Brevet FR3096909A1 — publié le 20201211

Description Titre de l'invention : Procédé amélioré de remplissage d'un moule. Domaine technique [0001] Le présent exposé concerne le domaine des turbomachines, et concerne plus pré- cisément les techniques de remplissage de moule pour la réalisation de noyaux en vue de la réalisation de composants de turbomachines. Technique antérieure [0002] La réalisation de noyaux céramique pour la formation de composants de tur- bomachine, et plus précisément pour la formation d'aubes de turbine haute pression et de distributeurs haute pression de turbomachine pose une problématique liée notamment à la géométrie spécifique et complexe de telles pièces. En effet, le procédé de coulée en chute ou injection sous pression dans un moule destructible d'une suspension permet l'obtention de telles géométries. Cependant, cette voie d'élaboration peut provoquer de multiples défauts, notamment des malvenues et des bulles d'air dans les noyaux obtenus par coulée en chute et des contraintes mécaniques pendant la mise en forme par chute ou sous pression sur les zones fines du noyau. [0003] Le présent exposé vise ainsi à proposer une solution permettant de répondre au moins partiellement à cette problématique. Exposé de l'invention 100041 A cet effet, la présente invention propose un moule destructible pour la formation d'un noyau céramique, ledit moule comprenant un corps présentant un évidement formant une empreinte d'un noyau de fonderie, ladite empreinte s'étendant selon une direction verticale définie par rapport à la direction de la gravité, et comprenant un volume primaire qui définit typiquement le corps du noyau et un volume secondaire qui définit typiquement la barrette du noyau, ledit moule comprenant typiquement un système d'alimentation relié à l'empreinte du noyau par une pluralité de segments permettant un passage contrôlé et optimisé de fluide, avec - au moins un évent, comprenant un orifice d'évent débouchant sur une face supérieure du corps du moule selon la direction verticale, un conduit d'évent primaire reliant une portion supérieure du volume primaire selon la direction verticale à l'orifice d'évent, un conduit d'évent secondaire reliant une portion supérieure du volume secondaire selon la direction verticale à l'orifice d'évent, - au moins un conduit de coulée, comprenant un orifice de coulée débouchant sur une face externe du corps du moule, un conduit de coulée primaire reliant une portion inférieure du volume primaire selon la direction verticale à l'orifice de coulée, et un conduit de coulée secondaire reliant une portion inférieure du volume secondaire selon 2 la direction verticale à l'orifice de coulée. [0005] Selon un exemple, le conduit de coulée comprend un distributeur de coulée interposé entre l'orifice de coulée d'une part, et le conduit de coulée primaire et le conduit de coulée secondaire d'autre part, le distributeur de coulée s'étendant selon une direction horizontale perpendiculaire à la direction verticale, et étant positionné en-dessous de l'empreinte selon la direction verticale, l'orifice de coulée s'étendant depuis une face externe du corps du moule jusqu'au distributeur de coulée, - un conduit de coulée primaire, reliant le distributeur de coulée à une portion inférieure du volume primaire de l'empreinte selon la direction verticale, et - un conduit de coulée secondaire, reliant le distributeur de coulée à une portion inférieure du volume secondaire de l'empreinte selon la direction verticale. [0006] La section maximale du distributeur de coulée est alors typiquement égale à la somme de la section maximale du conduit de coulée primaire et de la section du conduit de coulée secondaire. [0007] Selon un exemple, le distributeur de coulée présente au moins une restriction po- sitionnée entre sa jonction avec l'orifice de coulée et sa jonction avec le conduit de coulée primaire, et au moins une restriction positionnée entre sa jonction avec l'orifice de coulée et sa jonction avec le conduit de coulée secondaire. [0008] Selon un exemple, le conduit d'évent primaire présente une section à sa jonction avec la portion supérieure du volume primaire comprise entre 80 et 100% de la section de ladite portion supérieure du volume primaire selon un plan perpendiculaire à la direction verticale, et le conduit d'évent secondaire présente une section à sa jonction avec la portion supérieure du volume secondaire comprise entre 80 et 100% de la section de ladite portion supérieure du