Brevet FR2933884A1 — publié le 20100122

Procédé de fabrication d'une pièce d'aubage La présente invention porte sur la fabrication des aubages métalliques de turbomachines, plus particulièrement de pièces présentant des cavités internes et des trous ou orifices faisant communiquer ces cavités avec l'extérieur des aubages. De tels aubages sont en général fabriqués par coulée de pièces d'aubage individuelles constituant chacune un secteur d'aubage, selon une technique de fonderie à cire perdue, bien connue en soi. Cette technique passe par la réalisation d'un modèle en cire ou autre matériau équivalent qui comprend une pièce interne formant un noyau de fonderie et figurant les cavités de l'aubage. On utilise pour former la modèle un moule d'injection pour cire dans lequel on place le noyau et on y injecte la cire. Le modèle en cire est ensuite trempé plusieurs fois dans des barbotines constituées d'une suspension de particules en céramique pour confectionner un moule carapace. On élimine la cire et on cuit le moule carapace. On obtient l'aubage en coulant un métal en fusion qui vient occuper les vides entre la paroi intérieure du moule carapace et le noyau. Dans un étage de distributeurs basse pression de turbomoteurs, une partie des aubes ou pales comporte une cavité interne et une série de trous faisant communiquer cette cavité avec l'extérieur de l'aube. Cette cavité et cette série de trous permettent la mise en place de sondes de détection de température, désignées sondes EGT ù 'Exhaust Gaz Temperature'. A titre d'exemple, pour un distributeur basse pression d'un turbomoteur type de l'état de l'art, comprenant 18 secteurs ou segments d'aubage, une aube de chaque secteur comprenant 8 aubes est pourvue d'une cavité interne et une série de trous. Les sondes de températures dans cette zone particulière du turbomoteur servent à la surveillance du bon fonctionnement et de l'usure du moteur. Selon la technique actuelle, la cavité de ces aubages devant recevoir une sonde de température est réalisée par la mise en place de noyaux munis de tenons supérieurs et inférieurs, formant, lors de la coulée du métal, des orifices dans la plate forme extérieure et dans la plateforme intérieure de la pièce ; l'orifice de la plateforme extérieure est destiné à recevoir ou être en communication avec la sonde de température, tandis que l'orifice de la plateforme intérieure ne sert qu'au maintien en place du noyau lors de la coulée du métal, et nécessite donc la mise en place d'une plaquette d'obturation, brasée lors de la finition du secteur d'aubage. Les trous de communication entre la cavité de la pale de l'aube recevant la sonde et l'extérieur de l'aubage sont réalisés par perçage / usinage (notamment par usinage par électroérosion ou usinage EDM) après coulée de la pièce. Cette manière de procéder implique donc une opération additionnelle, qui de surcroît engendre une zone brûlée autour du trou ayant des propriétés mécaniques inadéquates. La présente invention a pour objectif de fournir un procédé de fabrication de pièces d'aubage métalliques évitant ces inconvénients. L'invention propose à cet effet un procédé de fabrication de secteurs d'aubage métalliques de turbomachines comprenant une pluralité d'aubes entre deux plateformes, dont une aube au moins comprend une cavité interne et la paroi de l'aube au moins un trou faisant communiquer ladite cavité avec l'extérieur de l'aube, par la mise en place dans un moule de coulée d'un noyau dont la forme correspond à ladite cavité et coulée d'un métal fondu dans la cavité dudit moule, tandis que ce noyau comprend pour chaque trou de communication de la cavité, une protubérance pénétrant dans la surface interne du moule. Selon un aspect préféré de l'invention, le procédé permet la fabrication de pièces d'aubage constituant plus particulièrement un secteur d'aubage pour distributeur basse pression d'une turbomoteur tandis que la cavité interne dans l'aube est destinée à