FR3146821A1 - Manufacturing process of a turbine ring sector - Google Patents
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Abstract
Procédé de fabrication d’un secteur d’anneau de turbine Procédé de fabrication d’au moins un secteur d’anneau de turbine (300) en matériau composite comprenant : - la réalisation d’au moins une ébauche fibreuse (10) par tissage tridimensionnel, - la découpe du contour de l’ébauche fibreuse (10), - la mise en forme de l’ébauche fibreuse (10) de manière à obtenir une préforme fibreuse ayant une forme voisine de celle du secteur d'anneau à réaliser, - la consolidation de la préforme fibreuse, - le chargement de la préforme consolidée sur un outillage de support, - l’infiltration de la préforme consolidée par un métal fondu de manière à obtenir un secteur d’anneau brut en matériau composite. Lors de la découpe du contour de l’ébauche fibreuse (10), des première et deuxième encoches (123, 124) sont découpées respectivement dans le premier bord latéral (121) de la partie inférieure (12) et dans le deuxième bord latéral (122) de la partie inférieure (12). La préforme fibreuse est suspendue sur l’outillage de support par les première et deuxième encoches (123, 124). Figure pour l’abrégé : Fig. 2. Method for manufacturing a turbine ring sector Method for manufacturing at least one turbine ring sector (300) made of composite material comprising: - producing at least one fibrous blank (10) by three-dimensional weaving, - cutting the outline of the fibrous blank (10), - shaping the fibrous blank (10) so as to obtain a fibrous preform having a shape close to that of the ring sector to be produced, - consolidating the fibrous preform, - loading the consolidated preform onto a support tool, - infiltrating the consolidated preform with a molten metal so as to obtain a raw ring sector made of composite material. When cutting the contour of the fiber blank (10), first and second notches (123, 124) are cut respectively in the first side edge (121) of the lower part (12) and in the second side edge (122) of the lower part (12). The fiber preform is suspended on the support tool by the first and second notches (123, 124). Abstract: Fig. 2.
Description
La présente invention se rapporte à la fabrication de secteurs d’anneau de turbine en matériau composite à matrice céramique (CMC) dans laquelle on infiltre une préforme fibreuse par un métal fondu.The present invention relates to the manufacture of turbine ring sectors from ceramic matrix composite (CMC) material in which a fibrous preform is infiltrated with molten metal.
Différents procédés de fabrication de pièces en matériau composite à matrice céramique sont connus. On connait le procédé dit « Pre-preg » dans lequel des fils pré imprégnés de résine précurseur de carbone sont mis sous la forme de nappes qui sont ensuite drapées pour obtenir une préforme fibreuse. La préforme fibreuse est moulée, cuite, et enfin infiltrée par un métal (ou un alliage métallique) à l’état liquide (technique d’infiltration à l’état fondu : « MI » pour « Melt-Infiltration »). On connait encore le procédé dit « Slurry-Cast » dans lequel on peut dans un premier temps densifier partiellement une préforme fibreuse tissée par voie gazeuse, par exemple par infiltration chimique en phase gazeuse (CVI), puis introduire une poudre céramique dans la préforme pré densifiée, par exemple par immersion dans une barbotine adéquate, et enfin infiltrer la préforme par un métal fondu (MI) de façon à finaliser la densification de la pièce. Dans l’un ou l’autre des procédés présentés, l’infiltration de la préforme peut être réactive, c’est-à-dire que le métal fondu peut réagir avec une phase de matrice déjà présente dans la préforme.Various processes for manufacturing parts made of ceramic matrix composite material are known. The so-called "Pre-preg" process is known, in which threads pre-impregnated with carbon precursor resin are formed into sheets that are then draped to obtain a fibrous preform. The fibrous preform is molded, baked, and finally infiltrated with a metal (or a metal alloy) in the liquid state (molten infiltration technique: "MI" for "Melt-Infiltration"). The so-called "Slurry-Cast" process is also known, in which a woven fibrous preform can first be partially densified by gas, for example by chemical gas infiltration (CVI), then a ceramic powder is introduced into the pre-densified preform, for example by immersion in a suitable slip, and finally the preform is infiltrated with a molten metal (MI) in order to finalize the densification of the part. In either of the processes presented, the infiltration of the preform can be reactive, that is, the molten metal can react with a matrix phase already present in the preform.
