Brevet FR2930188A1 — publié le 20091023

La présente invention porte sur la finition de pièces obtenues par injection d'une pâte céramique dans un moule formé de l'assemblage d'au moins deux parties, le long d'un plan de joint. L'invention se rapporte plus particulièrement à l'élimination des bavures dans la zone du plan de joint des deux parties. L'invention vise les noyaux céramiques utilisés dans la fabrication des aubes creuses de turbomachines par la technique de fonderie à la cire perdue. L'utilisation de noyaux de fonderie d'un type dit � céramique � est notamment connue dans certaines applications qui imposent l'obtention d'un ensemble de caractéristiques et de critères sévères de qualité comme la tenue aux hautes températures, l'absence de réactivité, la stabilité dimensionnelle et de bonnes caractéristiques mécaniques. Parmi ces applications présentant de telles exigences, on connaît les applications aéronautiques et par exemple l'obtention en fonderie d'aubes de turbine pour turboréacteurs. Le perfectionnement des procédés de fonderie évoluant de la fonderie connue sous le nom équiaxe à la fonderie par solidification dirigée ou monocristalline a encore accru ces exigences concernant les noyaux dont l'utilisation et la complexité sont imposées par la recherche des hautes performances pour les pièces à obtenir, comme c'est le cas par exemple pour les aubes creuses à refroidissement interne. La structure cristalline complexe recherchée dans l'aube n'estr pas compatible avec les bavures sur le noyau. Celles-ci peuvent se détacher lors de la coulée et venir polluer la pièce en créant des inclusions et/ou des défauts géométriques. Une bavure qui reste en place crée une fissure dans la pièce et par conséquent une amorce de rupture. Les noyaux doivent donc être ébavurés. Cette opération est classiquement réalisée manuellement après la cuisson. Cependant l'ébavurage manuel des noyaux fins et complexes comme par exemple les noyaux d'aubes mobiles des étages à haute pression HP ou bien les distributeurs fixes HP, est de plus en plus difficile à réaliser de manière précise et répétable. En effet il faut être capable de réaliser en série ces opérations de haute précision. De plus ces opérations répétées sur noyaux peuvent engendrer chez les opérateurs des troubles mus culosquelettiques (TMS) dommageables pour leur santé. L'ébavurage manuel présente le risque de générer des taux élevés de rebuts avec des défauts tels que les suivants : amorces de criques, casse de noyaux lors de la manutention, manque de répétitivité, écaillage du noyau entraînant des inclusions dans les pièces de métal. On a cherché à automatiser le procédé d'ébavurage de la pièce après cuisson. Cependant les résultats ne sont pas satisfaisants car la déformation des pièces est mal connue en raison du retrait après cuisson. Ce retrait rend l'ébavurage par usinage très délicat et pouvant difficilement être automatisé. On résout ce problème avec un procédé selon l'invention pour ébavurer une pièce en matière céramique obtenue par injection d'une pâte céramique, ladite pâte comprenant un liant de température de transition vitreuse déterminée, dans un moule et présentant au moins une portion de surface avec un surplus de matière formant une bavure à éliminer, caractérisé par le fait qu'il comprend les étapes suivantes : a. disposer et fixer la pièce moulée avant cuisson sur un support, 15 b. placer un outil de fraisage de forme allongée avec un bord de coupe en hélice sur un porte-outil, c. entraîner en rotation l'outil autour de son axe et mettre en contact l'outil de fraisage avec ladite portion de surface à ébavurer, 20 d. refroidir la portion de surface à ébavurer de manière à la maintenir à une température inférieure à ladite température de transition vitreuse pendant l'opération d'ébavurage. Grâce à l'invention, en procédant à l'ébavurage avant cuisson de la pièce on 25 évite le problème de la variation dimensionnelle de la pièce et on ouvre la possibilité de procéder à cette opération au moyen d'un automate. Par l'automatisation on assure une meilleure répétitivité de l'ébavurage d'une pièce à l'autre. Il s'ensuit une meilleure qualité d'ébavurage et une diminution de la casse de pièce. Une meilleure qualité du noyau permet 30 aussi de réduire les amorces de criques. Il s'ensuit une diminution des cycles de fabrication d'où une réduction des coûts. On utilise avantageusement un outil de fraisage à hélice d'angle compris entre 20 et 70° et à bout hémisphérique. De cette façon on entraîne et on 35 éloigne la matière coupée de la zone de coupe en réduisant les risques de bourrage. Plus particulièrement les paramètres de coupe sont, une vitesse de coupe comprise entre 5 et 30 m/min, une vitesse d'avance de l'outil comprise 40 entre 300 et 2000 mm/min, et une vitesse de rotation de l'outil comprise entre 2000 et 15000 tr/min. Conformément à une autre caractéristique, le refroidissement est assuré par