Brevet FR3136389A1 — publié le 20231215

Le présent document se rapporte à un ensemble permettant l’utilisation d’une cire industrielle. Il comprend un bac à cire (57), un moyen de chauffage du bac pour que la cire contenue puisse être à l’état fondu, et une partie de récupération de cire, thermiquement conductrice, en contact avec le bac. Cette partie présente une fente (61) dans laquelle un surplus de cire, présent sur un racloir (50), peut être raclé, et une zone (63) de guidage du surplus de cire fondue qui communique avec la fente (61) et le bac (57) en permettant que le surplus de cire (56) raclée puisse couler dans le bac. Figure de l’abrégé : Figure 5 Nettoyeur de cire industrielle La présente divulgation relève du domaine des outillages utilisables avec une cire industrielle, cette cire pouvant par exemple être employée dans le cadre de la fabrication de pièces de turbomachine par moulage à la cire perdue. Des aubes de turbomachines à gaz pour aéronefs peuvent être fabriquées ainsi. Le raclage et la récupération de cire dans le cadre d’un moulage à la cire perdue, en liaison avec un racloir adapté à racler une telle cire sont en particulier concernés. 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 est réalisé par injection de la cire ou du matériau facilement éliminable dans un outillage d’injection. Il comprend souvent une pièce interne formant un noyau en céramique ou métallique à base de molybdène et de ses alliages qui figure les cavités que l’on souhaite voir apparaitre à l’intérieur de la pièce à fabriquer. Le modèle en cire peut être assemblé à d’autres pour former une grappe. Le modèle en cire ou, le cas échéant, la grappe, est ensuite trempé plusieurs fois dans des barbotines constituées d’une suspension de particules céramiques pour confectionner, par des opérations dites de stucage et de séchage, un moule carapace. 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. Cette élimination ne doit pas dégrader les propriétés du noyau. En pratique, elle est généralement réalisée à une température comprise entre 70 et 200°C. Après cette élimination, on obtient un moule céramique dont la cavité reproduit toutes les formes de la pièce à fabriquer 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 pour supporter le métal en fusion. Le moule carapace est alors prêt pour la fabrication de la pièce métallique à fabriquer 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, et plusieurs techniques de coulée, selon la nature de l'alliage, des cavités internes et les propriétés attendues de la pièce résultant de la coulée. 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 noyau céramique ou métallique qui est resté enfermé dans la pièce obtenue. La pièce métallique obtenue subit ensuite des opérations de parachèvement qui permettent d'obtenir une pièce finie. En cours de fabrication, le noyau préfigurant la cavité interne de la pièce coulée est donc recouvert de cire ou d’un autre matériau facilement éliminable. Ce noyau peut lui-même présenter des cavités de faibles dimensions, qui sont difficilement remplies de cire ou du matériau facilement éliminable lors de l’injection dans l’outillage dédié. Il convient alors de boucher ces cavités préalablement à l’injection, par exemple avec une pipette à cire. Cette étape est manuelle, car les espaces à combler sont petits et le noyau est très fragile. Lors de cette opération, après application de la cire dans des interstices du noyau, il reste un surplus de cire sur le noyau. L’opérateur utilise alors un racloir pour enlever le surplus de cire sur le noyau. Retirer l’excédent de cire présent sur le racloir nécessite l’utilisation d’un chiffon sur lequel on vient déposer l’excédent de cire ou d’une poubelle de table contenant un sac plastique jetable et sur les rebords de laquelle on vient racler l’outil. Plusieurs difficultés se posent alors au quotidien: - répétitivité des gestes : grattage du racloir plusieurs fois par noyau, multiplié par le nombre de noyaux réalisés par jour, - temps passé à effectuer l’opération de nettoyage du racloir, - difficulté à garder un outil propre pour racler au mieux chaque noyau, - difficulté à conserver un poste propre (chiffons imbibés de cire, sacs de poubelles de table sales). Résumé La présente divulgation vient améliorer la situation. Il est ainsi proposé un ensemble pour l’utilisation d’une cire industrielle, l’ensemble comprenant : - un bac à cire adapté à contenir de la cire, - un moyen de chauffage du bac pour que la cire contenue