Traditionnellement, en raison de la conception des fours d’infiltration, les préformes sont infiltrées l’une après l’autre en les tenant avec une pince, la préforme étant directement trempée dans un bain de métal fondu ou mise en contact avec celui-ci à l’aide d’un drain, le drain pouvant être par exemple un tissu, un feutre, un mat, ou tout autre matériau poreux. Le drain est mis au contact du métal fondu d’une part, et de la préforme à infiltrer d’autre part, le métal fondu étant transféré à la préforme et infiltré dans celle-ci par capillarité à l’aide du drain.Traditionally, due to the design of infiltration furnaces, preforms are infiltrated one after the other by holding them with a clamp, the preform being directly dipped into a bath of molten metal or brought into contact with it using a drain, the drain being for example a fabric, a felt, a mat, or any other porous material. The drain is brought into contact with the molten metal on the one hand, and the preform to be infiltrated on the other hand, the molten metal being transferred to the preform and infiltrated into it by capillarity using the drain.
Cette infiltration présente plusieurs inconvénients comme notamment :This infiltration has several disadvantages, including:
- un risque d’endommagement de la préforme lors de l’installation (choc, chute, etc.),- a risk of damage to the preform during installation (impact, fall, etc.),
- un risque de chute de la pièce lors de l’opération d’infiltration,- a risk of the part falling during the infiltration operation,
- un risque de déformation lors du serrage de la pince,- a risk of deformation when tightening the clamp,
- l’absence de maîtrise du positionnement de la préforme dans son environnement.- lack of control over the positioning of the preform in its environment.
Le document US2022170143 divulgue un outillage de support pour préformes poreuses à infiltrer par un métal fondu. Ce document décrit des préformes comportant des encoches utilisées pour suspendre les préformes sur l’outillage de support. Cependant, dans ce document les encoches sont formées par usinage après consolidation des préformes. Une telle opération d’usinage est coûteuse en temps et risque d’entraîner une pollution des préformes.US2022170143 discloses a support tooling for porous preforms to be infiltrated by molten metal. This document describes preforms having notches used to suspend the preforms on the support tooling. However, in this document the notches are formed by machining after consolidation of the preforms. Such a machining operation is time-consuming and risks causing pollution of the preforms.
Il serait donc souhaitable de disposer d’une solution simple et économique pour améliorer la fabrication de secteurs d’anneau de turbine en matériau composite par infiltration avec un métal fondu.It would therefore be desirable to have a simple and economical solution to improve the manufacture of turbine ring sectors in composite material by infiltration with molten metal.
A cet effet, la présente invention propose un procédé de fabrication d’au moins un secteur d’anneau de turbine en matériau composite comprenant :
- la réalisation d’au moins une ébauche fibreuse par tissage tridimensionnel entre une pluralité de couches de fils de chaîne et une pluralité de couches de fils de trame, l’ébauche fibreuse s’étendant suivant une direction longitudinale et une direction transversale, l’ébauche fibreuse comprenant une partie inférieure s’étendant suivant la direction transversale entre des premier et deuxième bords latéraux, la partie inférieure étant destinée à former la base annulaire du secteur d'anneau, et une partie supérieure s’étendant suivant la direction transversale entre des premier et deuxième bords latéraux, la partie supérieure étant reliée à la partie inférieure par une portion centrale, la partie supérieure comprenant des première et deuxième portions de déploiement s’étendant suivant la direction transversale entre la portion centrale et respectivement les premier et deuxième bords latéraux de la partie supérieure, la première portion de déploiement étant séparée de la partie inférieure par une première déliaison, la deuxième portion de déploiement étant séparée de la partie inférieure par une deuxième déliaison, les premier et deuxième bords latéraux de la partie inférieure étant alignés respectivement avec les premier et deuxième bords latéraux de la partie supérieure,
- la découpe du contour de l’ébauche,
- la mise en forme de l’ébauche fibreuse par pliage des première et deuxième portions de déploiement vers la portion centrale de façon à former des première et deuxième parties de préforme de bride de fixation et par courbure de la partie inférieure de façon à former une partie de préforme de base annulaire de manière à obtenir une préforme fibreuse ayant une forme voisine de celle du secteur d'anneau à réaliser,
- la consolidation de la préforme fibreuse,
- le chargement de la préforme consolidée sur un outillage de support,
- l’infiltration de la préforme consolidée par un métal fondu de manière à obtenir un secteur d’anneau brut en matériau composite comprenant une base annulaire avec des premier et deuxièmes bords latéraux comportant respectivement des première et deuxième encoches, une première bride de fixation et une deuxième bride de fixation,
