Brevet FR3076749A1 — publié le 20190719

PROCÉDÉ DE FABRICATION D'UN MODÈLE EN CIRE POUR FABRICATION À CIRE PERDUE D'UNE PIÈCE MÉTALLIQUE D'AÉRONEF 1. Domaine technique de l'invention L'invention concerne un procédé de fabrication d'un modèle en cire pour fabrication à cire perdue d'une pièce métallique d'aéronef. En particulier, l'invention concerne la fabrication d'un modèle en cire pour la fabrication à cire perdue d'un secteur de distributeur d'une turbine d'un aéronef, le secteur comprenant plusieurs pales du distributeur et plusieurs secteurs étant assemblés pour former un distributeur. 2. Arrière-plan technologique Les secteurs de distributeur de turbine (du type turbomachine) sont généralement réalisés par un procédé de fonderie appelé fonderie à cire perdue, dans lequel un modèle en cire ayant la forme de la pièce à fabriquer (en l'occurrence du secteur de distributeur à fabriquer) est préalablement réalisé, pour permettre ensuite la fabrication d'un moule en céramique, (par exemple en ciment) par surmoulage de ce modèle en cire. Après élimination de la cire, un alliage métallique est coulé dans le moule en ciment obtenu précédemment pour former, après refroidissement et démoulage, le secteur de distributeur souhaité (qui peut ensuite faire l'objet de traitement supplémentaire, en particulier un usinage). La réalisation préalable du modèle en cire s'effectue au moyen d'un moule d'injection cire métallique ayant sensiblement la forme du secteur de distributeur à fabriquer. Si le secteur de distributeur à fabriquer comprend une cavité, un noyau est inséré dans le moule d'injection cire métallique avant l'injection de la cire. De la cire est ensuite injectée sous pression dans le moule d'injection cire métallique équipé ou non du noyau de manière à former, en se refroidissant, un modèle du secteur de distributeur à fabriquer. Le modèle en cire est conçu de sorte à comporter six points de référence définissant trois plans de référence formants un trièdre de référence. Ces points de référence sont utilisés après la fabrication du modèle en cire pour le maintien du modèle lors de contrôle de la fabrication et des mesures, et/ou pour le maintien du 2 modèle pendant des phases d'usinage après démoulage. Le modèle en cire donnant sa forme à la pièce finale formée (le secteur de distributeur), ces points de référence peuvent de même être utilisés pour le maintien de la pièce lors de contrôle de la fabrication et des mesures, et/ou pour le maintien de la pièce pendant des phases 5 d'usinage après démoulage (ou décochage) du moule en céramique. Actuellement, les secteurs de distributeurs forment une partie de distributeur comprenant entre 5 et 8 pales, généralement 6 ou 7 pales, qui sont assemblés pour former le distributeur. Pour limiter les coûts, il est souhaitable de diminuer le nombre de secteurs pour 10 former le distributeur à nombre de pales égal et donc d'augmenter le nombre de pales par secteur fabriqué, par exemple entre 10 et 16 pales, de préférence entre 12 et 14 pales. Toutefois, la fabrication de ces secteurs « agrandis » pose problème dans le cadre d'une fabrication à cire perdue, notamment au stade de l'injection de cire dans le 15 moule d'injection cire métallique : un moule qui comprendrait 10 pales ou plus devient inutilisable car la pression nécessaire pour injecter la cire ne peut être atteinte avec les outillages à disposition actuellement. Le changement de ces outillages engendrerait des coûts importants qui annuleraient le gain amené par l'augmentation du nombre de pales par secteur. 20 Ainsi, il est envisagé de trouver une solution pour la fabrication de ces secteurs agrandis avec les équipements actuels. 3. Objectifs de l'invention L'invention vise à pallier au moins certains des inconvénients des procédés de fabrication de modèle en cire connus. 25 En particulier, l'invention vise à fournir, dans au moins un mode de réalisation de l'invention, un procédé de fabrication de modèle en cire permettant de réduire les coûts de fabrication. L'invention vise aussi à fournir, dans au moins un mode de réalisation, un procédé de fabrication de modèle en cire permettant la fabrication de secteurs de 30 distributeur de turbine, à un coût réduit. L'invention vise aussi à fournir, dans au moins un mode de réalisation de 3 l'invention, un procédé de fabrication de modèle en cire compatible avec les outillages existants. L'invention vise aussi à fournir, dans au moins un mode de réalisation de l'invention, un procédé de fabrication de modèle en cire permettant de réutiliser des 5 outillages existants. 