Procédé de réalisation de noyaux complexes en céramique pour fonderie

Description

[0001] La présente invention concerne un procédé de réalisation d'un noyau complexe en céramique pour fonderie, du type présentant une partie pleine en matériau céramique et des évidements qui s'étendent à l'intérieur dudit noyau, ledit noyau étant destiné à la fabrication d'une pièce creuse comportant des cavités internes et des cloisons, notamment une aube de turbomachine, par la méthode de fonderie connue dite à la cire perdue.

[0002] Dans la méthode de fonderie dite à la cire perdue, on utilise un noyau en matériau céramique qui est tenu dans le moule lors de la coulée de métal, la surface extérieure du noyau formant la surface intérieure d'une cavité interne du produit fini obtenu de cette façon.

[0003] Dans certains cas le noyau utilisé doit présenter des évidements de manière à former des cloisons dans le produit fini. C'est le cas, entre autres, des noyaux utilisés dans la fabrication des aubes creuses de turbomachine, lesdites aubes creuses présentant, dans leur cavité interne, des cloisons pour délimiter des canaux de circulation des fluides de refroidissement, et éventuellement des ailettes pour le refroidissement des parois extérieures des aubes.

[0004] Pour réaliser ces noyaux il a déjà été proposé de réaliser un corps plein formé par ledit noyau dans lequel les évidements sont remplis par un matériau dégradable, et d'éliminer la composition dégradable remplissant lesdits évidements. Le brevet anglais GB-A-2 090 181 enseigne un procédé de fabrication d'aubes creuses de turbomachine, comportant une cloison interne. Selon ce procédé on réalise une forme de cloison dans un matériau dégradable par une première injection de matériau dégradable dans un moule approprié, on surmoule la forme de la cloison en matériau dégradable par une injection d'une composition à base de céramique dans un deuxième moule, et on élimine le matériau dégradable par un procédé d'élimination en fonction du matériau dégradable utilisé.

[0005] Le procédé décrit dans ce brevet anglais présente quelques inconvénients et des limites d'utilisation. Tout d'abord cette cloison en matériau dégradable comporte une paroi fine. Cette finesse peut entraîner des problèmes lors du démoulage de la cloison en matériau dégradable et peut surtout se déformer ou se rompre lors de son surmoulage dans le deuxième moule par suite des pressions exercées sur les deux faces de la paroi fine en matériau dégradable qui ne s'équilibrent pas forcément lors de la deuxième phase d'injection. Ceci peut entraîner une malformation interne du noyau de fonderie et par le fait même, une malformation de l'aube réalisée à l'aide de ce noyau. Enfin, il est difficile de réaliser lors de la première injection un corps complexe comportant une pluralité de parois fines en matériau dégradable liées entre elles, par suite de contre-dépouilles qui rendent impossible le démoulage de ce corps complexe en matériau dégradable. C'est la raison pour laquelle les aubes de turbomachine qui comportent un réseau interne complexe de cloisons, ne sont pas réalisées en totalité par le procédé de fonderie dit à la cire perdue. Les cloisons sont réalisées par brasage de chemises à l'intérieur de l'aube creuse. Ceci entraîne des coûts de main d'oeuvre, des altérations éventuelles du métal et des difficultés pour assurer l'étanchéité des parois.

[0006] Le but de la présente invention est de proposer un procédé pour réaliser des noyaux du type mentionné qui pallie ces inconvénients.

[0007] L'invention atteint son but par le fait que l'on réalise ledit corps plein par injections successives et superposées, dans au moins un moule approprié, d'au moins deux compositions dont l'une est dégradable sans que cela nuise à l'autre ou aux autres, la première injection permettant de créer une ébauche constituée de l'une ou l'autre desdites compositions, et les injections successives suivantes permettant de recouvrir, au moins en partie, la surface externe de l'ébauche obtenue dans l'injection précédente, d'une couche de matière constituée par la composition injectée.

[0008] Grâce à cette technique, l'ébauche grossit au fur et à mesure de l'empilage des couches successives. Les formes des diverses ébauches obtenues successivement peuvent être étudiées pour qu'il n'y ait pas de problème au démoulage par suite de contre-dépouilles. La forme des évidements remplis de matériau dégradable peut être aussi complexe que l'on veut. Les parois constituant cette deuxième partie de corps peuvent être extrêmement fines, et il n'y a pas de risque de déformation de ces parois fines au démoulage ni au surmoulage.

