Brevet FR3056926A1 — publié le 20180406

Outil de brassage de barbotine à déflecteurs de flux 1. Domaine de l'invention [0001] Classiquement, dans l'industrie aéronautique, la fabrication d'aubes métalliques (de turbine ou de compresseur par exemple), par procédé à cire perdue, implique notamment une étape de « moulage carapace » consistant à enrober une empreinte en cire par de la céramique. 2. Etat de la technique [0002] Ce procédé de moulage s'applique à différents types de pièces mécaniques métalliques, de toutes dimensions et de toutes formes (très simples ou très complexes), et permet notamment l'obtention de pièces monoblocs qui ne seraient pas moulables autrement. Les caractéristiques techniques (dimensions, état de surface, etc.) des pièces obtenues par moulage carapace sont plus précises que les pièces obtenues par d'autres procédés de fonderie (par exemple le moulage au sable), et c'est pourquoi son utilisation est très courante. Ce procédé s'applique tout particulièrement à la fonderie des matériaux à haut point de fusion impossible dans des moules métalliques. De fait, cette fonderie à haut point de fusion nécessite un moule en matériau réfractaire (présentant une bonne résistance à la chaleur, typiquement des céramiques). Ce procédé de fabrication se décompose classiquement comme suit : - réalisation d'un modèle non permanent, généralement en cire, de la pièce à mouler, - enrobage du modèle par couches successives à partir de bains appelés « barbotines » (de compositions déterminées) avec séchages intermédiaires, de manière à former ledit moule carapace, - évacuation de la cire, - traitement thermique ou cuisson selon des cycles déterminés de températures et durées de manière à obtenir une consolidation ou "cuisson" du moule, - réalisation d'une opération de coulée de pièce dans le moule obtenu qui peut par exemple avoir la forme d'une "grappe" dans le cas d'une coulée 3056926 2 simultanée de plusieurs pièces, notamment pour des applications aéronautiques telles que des aubes de moteur, - élimination du moule carapace. 5 [0003] L'opération d'enrobage comprend plusieurs étapes de dépôt de couches successives. Une première étape de l'enrobage consiste à déposer une première couche de céramique, dite « couche de contact ». Pour ce faire, le modèle de cire est plongé dans le bain appelé barbotine, puis est saupoudré de fines particules de sable réfractaire. C'est cette première couche, en contact avec 10 le modèle de cire, qui permet une bonne réplique des détails et un bon état de surface. Le dépôt des autres couches (appelées « couches de renfort ») est similaire au premier dépôt, mais les particules de sable sont beaucoup plus grosses. En effet, seule la première couche est en contact avec le modèle de cire, et c'est donc elle seule qui doit enrober fidèlement la pièce, d'où l'importance de 15 sa composition. La barbotine doit donc permettre une bonne adhésion de la « couche de contact » et permettre aux « couches de renfort » d'apporter la rigidité nécessaire au moule carapace pour résister d'abord à la cuisson, puis à la pression du métal en fusion lors de la coulée. D'où l'importance de travailler avec des barbotines respectant des critères de qualité stricts. 20 [0004] De manière connue en soi, une barbotine comporte des particules en général minérales, en suspension dans de l'eau. Pour garantir la structure et donc les bonnes caractéristiques du moule carapace, la demanderesse met en suspension dans sa barbotine des particules minérales de tailles 25 submillimétriques, micrométriques, et/ou nanométriques. En particulier, la proportion de particules submillimétrique de taille supérieure à 0,1 mm peut atteindre 40% en masse. [0005] Or, cette proportion de particules submillimétriques pose un 30 problème de sédimentation au fond de la cuve comportant la barbotine, lorsque celle-ci présente des dimensions élevées. En effet, à cause de la faible viscosité de cette barbotine, les particules sédimentent rapidement et cette sédimentation 3056926 3 entraîne une hétérogénéité de la barbotine, préjudiciable aux propriétés physiques du futur moule carapace. [0006] De manière classique et connue en soi, la barbotine est fabriquée et 5 conservée dans des cuves, dans lesquelles elle est constamment brassée et homogénéisée à l'aide d'un outil de brassage présentant une forme générale de L. Cependant, au vu de la composition particulière de la barbotine de la demanderesse, cet outil de brassage