4. Exposé de l'invention Pour ce faire, l'invention concerne un procédé de fabrication d'un modèle en cire pour fabrication à cire perdue d'une pièce métallique d'aéronef, caractérisé en ce qu'il comprend : 10 - une étape d'injection de cire dans un moule d'injection cire métallique, de sorte à fabriquer au moins deux sous-modèles en cire identiques, - une étape de jonction des sous-modèles en cire de sorte à former un modèle en cire pour fabrication à cire perdue de la pièce métallique d'aéronef ; 15 et en ce qu'il comprend une étape préliminaire de conception des sous-modèles en cire, comprenant la définition de séries de points de références sur chaque sous-modèle en cire : - une première série de six points de référence sur le sous-modèle en cire, définissant trois plans de référence formant un premier trièdre de 20 référence, la première série de points de référence permettant de bloquer chaque sous-modèle selon tous les degrés de liberté, - une deuxième série de points de référence, formant un deuxième trièdre de référence, la deuxième série comprenant au total six points de référence du modèle en cire, répartis sur les sous-modèles en cire, et 25 permettant de bloquer le modèle en cire formé par la jonction des sous- modèles en cire selon tous les degrés de liberté. Un procédé selon l'invention permet donc d'obtenir un modèle en cire grâce à au moins deux sous-modèles en cire identiques, de préférence deux sous-modèles en 30 cire identiques, tout en prévoyant dès la conception des pièces les six points de référence de chaque sous-modèle en cire, de sorte à pouvoir les tester et les traiter si 4 nécessaire, et les six points de référence du modèle en cire de sorte à pouvoir le tester et le traiter si nécessaire, ainsi qu'à tester et traiter la pièce obtenu par ce modèle en cire si nécessaire. Lorsque la pièce à fabriquer à partir du modèle en cire est un secteur de 5 distributeur de turbine d'un aéronef, il est par exemple possible de fabriquer facilement un secteur comprenant N pales à partir de moules d'injection cire métalliques dans lesquels sont injectés la cire pour former des sous-modèles comprenant N/2 pales et en joignant ces sous-modèles. Par exemple, s'il était précédemment fabriqué des secteurs de distributeur 10 comprenant six pales, l'invention permet de fabriquer des secteurs de distributeurs comprenant douze pales, tout en utilisant les mêmes moules d'injection cire métalliques qu'auparavant, chaque sous-modèle en cire comprenant six pales et le modèle en cire formé de deux sous-modèles en cire comprenant douze pales. En outre, le moule d'injection cire métallique formant des sous-modèles de six pales ne connait pas de 15 problème d'injection (par exemple problèmes de pression, de température, de géométrie qui empêche un remplissage correct du moule d'injection cire métallique), alors qu'il serait impossible de créer directement un modèle en cire de douze pales à partir d'un seul moule d'injection cire métallique, comme expliqué précédemment. Le procédé selon l'invention permet de fabriquer des modèle en cire de tout 20 type, mais la fabrication à cire perdue est particulièrement avantageuse pour les pièces liées aux turbines (de par leur résistance aux contraintes thermiques), de préférence des pièces fixes (tels que les distributeurs de turbine). Avantageusement et selon l'invention, le procédé de fabrication comprend une étape finale d'usinage du modèle en cire. 25 Avantageusement et selon l'invention, le procédé de fabrication du modèle en cire comprend, entre l'étape d'injection et l'étape de jonction, une étape d'usinage de portions de chaque sous-modèle en cire, lesdites portions étant collées l'une à l'autre lors de l'étape de jonction des sous-modèles en cire. 30 Selon cet aspect de l'invention, l'usinage des deux sous-modèles permet de faciliter leur jonction, par exemple de façon à obtenir deux faces planes simples à 5 assembler. En effet, les sous-modèles étant identiques, une portion à joindre dans un des deux sous-modèles, peut être une surface non plane dans l'autre sous-modèle pour permettre une interaction avec d'autres éléments extérieurs, notamment à l'obtention de la pièce métallique d'aéronef. L'usinage peut aussi permettre de supprimer des 5 artefacts d'injection, par exemple la carotte d'injection qui correspond au conduit d'amenée de la cire dans le moule d'injection cire métallique. Avantageusement et selon l'invention, la première série de points de référence et la deuxième série de points de référence comprennent chacun : 10 - trois points permettant de définir un premier plan de référence, - deux points permettant