FR3070285A1

FR3070285A1 - CORE FOR FAVORING A TURBOMACHINE BLADE

Info

Publication number: FR3070285A1
Application number: FR1757872A
Authority: FR
Inventors: Philippe METRON; Diane Dan; Eric Eberschveiller; Houssem Ouerghi; Patrick Pourfilet; Roland TRAN
Original assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Current assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Priority date: 2017-08-25
Filing date: 2017-08-25
Publication date: 2019-03-01
Anticipated expiration: 2037-08-25
Also published as: FR3070285B1

Abstract

L'invention concerne un noyau (10) utilisé pour la fabrication par fonderie à la cire perdue d'une aube de turbomachine, s'étendant selon une direction longitudinale (L) entre un pied (14) et une tête (12). La tête (12) du noyau (10) est conformé pour constituer une cavité en sommet d'aube et comprend un évidement (18) comportant une première face (26) sensiblement perpendiculaire à la direction longitudinale (L).The invention relates to a core (10) used for the lost wax casting of a turbomachine blade, extending in a longitudinal direction (L) between a foot (14) and a head (12). The head (12) of the core (10) is shaped to form a cavity at the top of the blade and comprises a recess (18) having a first face (26) substantially perpendicular to the longitudinal direction (L).

Description

NOYAU POUR LA FAFRICATION D’UNE AUBE DE TURBOMACHINECORE FOR THE MANUFACTURE OF A TURBOMACHINE BLADE

DOMAINE [001] La présente invention concerne le 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 à la cire perdue.FIELD [001] The present invention relates to the field of turbomachine blades, that in particular of blades obtained by casting a molten alloy in a mold according to the lost wax casting technique.

CONTEXTE [002] 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 peut comprendre une pièce interne formant un noyau en céramique qui figure les cavités que l’on souhaite voir apparaître 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 dite de stucage et de séchage, un moule carapace.BACKGROUND [002] Conventionally, the lost wax foundry technique consists first of all in producing a model in wax, or in any other material that can easily be removed subsequently, of the part to be produced; this model can include an internal part forming a ceramic core which represents the cavities that we want to appear inside the blade. The wax model is then dipped several times in slips made of a suspension of ceramic particles to make, by so-called stucco and drying operations, a shell mold.

[003] 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 celleci. Le moule subit ensuite un traitement thermique à haute température ou « cuisson » qui lui confère les propriétés mécaniques nécessaires.Next, the shell mold is dewaxed, which is an operation by which the wax or the material constituting the original model is removed from the shell. After this elimination, a ceramic mold is obtained, the cavity of which reproduces all the shapes of the blade and which still contains the ceramic core intended to generate the internal cavities thereof. The mold is then subjected to a high temperature heat treatment or "baking" which gives it the necessary mechanical properties.

[004] 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, donc plusieurs techniques de coulée, selon la nature de l'alliage et les propriétés attendues de la pièce résultant de la coulée.The shell mold is then ready for the manufacture of the metal part by casting. After checking the internal and external integrity of the shell mold, the next step is to pour a molten metal, which occupies the voids between the inner wall of the shell mold and the core, then to solidify it. In the field of lost wax casting, there are currently several solidification techniques, therefore several casting techniques, depending on the nature of the alloy and the properties expected from the part resulting from casting.

[005] 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.After the casting of the alloy, the shell is broken by a release operation. In another step, the ceramic core which has remained enclosed in the blade obtained is chemically removed. The metal vane obtained then undergoes finishing operations which make it possible to obtain the finished part.

[006] 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.Examples of embodiment of turbine blades by the lost wax casting technique are given in patent applications FR2875425 and FR2874186 of the applicant.

[007] 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.To form the dawn wax model, a tool or wax injection mold is used, in which the core is placed and then the liquid wax is injected through a channel provided for this purpose.

[008] 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.The search for increased engine performance in particular involves more efficient cooling of the turbine blades located immediately downstream of the combustion chamber. This requirement necessitates the formation, inside these blades, of more elaborate internal cavities for circulation of the coolant. These blades have the particularity of having several metal walls and therefore require the manufacture of increasingly complex ceramic cores.

