Brevet FR3096910A1 — publié le 20201211

Description Titre de l'invention : Procédé amélioré de formation d'un modèle cire pour une aube de turbine. Domaine technique [0001] Le présent exposé concerne le domaine des turbomachines, et concerne plus pré- cisément les techniques de fabrication de modèles en cire pour la réalisation d'aubes de turbomachine par voie de fonderie à cire perdue. Technique antérieure [0002] La réalisation d'aubes de turbomachine est communément réalisée par voie de fonderie à cire perdue en raison notamment des avantages de ce procédé en termes de tolérances et de précision. [0003] Cependant, l'évolution des circuits de refroidissement au sein des aubes impose des cavités d'alimentation de plus en plus fines, ce qui entraine une diminution de l'épaisseur des noyaux employés pour la réalisation des modèles en cire, jusqu'à des épaisseurs de l'ordre de 0,06 nun Du fait de ces épaisseurs très faibles, on observe un taux très élevé de rupture du noyau lors de l'injection de cire pour la formation du modèle, en particulier pour la formation du sapin du modèle cire de l'aube [0004] Le présent exposé vise ainsi à proposer une solution permettant de répondre au moins partiellement à cette problématique. Exposé de l'invention [0005] A cet effet, la présente invention propose un procédé de formation d'un modèle cire pour la réalisation d'aubes de turbine par fonderie à cire perdue. dans lequel : on fournit un noyau, définissant des conduits s'étendant entre un pied et un sommet, on fournit une coque intrados et une coque extrados, on positionne la coque intrados et la coque extrados de part et d'autre de conduits du noyau adjacents au pied, on solidarise la coque intrados et la coque extrados autour du noyau, on positionne le noyau muni de la coque intrados et dc la coque extrados dans un moule d'injection, on injecte de la cire autour dudit noyau muni de la coque intrados et de la coque extrados, de manière à former un modèle cire comprenant une pale d'aube et un pied d'aube comprenant un sapin, la coque intrados et la coque extrados étant positionnées autour du noyau de manière à former une partie du sapin du modèle cire. [0006] Selon un exemple, la coque intrados et la coque extrados sont réalisées en cire ou en polymère. [0007] Selon un exemple, la coque intrados et la coque extrados sont positionnées autour du noyau et sont chacune au contact dudit noyau, et dans lequel la coque intrados et la coque extrados sont positionnées de manière à définir un jeu compris entre 0.05 et 0,2 2 min entre elles. [0008] En variante, la coque intrados et la coque extrados sont positionnées autour du noyau et sont au contact l'une de l'autre, la coque intrados et la coque extrados étant dimensionnées de manière à permettre un débattement compris entre 0, 05 et 0,2 mm par rapport au noyau préalablement à leur sol idarisation autour du noyau. [0009] Selon un exemple, le noyau comprend au moins 3 conduits s'étendant entre un pied et un sommet, et dans lequel la coque intrados et/ou la coque extrados comprend des bossages adaptés pour être insérés entre lesdits conduits, de manière à indexer ladite coque par rapport aux conduits. [0010] Selon un exemple, la coque intrados et la coque extrados sont positionnées autour du noyau dans une région du noyau dans laquelle le modèle en cire comprend des parois présentant une épaisseur comprise entre 1 et 10 fois l'épaisseur des conduits du noyau. [0011] Selon un exemple, ledit procédé comprend une étape préalable dc fabrication dc la coque intrados et la coque extrados par fabrication additive. Brève description des dessins [0012] L'invention et ses avantages seront mieux compris à la lecture de la description détaillée faite ci-après de différents modes de réalisation de l'invention donnés à titre d'exemples non limitatifs. Cette description fait référence aux pages de figures annexées, sur lesquelles : [0013] [fig.1] La figure 1 présente un exemple de noyau pour un procédé selon un aspect dc l' invention. [0014] [fig.2] La figure 2 présente une autre vue d'un exemple dc noyau muni d'une coque un procédé selon un aspect dc l'invention. [0015] [fig.3] La figure 3 présente une autre vue d'un exemple dc noyau muni d'une coque pour un procédé selon un aspect de l'invention. [0016] [fig.4] La figure 4 est une vue d'une coque selon un aspect de l'invention. [0017] [fig.5] La figure 5 est une autre vue d'une coque selon un aspect de l'invention. [0018] [fig.6] La figure 6 présente une vue en coupe d'un noyau en céramique autour duquel a été coulé un modèle en cire. [0019] Sur l'ensemble des figures, les éléments en commun sont repérés par des références numériques identiques. Description des modes de réalisation 100201 La figure 1 présente un exemple de noyau 1 typiquement réalisé en céramique pour un procédé selon un aspect de l'invention. 