ses cavités internes, cette pénétration se faisant depuis l'une, ou les deux extrémités de la pièce. On obtient ainsi un cuoe plein de matière céramique dans le- quel est emprisonnée la matiere non-réutilisable. Il faut maintenant faire se solidifier la matière céramique et la méthode permettant d'y parvenir dépendra, ici aussi, de la matière choisie. Normalement, celle-ci est constituée par une boue d'argiles de poterie dans l'eau, additionnée d'un liant synthétique. Si ce dernier est du type thermo- durcissable, il faudra chauffer le bloc pour qu'il se soli- difie. Ou bien on laisera le Dloc mûrir pendant un temps déterminé, ou on le laissera se dessécher par sortie de l'eau par les demi-moules poreux 19 et 20. Donc, lorsqu'on sépare les demi-moules 19 et 20, il reste un bloc de matière céramique agglomérée 22 dans laquelle est en- terrée la pièce 18 et dont les parties 23, venues de coulée avec le reste du bloc 22, correspondent aux cavités de l'ob- jet terminé. Les tubeo de silice 17 et le masselottage pré- cité sont également noyés dans la matiere céramique. Le oioc de matière céramique agglomérée doit maintenant être cuit de la façon habituelle afin d'obtenir une matière résis- tante. Si la matière constitutive de la piece 18 est thermo- plastique, on pourra profiter de cette cuisson pour la faire fondre et s'échapper du bloc 22 par des trous ménagés à cette fin, tels que ceux du maÉselottage. Apres cuisson, le bloc de matière céramique durcie aura la forme représentée 2731639 à la figure 4 et renfermera une cavité 24 de la forme et des dimensions de l'objet final, les parties 23, représentant les cavités de ce dernier, étant venues de coulée avec le reste du bloc et de la même matière. Les tubes 17 également sont scellés dans la matière céramique par leurs extrémités sail- lantes. La phase suivante consiste à couler, dans la cavité 24, le métal fondu devant former l'objet final. Comme le compren- dront les spécialistes, il faudra chauffer préalablement Le bloc 22 et couler le métal liquide dans la cavité par les canaux de coulée. Une fois que le métal ainsi coulé se sera solidifié, il suffira d'éliminer la matière céramique 22 et les tubes de silice 17, ce qui pourra se faire par l'un des nombreux procédés connus bien qu'il soit probable que la par- tie du bloc située à l'extérieur de la piece coulée profilée aérodynamiquement sera extraite mécaniquement tandis que les tubes 17 et les parties internes 23 seront éliminés chimique- ment. La figure 5 montre la forme prise par le moulage final. On voit que le procédé qui vient d'être décrit présente plusieurs avantages. Du fait que les parois minces 25 et 26 du moulage final sont formées dès le départ en moulant par injection la pièce non-réutilisable d'origine, il n'y aura pas de noyaux non fixés pouvant se déplacer et produire des erreurs d'épais- seur de ces parois. De même, du fait que le bloc 22 est fait d'une matiere homogène, il n'y aura pas de différences de di- latation à compenser entre le noyau et la coque bien qu'il puisse falloir prédéterminer avec soin, pour l'écoulement thermique, l'épaisseur des diverses parties du bloc. La piè- ce moulée non-réucilisable d'origine pourra être réalisée a- vec une grande précision et présenter de. caractéristiques complexes sur sa surface, ce qui permettra de réaliser un objet final a surfaces internes compliquées sans devoir re- courir à des fabrications séparées. 6 2731639 Le procédé selon l'invention permet également d'éviter les difficultés de fabrication inhérentes au procédé usuel de moulage en coquille: il y aura en effet moins de risque d'in- clusions dans le moulage final provenant de la rupture de la coquille et moins de risque de rupture de noyaux causée par le procédé normal d'injection à la cire. Le procédé selon l'invention convient particulièrement à la faorication des aubes creuses de Mnoteurs à turbine à gaz dont les parties internes creuses sont compliquées et doivent avoir des aimensions précises. Mais il est évidemment applicable à la fabrication de tous objets creux, et en particulier à celle d'objets ayant des parties internes très exiguës du fait que la matière devant constituer le bloc céramique, é- tant injectée sous pression, s'infiltrera dans les ouvertures de petites dimensions plus facilement que dans un procédé d'enduction par immersion simple. 7 2731639 REViENDICAfIONS 1. Procédé de fabrication d'un objet creux, caractérisé en ce qu'il consiste, successivement, à faire un duplicata dudit objet en matière non-réutiiisable, à mouler par injection autour et à l'intérieur de ce duplicata une matiere céra- mique à l'état liquide, à faire se solidifier cette matiè- re céramique, à extraire le duplicata non-réutilisable de façon à laisser une cavité, à couler du métal fondu dans ladite cavité, à laisser ce métal se solidifier, et à éli- miner la matiere céramique de l'objet coulé. 2. Procédé selon la Revendication 1, caractérisé en ce que le duplicata de l'oojet est réalisé par moulage par in- jection. 3. Procédé selon la Revendication 2, caractérisé en ce qu'il consiste, successivement, à réaliser une pluralité de pié- ces séparées en cette matière non-réutilisable par moulage par injection, et à les réunir pour former le duplicata 4. Procédé selon la Revendication 3, caractérisé en ce que ladite réunion est réalisée par soudage. 5. Procédé selon la Revendication 3, caractérisé en ce que ladite réunion est réalisée par collage. 6. Procédé selon la Revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend une phase intermédiaire consistant a insérer des i'prisonniers"dans les parois du duplicata creux avant le moulage par injection de ladite matière céramique. 7. Procédé selon la Revendication 6, caractérisé en ce que lesdits prisonniers sont de_ tuoes céramiques. 8. Procédé selon la Revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend une phase intermédiaire consistant a cuire ladite matiere céramique moulée par injection après sa solidifi- cation. 9. Procédé selon la Revendication 1, caractérisé en ce que ladite matière non-réuci isale est une résine thermo- plastique. 10. Procédé selon la Revendication 1, caractérisé en ce que ladite matière non-réutilisable est une cire.