de définir un deuxième plan de référence, - un point permettant de définir un troisième plan de référence, les trois plans de référence formant un trièdre de référence. Avantageusement et selon cet aspect de l'invention, la première série de points 15 de référence et la deuxième série de points de référence peuvent avoir un ou plusieurs points identiques (ou confondus). Ainsi, un même point peut servir de point de référence pour les deux séries de points de référence. L'invention concerne également un procédé de fabrication d'une pièce 20 métallique d'aéronef par fabrication à cire perdue, caractérisé en ce qu'il comprend : - une étape de fabrication d'un modèle en cire selon un procédé de fabrication d'un modèle en cire selon l'invention, - une étape de surmoulage du modèle en cire par une barbotine de sorte à former un moule en céramique, 25 - une étape d'élimination du modèle en cire du moule en ciment, - une étape de coulage d'un alliage métallique en fusion dans le moule en ciment, - une étape d'obtention d'un brut de fonderie une fois l'alliage métallique refroidi et démoulé, 30 - une étape de finition du brut de fonderie pour obtenir une pièce métallique d'aéronef. 6 Un procédé selon l'invention permet donc, sans changer de moule pour la fabrication du modèle en cire, d'obtenir directement des pièces métalliques deux fois plus grande que les pièces métalliques qui étaient obtenus dans l'art antérieur avec le 5 même moule. En outre, grâce à la définition de la deuxième série de points de référence dès la conception des sous-modèles en cire, la pièce métallique obtenue peut être bloquée selon tous les degrés de liberté de façon à effectuer des mesures, des contrôles, de l'usinage, etc. 10 L'invention concerne également un modèle en cire obtenu par un procédé de fabrication d'un modèle en cire selon l'invention, et un secteur de distributeur de turbine d'aéronef obtenu par un procédé de fabrication de pièce métallique d'aéronef selon l'invention. 15 L'invention concerne également un procédé, un modèle en cire et un secteur de distributeur caractérisés en combinaison par tout ou partie des caractéristiques mentionnées ci-dessus ou ci-après. 5. Liste des figures D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la 20 lecture de la description suivante donnée à titre uniquement non limitatif et qui se réfère aux figures annexées dans lesquelles : - la figure 1 est une vue schématique en perspective d'un sous-modèle en cire obtenu lors d'un procédé de fabrication d'un modèle en cire selon un mode de réalisation de l'invention, 25 - la figure 2 est une vue schématique en perspective du dessus d'un sous-modèle en cire obtenu lors d'un procédé de fabrication d'un modèle en cire selon un mode de réalisation de l'invention, - la figure 3 est une vue schématique en perspective d'un modèle en cire obtenu lors d'un procédé de fabrication d'un modèle en cire selon un mode de réalisation 30 de l'invention, - la figure 4 est une vue schématique en perspective de deux sous-modèles en cire 7 obtenus lors d'un procédé de fabrication d'un modèle en cire selon un mode de réalisation de l'invention, avant et après une étape d'usinage. 6. Description détaillée d'un mode de réalisation de l'invention Les réalisations suivantes sont des exemples. Bien que la description se réfère à 5 un ou plusieurs modes de réalisation, ceci ne signifie pas nécessairement que chaque référence concerne le même mode de réalisation, ou que les caractéristiques s'appliquent seulement à un seul mode de réalisation. De simples caractéristiques de différents modes de réalisation peuvent également être combinées pour fournir d'autres réalisations. Sur les figures, les échelles et les proportions ne sont pas 10 strictement respectées et ce, à des fins d'illustration et de clarté. Les figures 1 et 2 représentent schématiquement de face et du dessus un sous-modèle 10 en cire tel qu'il est conçu dans l'étape de conception du procédé de fabrication d'un modèle en cire selon un mode de réalisation de l'invention, et tel qu'il 15 est obtenu suite à l'étape d'injection dudit procédé. La pièce métallique d'aéronef dont on souhaite fabriquer un modèle en cire est ici un secteur de distributeur de turbine d'aéronef, comprenant six pales du distributeur. Les secteurs de distributeur sont prévus pour être assemblés de façon circulaire afin d'obtenir un distributeur de turbine d'aéronef complet. 