[009] On comprend aisément que le placement du noyau dans le moule d’injection de cire doit être réalisé avec précision afin que les cavités résultant de la suppression ultérieure du noyau soient agencées aux bonnes localisations dans l’aube pour que notamment les épaisseurs des parois, plus particulièrement intrados et extrados, de l’aube soient maîtrisées.It is easily understood that the placement of the core in the wax injection mold must be carried out with precision so that the cavities resulting from the subsequent removal of the core are arranged in the correct locations in the blade so that in particular the thicknesses of the walls, more particularly lower and upper surfaces, of the dawn are controlled.

[010] Un noyau est généralement défini par rapport à trois directions perpendiculaires deux à deux, une direction longitudinale correspondant sur l’aube finale à la direction longitudinale reliant le pied au sommet de l’aube, une direction axiale correspondant sur l’aube finale à la direction amont/aval (ou encore bord d’attaque/bord de fuite) et une direction transverse traversant les faces d’intrados et d’extrados de l’aube. Dans la technique connue, le positionnement d’un noyau un moule carapace est réalisé par appui d’une extrémité longitudinale du noyau sur la carapace.A core is generally defined with respect to three perpendicular directions two by two, a corresponding longitudinal direction on the final blade to the longitudinal direction connecting the foot to the top of the blade, a corresponding axial direction on the final blade to the upstream / downstream direction (or even leading edge / trailing edge) and a transverse direction crossing the faces of the lower and upper surfaces of the blade. In the known technique, the positioning of a core a shell mold is produced by pressing a longitudinal end of the core on the shell.

[011] Habituellement, le sommet du noyau est réalisé avec une surlongueur en direction axiale et celle-ci est ensuite redécoupée à une position longitudinale prédéterminée permettant ainsi d’établir une côte d’appui précise du noyau dans le moule cire et par suite un positionnement précis en direction longitudinale du noyau dans le moule carapace, avant la coulée du métal, relativement au modèle cire qui entoure le noyau. Toutefois, la réalisation d’une découpe sur chaque noyau conduit à une variabilité de positionnement de la découpe et donc à une variabilité de positionnement du noyau dans le moule carapace, induisant une reproductibilité non optimale du positionnement du noyau dans le moule carapace et par suite à une reproductibilité également non optimale de fabrication des aubes.Usually, the top of the core is made with an extra length in the axial direction and the latter is then re-cut to a predetermined longitudinal position thus making it possible to establish a precise bearing rib of the core in the wax mold and consequently a precise positioning in the longitudinal direction of the core in the shell mold, before casting the metal, relative to the wax model which surrounds the core. However, making a cut on each core leads to a variability in positioning the cut and therefore in a variability in positioning the core in the shell mold, inducing a non-optimal reproducibility of the positioning of the core in the shell mold and consequently to an equally non-optimal reproducibility of manufacturing the blades.

[012] Il est rappelé que la tête du noyau est nécessaire pour réaliser le maintien du noyau mais également pour assurer un remplissage optimal du moule de fabrication du noyau.It is recalled that the head of the core is necessary to maintain the core but also to ensure optimal filling of the core manufacturing mold.

[013] L’ invention a notamment pour but d’apporter une solution simple, efficace et économique aux problèmes de l’art antérieur décrit précédemment.The aim of the invention is in particular to provide a simple, effective and economical solution to the problems of the prior art described above.

RESUME DE L’INVENTION [014] La présente invention concerne tout d’abord un noyau utilisé pour la fabrication par fonderie à la cire perdue d'un élément aubagé creux de turbomachine, s'étendant selon une direction longitudinale entre un pied et une tête, caractérisé en ce que la tête du noyau est conformé pour constituer après fonderie une cavité en sommet d'aube et comprend un évidement comportant une première face sensiblement perpendiculaire à la direction longitudinale.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention firstly relates to a core used for the manufacture by lost wax casting of a hollow bladed element of a turbomachine, extending in a longitudinal direction between a foot and a head , characterized in that the head of the core is shaped to form, after foundry, a cavity at the top of the blade and comprises a recess comprising a first face substantially perpendicular to the longitudinal direction.

