Brevet FR3065660A1 — publié le 20181102

ENSEMBLE POUR LA FABRICATION D'UNE AUBE DE TURBOMACHINE La prÃ©sente invention concerne un procÃ©dÃ© de dÃ©termination de la position d'un noyau dans un moule d'injection, en particulier un moule d'injection de cire. Ce procÃ©dÃ© est destinÃ© Ã la fabrication de piÃ¨ces pour turbomachines, telles que des aubes de turbine. Classiquement, la technique de fonderie Ã cire perdue consiste en premier lieu Ã rÃ©aliser un modÃ¨le en cire, ou en tout autre matÃ©riau facilement Ã©liminable par la suite, de la piÃ¨ce Ã rÃ©aliser ; ce modÃ¨le comprend une piÃ¨ce interne formant un noyau en cÃ©ramique qui figure les cavitÃ©s que l'on souhaite voir apparaitre Ã l'intÃ©rieur de l'aubage. Le modÃ¨le en cire est ensuite trempÃ© plusieurs fois dans des barbotines constituÃ©es d'une suspension de particules cÃ©ramiques pour confectionner, par des opÃ©rations dite de stucage et de sÃ©chage, un moule carapace. On procÃ¨de ensuite au dÃ©cirage de la cire que l'on Ã©limine du moule carapace, qui est une opÃ©ration par laquelle on Ã©limine de la carapace la cire ou le matÃ©riau constituant le modÃ¨le d'origine. AprÃ¨s cette Ã©limination, on obtient un moule cÃ©ramique dont la cavitÃ© reproduit toutes les formes de l'aube et qui renferme encore le noyau cÃ©ramique destinÃ© Ã gÃ©nÃ©rer les cavitÃ©s internes de celle-ci. Le moule subit ensuite un traitement thermique, c'est-Ã -dire une Â« cuisson Â» Ã haute tempÃ©rature qui lui confÃ¨re les propriÃ©tÃ©s mÃ©caniques nÃ©cessaires. Le moule carapace est alors prÃªt pour la fabrication de la piÃ¨ce mÃ©tallique par coulÃ©e. AprÃ¨s contrÃ´le de l'intÃ©gritÃ© interne et externe du moule carapace, l'Ã©tape suivante consiste Ã couler un mÃ©tal en fusion, qui vient occuper les vides entre la paroi intÃ©rieure du moule carapace et le noyau, puis Ã le solidifier. Dans le domaine de la fonderie Ã cire perdue, on distingue actuellement plusieurs techniques de solidification, donc plusieurs techniques de coulÃ©e, selon la nature de l'alliage et les propriÃ©tÃ©s attendues de la piÃ¨ce rÃ©sultant de la coulÃ©e. Il peut s'agir de solidification dirigÃ©e Ã 3065660 2 structure colonnaire (DS), de solidification dirigÃ©e Ã structure monocristalline (SX) ou de solidification Ã©quiaxe (EX). AprÃ¨s la coulÃ©e de l'alliage, on casse la carapace par une opÃ©ration de dÃ©cochage. Au cours d'une autre Ã©tape, on Ã©limine chimiquement le 5 noyau cÃ©ramique qui est restÃ© enfermÃ© dans l'aube obtenue. L'aube mÃ©tallique obtenue subit ensuite des opÃ©rations de parachÃ¨vement qui permettent d'obtenir la piÃ¨ce finie. Des exemples de rÃ©alisation d'aubes de turbine par la technique de fonderie Ã la cire perdue sont donnÃ©s dans les demandes de brevets 10 FR2875425 et FR2874186 de la demanderesse. Pour former le modÃ¨le en cire de l'aube on utilise un outillage, ou moule d'injection cire, dans lequel on place le noyau puis on injecte la cire liquide par un canal prÃ©vu Ã cet effet. Il convient de placer ce noyau de faÃ§on extrÃªmement prÃ©cise dans le 15 moule d'injection car tout dÃ©calage dans son positionnement se traduira par des non conformitÃ©s de l'Ã©paisseur des parois de l'aube et du positionnement des cavitÃ©s internes de l'aube dont la forme est celle du noyau. Le mÃ©tal de l'aube Ã©tant soumis Ã des tempÃ©ratures trÃ¨s importantes, ces dÃ©fauts se traduiraient par des durÃ©es de vie de l'aube fortement rÃ©duites. Il convient 20 donc de garantir avec une grande prÃ©cision la place qu'occupe le noyau dans le moule. Pour cela, les moules d'injection de cire actuellement utilisÃ©s comportent des moyens de support du noyau de faÃ§on statique, ces moyens de support pouvant comprendre des tiges dont les extrÃ©mitÃ©s forment des points d'appui pour soutenir le noyau dans le moule. 