recevoir ou communiquer avec une sonde de détection des gaz et que ledit trou constitue un passage de gaz de la zone base pression du turbomoteur vers ladite cavité et ladite sonde. Selon l'invention cette sonde de détection constitue, de manière préférée, une sonde de détection de température, plus particulièrement une sonde de détection de température de type EGT. Conformément à un autre aspect préféré de l'invention, le procédé opère plus particulièrement selon une technique de fonderie à cire perdue, en produisant un moule carapace dans lequel est mis en place le noyau, le moule carapace constituant le moule de coulée. Selon encore une particularité préférée de l'invention, la base des protubérances du noyau de coulée comprend un 'rayonnage' ou arrondi, réalisant un rayonnage à la base du trou de coulée, permettant ainsi d'éviter la formation de 'criques' ou autres micro fissures non détectables lors de contrôles à la fabrication, lors de la coulée ; Selon encore une autre aspect préféré de l'invention, le noyau de coulée comprend plusieurs protubérances (par exemple entre 3 et 8 protubérances, de préférence 5) constituant les seuls éléments de maintien du noyau dans le moule de coulée, tandis qu'un orifice destiné à l'introduction d'une sonde dans la cavité dans au moins une aube de la pièce d'aubage est obtenu par perçage de ladite pièce en prolongement de la cavité. On obtient de cette manière une pièce d'aubage avec une aube ayant une cavité et plusieurs trous (par exemple entre 3 et 8 trous, de préférence 5). Selon un mode de réalisation particulièrement intéressant de ce dernier aspect préféré de l'invention, il est possible de produire un seul modèle de pièces d'aubage / secteurs d'aubage pour l'ensemble du distributeur, tandis que seules les secteurs d'aubage destinés à recevoir une sonde sont percés en prolongement de la cavité. Cela permet de réaliser des économies importantes du point de vue du procédé de production et de la gestion des stocks. Le nouveau procédé selon l'invention engendre les avantages suivants par rapport au procédé selon la technique existante : - une économie résultant de la suppression de l'opération de perçage par électroérosion des trous (cinq) dans l'aubage à cavité interne et une économie résultant de la suppression de rebuts associés à cette opération délicate; - la suppression de l'opération de brasage d'une plaquette d'obturation sur le trou de sortie inférieure du noyau actuel. D'autres détails et caractéristiques de l'invention apparaîtront à la lecture de la description de deux modes de réalisation de secteurs d'aubages pour distributeur basse pression d'un turbomoteur, donnés à titre d'exemples non limitatifs, en référence aux dessins annexés, dans lesquels : - la figure 1 représente un secteur d'aubage type pour distributeur basse pression d'un turbomoteur; - les figures 2a et 2b représentent, schématiquement, deux étapes de fabrication d'un secteur d'aubage selon la technique actuelle; - la figure 3 représente un noyau de coulée tel qu'utilisé actuellement; - les figures 4a et 4b représentent, schématiquement, la fabrication d'un secteur d'aubage selon l'invention; - la figure 5 représente un noyau de coulée selon l'invention; - la figure 6 montre, en agrandissement, la base rayonnée d'une des protubérances du noyau selon la figure 5; - la figure 7 représente la coupe d'une pale ou aube à cavité et trou, selon l'invention, montrant la forme rayonnée du trou. Les figures illustrent la fabrication d'un secteur d'aubage 1 pour distributeur basse pression d'un turbomoteur, tel que représenté à la figure 1. Le secteur 1 est composé d'aubes 4, six sur la figure 1, disposées radialement entre une plateforme intérieure 8 et une plateforme radialement extérieure 7. Les deux plateformes délimitent la veine de gaz dans laquelle les pales des aubes assurent le guidage du flux gazeux. Les secteurs une fois assemblés forment une roue de distributeurs. Le secteur