[0009] De préférence on utilise le même moule pour toutes les injections superposées et on introduit dans le moule des inserts appropriés pour définir l'empreinte de moulage à chaque injection.

[0010] D'autres avantages et caractéristiques de l'invention ressortiront à la lecture de la description suivante faite à titre d'exemple et en référence au dessin annexé dans lequel :

la figure 1 représente une coupe d'une aube de turbomachine obtenue par coulée,

la figure 2 montre en perspective un noyau en céramique permettant de réaliser l'aube représentée à la figure 1, et

la figure 3 montre en perspective le corps plein obtenu par des injections successives selon l'invention et permettant de réaliser le noyau de la figure 2.

[0011] La figure 1 représente schématiquement une aube creuse 1 de turbomachine qui présente une paroi externe 2 et une cavité interne 3. La cavité interne 3 comporte des cloisons 4 qui la partagent en plusieurs canaux 3a, 3b dans lesquels circulent des fluides de refroidissement, ou qui jouent le rôle d'ailettes de refroidissement. Les cloisons 4 et la paroi externe 2 peuvent de plus présenter des ouvertures pour le passage des fluides de refroidissement d'un canal à un autre, ou pour l'évacuation des fluides de refroidissement.

[0012] Cette aube 1 est réalisée en fonderie par le procédé connu dit à la cire perdue. Ce procédé connu consiste à couler un métal dans un moule contenant un noyau 5 en matériau céramique.

[0013] Le noyau 5 qui, à la fin de la coulée, est noyé à l'intérieur de l'aube 1, est ensuite éliminé par tout procédé approprié.

[0014] L'ensemble des cloisons 4 situées à l'intérieur de l'aube 1 peut présenter une configuration complexe. Par le fait même le noyau 5 a également une configuration complexe. Il présente une partie pleine 6 en matériau céramique qui est destiné à former les cavités internes de l'aube 1 et des évidemements 7 qui s'étendent à l'intérieur de la partie pleine 6. Ces évidements 7 sont destinés à donner naissance aux parois 4 de l'aube 1 lors de la coulée du métal. La figure 2 montre le noyau 5 qui permet d'obtenir par coulée l'aube présentée sur la figure 1.

[0015] De manière connue, on réalise au préalable un corps plein 8 formé par ledit noyau 5 dans lequel les évidements 7 sont remplis par un matériau dégradable. Ce corps plein 8 est représenté sur la figure 3.

[0016] Selon l'invention on réalise le corps plein 8 par des injections superposées, de préférence dans le même moule, d'au moins deux types de composition dont l'une est dégradable, et dont l'autre comporte un premier liant et une charge céramique traditionnelle pour noyau de fonderie. La composition dégradable est constituée d'un deuxième liant et d'une charge dégradable. Cette charge dégradable peut être par exemple du graphite qui se décompose sous l'action de la chaleur en atmosphère appropriée.

[0017] Comme on le voit sur la figure 3, le corps plein 8 comporte trois parties : une partie 9 correspondant à la cavité 3a de l'aube 1, une partie 10 correspondant à la cloison 4 et la partie 11 correspondant à la cavité 3b.

[0018] La partie 9 est réalisée en injectant la composition de matériau céramique dans un moule conformé à l'aube 1 dans laquelle est introduite un premier insert correspondant aux parties 10 et 11. Cette première injection permet de créer une ébauche conformée à la partie 9. Après ouverture du moule, on remplace le premier insert par un deuxième insert plus petit conformé à la partie 11 du corps plein 8, tout en laissant l'ébauche obtenue précédemment dans le moule, puis on procède à une injection de la composition dégradable dans le volume correspondant à la partie 10. On sort ensuite le deuxième insert du moule, et on procède à une deuxième injection de matériau céramique de manière à former la partie 11 du corps plein 8. Les parties 11 et 9 se soudent localement au niveau de leur surface de jonction représentée sur la figure 3 par la référence 12.

[0019] Il ne reste plus qu'à cuire le noyeau céramique et éliminer la composition dégradable par chauffage sous atmosphère appropriée pour obtenir le noyau 5 représenté sur la figure 2.

[0020] Dans l'exemple décrit ci-dessus, le corps plein 8 est obtenu par trois injections successives. Il est évident que le nombre d'injections est fonction de la complexité du noyau 5 que l'on désire obtenir par le procédé de l'invention. De même l'ordre de l'injection des parties 9, 10 et 11 peut être inversé.