25 Si ce type de positionnement du noyau s'avÃ¨re efficace, il prÃ©sente nÃ©anmoins des limites lorsque le noyau est rÃ©alisÃ© en plusieurs Ã©lÃ©ments disjoints/indÃ©pendants assemblÃ©s les uns aux autres dans le moule. En effet, le positionnement relatif ainsi que le maintien des diffÃ©rents Ã©lÃ©ments du noyau doit Ãªtre rÃ©alisÃ© avec prÃ©cision sans impacter le modÃ¨le cire dont il est 30 rappelÃ© qu'il formera aprÃ¨s coulÃ©e l'aube. 3065660 3 L'invention a notamment pour but d'apporter une solution simple, efficace et Ã©conomique aux problÃ¨mes de l'art antÃ©rieur dÃ©crit prÃ©cÃ©demment. A cet effet, elle propose un ensemble pour la rÃ©alisation d'un moulage 5 en cire d'une aube de turbomachine comprenant un moule d'injection de cire dans lequel un noyau est apte Ã venir se monter dans une position prÃ©dÃ©terminÃ©e de moulage, le noyau comprenant un Ã©lÃ©ment principal et au moins un premier Ã©lÃ©ment secondaire comportant chacun au moins une partie fonctionnelle et une partie non fonctionnelle, caractÃ©risÃ© en ce que la 10 partie non fonctionnelle du premier Ã©lÃ©ment secondaire comprend une portion de tige s'Ã©tendant dans une direction longitudinale de l'aube et logÃ©e dans une premiÃ¨re encoche de la partie non fonctionnelle de l'Ã©lÃ©ment principal, le moule d'injection cire comprenant un premier bossage interne venant serrer ladite portion de tige dans le fond de la premiÃ¨re encoche. 15 Selon l'invention, les deux Ã©lÃ©ments du noyau sont maintenus ensemble par un serrage d'une portion de tige du premier Ã©lÃ©ment secondaire du noyau dans une encoche ou gorge longitudinale de l'Ã©lÃ©ment principal du noyau. Ce montage autorise Ã©galement les dilatations thermiques longitudinales du premier Ã©lÃ©ment secondaire par rapport Ã 20 l'Ã©lÃ©ment principal, ce qui permet de limiter les dÃ©formations des deux Ã©lÃ©ments l'un par rapport Ã l'autre et augmente la prÃ©cision des aubes rÃ©alisÃ©es avec l'ensemble selon l'invention. Egalement, l'utilisation de parties non fonctionnelles des Ã©lÃ©ments de noyaux Ã©vite de modifier les parties fonctionnelles du noyau. En effet, le dimensionnement de ces parties 25 fonctionnelles est dÃ©licat Ã rÃ©aliser et une modification de leurs formes pour des raisons autres que celles en relation avec la forme finale de l'aube n'est pas souhaitable. Le terme Â« fonctionnelle Â» utilisÃ© en rÃ©fÃ©rence au noyau permet d'indiquer si la piÃ¨ce ainsi qualifiÃ©e permet de rÃ©aliser une face de la 30 gÃ©omÃ©trie finale de l'aube, c'est-Ã -dire une face externe telle qu'une face d'intrados ou d'extrados, par exemple, ou une face interne dÃ©limitant le circuit 3065660 4 de refroidissement de l'aube. Ainsi, une partie non fonctionnelle fait rÃ©fÃ©rence Ã une zone d'un Ã©lÃ©ment du noyau qui n'a pas d'impact sur la gÃ©omÃ©trie finale de la piÃ¨ce. En pratique, la direction longitudinale correspond Ã©galement Ã une 5 direction s'Ã©tendant depuis le pied de l'aube jusqu'au sommet de l'aube, cette direction longitudinale Ã©tant sensiblement perpendiculaire Ã l'axe de rotation de la turbomachine. Selon une autre caractÃ©ristique de l'invention, le noyau comprend un second Ã©lÃ©ment secondaire dont la partie non fonctionnelle comprend 10 Ã©galement une portion de tige s'Ã©tendant dans la direction longitudinale de l'aube et logÃ©e dans une seconde encoche de la partie non fonctionnelle de l'Ã©lÃ©ment principal, le moule comprenant un second bossage interne venant serrer