représenté est un secteur des étages à basse pression. Les pales sont pleines à l'exception ici d'une pale dont la fonction est de permettre le prélèvement de gaz pour assurer la mesure de leur température. II s'agit de la mesure dite EGT. La pale de la première aube sur ce secteur est percée d'orifices (9) mettant la veine de gaz en communication avec sa cavité interne. Comme l'illustre la figure 2a représentant schématiquement un modèle de fonderie d'un secteur d'aubage, le modèle de l'une des pales est pourvu d'un noyau 2. Le noyau de coulée 2, selon la technologie actuelle (en général en céramique), forme la cavité 3 dans le modèle de la pale 4 du secteur d'aubage 1. Après coulée comme le représente la figure 2b, on obtient deux orifices 5 et 6 dans, respectivement, les plateformes supérieure 7 et inférieure 8 du secteur d'aubage 1, tandis que les trous 9 dans la paroi de l'aube faisant communiquer la cavité 3 avec l'extérieur de l'aube 4, d'une dimension d'approximativement 2,2 mm, doivent être percés après la coulée du métal, par usinage EDM (électroérosion). L'orifice supérieur 5 permet le placement d'une sonde EGT assurant la prise de température pour l'alarme cockpit, tandis que l'orifice inférieur 6 doit être rebouché par le brasage d'une plaquette 8'. Le noyau 2 selon la technique actuelle nécessite, de par sa longueur, une sortie inférieure pour le maintenir dans le moule carapace. Cela implique comme inconvénients que l'orifice 6 ainsi généré doit être rebouché et que le noyau 2 comporte une protubérance fragile 2', représentée sur la figure 3, en raison du peu de place disponible pour la sortie noyau au niveau de la plate forme inférieure 8. Le but de l'invention est donc de limiter la casse de noyaux au niveau des protubérances, de ne plus avoir à reboucher l'orifice 6 et de supprimer l'opération de perçage des trous 9 après la coulée de la pièce. Comme l'illustrent les figures 4a et 4b dans le procédé selon l'invention, on se sert des trous à former dans la paroi de la pale pour maintenir en place un noyau 20, par l'intermédiaire de protubérances 22 sur le noyau 20 en céramique. Le noyau selon l'invention 20 est représenté sur la figure 5. II comprend une partie tubulaire 21 dont la forme correspond à celle de la cavité à obtenir dans la pale. Un tenon 23 forme l'ouverture dans la plate forme supérieure. Répartis le long de cette partie tubulaire 21, des protubérances 22 en forme de tiges s'étendent perpendiculairement à l'axe du noyau. Ces protubérances ont une section correspondant à celle des orifices que l'on souhaite former dans la paroi de la pale. Leur nombre est égal à celui des orifices à ménager. La figure 4a montre la disposition du noyau dans le modèle de fonderie. Le noyau 20 est maintenu en place par les protubérances 22 traversant la paroi du modèle. La figure 4b montre le schéma d'un secteur obtenu après fonderie. Les aubes 14 sont disposées entre les plateformes inférieure 18 et extérieure 17. Une aube présente une cavité longitudinale 13 percée d'orifices 19 mettant la veine de gaz en communication avec la cavité 13. La cavité 13 ne présente pas d'ouverture dans la plateforme inférieure 18. Les trous 19 faisant communiquer la cavité 13 avec l'extérieur de l'aube 4 - appelés trous EGT (Exhaust Gaz Temperature) - sont donc obtenus en fonderie. On élimine ainsi la partie fragile du noyau formée par la protubérance sortant au niveau de la plate forme inférieure, on élimine par la même occasion la nécessité de reboucher l'orifice ainsi engendré et on évite l'opération de perçage des trous EGT, par électroérosion. On évite l'apparition de zones affectées thermiquement (zone brûlée) autour des trous pouvant engendrer un moins bon comportement mécanique. De plus la présence de trous le long de la pale permet d'éliminer plus simplement le noyau, par attaque chimique, de la pièce en métal en l'absence de sortie au niveau de la plate forme inférieure. L'invention consiste donc