volume secondaire selon un plan perpendiculaire à la direction verticale. [0009] Selon un exemple, l'empreinte définie par le corps du moule définit un noyau de fonderie pour la réalisation d'aubes de turbine d'une turbomachine. [0010] Le corps du moule est typiquement réalisé en matériaux polymères. [0011] Le présent exposé concerne également un procédé de réalisation d'un noyau de fonderie comprenant les étapes suivantes : - on fournit un moule destructible tel que défini précédemment, - on positionne le moule dans un dispositif de coulée, typiquement un dispositif d'injection conventionnel - on coule ou on injecte à faible pression une suspension céramique dans le moule. [0012] Selon un exemple, le moule destructible est au préalable réalisé par fabrication additive. [0013] Selon un exemple, suite à l'étape de coulée, on réalise une étape de séchage du noyau, et une étape de retrait du moule destructible. 3 Brève description des dessins [0014] 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 : [0015] [fig.11 La figure 1 présente un exemple de noyau de fonderie réalisé au moyen d'un moule et d'un procédé selon un aspect de l'invention. [0016] [fig.21 La figure 2 présente un autre exemple de noyau de fonderie réalisé au moyen d'un moule et (l'un procédé selon un aspect de l'invention. [0017] [fig.31 La figure 3 présente un autre exemple de noyau de fonderie réalisé au moyen d'un moule et d'un procédé selon un aspect dc l'invention. 10018] Sur l'ensemble des figures, les éléments en commun sont repérés par des références numériques identiques. Description des modes de réalisation [0019] Les figures 1, 2 et 3 présentent différents exemples de moules pour une géométrie de noyau donné réalisés au moyen d'un moule et d'un procédé selon un aspect de l'invention. [0020] L'invention telle que proposée concerne un moule destructible, et le procédé mettant en oeuvre un tel moule destructible. [0021] On représente schématiquement sur les figures le moule 1 destructible, qui est ici re- présenté comme ayant une forme de cube ou plus généralement de parallélépipède rectangle, étant entendue qu'une telle représentation n'est pas limitative, et que le moule peut présenter toute forme adaptée notamment en fonction de la géométrie du noyau associé. 100221 Le moule 1 comprend un corps 10 présentant un évidement 2 interne définissant une empreinte d'un noyau de fonderie. Les figures représentent cet évidement 2 via le noyau de fonderie correspondant. Il aurait en effet été peu lisible de représenter un moule pour la réalisation d'un noyau, le moule étant par nature fermé. Les figures représentant ainsi le noyau de fonderie associé à chaque moule 1, ces noyaux étant les volumes complémentaires à l'évidement 2 interne du moule 1 considéré. Le moule 1 est un moule destructible ; il est donc réalisé en un matériau pouvant être éliminé. Le moule 1 est ainsi typiquement un moule polymère. 100231 Dans l'exemple représenté sur la figure 1, l'évidement 2 forme une empreinte 20 dé- finissant la géométrie d'un noyau. Dans l'exemple illustré sur les figures, l'empreinte 20 est composée d'un volume primaire 20A et d'un volume secondaire 20B reliés par une zone 20C définissant un bord de fuite du noyau. Le bord de fuite du noyau défini par la zone 20C est une zone fonctionnelle du noyau ayant une épaisseur très fine, ce qui permet un le passage de fluide restreint entre le volume primaire 20A et le volume secondaire 20B. Dans l'exemple représenté, l'évidement 2 permet de définir la géométrie d'un noyau typiquement réalisé en céramique en vue de la réalisation d'une roue mobile ou d'un distributeur d'une aube de turbine haute pression d'une turbomachine par voie de fonderie à cire perdue. On note que la géométrie de l'évidement 2 n'est pas limitative, et que le présent exposé peut être appliqué à différentes géométries de noyaux. Par ailleurs, la zone 20C peut prendre plusieurs formes ; il peut s'agir d'une zone ayant une section sensiblement constante, ou présentant des évidements de manière à définir une pluralité de canaux entre le volume primaire 20A et le volume secondaire 20B. plus généralement, la zone 20C peut présenter une forme simple avec une section sensiblent constante ou linéaire entre le volume primaire 20A et le volume secondaire 20B, ou présenter une forme complexe avec un ou plusieurs canaux présentant des sections variées. [0024] On définit généralement une direction verticale, qui correspond à la direction d'application de la gravité, que