ladite portion de tige dans le fond de la seconde encoche. De prÃ©fÃ©rence, les portions de tige, les premiÃ¨re et seconde encoches 15 et les premier et second bossages sont symÃ©triques l'un de l'autre par rapport une droite s'Ã©tendant longitudinalement. Dans une rÃ©alisation de l'invention, le ou les bossages comprennent au moins deux flancs longitudinaux convergeant l'un vers l'autre avec une inclinaison de ces flancs facilitant d'une part le dÃ©moulage aprÃ¨s injection 20 cire des modÃ¨les cire entourant les noyaux d'autre part facilitant les opÃ©rations de dÃ©cochage de la carapace aprÃ¨s coulÃ©e du mÃ©tal. Les flancs peuvent Ãªtre sont inclinÃ©s en oblique d'un angle compris entre 10 et 30Â° par rapport Ã un plan contenant la direction longitudinale et une direction perpendiculaire Ã la direction longitudinale et passant entre les 25 deux flancs. Les deux flancs de chaque bossage peuvent Ãªtre symÃ©triques l'un de l'autre par rapport audit plan. Dans une rÃ©alisation de l'invention, le ou les bossages recouvrent intÃ©gralement la ou les encoches. 30 L'invention sera mieux comprise et d'autres dÃ©tails, avantages et caractÃ©ristiques de l'invention apparaÃ®tront Ã la lecture de la description 3065660 5 suivante faite Ã titre d'exemple non limitatif, en rÃ©fÃ©rence aux figures suivantes : - la figure 1 est une vue schÃ©matique en perspective d'une extrÃ©mitÃ© infÃ©rieure d'un noyau ; 5 - la figure 2 est une vue schÃ©matique en coupe selon la ligne de coupe AA de la figure 1, le noyau Ã©tant montÃ© dans un moule d'injection de cire ; - la figure 3 est une vue schÃ©matique en coupe selon la ligne de coupe AA de la figure 1, le noyau Ã©tant entourÃ© par une carapace 10 en cÃ©ramique et la cire ayant Ã©tÃ© retirÃ©e. On se rÃ©fÃ¨re tout d'abord Ã la figure 1 reprÃ©sentant une extrÃ©mitÃ© infÃ©rieure ou pied d'un noyau 10 comprenant un Ã©lÃ©ment principal 12 et deux Ã©lÃ©ments secondaire, Ã savoir un premier Ã©lÃ©ment secondaire 14 et un second Ã©lÃ©ment secondaire 16. Sur la figure 1, seules sont reprÃ©sentÃ©es les 15 parties non fonctionnelles des Ã©lÃ©ments constitutifs du noyau 10, ces parties non fonctionnelles Ã©tant agencÃ©es Ã une extrÃ©mitÃ© longitudinale du noyau 10 (double flÃ¨che L). Comme indiquÃ© prÃ©cÃ©demment, une partie non fonctionnelle du noyau 10 est une partie ne participant pas Ã la gÃ©omÃ©trie finale de la piÃ¨ce lors du processus de fonderie Ã la cire perdue. 20 Le noyau 10 s'Ã©tend selon trois directions perpendiculaires deux Ã deux, une direction longitudinale L correspondant sur l'aube finale Ã la direction longitudinale L reliant le pied au sommet de l'aube, une direction axiale A (figure 1) correspondant sur l'aube finale Ã la direction amont/aval et une direction transverse T traversant les faces d'intrados et d'extrados de 25 l'aube (figure 2). Le noyau comprend une tÃªte 17 sur la figure 1 et un pied 11 qui est seul reprÃ©sentÃ© sur la figure 1. Comme cela est bien visible le premier Ã©lÃ©ment secondaire 14 comprend dans sa partie non fonctionnelle une portion de tige 18 s'Ã©tendant sensiblement longitudinalement et qui est logÃ©e dans une premiÃ¨re encoche 30 20 ou gorge sensiblement longitudinale de la partie non fonctionnelle de l'Ã©lÃ©ment principal 12 (figures 1 et 2). De mÃªme, le second Ã©lÃ©ment 3065660 6 secondaire 16 comprend dans sa partie non fonctionnelle une portion de tige 22 s'Ã©tendant sensiblement longitudinalement et qui est logÃ©e dans une seconde encoche 24 ou gorge sensiblement longitudinale de la partie non fonctionnelle de l'Ã©lÃ©ment principal 12 (figures 1 et 2). L'invention couvre 5 Ã©galement les