puisse être à l’état fondu, et - une partie de récupération de cire, thermiquement conductrice, en contact thermique par conductivité avec le bac et présentant : -- une fente dans laquelle un surplus de cire peut être raclée, et, -- une zone de guidage du surplus de cire fondue, qui communique avec la fente et le bac en permettant que le surplus de cire raclée puisse couler dans le bac. Ainsi, on associe nettoyage efficace, récupération de cire sans gaspillage, recyclage de cire, propreté et ergonomie du site de raclage. De préférence, la partie de récupération de cire est métallique et fixée au bac par une vis métallique. Ainsi, on associe une bonne transmission thermique à une simplicité de mise en œuvre. De préférence, le bac à cire présente un rebord et la partie de récupération de cire se présente comme une patte pourvue de la fente et d’une mâchoire adaptée à venir autour du rebord et intégrant la zone de guidage du surplus de cire. Là encore, on favorise une simplicité de mise en œuvre. La mâchoire à double fonction permet d’adapter la solution au bac concerné, sans difficulté. De plus cette solution permet de prévoir ce qui suit, à savoir que la patte se prolonge localement : - dans la continuité de la branche inférieure de la mâchoire, pour passer sous le bac où la vis métallique fixe la patte au bac et, - au-dessus de la branche supérieure de la mâchoire, vers le haut, pour intégrer la fente, une face supérieure de ladite branche supérieure intégrant elle-même la zone de guidage du surplus de cire. Ceci est ergonomique, pratique d’emploi et efficace. La solution permet aussi de prévoir que la zone de guidage du surplus de cire intègre, sous la fente, et face au bac, une rampe inclinée vers le bac, de façon que du surplus de cire raclée fondue puisse être guidé vers le bac. Ainsi, la cire tombe de la fente sur la rampe et coule vers le bac, naturellement. Il est aussi possible que la zone de guidage du surplus de cire présente des rebords latéraux dressés. Ainsi, on protègera les alentours de coulures de cire inopinées. On pourra également prévoir que la fente soit définie entre deux lames thermiquement conductrices, fixées à la patte de façon mobile, afin de pouvoir présenter entre elles un écartement modifiable. Ainsi, on adaptera les fentes aux racloirs et remplacera aisément les lames, si besoin. Outre l’ensemble pour l’utilisation d’une cire industrielle en lui-même qui précède, est également concerné un outillage pour cire fondu, adapté à être utilisé dans le cadre de la fabrication d’au moins une pièce de turbomachine par moulage à la cire perdue, l’outillage comprenant : - un racloir adapté à racler de la cire et à être engagé dans la fente, et - ledit ensemble avec tout ou partie des caractéristiques qui viennent d’être présentées. D’autres caractéristiques, détails et avantages apparaîtront à la lecture de la description détaillée ci-après, et à l’analyse des dessins annexés, sur lesquels : est une vue en perspective d’une aube de turbomachine aéronautique ; est un schéma d’une des coquilles d’un moule apte à former un noyau utilisable pour réaliser l’aube de la ; montre un bac à cire appartenant à un ensemble permettant l’utilisation d’une cire industrielle, conformément à la présente divulgation et selon un mode de réalisation ; montre un moyen de chauffage du bac à cire appartenant à cet ensemble, selon un mode de réalisation ; montre un détail de l’ensemble précité ; montre un autre détail de l’ensemble précité ; montre encore un autre détail de l’ensemble précité, et montre encore un autre détail de l’ensemble précité. La illustre une aube 10 de turbine de turbomachine aéronautique. L’aube 10 comporte, radialement de l’intérieur vers l’extérieur, un pied 12, une plate-forme 18 et une pale 16. La pale 16 comporte des surfaces d’intrados 20 et d’extrados 22 reliées à l’amont par un bord d’attaque 24 et à l’aval, par un bord de fuite 26. L’extrémité radialement externe 14 ou sommet de la pale 16 comprend une partie creuse en forme dite de baignoire 30. Cette dernière est délimitée par un fond transversal à la pale 16 et par une paroi périphérique formant son bord dans le prolongement de la paroi de la pale 16. La pale 16 comprend en outre une pluralité de cavités interne communiquant avec une entrée d’air de refroidissement située au niveau du pied 12 de l’aube 10 et débouchant au niveau de perforations 28 réparties sur la pale 16. Les perforations 28 sont situées au niveau des surfaces d’intrados 20 et d’extrados 22 de la