[0021] La partie 10 est liée à la partie 9 au moment de l'injection de la composition en matériau dégradable. Elle ne subit pas de dégradation lors du deuxième démoulage ni de déformation lors de la deuxième injection de la composition en matériau céramique. Son volume et son épaisseur sont fonction des empreintes des différents inserts.

Revendications

1. Procédé de réalisation d'un noyau complexe (5) en céramique pour fonderie, du type présentant des évidements (7) qui s'étendent à l'intérieur dudit noyau (5), ledit noyau (5) étant destiné à la fabrication d'une pièce creuse comportant des cavités internes et des cloisons, notamment une aube de turbomachine, par la méthode de fonderie connue dite à la cire perdue,
   procédé selon lequel on réalise au préalable un corps plein (8) formé par ledit noyau (5) dans lequel les évidements (7) sont remplis par un matériau dégradable, et on élimine la composition dégradable remplissant lesdits évidements (7) pour obtenir ledit noyeau complexe (5)
   ledit procédé étant caractérisé en ce qu'on réalise ledit corps plein (8) par injections successives et superposées, dans au moins un moule approprié, d'au moins deux compositions dont l'une est dégradable sans que cela nuise à l'autre ou aux autres, la première injection permettant de créer une ébauche (9) constituée de l'une ou l'autre desdites compositions, et les injections successives suivantes permettant de recouvrir, au moins en partie, la surface externe de l'ébauche (9) obtenue dans l'injection précédente, d'une couche de matière (10) constituée par la composition injectée.

2. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'on utilise le même moule pour toutes les injections superposées et en ce qu'on introduit dans le moule des inserts appropriés pour définir l'empreinte de moulage à chaque injection.

Claims

1. Method of producing a complex core (5) made of ceramic for foundrywork, of the type possessing hollowings (7) which extend into the said core (5), the said core (5) being intended for the manufacture of a hollow casting which includes internal cavities and partitions, especially a turbomachine blade, using the known foundrywork method called the lost-wax method,
   according to which method a solid body (8) is produced beforehand, this solid body being formed by the said core (5) in which the hollowings (7) are filled with a degradable material, and the degradable composition filling the said hollowings (7) is removed in order to obtain the said complex core (5),
   the said method being characterized in that the said solid body (8) is produced by successive and superposed injections, into at least one appropriate mould, of at least two compositions, one of which is degradable without this one impairing the other or the others, the first injection making it possible to create a blank (9) consisting of one or other of the said compositions, and the following successive injections making it possible to coat, at least in part, the external surface of the blank (9) obtained in the previous injection, with a layer of material (10) formed by the injected composition.

2. Method according to Claim 1, characterized in that the same mould is used for all the superposed injections and in that appropriate inserts are inserted into the mould in order to define the mould cavity at each injection.

Ansprüche

1. Herstellungsverfahren für einen komplexen Kern (5) aus Keramik für die Gießerei des Typs, der Aussparungen (7) aufweist, die sich im Inneren des Kerns (5) erstrecken, wobei der Kern (5) zur Herstellung eines Hohlteils mit inneren Hohlräumen und Zwischenwänden dient, insbesondere für eine Turbomaschinenschaufel, durch das als "verlorenes Wachs" genannte Gießverfahren,
wobei zunächst ein Vollkörper (8) geschaffen wird, der durch den Kern (5) gebildet wird, in dem die Aussparungen (7) durch ein abbaubares Material gefüllt sind, und die abbaubare Zusammensetzung, die die Aussparungen (7) füllt, zur Schaffung des komplexen Kerns (5) beseitigt wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Vollkörper (8) durch aufeinanderfolgende und übereinanderliegende Einspritzungen ausgeführt wird in wenigstens einer geeigneten Gießform, mit wenigstens zwei Zusammensetzungen, von denen die eine abbaubar ist, ohne daß dies der anderen oder den anderen schadet, wobei die erste Einspritzung die Schaffung einer Zwischenform (9) gestattet, die aus der einen oder der anderen der Zusammensetzungen besteht, und die aufeinanderfolgenden Einspritzungen das zumindest teilweise Bedecken der Außenfläche der Zwischenform (9) gestatten, die durch die vorhergehende Einspritzung erhalten wurde, aus einer Materialschicht (10), die durch die eingespritzte Zusammensetzung gebildet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die gleiche Gießform für alle aufeinanderliegenden Einspritzungen verwendet wird und daß geeignete Einsätze in die Gießform eingesetzt werden, um den Gußabdruck bei jeder Einspritzung festzulegen.

Dessins