caractérisé en ce que, lors de la découpe du contour de l’ébauche fibreuse, les première et deuxième encoches sont découpées respectivement dans le premier bord latéral de la partie inférieure et dans le deuxième bord latéral de la partie inférieure, et en ce que ladite au moins une préforme fibreuse consolidée est suspendue sur l’outillage de support par les première et deuxième encoches.For this purpose, the present invention proposes a method of manufacturing at least one turbine ring sector in composite material comprising:
- producing at least one fiber blank by three-dimensional weaving between a plurality of layers of warp threads and a plurality of layers of weft threads, the fiber blank extending in a longitudinal direction and a transverse direction, the fiber blank comprising a lower portion extending in the transverse direction between first and second lateral edges, the lower portion being intended to form the annular base of the ring sector, and an upper portion extending in the transverse direction between first and second lateral edges, the upper portion being connected to the lower portion by a central portion, the upper portion comprising first and second deployment portions extending in the transverse direction between the central portion and respectively the first and second lateral edges of the upper portion, the first deployment portion being separated from the lower portion by a first separation, the second deployment portion being separated from the lower portion by a second separation, the first and second lateral edges of the lower portion being aligned respectively with the first and second lateral edges of the upper portion,
- cutting the outline of the rough outline,
- shaping the fiber blank by folding the first and second deployment portions towards the central portion so as to form first and second fixing flange preform parts and by curving the lower part so as to form an annular base preform part so as to obtain a fiber preform having a shape close to that of the ring sector to be produced,
- consolidation of the fibrous preform,
- loading the consolidated preform onto a support tool,
- infiltrating the consolidated preform with a molten metal so as to obtain a raw ring sector made of composite material comprising an annular base with first and second lateral edges respectively comprising first and second notches, a first fixing flange and a second fixing flange,
characterized in that, when cutting the outline of the fiber blank, the first and second notches are cut respectively in the first lateral edge of the lower part and in the second lateral edge of the lower part, and in that said at least one consolidated fiber preform is suspended on the support tool by the first and second notches.
Les encoches permettent de suspendre la préforme sur l’outillage de support de manière stable et équilibrée, et ce avec un contact minimum entre la préforme et l’outillage.The notches allow the preform to be suspended on the support tooling in a stable and balanced manner, with minimal contact between the preform and the tooling.
Dans le procédé de l’invention, les encoches sont réalisées en même temps que la découpe du contour de l’ébauche fibreuse. La réalisation des encoches n’a donc pas d’impact sur le coût de fabrication du secteur d’anneau car elle est incluse dans l’opération de découpe de l’ébauche fibreuse.In the method of the invention, the notches are made at the same time as the cutting of the outline of the fiber blank. The production of the notches therefore has no impact on the manufacturing cost of the ring sector because it is included in the cutting operation of the fiber blank.
En outre, les encoches servent de détrompeurs amont/aval pour le secteur d’anneau brut.In addition, the notches serve as upstream/downstream keying devices for the raw ring sector.
Selon une caractéristique particulière du procédé de l’invention, les première et deuxième encoches sont respectivement présentes dans des portions sacrificielles, les portions sacrificielles étant éliminées après l’infiltration de la préforme consolidée par un métal fondu. La découpe des encoches n’a ainsi aucun impact sur le renfort fibreux du secteur d’anneau final et, par conséquent, sur les propriétés mécaniques du secteur d’anneau en matériau composite. En outre, la qualité du secteur d’anneau final est améliorée car les points de contact entre l’outillage de support et la préforme susceptibles d’engendrer des défauts dans la pièce lors de l’infiltration par un métal fondu, sont situés en dehors de la pièce finale et sont éliminés.According to a particular characteristic of the method of the invention, the first and second notches are respectively present in sacrificial portions, the sacrificial portions being eliminated after the infiltration of the consolidated preform by a molten metal. The cutting of the notches thus has no impact on the fibrous reinforcement of the final ring sector and, consequently, on the mechanical properties of the composite material ring sector. In addition, the quality of the final ring sector is improved because the points of contact between the support tool and the preform likely to cause defects in the part during infiltration by a molten metal are located outside the final part and are eliminated.
Selon une autre caractéristique particulière du procédé de l’invention, les première et deuxième encoches sont découpées par faisceau laser ou jet d’eau sous pression.According to another particular characteristic of the method of the invention, the first and second notches are cut by laser beam or pressurized water jet.