ne permet pas d'en assurer une bonne homogénéité en raison de la trop grande vitesse de sédimentation des particules 10 submillimétriques. Du fait de cette sédimentation, la barbotine est inutilisable après seulement trois semaines. La barbotine présente en effet (en terme de pourcentage de particules) entre le haut et le bas de la cuve, un écart à la composition standard supérieur à 10% : le haut de la cuve présente une densité de particules révélant un manque de particules alors que le fond de la cuve 15 présente une densité de particules révélant un surplus de particules, du fait de la sédimentation. Ceci est attribuable à un brassage insuffisant ou inadapté en regard du volume de la cuve et de la géométrie inapproprié de l'outil de brassage. 3. Objectif de l'invention 20 [0007] L'objectif de l'invention est ainsi de pallier cette inhomogénéité préjudiciable en optimisant notamment l'outil de brassage de la barbotine. 4. Exposé de l'invention [0008] A cet effet, l'invention propose un outil de brassage d'une barbotine 25 comportant des particules de céramique en suspension dans un liquide, l'outil étant destiné à être plongé dans une cuve contenant la barbotine et à être mis en rotation relativement à la cuve autour d'un axe X, l'outil présentant une forme générale de L, et comprenant : - un premier tronçon s'étendant selon l'axe X et comportant deux faces opposées 30 sensiblement parallèles, et - un deuxième tronçon relié à une extrémité inférieure du premier tronçon et s'étendant selon un axe Y sensiblement perpendiculaire à l'axe X, et présentant 3056926 4 deux faces opposées sensiblement parallèles, et inclinées par rapport aux faces du premier tronçon, caractérisé en ce que l'outil comprend des moyens de déflexion de flux portés par le premier et/ou le second tronçon, et configurés pour induire le déplacement d'au 5 moins une partie des particules en suspension de la barbotine vers une extrémité supérieure du premier tronçon, lors de la mise en rotation relative autour de l'axe X. [0009] De manière connue en soi, on appelle déflexion une modification progressive d'une position ou d'une trajectoire sous l'effet d'un phénomène 10 physique. En particulier en mécanique des structures, une déflexion est le déplacement obtenu en un point d'un corps sous l'effet d'un chargement statique ou dynamique. Ainsi, un moyen de déflexion est un moyen permettant d'induire cette modification progressive de position ou de trajectoire. Dans l'application considérée, c'est une modification de la trajectoire des particules en suspension 15 de la barbotine, et plus particulièrement du flux liquide induit par la rotation de l'outil, qui est recherché. [0010] L'outil de brassage ainsi configuré facilite le mélange ascensionnel des particules en suspension et favorise ainsi l'homogénéité de la barbotine dans 20 l'ensemble de la cuve, indépendamment de la taille de celle-ci. [0011] L'outil de brassage selon l'invention peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément les unes des autres ou en combinaison les unes avec les autres : 25 - les moyens de déflexion comprennent une série de déflecteurs de flux prévus sur le premier tronçon (classiquement, on appelle déflecteur un dispositif ayant pour but de dévier un écoulement (ici liquide), ou un courant), 30 - le premier tronçon a une longueur le long de l'axe X comprise entre 50 et 100 cm et chaque déflecteur de flux de ce premier tronçon présente une longueur selon l'axe X comprise entre 15 et 25 cm, 3056926 5 chaque déflecteur de flux présente un profil en S ou en Z, comportant une paroi plane et deux ailettes, la dite paroi plane possède deux extrémités opposées reliées respectivement à une ailette, - les deux ailettes sont sensiblement parallèles entre elles , 5 - les faces du premier tronçon s'inscrivent dans un plan défini par les axes X et Y et la paroi plane de chaque déflecteur de flux du premier tronçon est inclinée d'un angle compris entre -45° et +45° par rapport au plan défini par les axes X et Y, - les déflecteurs de flux du premier tronçon font saillie dans la même 10 direction et sont alignés entre eux, - le deuxième tronçon comporte un déflecteur de flux qui s'étend sur toute la longueur de la deuxième aile selon l'axe Y, et est incliné d'un angle compris entre 120 et 150° par rapport au plan dans lequel s'inscrivent les faces du deuxième tronçon, 15 - l'outil forme un ensemble monobloc. [0012] L'invention a également pour objet un procédé de brassage d'une barbotine comprenant des particules de céramique en suspension dans un liquide, en particulier pour la réalisation d'un moule carapace, caractérisé par l'utilisation 20 d'un outil de brassage tel que décrit ci-dessus. 