pale 16 et au niveau des bords d’attaque 24 et de fuite 26 de la pale 16. Les perforations 28 au niveau du bord du fuite 26 présentent la forme de fentes, les autres perforations 28 présentant des formes globalement circulaires ou ovales. De telles aubes 10 sont fabriquées par moulage d’un matériau métallique. Ces moules 51 comportent une empreinte, c’est-à-dire une forme en creux délimitant notamment l’aube 10 à réaliser. Un ou plusieurs noyaux 40 en céramique peuvent être montés dans le moule 51, au niveau de l’empreinte, de manière à former des zones en creux dans la/les pièce(s) à fabriquer (aubes 10 dans l’exemple), en particulier lorsque celle(s)-ci présente(nt) une géométrie complexe. Les noyaux 40 sont notamment destinés à délimiter les cavités définissant les circuits de refroidissement ainsi que la baignoire 30 au niveau du sommet 14 de la pale 16. La illustre un noyau 40 connu pour la réalisation d’une aube 10 de turbine. Le noyau 40 comporte une première partie 42 et une seconde partie 44 écartées l’une de l’autre. La première partie 42 et la seconde partie 44 sont reliées l’une à l’autre par au moins une tige 48. Lors du procédé ultérieur de moulage de l’aube 10 (voir ci-après), la première partie 42 pourra former des cavités destinées à former au moins une partie du circuit de refroidissement de l’aube 10 et la seconde partie 44 former la baignoire 30. Les noyaux 40, qui peuvent être en céramique, sont fabriqués par moulage d’une pâte, également appelée barbotine 60, dans le moule 51. Cette pâte peut être principalement composée d’une poudre de céramique et d’un liant. Le moule 51 peut comprendre deux coquilles 52 plaquées l’une contre l’autre et délimitant chacune une partie de l’empreinte du noyau 40 à réaliser. Dans le moule 51, l’empreinte comporte une première zone 54 et une seconde zone 56 écartées l’une de l’autre et destinées à former respectivement la première partie 42 et la seconde partie 44 du noyau 40. Un canal de liaison 58 relie la première zone 54 et la seconde zone 56. Lors de la fabrication du noyau 40, la tige 48 est introduite dans le logement du moule 51 puis la barbotine 60 est introduite dans le moule 51. La barbotine débouche en particulier dans la première zone 54 de l’empreinte qui est ainsi progressivement remplie de barbotine 60. Ensuite, la barbotine 60 pénètre dans la seconde zone 56 de l’empreinte, par le canal de liaison 58. Ce qui précède peut, de façon générale, entrer dans le processus de fabrication de pièce par fonderie à la cire perdue qui suit : - a) d’abord, on fabrique un ou plusieurs noyaux, typiquement en céramique, par injection de granulés (poudre de céramique + liant ; voir l’exemple ci-avant) grâce à une presse et un outillage d’injection, afin d’obtenir les cavités requises dans la pièce. Après injection, le noyau est cuit à haute température pour éliminer les liants. Le noyau est en outre imprégné de résine afin de lui conférer une résistance mécanique suffisante pour supporter l’injection à venir de la cire, - b) on fabrique ensuite des modèles en cire, par injection d’une cire grâce à une presse et un outillage d’injection, la cavité de l’outillage d’injection correspondant à la forme des pièces en métal à fabriquer et contenant au moins un noyau, - c) souvent, ensuite, les modèles en cire sont montés en grappe, - d) on fabrique alors un moule céramique autour de la grappe par de nombreux trempés dans une barbotine, saupoudrages de sables d’alumines et séchages successifs, - e) puis on élimine la cire qui sera remplacée par le métal que l’on vient ensuite couler dans le moule céramique. Cette étape est suivie, après refroidissement du métal et obtention de pièces individuelles, du décochage du noyau. Il apparaît alors une ou plusieurs cavités dans la pièce ; voir ci-avant l’exemple de ladite première partie 42 pouvant former au moins une partie du circuit de refroidissement de l’aube 10 et la seconde partie 44 pouvant alors former la baignoire 30, - f) on termine typiquement par des finitions et des contrôles non destructifs. Or, il se trouve que la plupart du temps il convient aussi d’appliquer de la cire dans les interstices du noyau concerné préalablement à l’étape b) d’injection de cire, afin d’assurer le remplissage correct de ces interstices, d’éviter la cavitation sur la pièce en cire finie et de réduire le risque de casse du noyau lors de l’injection de la cire. L’application d’un certain type de cire permet en effet d’augmenter la résistance du noyau lors de l’injection