Brevet FR3070285A1 — publié le 20190301

NOYAU POUR LA FAFRICATION D'UNE AUBE DE TURBOMACHINE DOMAINE [1] La présente invention concerne le domaine des aubages de turbomachine, celui en particulier des aubages obtenus par coulée d'un alliage en fusion dans un moule selon la technique de fonderie à la cire perdue. CONTEXTE [2] Classiquement, la technique de fonderie à cire perdue consiste en premier lieu à réaliser un modèle en cire, ou en tout autre matériau facilement éliminable par la suite, de la pièce à réaliser ; ce modèle peut comprendre une pièce interne formant un noyau en céramique qui figure les cavités que l'on souhaite voir apparaitre à l'intérieur de l'aubage. Le modèle en cire est ensuite trempé plusieurs fois dans des barbotines constituées d'une suspension de particules céramiques pour confectionner, par des opérations dite de stucage et de séchage, un moule carapace. [3] On procède ensuite au décirage du moule carapace, qui est une opération par laquelle on élimine de la carapace la cire ou le matériau constituant le modèle d'origine. Après cette élimination, on obtient un moule céramique dont la cavité reproduit toutes les formes de l'aube et qui renferme encore le noyau céramique destiné à générer les cavités internes de celle- ci. Le moule subit ensuite un traitement thermique à haute température ou « cuisson » qui lui confère les propriétés mécaniques nécessaires. [4] Le moule carapace est alors prêt pour la fabrication de la pièce métallique par coulée. Après contrôle de l'intégrité interne et externe du moule carapace, l'étape suivante consiste à couler un métal en fusion, qui vient occuper les vides entre la paroi intérieure du moule carapace et le noyau, puis à le solidifier. Dans le domaine de la fonderie à cire perdue, on distingue actuellement plusieurs techniques de solidification, donc plusieurs 2 techniques de coulée, selon la nature de l'alliage et les propriétés attendues de la pièce résultant de la coulée. [5] Après la coulée de l'alliage, on casse la carapace par une opération de décochage. Au cours d'une autre étape, on élimine chimiquement le 5 noyau céramique qui est resté enfermé dans l'aube obtenue. L'aube métallique obtenue subit ensuite des opérations de parachèvement qui permettent d'obtenir la pièce finie. [6] Des exemples de réalisation d'aubes de turbine par la technique de fonderie à la cire perdue sont donnés dans les demandes de brevets 10 FR2875425 et FR2874186 de la demanderesse. [7] Pour former le modèle 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 prévu à cet effet. [8] La recherche de performances accrues des moteurs implique 15 notamment un refroidissement plus efficace des aubes de turbine situées immédiatement en aval de la chambre de combustion. Cette exigence nécessite la formation à l'intérieur de ces aubes de cavités internes de circulation du fluide de refroidissement plus élaborées. Ces aubes présentent la particularité d'avoir plusieurs parois métalliques et requièrent 20 donc la fabrication de noyaux céramiques de plus en plus complexes. [9] On comprend aisément que le placement du noyau dans le moule d'injection de cire doit être réalisé avec précision afin que les cavités résultant de la suppression ultérieure du noyau soient agencées aux bonnes localisations dans l'aube pour que notamment les épaisseurs des parois, 25 plus particulièrement intrados et extrados, de l'aube soient maitrisées. [10] Un noyau est généralement défini par rapport à trois directions perpendiculaires deux à deux, une direction longitudinale correspondant sur l'aube finale à la direction longitudinale reliant le pied au sommet de l'aube, une direction axiale correspondant sur l'aube finale à la direction amont/aval (ou encore bord d'attaque/bord de fuite) et une direction transverse traversant les faces d'intrados et d'extrados de l'aube. Dans la technique 3 connue, le positionnement d'un noyau un moule carapace est réalisé par appui d'une extrémité longitudinale du noyau sur la carapace. [11] Habituellement, le sommet du noyau est réalisé avec une surlongueur en direction axiale et celle-ci est ensuite redécoupée à une position 5 longitudinale prédéterminée permettant ainsi d'établir une côte d'appui précise du noyau dans le moule cire et par suite un positionnement précis en direction longitudinale du noyau dans le moule carapace, avant la coulée du métal, relativement au modèle cire qui entoure le noyau. Toutefois, la réalisation d'une découpe sur chaque noyau conduit à une variabilité de 10 positionnement de la découpe et donc à une variabilité de positionnement du noyau dans le moule carapace, induisant une reproductibilité non optimale du positionnement du noyau dans le moule carapace et par suite à une reproductibilité également non optimale de fabrication des aubes. [12] Il est rappelé que la tête du noyau est nécessaire pour réaliser le 15 maintien du noyau mais également pour assurer un remplissage optimal du moule de fabrication du noyau. [13] L'invention a notamment pour but d'apporter une solution simple, efficace et économique aux problèmes de l'art antérieur décrit précédemment. 