Brevet FR3131701A1 — publié le 20230714

Ensemble pour la réalisation d’un moulage en matériau éliminable d’une aube de turbomachine comprenant un moule d’injection dudit matériau éliminable dans lequel un premier élément de noyau (22) et un second élément noyau (21) sont aptes à venir se monter dans une position prédéterminée de moulage, les premier et second éléments noyaux (22, 21) s’étendant selon une première direction (Z), le moule comprenant : - une première face (20) pour le moulage d’une face intrados de l’aube et une seconde face pour le moulage d’une face extrados de l’aube agencée en vis-à-vis de la première face selon une deuxième direction (Y) perpendiculaire à la première direction (Z), - des organes de maintien (P4, P5) en position des noyaux (22, 21) dans le moule d’injection, dans lequel au moins un premier organe de maintien (P4, P5) s’étend depuis la première face du moule selon la deuxième direction et traverse au moins partiellement le premier et le second éléments de noyau (22, 21), le premier organe de maintien (P4, P5) comprenant un premier point d’appui (P4a, P5a) sur le premier élément de noyau (22) et un second point d’appui (P4f, P5f) sur le second élément de noyau (21). Figure de l’abrégé : Figure 5 Ensemble pour la réalisation d’un moulage en matériau éliminable d’une aube de turbomachine La présente divulgation relève du 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 en matériau éliminable, tel que par exemple la cire perdue. 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 comprend 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 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. 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. 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, et plusieurs techniques de coulée, selon la nature de l'alliage et les propriétés attendues de la pièce résultant de la coulée. Il peut s'agir de solidification dirigée à structure colonnaire (DS), de solidification dirigée à structure monocristalline (SX) ou de solidification équiaxe (EX). 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 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. Des exemples de réalisation d'aubes de turbine par la technique de fonderie à la cire perdue sont donnés dans les demandes de brevets FR2875425 et FR2874186 de la demanderesse. 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. La recherche de performances accrues des moteurs implique 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 donc la fabrication de noyaux céramiques de plus en plus complexes. En raison de la complexité des cavités de refroidissement à former avec leurs cloisons de séparation, et de leur agencement, une solution consiste à réaliser le noyau en plusieurs parties que l’on assemble et colle. Les noyaux élémentaires sont généralement liés entre eux au niveau du pied et du sommet. Il s'agit en effet de maîtriser l’épaisseur des parois et des cloisons formées au moment de la coulée, sans pour autant affecter la géométrie des futures cavités. L'assemblage doit permettre au noyau de supporter les contraintes subies lors des étapes d'injection de la cire, de décirage puis de la coulée. Il convient ainsi de placer les différentes parties du noyau de façon très précise les unes relativement aux autres dans le moule d'injection de cire et de garantir un maintien des positions relatives des différentes parties du noyau. Le maintien des différentes parties du noyau tel que proposé dans la technique actuelle consiste à relier fixement ces parties ou éléments de noyaux à la carapace céramique. Dans le cadre de la conception d’une nouvelle aube à cavités complexes, la solution retenue consiste à réaliser le noyau en deux parties, notamment en raison de la complexité des cavités formant le circuit de refroidissement et des difficultés rencontrées au démoulage du noyau de son moule d’injection. Mais en raison des dimensions trop faible des parties de noyau, et de leur géométrie complexe, il est impossible de réaliser une liaison entre ces parties de noyau, par exemple par collage, de sorte à positionner ensuite le noyau avec ses parties assemblées dans un outillage d’injection cire comprenant un système de positionnement isostatique classique à six points d’appui. Une difficulté rencontrée est double car elle consiste d’une part à positionner très précisément les différentes parties du noyau dans le moule d'injection de cire et d’autre part à positionner les différentes parties du noyau l’une par rapport à l’autre. En effet, les deux parties ne peuvent pas comprendre chacune leur propre système de positionnement isostatique classique à six points d’appui par rapport