à suivre de la cire. A priori cette opération de bouchage des noyaux s’effectue à l’atelier d’injection de cire. Elle est manuelle et peut s’opérer avec une pipette à cire 54 permettant de boucher des parties du noyau, telles que des zones entre des cloisons internes, avec de la cire chaude, liquide 56 ; voir . Les espaces à combler sont petits et le noyau est très fragile. Les cavités sont parfois difficiles à bien remplir de cire lors de l’injection. L’opération est effectuée entre les étapes a) de fabrication des noyaux et b) d’injection de cire dans le moule. Or, lors de cette opération, après donc application de la cire 56 dans les interstices du noyau, il reste un surplus de cire sur le noyau. L’opérateur utilise alors un racloir 50 ( ) pour enlever le surplus 52 de cire sur le noyau, qui peut être le noyau 40. Le racloir 50 se présente typiquement comme un couteau, avec une lame portée par un manche. Pour retirer cet excédent, l’opérateur utilisait auparavant deux modes opératoires au choix : - un chiffon sur lequel on venait déposer l’excédent de cire présent sur le racloir 50, - une poubelle de table contenant un sac plastique jetable et sur les rebords de laquelle on venait racler l’outil. Cette opération posait plusieurs difficultés au quotidien : répétitivité des gestes, temps passé à effectuer l’opération de nettoyage du racloir, difficulté à garder un outil propre pour racler au mieux le noyau, difficulté à conserver un poste propre. Afin d’éviter ces inconvénients et favoriser tant l’efficacité que l’ergonomie de l’opération précitée, il est maintenant proposé un ensemble 55 permettant l’utilisation d’une cire industrielle, telle que 56 ; voir et suivantes. L’ensemble comprend : - un bac à cire 57 adapté à contenir de la cire 56, - un moyen 58 de chauffage du bac pour que la cire contenue puisse être à l’état fondu, et - une partie 59 de récupération de cire. La partie 59 de récupération de cire est thermiquement conductrice et en contact thermique par conductivité thermique avec le bac 57. Elle présente : -- une fente 61 dans laquelle un surplus de cire peut être raclé, et, -- une zone 63 de guidage du surplus de cire fondue, qui communique avec la fente et le bac 57 en permettant que le surplus de cire raclé puisse couler dans le bac. La partie 59 de récupération de cire est de préférence métallique et peut être fixée au bac à cire 57 par vissage, par une vis métallique 65. Le moyen 58 de chauffage du bac peut comprendre une plaque chauffante électrique 68 ; qui peut donc inclure une résistance électrique. La plaque chauffante électrique 68, alimenté et contrôlée par ailleurs, électriquement, peut être disposée au fond d’une cuvette 70 formée dans une table 72 adaptée à la soutenir. La table 72 peut être métallique. Rigide et adapté à contenir la cire 56 liquide, donc chaude, et à être reçu dans la cuvette 70, le bac à cire 57 peut lui-même comprendre une structure formant une cuvette métallique 73 entrant dans la cuvette 70 et dont le fond métallique 730 peut reposer sur la plaque chauffante électrique 68. Des pieds 75 peuvent soutenir le bac 57 ; voir pour exemple la . Le bac à cire 57 peut en outre présenter, en haut du bac, autour de son ouverture permettant de mettre ou de retirer de la cire, un rebord 67 périphérique. La partie de récupération de cire 59 peut comporter, ou se présenter comme, une patte 71 pourvue de la fente 61 et d’une mâchoire à mors 69a,69b. La mâchoire à mors 69a,69b peut en particulier être adaptée à venir se serrer autour du rebord 67 et peut intégrer la zone de guidage du surplus de cire 63 ; voir par exemple une réalisation possible sur les figures 7-8 mieux détaillées que les figures 3 et 5. En particulier, et comme dans l’exemple illustré, la patte 71 peut se prolonger localement : - dans la continuité de la branche inférieure de la mâchoire 69b, pour passer sous le (rebord 67 du) bac où la vis métallique 65 fixe la patte au bac 57 et, - au-dessus de la branche supérieure de la mâchoire 69a, vers le haut, pour intégrer la fente 61, une face supérieure 690a de ladite branche supérieure intégrant elle-même la zone 63 de guidage du surplus de cire. Pour s’adapter et se serrer autour du rebord 67, la branche supérieure de la mâchoire 69a peut coulisser entre deux montants 690b,691b d’un prolongement vers le haut de la branche inférieure de la mâchoire 69b. Ainsi étendues vers le haut, les branches supérieure et inférieure de la mâchoire, 69a et 69b, ont alors chacune une forme en « L ». Des vis