diffusion d'un fluide en direction de la portion de surface à ébavurer. Il s'agit par exemple d'air. Le procédé convient particulièrement à l'ébavurage de noyaux céramiques d'aubes de turbomachine. Il permet notamment une diminution des amorces de criques des produits coulés. Pour la mise en oeuvre du procédé, on utilise de préférence un dispositif de finition de noyaux céramiques de pièces de fonderie comprenant un support pour ledit noyau, un mandrin formant porte-outil mobile en rotation autour de son axe et au moins une buse d'injection de fluide de refroidissement. On décrit maintenant le procédé plus en détail en référence aux dessins annexés sur lesquels : la figure 1 représente le schéma d'un noyau d'aube de turbomachine, la figure 2 représente le noyau de la figure 1 en sortie du moule d'injection avec la bavure à éliminer, la figure 3 montre une fraise en cours d'ébavurage du noyau, la figure 4 représente le schéma d'une fraise en position d'ébavurage d'une pièce en matière céramique, la figure 5 montre un dispositif conforme à l'invention. La :figure 1 représente un exemple de pièce constitué d'un élément de noyau pour aube creuse de turbomachine. L'enveloppe de cet élément 10 a la forme de la cavité intérieure de l'aube creuse une fois que celle-ci aura été fondue. L'élément 10 comporte une partie supérieure 10A qui constituera la partie désignée baignoire de l'aube. Cette partie est séparée du corps central 10B par un espace qui constituera la paroi supérieure transversale de l'aube creuse. Cette partie centrale 10B est prolongée vers le bas par le pied 10D qui sert à la préhension et la fixation du noyau dans le moule carapace dans lequel est coulé le métal en fusion. La partie centrale est creusée d'ouvertures longitudinales 10B' qui constitueront les cloisons internes définissant le circuit du fluide de: refroidissement à l'intérieur de la cavité de l'aube. La partie 10B se prolonge latéralement d'un côté par une partie du bord de fuite 10C plus fine et comportant des ouvertures 10C' qui constitueront des cloisons ménageant entre elles des canaux qui débouchent le long du bord de fuite de l'aube pour l'évacuation du fluide de refroidissement. Le noyau est destiné après coulée du métal et son refroidissement à être éliminé pour libérer la cavité de circulation de l'air de refroidissement de l'aube. Cette pièce, assez complexe, est obtenue par injection d'une pâte céramique à l'aide d'une presse. La pâte est obtenue par mélange d'un liant, un polymère organique, et de particules de matières céramiques. Le mélange est injecté par le moyen de presses d'injection, telles que des presses d'injection à vis, dans un moule d'injection métallique. Ce moule est formé d'un assemblage d'au moins deux éléments avec empreinte qui sont mis en contact l'un avec l'autre le long d'une surface de jonction que l'on désigne communément plan de joint. Par l'injection la pâte se répand progressivement depuis l'orifice d'entrée dans le volume ménagé par les empreintes. Cependant de la matière passe et s'infiltre entre les surfaces du plan de joint. Au démoulage cette matière en surplus forme les bavures. On a représenté sur la figure 2 l'aspect du noyau de la figure 1 en sortie du moule d'injection. Les zones correspondant aux plans de joint des parties du moule sont prolongées d'une bavure. Par exemple on voit la bavure B1 qui longe le contour du noyau. Une autre bavure B2 est visible le long des bords internes des évidements 1OC' dans la zone du bord de fuite 10C. On voit également une bavure B3 le long des bords des évidements 10W dans la zone 10B. La suite du procédé de fabrication du noyau consiste, après l'injection, à démouler le noyau, le cuire dans un four à haute température, puis à assurer sa finition et le contrôle dimensionnel. La finition a pour but d'enlever les bavures B I, B2, B3. Elles peuvent être enlevées soit juste après l'injection du mélange, il s'agit d'un ébavurage avant cuisson ou bien après la cuisson il s'agit alors d'un ébavurage de noyau à l'état cuit. L'ébavurage habituellement fait à la main peut générer de nombreux défauts tels que rapportés plus haut. Des essais d'ébavurage automatique au moyen d'outils de coupe tels que des fraises ont été réalisés sur des noyaux après cuisson. Ils ne donnent pas de résultat concluant en raison notamment du fait que les noyaux à l'état cuit ont de l'un à l'autre des retraits de cuisson différents. La position de l'outil ne peut de ce fait être définie avec précision de façon répétée du fait de l'usure de la fraise due à l'abrasion et à la dureté du noyau à l'état cuit. Il y aurait nécessité de contrôler finement les zones 10A, 10B, 10b', 10C, 10C' avant ébavurage.40 Conformément à l'invention, on enlève la matière avant cuisson, sur la pièce après injection du mélange polymère û céramique afin de supprimer lesdits problèmes liés à la déformation de la pièce pendant et après la cuisson. Le procédé de l'invention définit des paramètres de coupe de la pièce tenant compte des propriétés intrinsèques du matériau de celle ci. En effet le type de liant polymère que l'on mélange à la céramique, 10 polyéthylène glycol par exemple, présente des propriétés qui peuvent changer au voisinage de la température ambiante, en particulier il a tendance à se ramollir. Cela engendre, lorsqu'on attaque la matière formant la bavure avec une fraise conventionnelle, un bourrage de matière. Ce bourrage de matière finit par empêcher l'enlèvement de la bavure. 