[015] Selon l’invention, la face d’appui est non plus réalisée sur une extrémité libre du noyau mais sur une face d’un évidement du noyau. Ainsi, il est possible de réaliser la tête du noyau et la découpe subséquente de manière similaire à la technique antérieure sans que cela n’impacte la face de l’évidement et par conséquent le positionnement du noyau dans le moule carapace et relativement au modèle cire qui entoure le noyau. Cette modification permet de supprimer une étape manuelle et donc augmenter la répétabilité et la précision du positionnement [016] Selon une autre caractéristique de l’invention, l’évidement débouche vers une extrémité libre longitudinale du noyau et sur l’une des faces intrados ou extrados du noyau.According to the invention, the bearing face is no longer produced on a free end of the core but on one face of a recess of the core. Thus, it is possible to carry out the head of the core and the subsequent cutting in a similar manner to the prior art without this impacting the face of the recess and therefore the positioning of the core in the shell mold and relative to the wax model. which surrounds the nucleus. This modification makes it possible to omit a manual step and therefore to increase the repeatability and the accuracy of the positioning. According to another characteristic of the invention, the recess opens out towards a free longitudinal end of the core and on one of the intrados or extrados of the nucleus.

[017] Avec une telle forme de l’évidemment, le moule de fabrication du noyau nécessite une modification simple qui consiste à réaliser une nervure supplémentaire sur une face interne de l’empreinte de celui-ci. Après fabrication du noyau, on réalise la découpe au travers de l’évidemment qui n’impacte pas le positionnement du noyau dans le moule. La découpe permet de supprimer la carotte d’injection du noyau dans son moule.[017] With such a shape of the obvious, the core manufacturing mold requires a simple modification which consists in making an additional rib on an internal face of the imprint thereof. After manufacturing the core, the cut is made through the recess which does not impact the positioning of the core in the mold. Cutting eliminates the core injection core in its mold.

[018] L’évidement du noyau peut comprendre deux flancs latéraux en visà-vis qui peuvent être sensiblement parallèles l'un à l'autre, afin de permettre un démoulage simple du noyau tout en ayant des faces qui pourront servir d’appui dans des directions perpendiculaires à celles-ci.The core recess may include two opposite lateral flanks which may be substantially parallel to each other, in order to allow a simple demolding of the core while having faces which can serve as support in directions perpendicular to them.

[019] Egalement, l’évidement comprend une seconde face sensiblement perpendiculaire aux deux flancs latéraux et à la première face.[019] Also, the recess comprises a second face substantially perpendicular to the two lateral flanks and to the first face.

[020] Selon encore une autre caractéristique, l’évidement peut comprendre une seconde face sensiblement perpendiculaire aux deux flancs latéraux et à la première face.According to yet another characteristic, the recess may include a second face substantially perpendicular to the two lateral flanks and to the first face.

[021] Enfin, l’invention concerne également un procédé de fabrication d’une aube au moyen du noyau tel que décrit ci-dessus, le procédé comprenant les étapes suivantes de :[021] Finally, the invention also relates to a method of manufacturing a blade using the core as described above, the method comprising the following steps:

Découpe de la tête du noyau selon un plan perpendiculaire à la direction longitudinale, au travers de l’évidement,Cutting the head of the core along a plane perpendicular to the longitudinal direction, through the recess,

Positionnement du noyau dans un moule d’injection de cire, la première face servant de face d’appui du noyau dans la direction longitudinale,Positioning of the core in a wax injection mold, the first face serving as the bearing face of the core in the longitudinal direction,

Réalisation d’un modèle en cire de l’élément aubagé avec un noyau selon l’une des revendications précédentes intégré au modèle en cire, la première face de l’évidement étant dépourvue de cire, [022] Selon une autre caractéristique, le procédé comprend une étape de réalisation d’un moule carapace autour du modèle en cire, le moule carapace venant en contact avec la première surface du noyau.Production of a wax model of the bladed element with a core according to one of the preceding claims, integrated into the wax model, the first face of the recess being devoid of wax, [022] According to another characteristic, the method comprises a step of producing a shell mold around the wax model, the shell mold coming into contact with the first surface of the core.