l'on représente par l'axe Z sur les figures. Les axes X et Y représentés sur les figures définissent un plan horizontal, perpendiculaire à l'axe vertical Z. Dans l'ensemble du présent exposé, les désignations inférieure et supérieure seront employées en relation à l'axe vertical Z. [0025] Le moule 1 comprend également au moins un évent 30, débouchant sur une face su- périeure du moule 1 selon la direction verticale, cet évent s'étendant depuis une portion supérieure de l'empreinte 20. Dans l'exemple illustré, l'évent 30 comprend un orifice d'évent 31 débouchant sur une face supérieure du moule 1 selon la direction verticale, un conduit d'évent primaire 32 reliant une portion supérieure du volume primaire 20A selon la direction verticale à l'orifice d'évent 31, et un conduit d'évent secondaire 33 reliant une portion supérieure du volume secondaire 20B selon la direction verticale à l'orifice d'évent 31. [0026] Le moule comprend également au moins un conduit de coulée 40, débouchant d'une part sur une face externe du moule 1, et d'autre part sur une portion inférieure de l'empreinte 20 selon la direction verticale. [0027] Le conduit de coulée 40 est adapté pour permettre la coulée d'une suspension, ty- piquement une suspension céramique, afin que cette dernière remplisse les différentes cavités réalisées dans le moule 1. Du fait de la configuration du conduit de coulée 40, le remplissage du moule 1 est réalisé par le bas, ce qui favorise l'évacuation de l'air présent dans le moule 1 via l'évent 30, et évite ainsi les risques de malvenues découlant de la présence de bulles d'air dans le moule 1. [0028] Dans l'exemple illustré, le conduit de coulée 40 comprend un orifice de coulée 41 débouchant sur une face externe du moule, un conduit de coulée primaire 42 reliant une portion inférieure du volume primaire 20A selon la direction verticale à l'orifice de coulée 41, et un conduit de coulée secondaire 43 reliant une portion inférieure du volume secondaire 20B selon la direction verticale à l'orifice de coulée 41. Une telle configuration permet de réaliser un remplissage en source du volume primaire 20A, du volume secondaire 20B et de la zone 20C de l'empreinte 20, ce qui évite les risques de malvenues et réduit les contraintes de remplissage et les zones de cisaillement. Plus précisément, les conduits de coulée primaire 42 et secondaire 43 débouchent chacun sur une face inférieure du volume primaire 20A et du volume secondaire 20B respectivement. Le conduit de coulée primaire 42 et le conduit de coulée secondaire 43 s'étendent ainsi au moins en partie en-dessous de l'empreinte 20, et débouchent chacun sur l'empreinte selon un plan horizontal, perpendiculaire à la direction verticale Z. Le front de remplissage de l'empreinte 20 démarre donc de l'extrémité inférieure de l'empreinte 20, ce qui favorise l'évacuation de l'air présent dans l'empreinte 20 et permet le remplissage simultané des trois zones 20A, 20B et 20C, ce qui limite la ségrégation et favorise un remplissage homogène de la pièce. [0029] Selon la configuration présentée, le volume primaire 20A et le volume secondaire 20B de l'empreinte 20 sont chacun reliés à l'évent 30 et au conduit de coulée 40 via des conduits dédiés, ce qui facilite et améliore le remplissage de l'empreinte 20. [0030] La figure 2 présente une variante du mode de réalisation représenté précédemment sur la figure 1. Dans cette variante, le conduit de coulée présente un orifice de coulée 41 formant une cheminée, et s'étendant depuis la face supérieure du corps 10 du moule 1 jusqu'à un distributeur de coulée 44 formé dans le corps 10 de moule 1, situé en- dessous de l'empreinte 20 selon la direction verticale Z. Le distributeur de coulée 44 présente une forme générale de barreau s'étendant généralement selon une direction horizontale. Le conduit de coulée primaire 42 et le conduit de coulée secondaire 43 s'étendent chacun depuis le distributeur de coulée 44 respectivement jusqu'à une portion inférieure du volume primaire 20A et une portion inférieure du volume secondaire 20B. La cheminée présente une section oblongue selon un plan horizontale, cette section diminuant progressivement depuis la face supérieure du corps 10 du moule 1 jusqu'à la jonction avec le distributeur de coulée 44. [0031] Le distributeur de coulée 44 est typiquement dimensionné de manière à ce que sa section maximale, c'est-à-dire typiquement sa section au niveau de sa portion centrale présente une surface égale à la somme de la