5. Brève description des figures [0013] L'invention sera mieux comprise et d'autres détails, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la 25 description suivante faite à titre d'exemple non limitatif et en référence aux dessins annexes dans lesquels : - les figures 1a à 1c sont trois vues en perspective d'un outil de brassage classique selon l'état de la technique, - les figures 2a à 2c sont trois vues en perspective d'un outil de brassage 30 selon l'invention, - les figures 3a et 3b sont des vues schématiques, respectivement de face et de dessus, d'une première aile de l'outil de brassage des figures 2a à 2c, 3056926 6 - la figure 4 est un schéma d'une coupe longitudinale d'une cuve de barbotine contenant de la barbotine et un outil selon l'invention, et - la figure 5 est un graphique qui compare l'évolution du pourcentage de particules dans une barbotine en fonction de la profondeur (en 5 centimètres) dans une cuve contenant la barbotine, et présente deux courbes illustrant respectivement les résultats obtenus pour un outil de brassage classique et un outil de brassage selon l'invention. 10 6. Description de modes de réalisation de l'invention [0014] Classiquement, une barbotine comporte des particules en suspension dans un liquide, et par exemple des particules minérales en suspension dans de l'eau (ces particules minérales étant des particules céramiques, des grains, de stucco mullite, etc). La barbotine peut également 15 comprendre un liant colloïdal et des additifs. Elle est préparée dans une cuve 100 (visible sur la figure 4), dans laquelle est elle est ensuite brassée et homogénéisée à l'aide d'un outil de brassage 1 déplacé en rotation autour d'un axe X, en général vertical. 20 [0015] Comme visible sur les figures 1 a à 1c, un outil de brassage 1 de la technique actuelle est fait en acier inoxydable et présente une forme générale de L. Il comporte ainsi deux tronçons 3, 5 reliées entre eux. Un premier tronçon 3 s'étend selon l'axe X qui est parallèle aux bords de la cuve 100 (voir figure 4), et comporte deux faces opposées sensiblement parallèles entre elles. Chaque 25 tronçon 3, 5 présente la forme générale d'une plaque allongée formant une lame. Lorsque l'outil de brassage 1 est positionné dans la cuve 100, le premier tronçon 3 comporte une première extrémité dite inférieure, proche du fond de la cuve 100 et une deuxième extrémité, dite supérieure, proche du bord périphérique supérieur de la cuve 100. Le deuxième tronçon 5 présente également deux faces opposées 30 et sensiblement parallèles, et est reliée à la première extrémité du premier tronçon 3, l'extrémité inférieure, et s'étend selon un axe Y qui est sensiblement perpendiculaire à l'axe X. Le deuxième tronçon 5 est ainsi destiné à être positionné au fond de la cuve 100 lors du brassage de la barbotine. 3056 926 7 [0016] Classiquement, lors du brassage de la barbotine, l'outil de brassage 1 est fixe dans la cuve 100, et c'est la cuve 100 qui est mise en rotation pour entraîner entraîne le liquide et les particules. Mais la situation pourrait être inversée. Ainsi, dans la présente demande, nous parlerons de « mise en rotation 5 relative de l'outil de brassage 1 à la cuve 100 » car peu importe, dans ce cas, que la cuve 100 soit le stator ou le rotor, le résultat obtenu est le même. [0017] Lors de la mise en rotation de l'outil de brassage 1 relativement à la cuve 100 autour de l'axe X, le premier tronçon 3 est mise en mouvement 10 (relativement à la cuve 100) par des moyens d'actionnement (non représentés) accessibles à un utilisateur et le deuxième tronçon 5 est mise en mouvement (relativement à la cuve 100) via le premier tronçon 3. Les faces du premier tronçon 3 s'étendent sensiblement dans un plan défini par les axes X et Y, et sont inclinées par rapport aux faces du deuxième tronçon 5 dont les faces ne 15 s'inscrivent pas dans le plan défini par les axes X et Y. Les faces du deuxième tronçon 5 peuvent présenter une inclinaison d'un angle compris entre 120 et 150° par rapport au plan défini par les axes X et Y. [0018] Cependant, comme exposé ci-dessus, cet outil 1 ne permet pas 20 d'assurer une homogénéité suffisante à la barbotine. Ainsi, l'outil de brassage 2 selon l'invention, comme visible sur les figures 2a à 2c, comporte les mêmes caractéristiques que celles de l'outil de brassage 1 présenté ci-dessus, mais il a été amélioré. L'invention a donc pour but de remédier au moins partiellement aux inconvénients mentionnés ci-dessus, relatifs aux réalisations de l'art antérieur. 