montées dans des orifices latéraux 81,83 des montants 690b,691b peuvent permettre de régler et fixer l’écartement entre les mors, de part et d’autre du rebord 67 du bac. Pour favoriser un écoulement naturel de la cire raclée dans la fente 61 par le racloir 50, la zone 63 de guidage du surplus de cire intègre, sous la fente 61, et face au bac 57, une rampe 630 qui descend vers le bac, de façon que du surplus de cire raclé, fondu, puisse être guidé vers le bac. Et pour guider au mieux cette cire fondue, la zone 63 peut présenter des rebords latéraux 77 dressés de part et d’autre de la rampe 630. Pour, par ailleurs, favoriser la fonte de la cire à racler, éviter l’encrassement de la fente 61 et l’adapter aisément au type de racloir 50 utilisé, on pourra prévoir que la fente 61 soit définie entre deux lames 610a,610b thermiquement conductrices, fixées à la patte 71 de façon mobile, afin de pouvoir présenter entre elles un écartement modifiable. Ainsi, formée dans la patte 71 – précisément dans le prolongement vers le haut de la branche supérieure de la mâchoire 69a, dans la possible réalisation présentée ci-avant et dans l’exemple illustré - la fente 61 peut voir sa largeur réduite par un écartement variable entre les deux lames 610a,610b thermiquement conductrices. Une plaque 77 fendue peut venir coincer les lames 610a,610b entre elle et la patte 71. La plaque 77 peut être vissée à la patte 71, dans les orifices 79a,79b situés de part et d’autre de la fente 61 formée dans cette patte 71. Ainsi, avec tout ou partie des caractéristiques qui précèdent, on pourra réaliser un outillage pour cire fondue, adapté à être utilisé dans le cadre de la fabrication d’au moins une pièce 10 de turbomachine aéronautique par moulage à la cire perdue, cet outillage comprenant donc : - un racloir 50 adapté à racler de la cire 56 et à être engagé dans la fente 61, et - un ensemble 55 permettant l’utilisation de cette cire industrielle. Ensemble pour l’utilisation d’une cire industrielle, l’ensemble comprenant : - un bac à cire (57) adapté à contenir de la cire (56), - un moyen (58) de chauffage du bac (57) pour que la cire contenue puisse être à l’état fondu, et - une partie (59) de récupération de cire, thermiquement conductrice, en contact thermique par conductivité avec le bac (57) et présentant : -- une fente (61) dans laquelle un surplus de cire peut être raclé, et, -- une zone (63) de guidage du surplus de cire fondue, qui communique avec la fente (61) et le bac (57) en permettant que le surplus de cire (56) raclé puisse couler dans le bac. Ensemble selon la revendication 1, dans lequel la partie (59) de récupération de cire est métallique et fixée au bac par une vis métallique (65). Ensemble selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le bac à cire (57) présente un rebord (67) et la partie de récupération (59) de cire se présente comme une patte (71) pourvue de la fente (61) et d’une mâchoire adaptée à venir autour du rebord et intégrant la zone de guidage du surplus de cire. Ensemble selon les revendications 2 et 3, dans lequel la patte se prolonge localement : - dans la continuité d’une branche inférieure (69b) de la mâchoire, pour passer sous le bac où la vis métallique fixe la patte (71) au bac (57), et, - au-dessus d’une branche supérieure (69a) de la mâchoire, vers le haut, pour intégrer la fente (61), une face supérieure de ladite branche supérieure intégrant elle-même la zone (63) de guidage du surplus de cire. Ensemble selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la zone (63) de guidage du surplus de cire intègre, sous la fente (61), et face au bac (57), une rampe (630) inclinée vers le bac, de façon que du surplus de cire raclée fondue puisse être guidé vers le bac. Ensemble selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la zone (63) de guidage du surplus de cire présente des rebords latéraux dressés (77). Ensemble selon la revendication 3, seule ou en combinaison avec l’une des revendications 4 à 6, dans lequel la fente (61) est définie entre deux lames thermiquement conductrices (610a,610b), fixées à la patte (71) de façon mobile, afin de pouvoir présenter entre elles un écartement modifiable. Outillage pour cire fondu, adapté à être utilisé dans le cadre de la fabrication d’au moins une pièce (10) de turbomachine par moulage à la cire perdue, l’outillage comprenant : - un racloir (50) adapté à racler de la cire (56) et à être engagé dans la fente (61), et - un ensemble (55) selon l’une des revendications précédentes.