20 Lors de la conception des sous-modèles en cire, des points de référence sont prévus sur le sous-modèle en cire. De façon connue, la définition d'une première série de point de référence permet d'obtenir des points de référence pouvant être utilisé par la suite pour des étapes supplémentaires d'usinage, ou pour des mesures et des contrôles des sous- 25 modèles. La première série de points comprend six points représentés par des hachures horizontales et définissant des plans de référence formant un trièdre de référence, respectivement : - les points X11, X12 et X13 permettant de définir un plan dit plan X1F ; - les points Z11 et Z12 permettant de définir un plan dit Z1F ; 30 - le point Yll permettant de définir un plan dit Y1F. Les points de référence sont de préférence situés hors veines du secteur de 8 turbine de l'aéronef, et sur des surfaces caractéristiques des plateformes supérieure et inférieure. Les sous-modèles, contrôlés ou non, sont ensuite joints pour former un modèle en cire, comme décrit plus bas en référence aux figures 3 et 4. 5 Dans l'invention, la définition d'une deuxième série de point de référence permet d'obtenir des points de référence pouvant être utilisé par la suite pour des étapes supplémentaires d'usinage, ou pour des mesures et des contrôles des modèles en cire. Comme les sous-modèles sont identiques, la définition de la deuxième série de point doit être prévue en amont sur les sous-modèles pour pouvoir être présents sur le 10 modèle en cire une fois les sous-modèles joints. La deuxième série se compose de points de même nature que la première série, c'est-à-dire qu'ils composent un trièdre de référence semblable mais sur une pièce de dimension supérieure. Ainsi, cette deuxième série peut comprendre des points en commun avec la première série. De plus, un point de référence de la première série situé à une position centrale du sous-modèle aura 15 comme équivalent un point de référence de la deuxième série situé à une position centrale du modèle. En effet, pour avoir le meilleur référentiel, il est préférable que les points soient les plus éloignées possibles (notamment pour les point X et Z). Sur ces figures 1 et 2 sont représentés quatre points de la deuxième série de points de référence sur le sous-modèle en cire qui formera une partie du modèle en cire 20 une fois deux sous-modèles en cire assemblés, représentés par des hachures obliques : - les points X31 et X33 font partie du plan X3F ; - le point Z31 fait partie du plan Z3F ; - le point Y31 fait partie du plan Y3F. L'autre sous-modèle en cire comprendra les deux autres points de référence de 25 la deuxième série de points de référence Comme cette série de points de référence s'applique au modèle en cire composé d'au moins deux sous-modèles en cire, les deux autres points de référence sont disposés sur un autre sous-modèle. 30 En particulier, la figure 3 représente schématiquement en perspective un modèle 30 en cire formé de deux sous-modèles en cire. 9 Le premier sous-modèle 10 comprend les points de référence comme décrit précédemment en référence aux figures 1 et 2. Le deuxième sous-modèle 20, fabriqué avec un moule identique, comprend lui aussi une première série de six points de référence représentés par des hachures 5 verticales, respectivement : - les points X21, X22 et X23 permettant de définir un plan dit plan X2F ; - les points Z21 et Z22 permettant de définir un plan dit Z2F ; - le point Y21 permettant de définir un plan dit Y2F. En outre, pour compléter la deuxième série des points de référence du modèle 10 30 en cire formé par la jonction des deux sous-modèles en cire, le deuxième sous- modèle comprend le point X32 se confondant avec le point X22 et formant avec les points X31 et X33 décrits précédemment le plan X3F, et le point Z32 formant avec le point Z31 décrit précédemment le plan Z3F. 15 Les points de référence permettent notamment le maintien de la pièce lors de tests, et se composent par exemple de renfoncements (voir points X11, X31, X13, X23, X33 par exemple), ou de protubérances (voir par exemple Y11, Y21, Y31, X12, Y31, Y21), qui sont des parties du sous-modèle en cire, du modèle en cire ou de la pièce métallique finale ayant pour unique fonction de servir de point de référence ou ayant d'autres 20 fonctions pratiques par exemple comme moyen de fixation, d'accroche, aérodynamique, etc., par exemple lorsque la pièce métallique est installée comme secteur de distributeur. Avant la jonction des deux sous-modèles 10 et 20, le procédé peut comprend 25 une étape d'usinage de portions des sous-modèles afin de faciliter la jonction. La figure 4 représente schématiquement en haut à gauche et en haut à droite le premier sous-modèle 10 en cire et le deuxième sous-modèle 20 en cire tels qu'obtenus après injection dans le moule