25 [0019] L'outil de brassage 2 selon l'invention comporte en outre des moyens de déflexion de flux 7 qui sont situés sur le tronçon 3 et sur le tronçon 5 dans l'exemple représenté. Ces moyens de déflexion 7 peuvent être rapportés sur les tronçons 3, 5 ou formés d'une seule pièce avec ces derniers, l'outil de brassage 2 30 formant avantageusement un ensemble monobloc, c'est-à-dire un outil dont toutes les parties sont fixes les unes par rapport aux autres. [0020] Dans l'exemple représenté, les moyens de déflexion 7 comprennent des déflecteurs 7a, 7b. Ils sont configurés pour induire un déplacement d'au moins 3056926 8 une partie des particules en suspension de la barbotine vers l'extrémité supérieure de du premier tronçon 3 (c'est-à-dire vers le bord périphérique supérieur de la cuve 100) lors de la mise en rotation relative (par rapport à la cuve 100) de l'outil 2 autour de l'axe X (voir flèches sur la figure 4). Ces déflecteurs 7a, 7b sont ainsi 5 configurés pour réorienter les mouvements d'agitation des particules vers la surface de la cuve 100 et obtenir une homogénéité de barbotine satisfaisante dans la totalité de la cuve 100. [0021] Comme visible sur les figures 2a à 2c, ces déflecteurs 7a, 7b sont au 10 nombre de six : une série de cinq déflecteurs 7a est distribuée de manière régulière selon l'axe X sur le premier tronçon 3, et le sixième déflecteur 7b est situé sur le deuxième tronçon 5 de l'outil de brassage 2. Bien entendu, le nombre de déflecteurs 7a, 7b de chaque tronçon 3, 5 dépend de nombreux paramètres et peut varier en fonction de la taille de l'outil de brassage 2, le volume de la cuve 15 100 de barbotine, le volume de barbotine à homogénéiser, la viscosité de la barbotine, la taille des particules en suspension, etc. [0022] Les déflecteurs 7a du premier tronçon 3 présentent tous la même géométrie. Ils font saillie du même côté du premier tronçon 3, et sont alignés entre 20 eux, sensiblement dans un même plan parallèle à l'axe X. Chaque déflecteur de flux 7a présente ici un profil en Z. Dans un autre mode de réalisation (non représenté), chaque déflecteur de flux 7a pourrait présenter un profil en S. Plus précisément, chaque déflecteur 7a comporte une paroi plane 9 inclinée par rapport aux deux faces du premier tronçon 3. Plus précisément, comme les faces 25 du premier tronçon 3 s'inscrivent dans un plan défini par les axes X et Y, la paroi plane 9 de chaque déflecteur de flux 7a du premier tronçon 3 est ainsi inclinée d'un angle compris entre -45° et +45° par rapport au plan défini par les axes X et Y. Chaque paroi plane 9 peut former un angle de 135° avec l'une des deux faces du premier tronçon 3, comme visible sur la figure 3a. De plus, pour faciliter le 30 mouvement ascensionnel des particules de barbotine lors du brassage, les extrémités inférieure et supérieure de la paroi plane 9 sont chacune reliées à une ailette 11. Chaque déflecteur 7a comporte ainsi deux ailettes 11 qui sont ici sensiblement parallèles entre elles. 3056926 9 [0023] Par ailleurs, comme mentionné plus haut le deuxième tronçon 5 de l'outil de brassage 2 comporte également un déflecteur de flux 7b. Ce sixième déflecteur 7b s'étend de préférence sur toute la longueur du deuxième tronçon 5 selon l'axe Y, et est incliné d'un angle compris entre 120 et 150° par rapport au 5 plan dans lequel s'inscrivent les faces du deuxième tronçon 5. En particulier, le sixième déflecteur 7b s'étend sur toute la longueur du deuxième tronçon 5 selon l'axe Y, et est incliné d'un angle de 135° par rapport à une des faces dudit deuxième tronçon 5, comme visible sur la figure 2b. 10 [0024] Dans le mode particulier de réalisation de l'invention, représenté sur les figures 3a et 3b, l'outil de brassage 2 a une longueur comprise entre 50 et 100 cm (de préférence 70 cm) selon l'axe X. Les ailettes 11 mesurent quant à elles chacune moins de 5 cm de long, de préférence 3 cm, et forment un angle de 45° avec la paroi plane 9 du déflecteur 7a qui les porte. La longueur globale des 15 déflecteurs 7a, 7b selon l'axe X est de 20 cm et, en particulier, la longueur selon l'axe X des parois planes est d'une dizaine de centimètres, de