section maximale du conduit de coulée primaire 42 et de la section maximale du conduit de coulée secondaire 43, ce qui permet d'assurer une bonne distribution de la suspension qui est déversée par l'orifice de coulée 41 dans l'empreinte 20. [0032] Le distributeur de coulée 44 présente typiquement une ou plusieurs restrictions posi- tionnées entre la jonction entre le distributeur de coulée et l'orifice de coulée 41 et la jonction entre le distributeur de coulée 44 et le conduit de coulée primaire 42, et/ou une 6 ou plusieurs restrictions positionnées entre la jonction entre le distributeur de coulée et l'orifice de coulée 41 et la jonction entre le distributeur de coulée 44 et le conduit de coulée secondaire 43, ces restrictions permettant d'augmenter la vitesse et la pression de la suspension en amont de leur entrée dans l'empreinte 20. [0033] Le distributeur de coulée 44 tel que présenté présente une forme générale d'octaèdre tronqué présentant une symétrie selon un plan central. L'orifice de coulée 41 forme une cheminée qui débouche dans une portion centrale du distributeur de coulée 44. Le conduit de coulée primaire 42 et le conduit de coulée secondaire 43 sont chacun reliés par deux extrémités opposées du distributeur de coulée 44, de part et d'autre de la portion centrale à laquelle est relié l'orifice de coulée 41. [0034] Cette variante permet d'optimiser la distribution de la suspension qui est déversée dans l'orifice de coulée 41 entre le conduit de coulée primaire 42 et le conduit de coulée secondaire 43. [0035] La figure 3 est une variante de la figure 2. Dans ce mode de réalisation, le conduit de coulée 40 présente un orifice de coulée 41 débouchant non pas sur la face supérieure du corps 10 de moule 1, mais sur une face latérale. L'orifice de coulée 41 présente ici une forme de tronc de cône de manière à former un entonnoir, qui se prolonge par un tube de coulée 45 ayant une section générale circulaire et qui débouche dans la portion centrale du distributeur de coulée 44. [0036] Dans ce mode de réalisation, on voit que la section du conduit d'évent primaire 32 et la section du conduit d'évent secondaire 33 ont été fortement augmentées Ainsi, la section du conduit d'évent primaire 32 au niveau de sa jonction avec la une portion supérieure du volume primaire 20A représente typiquement 80 à 100% de la section de la portion supérieure du volume primaire 20A, la section étant typiquement définie selon un plan horizontal, perpendiculaire à la direction verticale Z. De même, la section du conduit d'évent secondaire 33 au niveau de sa jonction avec la une portion supérieure du volume secondaire 20B représente typiquement 80 à 100% de la section de la portion supérieure du volume secondaire 20B, la section étant typiquement définie selon un plan horizontal, perpendiculaire à la direction verticale Z. [0037] Cette section maximisée des conduits d'évents 32 et 33 permet d'améliorer l'échappement de l'air présent dans l'empreinte 20 lors de la coulée, et évite ainsi que des bulles d'air restent encapsulées, ce qui pourrait entrainer des malvenues dans la réalisation du noyau. [0038] Le moule 1 tel que présenté est typiquement réalisé par fabrication additive. [0039] Les différents modes de réalisation du moule 1 ainsi présentés sont employés pour la réalisation d'un noyau céramique en vue de la réalisation d'une aube de turbine haute pression de turbomachine, ou typiquement pour la réalisation de composants de roues mobiles ou de distributeurs d'une turbine haute pression de turbomachine. 7 [0040] A titre d'exemple, pour la réalisation d'un noyau de fonderie en vue de la formation d'un composant de turbine haute pression de turbomachine, on fournit un moule 1 tel que décrit précédemment, on positionne le moule 1 dans un dispositif de coulée d'une suspension, de sorte que la direction verticale Z du moule 1 corresponde à la direction d'application de la gravité, puis on coule une suspension dans le moule 1, typiquement une suspension céramique. [0041] On réalise ensuite typiquement une étape de séchage du noyau précédé ou suivi d'une étape de retrait du moule destructible, par exemple lors d'une étape de démoulage ou lors d'une étape d'élimination du moule 1. Le noyau obtenu est ensuite typiquement déliante puis fritté. 