au moule, car ceci doublerait le nombre d’appui à intégrer dans le moule d’injection cire, ce qui en termes de dimension du moule n’est pas envisageable. En outre, les deux parties de noyau étant ponctuellement enchevêtrées, certain points d’isostatisme ne peuvent pas être placés dans le moule d’injection cire. Par conséquent, le simple positionnement des noyaux par rapport au moule ne peut pas permettre un positionnement complet des noyaux l’un par rapport à l’autre. On comprend donc qu’il est souhaitable de réaliser une fixation différente des noyaux entre eux dans le moule d’injection cire. L’invention a notamment pour but d’apporter une solution simple, efficace et économique aux problèmes de l’art antérieur décrit précédemment. Résumé A cet effet, la présente divulgation propose un ensemble pour la réalisation d’un moulage en matériau éliminable d’une aube de turbomachine comprenant un moule d’injection dudit matériau éliminable dans lequel un premier élément de noyau et un second élément noyau sont aptes à venir se monter dans une position prédéterminée de moulage, les premier et second éléments noyaux s’étendant selon une première direction, le moule comprenant : - une première face pour le moulage d’une face intrados de l’aube et une seconde face pour le moulage d’une face extrados de l’aube agencée en vis-à-vis de la première face selon une deuxième direction perpendiculaire à la première direction, - des organes de maintien en position des noyaux dans le moule d’injection, caractérisé en ce que au moins un premier organe de maintien s’étend depuis la première face du moule selon la deuxième direction et traverse au moins partiellement le premier et le second éléments de noyau, le premier organe de maintien comprenant un premier point d’appui sur le premier élément de noyau et un second point d’appui sur le second élément de noyau. Alternativement ou au surplus, l’ensemble peut comprendre les caractéristiques suivantes, prises seules ou en combinaison : - le premier élément de noyau et le second élément de noyau sont conformés de manière à ce que le premier point d’appui du premier organe de maintien assure un blocage du premier élément de noyau selon un premier sens d’une troisième direction perpendiculaire à la première et à la deuxième direction et le second point d’appui du premier organe de maintien assure un blocage du second élément de noyau selon un deuxième sens de la troisième direction, opposé au premier sens ; - un deuxième organe de maintien s’étend depuis la première face de moulage selon la deuxième direction, le deuxième organe de maintien comprenant un premier point d’appui sur le premier élément de noyau et un second point d’appui sur le second élément de noyau, lesdits premier point d’appui et deuxième point d’appui du deuxième organe de maintien étant distincts des premier point d’appui et deuxième point d’appui du premier organe de maintien ; - le premier élément de noyau et le second élément de noyau sont conformés de manière à ce que le premier point d’appui du deuxième organe de maintien assure un blocage du premier élément de noyau selon le premier sens d’une troisième direction perpendiculaire à la première et à la deuxième direction et le second point d’appui du deuxième organe de maintien assure un blocage du second élément de noyau selon un deuxième sens de la troisième direction, opposé au premier sens ; - le deuxième organe de maintien comprend un moyen d’espacement entre le premier point d’appui du deuxième organe de maintien et le second point d’appui du deuxième organe de maintien, le moyen d’espacement garantissant, au cours de la réalisation du moulage en matériau éliminable, un espacement d’une distance constante entre lesdits points d’appui selon la troisième direction ; - le premier organe de maintien comprend un moyen d’espacement entre le premier point d’appui du premier organe de maintien et le second point d’appui du premier organe de maintien, le moyen d’espacement garantissant, au cours de la réalisation du moulage en matériau éliminable, un espacement d’une distance constante entre lesdits points d’appui selon au moins l’une parmi la première direction, la deuxième direction ou la troisième direction ; - le premier organe de maintien et/ou le deuxième organe de maintien est mobile entre une position de maintien pour au moins un élément de noyau et une position rétractée, l’organe de maintien comprenant un mécanisme de rétractation pour positionner l’organe de maintien en position de maintien ou en position rétractée ; - le premier organe de maintien et/ou le deuxième organe de maintien comprend un axe de rotation et une tête excentrique relativement à