préférence 9 cm. [0025] Des mesures d'homogénéité de la barbotine ont permis de mettre en évidence la nette supériorité du brassage délivré par l'outil de brassage 2 selon 20 l'invention par rapport à un outil de brassage 1 classique. Comme visible sur la figure 5, les écarts de densité de particules en fonction de la profondeur de la cuve 100 sont nettement réduits par l'emploi de l'outil de brassage 2 selon l'invention. Dans le graphique de la figure 5, l'axe des abscisses indique la profondeur de mesure dans la cuve 100 en centimètres (cm) et l'axe des ordonnées indique 25 l'écart par rapport à la composition standard de la barbotine (en pourcentage de particules). Ainsi, la courbe 17 représente les résultats obtenus avec un outil de brassage 1 classique et la courbe 19 représente les résultats obtenus avec l'outil de brassage 2 selon l'invention. La courbe 17 montre une inhomogénéité de répartition des particules minérales au sein de la barbotine en fonction de la 30 hauteur dans la cuve 100. Les particules sédimentent vers les parties inférieures de la cuve 100. La courbe 19, au contraire, montre une meilleure homogénéité de répartition des particules en fonction de la hauteur dans la cuve 100. Ceci est obtenu grâce aux moyens de déflexion 7 présents sur l'outil de brassage 2 selon l'invention. REVENDICATIONS1. Outil de brassage (2) d'une barbotine comportant des particules céramiques en suspension dans un liquide, l'outil (2) étant destiné à être plongé dans une cuve (100) contenant la barbotine et à être mis en rotation relativement à la cuve (100) autour d'un axe X, l'outil (2) présentant une forme générale de L, et comprenant : - un premier tronçon (3) s'étendant selon l'axe X et comportant deux faces opposées sensiblement parallèles, et - un deuxième tronçon (5) relié à une extrémité inférieure du premier tronçon (3) et s'étendant selon un axe Y sensiblement perpendiculaire à l'axe X, et présentant deux faces opposées sensiblement parallèles, et inclinés par rapport aux faces du premier tronçon (3), caractérisé en ce que l'outil (2) comprend des moyens de déflexion de flux (7) portés par le premier et/ou le second tronçon (3, 5), et configurés pour induire le déplacement d'au moins une partie des particules en suspension de la barbotine vers une extrémité supérieure du premier tronçon (3), lors de la mise en rotation relative autour de l'axe X. 2. Outil (2) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les moyens de déflexion (7) comprennent une série de déflecteurs de flux (7a) prévus sur le premier tronçon (3). 3. Outil (2) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le premier tronçon (3) a une longueur le long de l'axe X comprise entre 50 et 100 cm et chaque déflecteur de flux (7a) de ce premier tronçon (3) présente une longueur selon l'axe X comprise entre 15 et 25 cm 4. Outil (2) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque déflecteur de flux (7a) présente un profil en S ou en Z, comportant une paroi plane (9) et deux ailettes (11), la dite paroi plane possède deux extrémités opposées reliées respectivement à une ailette (11). 3056 926 11 5. Outil (2) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les deux ailettes (11) sont sensiblement parallèles entre elles. 5 6. Outil (2) selon les revendications 4 ou 5, caractérisé en ce que les faces du premier tronçon (3) s'inscrivent dans un plan défini par les axes X et Y et que la paroi plane (9) de chaque déflecteur de flux (7a) du premier tronçon (3) est inclinée d'un angle compris entre -45° et +45° par rapport au plan défini par les axes X et Y. 10 7. Outil (2) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les déflecteurs de flux (7a) du premier tronçon (3) font saillie dans la même direction et sont alignés entre eux. 15 8. Outil (2) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le deuxième tronçon (5) comporte un déflecteur de flux (7b) qui s'étend sur toute la longueur du deuxième tronçon (5) selon l'axe Y, et est incliné d'un angle compris entre 120 et 150° par rapport au plan dans lequel s'inscrivent les faces du deuxième tronçon (5). 20 9. Outil (2) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il forme un ensemble monobloc. 10. Procédé de brassage d'une barbotine comprenant des particules en 25 suspension dans un liquide, en particulier pour la réalisation d'un moule carapace, caractérisé par l'utilisation d'un outil (2) selon l'une quelconque des revendications précédentes.