[023] L’invention sera mieux comprise et d’autres détails, caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description suivante faite à titre d’exemple non limitatif en référence aux dessins annexés.The invention will be better understood and other details, characteristics and advantages of the invention will appear on reading the following description given by way of non-limiting example with reference to the accompanying drawings.

BREVE DESCRIPTION DES FIGURES la figure 1 est une vue schématique en perspective selon une direction transverse d’un noyau d’une aube de turbomachine ;BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES FIG. 1 is a schematic perspective view in a transverse direction of a core of a turbomachine blade;

la figure 2 est une vue schématique en perspective de la tête ou sommet du noyau.Figure 2 is a schematic perspective view of the head or top of the core.

DESCRIPTION DETAILLEE [024] On se réfère tout d’abord à la figure 1 qui représente un noyau 10 selon l’invention comprenant une tête 12 et un pied 14 entre lesquels est agencée un corps 16 de noyau. Le noyau 10 s’étend selon trois directions perpendiculaires deux à deux, une direction longitudinale L correspondant sur l’aube finale à la direction longitudinale L reliant le pied au sommet de l’aube, une direction axiale A (figure 1) correspondant sur l’aube finale à la direction amont/aval et une direction transverse T traversant les faces d’intrados et d’extrados de l’aube (figure 3).DETAILED DESCRIPTION [024] First of all, reference is made to FIG. 1 which represents a core 10 according to the invention comprising a head 12 and a foot 14 between which a body 16 of the core is arranged. The core 10 extends in three perpendicular directions two by two, a longitudinal direction L corresponding on the final blade to the longitudinal direction L connecting the foot to the top of the blade, an axial direction A (FIG. 1) corresponding to the 'final blade in the upstream / downstream direction and a transverse direction T crossing the lower and upper surfaces of the blade (Figure 3).

[025] La tête 12 du noyau 10 est destinée à former une cavité sur l’aube finale après coulée du métal dans le moule carapace. La tête 12 du noyau 10 a donc une forme externe correspondant à la forme interne de la cavité souhaitée sur l’aube.The head 12 of the core 10 is intended to form a cavity on the final blade after the metal has been poured into the shell mold. The head 12 of the core 10 therefore has an external shape corresponding to the internal shape of the desired cavity on the blade.

[026] Selon l’invention, la tête 12 de l’aube 10 comprend un évidement 18 qui est plus spécifiquement une rainure longitudinale débouchant dans la direction longitudinale L au niveau de l’extrémité libre de la tête 12 du noyauAccording to the invention, the head 12 of the blade 10 includes a recess 18 which is more specifically a longitudinal groove opening in the longitudinal direction L at the free end of the head 12 of the core

10. Cette rainure 18 est formée sur une face d’intrados 20 (ou d’extrados) du noyau 10, c’est-à-dire sur la face de la tête 12 du noyau 10 qui est destinée à former une face située du côté de l’intrados de l’aube. Cette rainure 18 comprend deux flancs latéraux 22, 24 en vis-à-vis et sensiblement parallèles l’un à l’autre. Ces deux flancs latéraux 22, 24 sont orientés longitudinalement et sensiblement transversalement et sont reliés l’un à l’autre par une première face 26 perpendiculaire à la direction longitudinale L, cette première face 26 étant destinée à former une face d’appui ou de butée du moule carapace dans la direction longitudinale comme cela sera expliqué ciaprès. Cette première face peut être concave, comme représenté en figure10. This groove 18 is formed on one face of the lower surface 20 (or of the upper surface) of the core 10, that is to say on the face of the head 12 of the core 10 which is intended to form a face located on the side of the lower surface of dawn. This groove 18 comprises two lateral flanks 22, 24 facing each other and substantially parallel to each other. These two lateral sides 22, 24 are oriented longitudinally and substantially transversely and are connected to one another by a first face 26 perpendicular to the longitudinal direction L, this first face 26 being intended to form a bearing or shell mold stop in the longitudinal direction as will be explained below. This first face can be concave, as shown in figure

2. La rainure 18 comprend également une seconde face 28 ou face de fond reliant les deux flancs 22, 24 et la première face d’appui 26. La seconde face 28 ainsi que les deux flancs 22, 24 servent de faces d’appui dans les directions.2. The groove 18 also includes a second face 28 or bottom face connecting the two sides 22, 24 and the first bearing face 26. The second face 28 as well as the two sides 22, 24 serve as bearing faces in directions.