20 RESUME DE L'INVENTION [14] La présente invention concerne tout d'abord un noyau utilisé pour la fabrication par fonderie à la cire perdue d'un élément aubagé creux de turbomachine, s'étendant selon une direction longitudinale entre un pied et une tête, caractérisé en ce que la tête du noyau est conformé pour constituer 25 après fonderie une cavité en sommet d'aube et comprend un évidement comportant une première face sensiblement perpendiculaire à la direction longitudinale. [15] Selon l'invention, la face d'appui est non plus réalisée sur une extrémité libre du noyau mais sur une face d'un évidement du noyau. Ainsi, 4 il est possible de réaliser la tête du noyau et la découpe subséquente de manière similaire à la technique antérieure sans que cela n'impacte la face de l'évidement et par conséquent le positionnement du noyau dans le moule carapace et relativement au modèle cire qui entoure le noyau. Cette 5 modification permet de supprimer une étape manuelle et donc augmenter la répétabilité et la précision du positionnement [016] Selon une autre caractéristique de l'invention, l'évidement débouche vers une extrémité libre longitudinale du noyau et sur l'une des faces intrados ou extrados du noyau. 10 [017] Avec une telle forme de l'évidemment, le moule de fabrication du noyau nécessite une modification simple qui consiste à réaliser une nervure supplémentaire sur une face interne de l'empreinte de celui-ci. Après fabrication du noyau, on réalise la découpe au travers de l'évidemment qui n'impacte pas le positionnement du noyau dans le moule. La découpe 15 permet de supprimer la carotte d'injection du noyau dans son moule. [018] L'évidement du noyau peut comprendre deux flancs latéraux en vis-à-vis qui peuvent être sensiblement parallèles l'un à l'autre, afin de permettre un démoulage simple du noyau tout en ayant des faces qui pourront servir d'appui dans des directions perpendiculaires à celles-ci. 20 [019] Egalement, l'évidement comprend une seconde face sensiblement perpendiculaire aux deux flancs latéraux et à la première face. [020] Selon encore une autre caractéristique, l'évidement peut comprendre une seconde face sensiblement perpendiculaire aux deux flancs latéraux et à la première face. 25 [021] Enfin, l'invention concerne également un procédé de fabrication d'une aube au moyen du noyau tel que décrit ci-dessus, le procédé comprenant les étapes suivantes de : - Découpe de la tête du noyau selon un plan perpendiculaire à la direction longitudinale, au travers de l'évidement, 30 - Positionnement du noyau dans un moule d'injection de cire, la première face servant de face d'appui du noyau dans la direction longitudinale, 5 - Réalisation d'un modèle en cire de l'élément aubagé avec un noyau selon l'une des revendications précédentes intégré au modèle en cire, la première face de l'évidement étant dépourvue de cire, [22] Selon une autre caractéristique, le procédé comprend une étape de 5 réalisation d'un moule carapace autour du modèle en cire, le moule carapace venant en contact avec la première surface du noyau. [23] L'invention sera mieux comprise et d'autres détails, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante faite à titre d'exemple non limitatif en référence aux dessins annexés. 10 BREVE DESCRIPTION DES FIGURES - la figure 1 est une vue schématique en perspective selon une direction transverse d'un noyau d'une aube de turbomachine ; - la figure 2 est une vue schématique en perspective de la tête ou sommet du noyau. 