100211 Le noyau 1 tel que présenté comprend un pied 2 et un sommet 3 entre lesquels s'étendent une pluralité de conduits 4.Dans l'exemple illustré, le noyau 1 comprend 4 conduits. On comprend bien que cet exemple n'est pas limitatif, et que le présent 3 exposé est directement transposable à un noyau 1 comprenant un nombre quelconque de conduits. On définit pour le noyau 1 une direction longitudinale DL, qui correspond à la direction allant du pied 2 au sommet 3, une direction transversale DT, s'étendant dans le plan de la figure 1, et perpendiculaire à la direction longitudinale DL, et une épaisseur E, mesurée selon une direction perpendiculaire à un plan défini par la direction transversale DT et par la direction longitudinale DL. Plus généralement, la direction longitudinale DL est définit la longueur du noyau 1, la direction transversale DT définit sa largeur, et l'épaisseur E son épaisseur. [0022] Le noyau 1 est destiné à être positionné dans un moule d'injection dc cire, en vue de la formation d'un modèle cire d'une aube de turbine, afin de définir les conduits internes de l'aube. [0023] Lors de la formation du modèle cire, la zone repérée par la référence Z1 sur la figure 1 pose des problématiques pour une bonne formation du modèle. Cette zone Z1 correspond en effet à une zone du pied d'aube qui est qualifiée de « sapin » ou « pied de sapin » ayant des parois présentant une épaisseur importante, pouvant ainsi par exemple être 10 fois supérieure à l'épaisseur des parois de l'aube dans les autres régions de l'aube. [0024] De telles variations d'épaisseur cntrainent des problématiques de retrait de matière importante lors du refroidissement, ce qui génère des contraintes élevées sur le noyau réalisé à l'aide du modèle cire, et tend donc à générer des criques dans le noyau. De plus, la quantité de matière plus élevée dans cette région va entrainer (les contraintes plus élevées sur le noyau 1 lors de l'injection, ce qui peut entrainer sa rupture. [0025] Le procédé proposé vise ainsi à positionner une coque autour de la zone Z1, cette coque ayant une double fonction de protection du noyau 1 et de prévention de la formation de malformations ou de criques dans le modèle cire. [0026] Les figures 2 et 3 illustrent ainsi le noyau 1 tel que présenté sur la figure 1 qui est ici muni d'une coque 5. La coque 5 telle que présentée comprend une coque intrados 6 et une coque extrados 7, qui sont positionnées respectivement sur la face intrados et sur la face extrados du noyau 1, les désignations intrados et extrados étant définies en fonction de la géométrie de l'aube souhaitée. En variante, la coque 5 peut comprendre plus de deux composants, dès lors qu'elle permet d'envelopper au moins partiellement une région du noyau 1 comme on le verra par la suite, la géométrie de la coque 5 étant adaptée en fonction de la géométrie du noyau I. [0027] La coque intrados 6 et la coque extrados 7 sont définies de manière à venir au moins partiellement envelopper les conduits 4 au niveau de leur jonction avec le pied 2 du noyau I. Plus précisément, la coque intrados 6 et la coque extrados 7 sont positionnées de manière à envelopper au moins partiellement les conduits 4 sur une partie de leur longueur (la longueur étant mesurée selon une direction allant u pied 2 au sommet 3 du noyau 1), et typiquement à recouvrir une partie du pied 2 du noyau 1 à partir de laquelle s'étendent les conduits 4. [0028] Les figures 4 et 5 représentent un exemple de portion de coque 5, ces figures pouvant indifféremment représenter une coque intrados 6 ou une coque extrados 7. A des fins de description, on considèrera ici qu'il s'agit de la coque intrados 6, la coque extrados 7 associée pouvant alors être identique ou distincte, les éléments en commun étant désignés par la même référence numérique incrémentée de 10. [0029] La coque intrados 6 telle que représentée comprend un corps 61 formant géné- ralement une plaque d'épaisseur variable, et dimensionné de manière à pouvoir s'étendre sur l'ensemble des conduits 4 du noyau 1 dans la direction transverse DT (c'est-à-dire selon la largeur) du noyau 1. [0030] Le corps 61 présente deux extrémités selon la direction transversale DT munies de nervures 62 s'étendant chacune selon la direction longitudinale DL. Le corps 61 est également