rÃ©alisations dans lesquelles le l'Ã©lÃ©ment principal 12 du noyau 10 ne comprend qu'une seule encoche. L'Ã©lÃ©ment principal 12 du noyau 10 est destinÃ© Ã former dans sa partie fonctionnelle (non reprÃ©sentÃ©e) une cavitÃ© centrale de l'aube et les premier et second Ã©lÃ©ments secondaires 14, 16 sont destinÃ©s Ã former dans leurs 10 parties fonctionnelles (non reprÃ©sentÃ©es) des cavitÃ©s dont la fonction est de refroidir les parois intrados et extrados de l'aube. Les portions de tige 18, 22 sont agencÃ©es de part et d'autre de la partie non fonctionnelle de l'Ã©lÃ©ment principal 12, les premiÃ¨re et seconde encoches 20, 24 dÃ©bouchant ainsi dans des sens opposÃ©s d'une direction 15 sensiblement perpendiculaire (double flÃ¨che B sur la figure 2) Ã la direction longitudinale L. Comme reprÃ©sentÃ© en figure 2, le moule d'injection de la cire comprend un premier bossage 26 interne formÃ© sur une face interne du moule 28 et positionnÃ©e de maniÃ¨re Ã serrer la portion de tige 18 du premier 20 Ã©lÃ©ment secondaire 14 du noyau 10 dans la premiÃ¨re encoche 20 de l'Ã©lÃ©ment principal 12 du noyau 10. De maniÃ¨re similaire, le moule 28 comprend un second bossage 30 interne formÃ© sur une face interne du moule 28 et positionnÃ©e de maniÃ¨re Ã serrer la portion de tige 22 du second Ã©lÃ©ment secondaire 16 du noyau 10 dans la seconde encoche 24 de 25 l'Ã©lÃ©ment principal 12 du noyau 10. On remarque que les premier 26 et second 30 bossages sont ainsi formÃ©s sur des faces en vis-Ã -vis du moule 28 et recouvre les dÃ©bouchÃ©s des premiÃ¨re 20 et seconde 24 encoches. Chaque bossage 26, 30 comprend deux flancs longitudinaux 26a, 26b, 30a, 30b inclinÃ©s en oblique l'un par rapport Ã l'autre, convergeant l'un 30 vers l'autre vers l'intÃ©rieur du moule 28 et reliÃ©s l'un Ã l'autre par une paroi 26c, 30c de serrage d'une portion de tige 18, 22, d'un Ã©lÃ©ment secondaire 3065660 7 14, 16 du noyau 10 dans le fond de l'encoche 20, 24. De prÃ©fÃ©rence, les flancs 26a, 26b, 30a, 30b sont inclinÃ©s d'un angle compris entre 10 et 30Â° par rapport Ã un plan contenant la direction longitudinale L et la direction perpendiculaire T Ã la direction longitudinale et passant entre les deux flancs 5 26a, 26b, 30a, 30b. La figure 3 reprÃ©sente le noyau 10 maintenu dans un moule carapace 32 cÃ©ramique. En effet, aprÃ¨s que la cire 34 a Ã©tÃ© injectÃ©e dans le moule reprÃ©sentÃ© en figure 2, le modÃ¨le d'aube en cire comprenant le noyau 10 est recouvert de cÃ©ramique. On comprend ainsi que la formation de bossages 10 26, 30 dans le moule d'injection de cire permet de former des bossages 36, 38 similaires sur la carapace 32 cÃ©ramique et ayant des flancs inclinÃ©s 36a, 36b, 38a, 38b et une face d'appui 36c, 38c identiques aux flancs 26a, 26b, 30a, 30b et Ã la face d'appui 26c, 30c des bossages 26, 30 du moule 28 d'injection de cire. Ainsi, la carapace permet de maintenir l'assemblage des 15 trois Ã©lÃ©ments 12, 14, 16 du noyau dans une partie non fonctionnelle de celui- ci, ce qui Ã©vite de modifier la forme de la partie fonctionnelle du noyau 10. La coopÃ©ration de portions de tige longitudinales 18, 22 des premier et second Ã©lÃ©ments secondaires 14, 16 du noyau 10 dans des encoches longitudinales 20, 24 de l'Ã©lÃ©ment principal 12 du noyau 10 autorise les dilatations 20 thermiques longitudinales des Ã©lÃ©ments les uns par rapport aux autres. Les encoches 20, 24 comprennent un fond Ã section sensiblement circulaire correspondant Ã la section circulaire des portions de tige. Bien Ã©videmment, d'autres formes seraient Ã©galement possible sans sortir du cadre de l'invention. 