15 DESCRIPTION DETAILLEE [24] On se réfère tout d'abord à la figure 1 qui représente un noyau 10 selon l'invention comprenant une tête 12 et un pied 14 entre lesquels est agencée un corps 16 de noyau. Le noyau 10 s'étend selon trois directions perpendiculaires deux à deux, une direction longitudinale L correspondant 20 sur l'aube finale à la direction longitudinale L reliant le pied au sommet de l'aube, une direction axiale A (figure 1) correspondant sur l'aube finale à la direction amont/aval et une direction transverse T traversant les faces d'intrados et d'extrados de l'aube (figure 3). [25] La tête 12 du noyau 10 est destinée à former une cavité sur l'aube 25 finale après coulée du métal dans le moule carapace. La tête 12 du noyau 10 a donc une forme externe correspondant à la forme interne de la cavité souhaitée sur l'aube. 6 [26] Selon l'invention, la tête 12 de l'aube 10 comprend un évidement 18 qui est plus spécifiquement une rainure longitudinale débouchant dans la direction longitudinale L au niveau de l'extrémité libre de la tête 12 du noyau 10. Cette rainure 18 est formée sur une face d'intrados 20 (ou d'extrados) du 5 noyau 10, c'est-à-dire sur la face de la tête 12 du noyau 10 qui est destinée à former une face située du côté de l'intrados de l'aube. Cette rainure 18 comprend deux flancs latéraux 22, 24 en vis-à-vis et sensiblement parallèles l'un à l'autre. Ces deux flancs latéraux 22, 24 sont orientés longitudinalement et sensiblement transversalement et sont reliés l'un à l'autre par une 10 première face 26 perpendiculaire à la direction longitudinale L, cette première face 26 étant destinée à former une face d'appui ou de butée du moule carapace dans la direction longitudinale comme cela sera expliqué ci-après. Cette première face peut être concave, comme représenté en figure 2. La rainure 18 comprend également une seconde face 28 ou face de fond 15 reliant les deux flancs 22, 24 et la première face d'appui 26. La seconde face 28 ainsi que les deux flancs 22, 24 servent de faces d'appui dans les directions. [27] Selon l'invention, le noyau est utilisé dans un procédé de fabrication d'une aube comprenant les étapes suivantes. Dans une première étape, on 20 fabrique le noyau 10 précité dans un moule prévu à cet effet. Ainsi, on comprend que le moule 10 comprend une nervure correspondante par rapport à un moule de la technique antérieure. Dans une seconde étape, on réalise une découpe de la tête 12 du noyau selon un plan P perpendiculaire à la direction longitudinale L, au travers de l'évidement 18 (figure 2). Dans 25 une troisième étape, on réalise un modèle en cire de l'aube avec le noyau 10 intégré au modèle en cire, la première face 26 de l'évidement 18 étant dépourvue de cire puis on réalise dans une cinquième étape le moule carapace autour du modèle en cire, le moule venant en contact avec la première face 26 du noyau 10. 30 [028] Ainsi, le noyau 10 est bloqué dans la direction longitudinale L sur le moule cire à l'aide d'une première face 26 du noyau 10 obtenue directement 7 à partir du moule de fabrication du noyau 10, ce qui limite la variabilité de positionnement du noyau 10 dans le moule d'injection de cire à la variabilité de fabrication du noyau 10 et non plus à une étape subséquente de découpe de la tête 12 du noyau 10 comme dans la technique antérieure. Cette 5 amélioration du positionnement du noyau dans le moule d'injection de cire permet de garantir une meilleure répétabilité de fabrication du modèle en cire de l'aube et par suite de l'aube REVENDICATIONS1. Noyau (10) utilisé pour la fabrication par fonderie à la cire perdue d'un élément aubagé creux de turbomachine, s'étendant selon une direction longitudinale (L) entre un pied (14) et une tête (12), caractérisé en ce que la tête (12) du noyau (10) est conformé pour constituer après fonderie une cavité en sommet d'aube et comprend un évidement (18) comportant une première face (26) sensiblement perpendiculaire à la direction longitudinale (L). 2. Noyau selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'évidement (18) débouche vers une extrémité libre longitudinale du noyau (10) et sur l'une des faces intrados ou extrados du noyau (10). 3. Noyau selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'évidemment comprend deux flancs (22, 24) latéraux en vis-à-vis sensiblement parallèles l'un à l'autre. 4. Noyau selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'évidement (18) comprend une seconde face (28) sensiblement perpendiculaire aux deux flancs (22, 24) latéraux et à la première face (26). 5. Procédé de fabrication d'une aube au moyen du noyau (10) selon l'une des revendications précédentes, comprenant les étapes suivantes de : - Découpe de la tête (12) du noyau (10) selon un plan perpendiculaire (P) à la direction longitudinale (L), au travers de l'évidement, - Positionnement du noyau dans un moule d'injection de cire, la première face servant de face d'appui du noyau dans la direction longitudinale, - Réalisation d'un modèle en cire de l'élément aubagé, la première face (26) de l'évidement (18) étant dépourvue de cire. 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comprend une étape de réalisation d'un moule carapace autour du modèle en cire, le moule carapace venant en contact avec la première face (26) du noyau (10).