l’axe de rotation et coopérant avec le premier élément de noyau et le second élément de noyau. Selon un autre aspect, il est proposé un procédé pour la réalisation d’un moulage en matériau éliminable d’une aube de turbomachine, le procédé comprenant : - fournir un premier élément de noyau et un second élément noyau, lesdits éléments de noyau s’étendant selon une première direction, - fournir un moule d’injection dudit matériau éliminable ; le moule comprenant : - une première face pour le moulage d’une face intrados de l’aube et une seconde face pour le moulage d’une face extrados de l’aube agencée en vis-à-vis de la première face selon une deuxième direction perpendiculaire à la première direction, - des organes de maintien en position des noyaux dans le moule d’injection, parmi lesquels au moins un premier organe de maintien s’étend depuis la première face de moulage selon la deuxième direction, le procédé comprenant l’étape: positionner le premier élément de noyau et le second élément de noyau sur la première face de moulage de sorte que le premier organe de maintien traverse au moins partiellement le premier et le second éléments de noyau et comprenne un premier point d’appui sur le premier élément de noyau et un second point d’appui sur le second élément de noyau. Le procédé peut en outre comprendre : l’étape : positionner le premier élément de noyau et le second élément de noyau sur la première face de moulage de sorte que le deuxième organe de maintien comprenne un premier point d’appui sur le premier élément de noyau et un second point d’appui sur le second élément de noyau, le moule comprenant en outre un deuxième organe de maintien s’étendant depuis la première face de moulage selon la deuxième direction. 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 : Fig. 1 montre une vue en perspective d’un premier et d’un second élément de noyau placés sur une première face d’un moule d’injection d’un matériau éliminable. Fig. 2 montre la vue de la , sans le premier et le second élément de noyau, la première face du moule d’injection comprenant des organes de maintien avec points d’appui pour le maintien des noyaux de bord d’attaque et de bord de fuite. Fig. 3 montre une vue du noyau de bord d’attaque depuis sa face d’extrados, sur lequel sont schématisés des points d’appui. Fig. 4 montre une vue du noyau de bord de fuite depuis sa face d’extrados, sur lequel sont schématisés des points d’appui. Fig. 5 est une vue en coupe de la selon l’axe A-A. Fig. 6 est une vue en coupe de la selon l’axe B-B. Fig. 7 est une vue en coupe de la selon l’axe B-B, illustrant un premier exemple de réalisation d’un organe de maintien. Fig. 8 est une vue en coupe de la selon l’axe B-B, illustrant un deuxième exemple de réalisation d’un organe de maintien. Fig. 9 est une vue de dessus de l’exemple illustré à la . Ensemble pour la réalisation d’un moulage en matériau éliminable d’une aube de turbomachine comprenant un moule d’injection dudit matériau éliminable dans lequel un premier élément de noyau (22) et un second élément noyau (21) sont aptes à venir se monter dans une position prédéterminée de moulage, les premier et second éléments noyaux (22, 21) s’étendant selon une première direction (Z), le moule comprenant : - une première face (20) pour le moulage d’une face intrados de l’aube et une seconde face pour le moulage d’une face extrados de l’aube agencée en vis-à-vis de la première face selon une deuxième direction (Y) perpendiculaire à la première direction (Z), - des organes de maintien (P4, P5) en position des noyaux (22, 21) dans le moule d’injection, caractérisé en ce que au moins un premier organe de maintien (P4) s’étend depuis la première face du moule selon la deuxième direction et traverse au moins partiellement le premier et le second éléments de noyau (22, 21), le premier organe de maintien (P4) comprenant un premier point d’appui (P4a) sur le premier élément de noyau (22) et un second point d’appui (P4f) sur le second élément de noyau (21). Ensemble selon la revendication 1, dans lequel le premier élément de noyau (22) et le second élément de noyau (21) sont conformés de manière à ce que le premier point d’appui (P4a) du premier organe de maintien (P4) assure un blocage du premier élément de noyau (22) selon un premier sens (F1) d’une troisième direction (X) perpendiculaire à la première (Z) et à la deuxième direction (Y) et le second point d’appui (P4f) du premier organe de maintien (P4) assure un blocage du second élément de noyau (21) selon un deuxième sens (F2) de la troisième direction (X), opposé au premier sens (F1). Ensemble selon la revendication 1 ou 2, dans lequel un deuxième organe de maintien (P5) s’étend depuis la première face de moulage (20) selon la deuxième direction (Y), le deuxième organe de maintien (P5) comprenant un premier point d’appui (P5a) sur le premier élément de noyau (22) et un second point d’appui (P5f) sur le second élément de noyau (21), lesdits premier point d’appui (P5a) et deuxième point d’appui (P5f) du deuxième organe de maintien (P5) étant distincts des premier point d’appui (P4a) et deuxième point d’appui (P4f) du premier organe de maintien (P4). Ensemble selon la revendication 3, dans lequel le premier élément de noyau (22) et le second élément de noyau (21) sont conformés de manière à ce que le premier point d’appui (P5a) du deuxième organe de maintien (P5) assure un blocage du premier élément de noyau (22) selon le premier sens (F1) d’une troisième direction (X) perpendiculaire à la première (Z) et à la deuxième direction (Y) et le second point d’appui (P5f) du deuxième organe de maintien (P5) assure un blocage du second élément de noyau (21) selon un deuxième sens (F2) de la troisième direction (X), opposé au premier sens (F1). Ensemble selon la revendication 4, dans lequel le deuxième organe de maintien (P5) comprend un moyen d’espacement (D5) entre le premier point d’appui (P5a) du deuxième organe de maintien (P5) et le second point d’appui (P5f) du deuxième organe de maintien (P5), le moyen d’espacement garantissant, au cours de la réalisation du moulage en matériau éliminable, un espacement d’une distance constante entre lesdits points d’appui (P5a, P5f) selon la troisième direction (X). Ensemble selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le premier organe de maintien (P4) comprend un moyen d’espacement (D4) entre le premier point d’appui (P4a) du premier organe de maintien (P4) et le second point d’appui (P4f) du premier organe de maintien (P4), le moyen d’espacement (D4) garantissant, au cours de la réalisation du moulage en matériau éliminable, un espacement d’une distance constante entre lesdits points d’appui (P4a, P4f) selon au moins l’une parmi la première direction (Z), la deuxième direction (Y) ou la troisième direction (X). Ensemble selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le premier organe de maintien (P4) et/ou le deuxième organe de maintien (P5) est mobile entre une position de maintien pour au moins un élément de noyau (22, 21) et une position rétractée, l’organe de maintien (P4, P5) comprenant un mécanisme de rétractation pour positionner l’organe de maintien en position de maintien ou en position rétractée. Ensemble selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le premier organe de maintien (P4) et/ou le deuxième organe de maintien (P5) comprend un axe de rotation (R) et une tête (31) excentrique relativement à l’axe de rotation (R) et coopérant avec le premier élément de noyau (22) et le second élément de noyau (21). Procédé pour la réalisation d’un moulage en matériau éliminable d’une aube de turbomachine, le procédé comprenant : - fournir un premier élément de noyau (22) et un second élément noyau (21), lesdits éléments de noyau (22, 21) s’étendant selon une première direction (Z), - fournir un moule d’injection dudit matériau éliminable ; le moule comprenant : - une première face (20) pour le moulage d’une face intrados de l’aube et une seconde face pour le moulage d’une face extrados de l’aube agencée en vis-à-vis de la première face (20) selon une deuxième direction (Y) perpendiculaire à la première direction (Z), - des organes de maintien (P4, P5) en position des noyaux dans le moule d’injection, parmi lesquels au moins un premier organe de maintien (P4) s’étend depuis la première face de moulage (20) selon la deuxième direction (Y), le procédé étant caractérisé en ce qu’il comprend l’étape: positionner le premier élément de noyau (22) et le second élément de noyau (21) sur la première face de moulage (20) de sorte que le premier organe de maintien (P4) traverse au moins partiellement le premier et le second éléments de noyau (22, 21) et comprenne un premier point d’appui (P4a) sur le premier élément de noyau (22) et un second point d’appui (P4f) sur le second élément de noyau (21). Procédé selon la revendication 9, le moule comprenant en outre un deuxième organe de maintien (P5) s’étendant depuis la première face de moulage (20) selon la deuxième direction (Y), le procédé comprenant l’étape : positionner le premier élément de noyau (22) et le second élément de noyau (21) sur la première face de moulage (20) de sorte que le deuxième organe de maintien (P5) comprenne un premier point d’appui (P5a) sur le premier élément de noyau (22) et un second point d’appui (P5f) sur le second élément de noyau (21).