typiquement muni de bossages 63 s'étendant selon l'épaisseur de la coque intrados 6, et adaptés pour être insérés entre deux conduits 4 adjacents du noyau 1. Les nervures 62 sont quant à elles typiquement dimensionnées de manière à recouvrir partiellement les extrémités des conduits 4 selon la direction tangentielle DT. [0031] En positionnant deux coques 6 et 7 autour du noyau 1, on obtient ainsi une confi- guration telle que représentée sur les figures 2 et 3. Comme on le voit sur ces figures, la face supérieure et la face inférieure de la région Z1 du noyau 1 sont recouvertes par les coques 6 et 7. Les faces latérales des extrémités du noyau 1 sont recouvertes par les nervures 62 et 72 des coques 6 et 7. La région Z1 du noyau 1 est ainsi partiellement enveloppée par la coque intrados 6 et la coque extrados 7. [0032] Une fois la coque intrados 6 et la coque extrados 7 positionnée autour du noyau 1, ces dernières sont typiquement solidarisées autour du noyau 1, par exemple au moyen d'une colle, pouvant être une cire adaptée. [0033] Le noyau 1 ainsi muni de la coque 5 est ensuite positionné clans un moule d'injection de cire pour la réalisation d'un modèle cire d'une aube de turbine. [0034] Cet enveloppement partiel du noyau 1 permet de le protéger contre les efforts générés par l'injection de cire lors de la formation du modèle Cire associé, ce qui permet ainsi de prévenir les risques de rupture du noyau 1 lors de l'injection de cire. [0035] Par ailleurs, la coque intrados 6 et la coque extrados 7 ainsi positionnées autour du noyau 1 vont être intégrées au modèle cire lorsque celui-ci est réalisé. On représente sur la figure 6 un exemple de vue en coupe d'un modèle cire 8 formé autour d'un noyau 1 muni d'une coque intrados 6 et d'une coque extrados 7. Comme on le comprend à la vue de cette figure, la coque intrados 6 et la coque extrados 7 positionnées autour du noyau 1 permettent de réduire la quantité de cire nécessaire à la formation du modèle cire, dans la mesure où les coques 6 et 7 vont ici former di- rectement une partie du modèle cire. On identifie par la référence 81 la zone du modèle cire qui forme le sapin ou pied de sapin de l'aube dont on forme le modèle cire 8, cette zone se prolongeant par une zone du modèle cire formant une lame de l'aube dont on forme le modèle cire 8. La coque intrados 6 et la coque extrados 7 forment ainsi une partie du sapin 81 du modèle cire 8. [0036] Comme on le voit sur cette figure, cette région présente une épaisseur importante par rapport aux autres régions du modèle cire 8. Les coques 6 et 7 forment une partie de cette épaisseur, ce qui permet ainsi de réduire la quantité de cire nécessaire à la réalisation de cette région, et limite donc les risques de formation de criques résultant du retrait de la cire lors de son refroidissement. En variante, la coque intrados 6 et la coque extrados 7 sont typiquement dimensionnées de manière à ce que l'épaisseur de cire injectée autour des coques 6 et 7 pour la formation du modèle cire soit constante ou sensiblement constante. [0037] La coque intrados 6 et la coque extrados 7 sont typiquement réalisées en cire ou en polymère, le choix de la matière étant notamment réalisé en fonction de sa compatibilité avec la cire utilisée lors de l'injection pour la réalisation du modèle cire 8 de l'aube. Le matériau employé doit également pouvoir être éliminé lors d'une opération de retrait du modèle cire ou de cuisson d'une carapace céramique autour du modèle cire. La coque intrados 6 et la coque extrados 7 sont typiquement réalisées par fabrication additive, par exemple par polymérisation d'une résine sous l'action d'un laser ou d'une lampe UV, par projection de gouttes de matériau, par projection d'un liant sur un lit de poudre, par solidification de poudre sous l'action d'une source d'énergie (laser ou faisceau d'électrons), par fusion de fil au travers d'une buse chauffante, ou par tout autre procédé adapté, notamment tout autre procédé de fabrication additive adapté. La coque intrados 6 et la coque extrados 7 peuvent également par exemple être réalisées par injection simultanée avec le modèle cire, lors d'une opération d'injection, la coque intrados et la coque extrados réalisées lors d'une telle opération étant alors employées pour la réalisation d'un modèle cire lors d'une opération ultérieure d'injection. On réalise alors lors d'une étape d'injection N la coque intrados 6 et la coque extrados 7 qui peuvent ensuite être utilisées pour une étape d'injection N+1. [0038] La coque intrados 6 et la coque extrados 7 sont typiquement configurées de manière à définir un espacement soit entre la coque intrados 6 et la coque extrados 7, soit entre lesdites coques 6 et 7 et le noyau 1. Selon un exemple, la coque intrados 6 et la coque extrados 7 sont dimensionnées de manière à ce que lorsqu'elles sont chacune positionnées en appui contre le noyau 1, un espacement typiquement compris entre 0,05 et 0,2 mm ou typiquement égal à 0,1 mm soit formé entre lesdites coques intrados 6 et extrados 7. Ce mode de réalisation est illustré sur la figure 3, où un espacement e non nul est maintenu entre la coque intrados 6 et la coque extrados 7. 