15 Conformément à une caractéristique de l'invention on utilise une fraise hélicoïdale, c'est-à-dire avec un bord de coupe longitudinal en forme d'hélice. 20 On a représenté sur la figure 3 le mode d'application de la fraise 100 qui est guidée le long du bord de la pièce 10 comportant une bavure. La matière constituant la bavure B est entamée par le bord coupant 100B en forme d'hélice longitudinale. Par cette forme en hélice on évite les bourrages de matière le long de la fraise 100. La matière est enlevée de manière continue 25 et les copeaux évacués. L'inclinaison de l'hélice est définie par un angle d'hélice a compris entre 20 et 70 degrés de préférence entre 35 et 65 degrés. 30 Le diamètre de la fraise convenant à cette opération compte tenu des espaces étroits formés par les évidements est compris entre 0,5 et 1 mm. L'extrémité de la fraise est de préférence hémisphérique. Conformément à une autre caractéristique de l'invention, on maintient la 35 matière constituant la bavure à une température inférieure à la température de transition vitreuse. Un moyen consiste à ménager des buses expulsant de l'air frais en direction de l'extrémité de la fraise en mouvement. Par exemple pour du PEG la température est maintenue entre 16 et 26°C. 40 On déplace l'outil mis en rotation sur lui-même le long de la bavure à éliminer. Les vitesses de coupe et d'avance sont adaptées au profil. Par5 exemple elles diffèrent entre le contour et la poche du noyau ou bien les rainures en sortie du bord de fuite. La vitesse de coupe à titre d'illustration est comprise entre 5 et 25 m par minute et la vitesse d'avance est comprise entre 400 et 1800 mm par minute. On a représenté sur la figure 4, la disposition relative de l'outil par rapport à la pièce. La pièce 10 est fixée sur un support 300 de façon à rendre son contour accessible à une fraise 100 elle-même montée sur un mandrin 200 formant porte-outil. La buse 400 d'injection d'air ou tout autre fluide de refroidissement convenable, est dirigée sur la surface de la portion de la pièce à ébavurer. La figure 5 montre un dispositif d'ébavurage. Le mandrin 200 est solidaire d'un support 210 rotatif qui lui-même peut être monté sur une fraiseuse non représentée, à trois axes par exemple. Une platine 220, fixe, sert de support à la buse 400 par l'intermédiaire d'une potence 410 ajustable en position. La platine est susceptible de comporter plusieurs buses selon les besoins.20 Revendications1. Procédé pour ébavurer une pièce (10) en matière céramique obtenue par injection d'une pâte céramique, ladite pâte comprenant un liant de température de transition vitreuse déterminée, dans un moule et présentant au moins une portion de surface avec un surplus de matière formant une bavure (B) à éliminer, caractérisé par ] e fait qu'il comprend les étapes suivantes : a. disposer et fixer la pièce moulée non cuite sur un support (300), b. placer un outil de fraisage (100) de forme allongée avec un bord de coupe en hélice sur un porte outil, c. entraîner en rotation l'outil autour de son axe et mettre en contact l'outil de fraisage avec ladite portion de surfâce à ébavurer d. refroidir la portion de surface à ébavurer de manière à maintenir la pièce à une température inférieure à ladite température de transition vitreuse pendant l'opération d'ébavurage. 2. Procédé selon la revendication 1, selon lequel on utilise un outil de fraisage (100) à hélice d'angle compris entre 20 et 70° et à bout hémisphérique. 3. Procédé selon la revendication précédente, dont les paramètres de coupe sont une vitesse de coupe comprise entre 5 et 30 m/min, une vitesse d'avance de l'outil comprise entre 300 et 2000 mm/min, et une vitesse de rotation de l'outil comprise entre 2000 et 15000 tr/min. 4. Procédé selon l'une des revendications précédentes dont le refroidissement est assuré par diffusion (400) de fluide en direction de la portion de surface à ébavurer. 5. Procédé selon la revendication précédente dont le fluide de refroidissement est de l'air. 6. Procédé pour ébavurer un noyau céramique d'aube de turbomachine selon l'une des revendications précédentes. 7. Dispositif de finition de noyaux céramiques de pièces de fonderie pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 140comprenant un support de noyau, un mandrin formant porte-outil mobile en rotation autour de son axe et une buse d'injection de fluide de refroidissement. 10 15 20 25 30 35 40 45