à utiliser un noyau 20 plus court que le noyau 2 de l'art antérieur et comprenant des protubérances ou 'picots' 22 par lesquels il est maintenu en place. Ceux-ci sont par exemple en céramique, mais les picots peuvent aussi être formés de tubes de quartz intégrés au noyau lors de son injection, Comme l'illustre plus particulièrement la figure 6 qui est une vue agrandie du noyau de la figure 5, la base 22' des protubérances 22 du noyau 20 présente un rayonnage ou arrondi qu'on appelle forme 'rayonnée'. La forme des trous 19 ainsi obtenus par coulée de métal dans le moule présente un rayonnage / arrondi correspondant 19', comme illustré à la figure 7. Cette forme rayonnée 19' du trou 19 permet d'éviter la formation de criques internes, défauts qui ne sont pratiquement pas détectables par le contrôle à la fabrication. Selon une variante de l'invention (non représentée sur les figures) le noyau 20 peut également être réalisé sans sortie dans la plate forme supérieure 17 ; dans ce cas le maintien du noyau dans le moule est obtenu uniquement par les protubérances 22 et il n'y a pas de formation d'orifice supérieur 15. Cette variante permet de fabriquer un seul modèle de secteurs d'aubage de distributeur ; on modifie alors uniquement les exemplaires de ce secteur unique qui sont destinés à recevoir une sonde, en perçant un orifice 5' dans la plate forme supérieure 17, en communication avec la cavité 13. On réalise ainsi des économies supplémentaires du point de vue du procédé de production et de la gestion des stocks. Revendications1. Procédé de fabrication d'une pièce d'aubage métallique (1) de turbomachine dont une aube (14) au moins comprend une cavité interne (13) et au moins un trou ménagé dans la paroi, faisant communiquer ladite cavité (13) avec l'extérieur de ladite aube (14), par la mise en place, dans un moule de coulée, d'un noyau correspondant à ladite cavité (13) et coulée d'un métal fondu dans la cavité dudit moule de coulée, caractérisé par le fait que le noyau (20) comprend, pour chaque trou (19) de communication de ladite cavité (13), une protubérance (22) pénétrant dans la surface interne du moule. 2. Procédé selon la revendication 1, dont ladite pièce d'aubage (1) constitue un secteur d'aubage pour distributeur basse pression d'une turbomachine tandis que la cavité interne (13) dans l'aube (14) est destinée à recevoir ou communiquer avec une sonde de détection des gaz et que ledit trou (19) constitue un passage de gaz de la zone base pression de la turbomachine vers ladite cavité (13) et la sonde. 3. Procédé selon la revendication 2, dont la sonde de détection constitue une sonde de détection de température. 4. Procédé selon la revendication 2, dont la sonde de détection constitue une sonde de détection de température de type EGT. 5. Procédé selon l'une ou l'autre des revendications précédentes, opérant selon une technique de fonderie à cire perdue, en produisant un moule carapace dans lequel est mis en place ledit noyau (20), ledit moule carapace constituant ledit moule de coulée. 6. Procédé selon l'une ou l'autre des revendications précédentes, dont la base desdites protubérances (22) du noyau de coulée (20) comprend un 'rayonnage' ou arrondi (22'), réalisant un rayonnage (19') à la base du trou de coulée (19). 7. Procédé selon l'une ou l'autre des revendications 2 à 6, dont ledit noyau (20) comprend plusieurs protubérances (22) constituant les seuls éléments de maintien du noyau (20) dans le moule de coulée, tandis qu'un orifice destiné à l'introduction d'une sonde EGT dans ladite cavité (13) dans au moins une aube (14) de ladite pièce d'aubage (1) est obtenu en perçant ladite pièce en prolongement de ladite cavité. 8. Procédé de fabrication de pièces d'aubages selon la revendication 7, dont un seul modèle de pièces d'aubage (1) est produit pourl'ensemble du distributeur, tandis que seules les pièces d'aubage destinées à recevoir une sonde sont percées en prolongement de ladite cavité.