[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 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.
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.