6 [0039] En variante, la coque intrados 6 et la coque extrados 7 peuvent être dimensionnées de manière à ce que lorsqu'elles sont positionnées autour du noyau 1, lesdites coques 6 et 7 sont au contact l'une de l'autre, mais définissent alors un débattement compris entre 0, 05 et 0,2 mm ou typiquement égal à lmm par rapport au noyau 1. La coque intrados 6 et la coque extrados 7 sont alors typiquement positionnées de manière à être chacune espacée d'un écart identique par rapport au noyau 1. [0040] L'invention telle que décrite propose donc d'associer une coque à un noyau pour la formation d'un modèle cire d'aube de turbomachine. La coque est composé de deux éléments ; une coque intrados et une coque extrados. La coque va être intégrée au modèle cire, afin dc réduire le volume de cire nécessaire pour la formation de zones spécifiques du modèle cire, en l'occurrence le sapin du pied de l'aube, cc qui permet d'éviter les formations de criques dans le noyau du fait du retrait de la matière du modèle cire, et également les risques de rupture du noyau du fait de la quantité importante de cire dans cette zone spécifique. 7 [Revendication 1] REVENDICATIONSProcédé de formation d'un modèle cire pour la réalisation d'aubes de turbine par fonderie à cire perdue, dans lequel - on fournit un noyau (1), définissant des conduits (4) s'étendant entre un pied (2) et un sommet (3), - on fournit une coque intrados (6) et unc coque extrados (7), - on positionne la coque intrados (6) et la coque extrados (7) dc part ct d'autre de conduits (4) du noyau adjacents au pied (2), - on solidarise la coque intrados (6) et la coque extrados (7) autour du noyau (1), on positionne le noyau (1) muni de la coque intrados (6) et de la coque extrados (7) dans un moule d'injection, on injecte de la cire autour dudit noyau (1) muni de la coque intrados (6) et de la coque extrados (7), de manière à former un modèle cire (8) comprenant une pale d'aube et un pied d'aube comprenant un sapin (81), la coque intrados (6) et la coque extrados (7) étant positionnées autour du noyau (1) de manière à former une partie du sapin (81) du modèle cire (8). [Revendication 2] Procédé selon la revendication 1, dans lequel la coque intrados (6) et la coque extrados (7) sont réalisées en cire ou en polymère. [Revendication 3] Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, dans lequel la coque intrados (6) et la coque extrados (7) sont positionnées autour du noyau (1) et sont chacune au contact dudit noyau (1), et dans lequel la coque intrados (6) et la coque extrados (7) sont positionnées de manière à définir un jeu compris entre 0,05 et 0,2 mm entre elles. [Revendication 4] Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, dans lequel la coque intrados (6) et la coque extrados (7) sont positionnées autour du noyau (1) et sont au contact l'une de l'autre, la coque intrados (6) et la coque extrados (7) étant dimensionnées de manière à permettre un débattement compris entre 0, 05 et 0,2 mm par rapport au noyau (1) préalablement à leur solidarisation autour du noyau (1). [Revendication 5] Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel le noyau (1) comprend au moins 3 conduits s'étendant entre un pied (2) et un sommet (3), et. dans lequel la coque intrados (6) et/ou la coque extrados (7) comprend des bossages (63, 73) adaptés pour être insérés entre 8 [Revendication 6] lesdits conduits (4), de manière à indexer ladite coque (6, 7) par rapport aux conduits (4). [Revendication 7] Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel la coque intrados (6) et la coque extrados (7) sont positionnées autour du noyau (1) dans une région du noyau (1) dans laquelle le modèle en cire (8) comprend des parois présentant une épaisseur comprise entre 1 et 10 fois l'épaisseur des conduits du noyau (1). Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, comprenant une étape préalable de fabrication de la coque intrados (6) et la coque extrados (7) par fabrication additive.