d'injection cire métallique. Les deux sous-modèles sont identiques. Toutefois, ces sous-modèles peuvent posséder des parties en saillies qui 30 peuvent être importantes pour l'assemblage de la pièce finale avec d'autres éléments extérieurs, mais qui sont gênants pour la jonction des sous-modèles. Ainsi, des portions 10 sont usinées sur chaque sous-modèle, afin d'obtenir les deux sous-modèles usinés 10' et 20' tel que représenté en bas de la figure 4: les parties hachurées ont été aplanies pour correspondre et permettre un collage facile des deux sous-modèles en cire pour former le modèle en cire. 5 L'invention ne se limite pas aux seuls modes de réalisation décrits. En particulier, d'autres types de pièces métalliques peuvent être conçus de la sorte. Plus particulièrement, le secteur de distributeur ne se limite pas à un secteur de douze pales venant de la jonction de deux sous-modèles six pales mais peut être par exemple un 10 secteur de dix, quatorze ou seize pales provenant de deux sous-modèles à cinq, REVENDICATIONS1. Procédé de fabrication d'un modèle (30) en cire pour fabrication à cire perdue d'une pièce métallique d'aéronef, caractérisé en ce qu'il comprend : - une étape d'injection de cire dans un moule d'injection cire métallique, de sorte à fabriquer au moins deux sous-modèles (10, 20) en cire identiques, - une étape de jonction des sous-modèles (10, 20) en cire de sorte à former un modèle (30) en cire pour fabrication à cire perdue de la pièce métallique d'aéronef ; et en ce qu'il comprend une étape préliminaire de conception des sous-modèles en cire, comprenant la définition de séries de points de références sur chaque sous-modèle en cire : - une première série de six points de référence sur chaque sous-modèle en cire, définissant trois plans de référence formant un premier trièdre de référence, la première série de points de référence permettant de bloquer chaque sous-modèle selon tous les degrés de liberté, - une deuxième série de points de référence, formant un deuxième trièdre de référence, la deuxième série comprenant au total six points de référence du modèle en cire, répartis sur les sous-modèles en cire, et permettant de bloquer le modèle en cire formé par la jonction des sous-modèles en cire selon tous les degrés de liberté. 2. Procédé de fabrication d'un modèle en cire selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend, entre l'étape d'injection et l'étape de jonction, une étape d'usinage de portions de chaque sous-modèle en cire, lesdites portions étant collées l'une à l'autre lors de l'étape de jonction des sous-modèles en cire. 3. Procédé de fabrication d'un modèle en cire selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la première série de points de référence et la deuxième série de points de référence comprennent chacun : 12 - trois points permettant de définir un premier plan de référence, - deux points permettant de définir un deuxième plan de référence, - un point permettant de définir un troisième plan de référence, les trois plans de référence formant un trièdre de référence. 5 4. Procédé de fabrication d'un modèle en cire selon la revendication 3, caractérisé en ce que la première série de points de référence et la deuxième série de points de référence ont un ou plusieurs points identiques. 10 5. Procédé de fabrication d'un modèle en cire selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comprend une étape finale d'usinage du modèle en cire. 6. Procédé de fabrication d'une pièce métallique d'aéronef par fabrication à cire perdue, caractérisé en ce qu'il comprend : 15 - une étape de fabrication d'un modèle en cire selon un procédé selon l'une des revendications 1 à 5, - une étape de surmoulage du modèle en cire par une barbotine de sorte à former un moule en céramique, - une étape d'élimination du modèle en cire du moule en ciment, 20 - une étape de coulage d'un alliage métallique en fusion dans le moule en ciment, - une étape d'obtention d'un brut de fonderie une fois l'alliage métallique refroidi et démoulé, - une étape de finition du brut de fonderie pour obtenir une pièce 25 métallique d'aéronef. 7. Procédé de fabrication d'une pièce métallique d'aéronef selon la revendication 6, ladite pièce métallique d'aéronef étant un secteur de distributeur de turbine d'aéronef. 30 8. Modèle en cire, caractérisé en ce qu'il est obtenu par un procédé de fabrication 13 de modèle en cire selon l'une des revendications 1 à 5. 9. Secteur de distributeur de turbine d'aéronef, caractérisé en ce qu'il est obtenu par un procédé de fabrication de pièce métallique d'aéronef selon la revendication 6. 5