8 [Revendication 1] [Revendication 2] REVENDICATIONSMoule (I) destructible pour la formation d'un noyau céramique, ledit moule (1) comprenant un corps (10) présentant un évidement formant une empreinte (20) d'un noyau de fonderie, ladite empreinte (20) s'étendant selon une direction verticale (Z) définie par rapport à la direction de la gravité, et comprenant un volume primaire (20A) et un volume secondaire (20B) reliés par une zone (20C) permettant un passage de fluide, ledit moule (1) comprenant - au moins un évent (30), comprenant un orifice d'évent (31) débouchant sur une face supérieure du corps (10) du moule (1) selon la direction verticale (Z), un conduit d'évent primaire (32) reliant une portion supérieure du volume primaire (20A) selon la direction verticale (Z) à l'orifice d'évent (31), un conduit d'évent secondaire (33) reliant une portion supérieure du volume secondaire (20B) selon la direction verticale (Z) à l'office d'évent (31), - au moins un conduit de coulée (40), comprenant un orifice de coulée (41) débouchant sur une face externe du corps (10) du moule (1), un conduit de coulée primaire (42) reliant une portion inférieure du volume primaire (20A) selon la direction verticale (Z) à l'orifice de coulée (41), et un conduit de coulée secondaire (43) reliant une portion inférieure du volume secondaire (20B) selon la direction verticale (Z) à l'orifice de coulée (41). Moule destructible selon la revendication 1, dans lequel le conduit de coulée (40) comprend un distributeur de coulée (44) interposé entre l'orifice de coulée (41) d'une part, et le conduit de coulée primaire (42) et le conduit de coulée secondaire (43) d'autre part, le distributeur de coulée (44) s'étendant selon une direction horizontale perpendiculaire à la direction verticale (Z), et étant positionné en-dessous de l'empreinte (20) selon la direction verticale (Z), l'orifice de coulée s'étendant depuis une face externe du corps (10) du moule (1) jusqu'au distributeur de coulée (44), - un conduit de coulée primaire (42), reliant le distributeur de coulée (44) à une portion inférieure du volume primaire (20A) de l'empreinte (20) selon la direction verticale (Z), et - un conduit de coulée secondaire (43), reliant le distributeur de coulée (44) à une portion inférieure du volume secondaire (20B) de l'empreinte (20) selon la direction verticale (Z). 9 [Revendication 3] [Revendication 4] [Revendication 5] [Revendication 6] [Revendication 7] [Revendication 8] [Revendication 9] [Revendication 10] Moule (1) destructible selon la revendication 2, dans lequel la section maximale du distributeur de coulée (44) est égale à la somme de la section maximale du conduit de coulée primaire (42) et de la section du conduit de coulée secondaire (43). Moule (1) destructible selon les revendications 2 ou 3, dans lequel le distributeur de coulée (44) présente au moins une restriction positionnée entre sa jonction avec l'orifice de coulée (41) et sa jonction avec le conduit de coulée primaire (42), et au moins une restriction positionnée entre sa jonction avec l'orifice de coulée (41) et sa jonction avec le conduit de coulée secondaire (43). Moule (1) destructible selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel le conduit d'évent primaire (32) présente une section à sa jonction avec la portion supérieure du volume primaire (20À) comprise entre 80 et 100% de la section de ladite portion supérieure du volume primaire (20À) selon un plan perpendiculaire à la direction verticale (Z), et le conduit d'évent secondaire (33) présente une section à sa jonction avec la portion supérieure du volume secondaire (20B) comprise entre 80 et 100% de la section de ladite portion supérieure du volume secondaire (20B) selon un plan perpendiculaire à la direction verticale (Z). Moule (1) destructible selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel l'empreinte (20) définie par le corps (10) (lu moule (1) définit un noyau de fonderie pour la réalisation d'aubes de turbine d'une turbomachine. Moule (1) destructible selon l'une des revendications 1 à 6, dans lequel le corps (10) est réalisé en matériaux polymères. Procédé de réalisation d'un noyau de fonderie comprenant les étapes suivantes : - on fournit un moule (1) destructible selon l'une des revendications 1 à 7, - on positionne le moule (1) dans un dispositif de coulée, - on coule une suspension céramique dans le moule (1). Procédé selon la revendication 8, dans lequel le moule (1) destructible est au préalable réalisé par fabrication additive. Procédé selon l'une des revendications 8 ou 9, dans lequel suite à l'étape de coulée, on réalise une étape de séchage du noyau, et une étape de retrait du moule (1) destructible.