[027] Selon l’invention, le noyau est utilisé dans un procédé de fabrication d’une aube comprenant les étapes suivantes. Dans une première étape, on fabrique le noyau 10 précité dans un moule prévu à cet effet. Ainsi, on comprend que le moule 10 comprend une nervure correspondante par rapport à un moule de la technique antérieure. Dans une seconde étape, on réalise une découpe de la tête 12 du noyau selon un plan P perpendiculaire à la direction longitudinale L, au travers de l’évidement 18 (figure 2). Dans une troisième étape, on réalise un modèle en cire de l’aube avec le noyau 10 intégré au modèle en cire, la première face 26 de l’évidement 18 étant dépourvue de cire puis on réalise dans une cinquième étape le moule carapace autour du modèle en cire, le moule venant en contact avec la première face 26 du noyau 10.[027] According to the invention, the core is used in a process for manufacturing a blade comprising the following steps. In a first step, the aforementioned core 10 is manufactured in a mold provided for this purpose. Thus, it is understood that the mold 10 comprises a corresponding rib relative to a mold of the prior art. In a second step, the head 12 of the core is cut along a plane P perpendicular to the longitudinal direction L, through the recess 18 (FIG. 2). In a third step, a wax model of the dawn is produced with the core 10 integrated into the wax model, the first face 26 of the recess 18 being devoid of wax and then in a fifth step the shell mold is produced around the wax model, the mold coming into contact with the first face 26 of the core 10.

[028] Ainsi, le noyau 10 est bloqué dans la direction longitudinale L sur le moule cire à l’aide d’une première face 26 du noyau 10 obtenue directement à partir du moule de fabrication du noyau 10, ce qui limite la variabilité de positionnement du noyau 10 dans le moule d’injection de cire à la variabilité de fabrication du noyau 10 et non plus à une étape subséquente de découpe de la tête 12 du noyau 10 comme dans la technique antérieure. Cette 5 amélioration du positionnement du noyau dans le moule d’injection de cire permet de garantir une meilleure répétabilité de fabrication du modèle en cire de l’aube et par suite de l’aube finale.[028] Thus, the core 10 is blocked in the longitudinal direction L on the wax mold using a first face 26 of the core 10 obtained directly from the core manufacturing mold 10, which limits the variability of positioning of the core 10 in the wax injection mold to the manufacturing variability of the core 10 and no longer at a subsequent step of cutting the head 12 of the core 10 as in the prior art. This improvement in the positioning of the core in the wax injection mold makes it possible to guarantee better repeatability of manufacturing the wax model of the blade and therefore of the final blade.

Claims

1. Core (10) used for the manufacture by lost wax casting of a hollow bladed element of a turbomachine, extending in a longitudinal direction (L) between a foot (14) and a head (12), characterized in what the head (12) of the core (10) is shaped to constitute after foundry a cavity at the top of the blade and comprises a recess (18) having a first face (26) substantially perpendicular to the longitudinal direction (L).

2. Core according to claim 1, characterized in that the recess (18) opens towards a free longitudinal end of the core (10) and on one of the lower or upper faces of the core (10).

3. Core according to claim 2, characterized in that the recess comprises two lateral flanks (22, 24) facing each other substantially parallel to each other.

4. Core according to claim 3, characterized in that the recess (18) comprises a second face (28) substantially perpendicular to the two lateral flanks (22, 24) and to the first face (26).

5. Method for manufacturing a blade by means of the core (10) according to one of the preceding claims, comprising the following steps:

Cutting the head (12) of the core (10) along a plane perpendicular (P) to the longitudinal direction (L), through the recess,

Positioning of the core in a wax injection mold, the first face serving as the bearing face of the core in the longitudinal direction, Realization of a wax model of the bladed element, the first face (26) of the recess (18) being devoid of wax.

6. Method according to claim 5, characterized in that it comprises a step of producing a shell mold around the wax model, the shell mold coming into contact with the first face (26) of the core (10).