25 Une pellicule de vernis 40 peut Ãªtre interposÃ©e entre la tige 18, 22 de chacune de la partie non fonctionnelle du premier Ã©lÃ©ment secondaire 14 et de la partie non fonctionnelle du second Ã©lÃ©ment secondaire 16 et la paroi 38c du bossage 38 en regard. On comprend que lors de l'opÃ©ration de dÃ©cirage et de cuisson du moule carapace, la pellicule de vernis sera 30 Ã©liminÃ©e donnant lieu Ã la formation d'un espace libre formant un jeu entre chacun du premier Ã©lÃ©ment secondaire 14 et du second Ã©lÃ©ment secondaire 3065660 8 22 et le moule carapace 32. Cet espace libre forme un moyen de maintien glissant des secondes parties non fonctionnelles des premier 14 et second 16 Ã©lÃ©ment secondaires. La pellicule de vernis permet de compenser les dilatations, diffÃ©rentielles ces deux piÃ¨ces, ceci lors des cycles de chauffage 5 du moule carapace puis coulÃ©e. REVENDICATIONS1. Ensemble pour la rÃ©alisation d'un moulage en cire d'une aube de turbomachine comprenant un moule (28) d'injection de cire dans lequel un noyau (10) est apte Ã venir se monter dans une position prÃ©dÃ©terminÃ©e de moulage, le noyau (10) s'Ã©tendant selon une direction longitudinale (L) entre un pied et une tÃªte et comprenant un Ã©lÃ©ment principal (12) et au moins un premier Ã©lÃ©ment secondaire (14) comportant chacun au moins une partie fonctionnelle et une partie non fonctionnelle, caractÃ©risÃ© en ce que la partie non fonctionnelle du premier Ã©lÃ©ment secondaire (14) comprend une portion de tige (18) s'Ã©tendant dans la direction longitudinale (L) du noyau et logÃ©e dans une premiÃ¨re encoche (20) de la partie non fonctionnelle de l'Ã©lÃ©ment principal (12), le moule (28) comprenant un premier bossage (26) interne venant serrer ladite portion de tige (18) dans le fond de la premiÃ¨re encoche (20). 2. Ensemble selon la revendication 1, caractÃ©risÃ© en ce que le noyau (10) comprend un second Ã©lÃ©ment secondaire (16) dont la partie non fonctionnelle comprend Ã©galement une portion de tige (22) s'Ã©tendant dans la direction longitudinale (L) et logÃ©e dans une seconde encoche (24) de la partie non fonctionnelle de l'Ã©lÃ©ment principal (12), le moule (28) comprenant un second bossage (30) interne venant serrer ladite portion de tige (22) dans le fond de la seconde encoche (24). 3. Ensemble selon la revendication 2, caractÃ©risÃ© en ce que les portions de tige (18, 22), les premiÃ¨re et seconde encoches (20, 24) et les premier et second bossages (26, 30) sont symÃ©triques l'un de l'autre par rapport une droite (D) s'Ã©tendant longitudinalement (L). 4. Ensemble selon l'une des revendications 1 Ã 3, caractÃ©risÃ© en ce que le ou les bossages (26, 30) comprennent au moins deux flancs (26a, 26b, 30a, 30b) longitudinaux convergeant l'un vers l'autre vers l'intÃ©rieur du moule (28). 3065660 10 5. Ensemble selon la revendication 4, caractÃ©risÃ© en ce que les flancs (26a, 26b, 30a, 30b) sont inclinÃ©s en oblique d'un angle compris entre 10 et 30Â° par rapport Ã un plan (P) contenant la direction longitudinale (L) et une direction perpendiculaire (B) Ã la direction longitudinale (L) et 5 passant entre les deux flancs (26a, 26b, 30a, 30b). 6. Ensemble selon la revendication 5, caractÃ©risÃ© en ce que les deux flancs (26a, 26b, 30a, 30b) de chaque bossage (26, 30) sont symÃ©triques l'un de l'autre par rapport audit plan (P). 7. Ensemble selon l'une des revendications 1 Ã 6, caractÃ©risÃ© en ce que le 10 ou les bossages (26, 30) recouvrent la ou les encoches (20, 24) en contact avec ladite portion de tige du second Ã©lÃ©ment secondaire dans une direction perpendiculaire (B) Ã la direction longitudinale. 15