Selon une autre caractéristique particulière du procédé de l’invention, lors de la découpe du contour de l’ébauche fibreuse, des troisième et quatrième encoches sont découpées respectivement dans le premier bord latéral de la partie supérieure et dans le deuxième bord latéral de ladite partie supérieure, les troisième et quatrième encoches étant découpées simultanément avec les première et deuxième encoches. En découpant simultanément les première et troisième encoches dans les premiers bords latéraux des parties inférieure et supérieure et les deuxième et quatrième encoches dans les deuxièmes bords latéraux des parties inférieure et supérieure, on simplifie le procédé de fabrication car il n’est pas nécessaire d’utiliser un outillage pour protéger la partie supérieure de l’ébauche fibreuse lors de la découpe des encoches.According to another particular characteristic of the method of the invention, when cutting the outline of the fiber blank, third and fourth notches are cut respectively in the first lateral edge of the upper part and in the second lateral edge of said upper part, the third and fourth notches being cut simultaneously with the first and second notches. By simultaneously cutting the first and third notches in the first lateral edges of the lower and upper parts and the second and fourth notches in the second lateral edges of the lower and upper parts, the manufacturing method is simplified because it is not necessary to use a tool to protect the upper part of the fiber blank when cutting the notches.
Selon une autre caractéristique particulière du procédé de l’invention, les première à quatrième encoches sont respectivement présentes dans des portions sacrificielles, les portions sacrificielles étant éliminées après l’infiltration de la préforme consolidée par un métal fondu.According to another particular characteristic of the method of the invention, the first to fourth notches are respectively present in sacrificial portions, the sacrificial portions being eliminated after infiltration of the consolidated preform by a molten metal.
Selon une autre caractéristique particulière du procédé de l’invention, les première à quatrième encoches sont découpées par faisceau laser ou jet d’eau sous pression.According to another particular characteristic of the method of the invention, the first to fourth notches are cut by laser beam or pressurized water jet.
Selon une autre caractéristique particulière du procédé de l’invention, l’outillage de support comprend un portant comprenant au moins une barre de suspension et au moins un support de préforme poreuse, chaque support comprenant une première partie reliée à ladite au moins une barre de suspension par une liaison coulissante et une deuxième partie s’étendant à partir de la première partie, la deuxième partie de chaque support de préforme poreuse comprenant deux bras transversaux s’étendant suivant une deuxième direction, chaque bras transversal comportant une projection s’étendant suivant une première direction, les projections coopérant respectivement avec les première et deuxième encoches présentes sur la préforme.According to another particular characteristic of the method of the invention, the support tool comprises a support comprising at least one suspension bar and at least one porous preform support, each support comprising a first part connected to said at least one suspension bar by a sliding connection and a second part extending from the first part, the second part of each porous preform support comprising two transverse arms extending in a second direction, each transverse arm comprising a projection extending in a first direction, the projections cooperating respectively with the first and second notches present on the preform.
Selon une autre caractéristique particulière du procédé de l’invention, la deuxième partie de chaque support de préforme comprend une vis anti-basculement.According to another particular characteristic of the method of the invention, the second part of each preform support comprises an anti-tilt screw.
Selon une autre caractéristique particulière du procédé de l’invention, la deuxième partie de chaque support de préforme poreuse comprend une butée réglable présente dans la partie inférieure de la deuxième partie.According to another particular characteristic of the method of the invention, the second part of each porous preform support comprises an adjustable stop present in the lower part of the second part.
Le procédé de fabrication de secteurs d’anneau de turbine de l’invention débute par la réalisation d’une ou plusieurs ébauches fibreuses par tissage tridimensionnel entre une pluralité de couches de fils de chaîne et une pluralité de couches de fils de trame.The method of manufacturing turbine ring sectors of the invention begins with the production of one or more fibrous blanks by three-dimensional weaving between a plurality of layers of warp threads and a plurality of layers of weft threads.
La
Pour le tissage de l’ébauche fibreuse 10, on peut utiliser des fils en fibres céramique, par exemple des fils en fibres SiC tels que ceux commercialisés par la société japonaise Nippon Carbon sous la dénomination "Hi-Nicalon S", ou des fils en fibres de carbone. Le tissage peut être de type interlock. D'autres armures de tissage tridimensionnel peuvent être utilisées comme par exemple des armures multi-toile ou multi-satin. On pourra se référer au document WO 2006/136755.For weaving the fiber blank 10, ceramic fiber yarns may be used, for example SiC fiber yarns such as those marketed by the Japanese company Nippon Carbon under the name "Hi-Nicalon S", or carbon fiber yarns. The weave may be of the interlock type. Other three-dimensional weave weaves may be used, such as multi-plain or multi-satin weaves. Reference may be made to document WO 2006/136755.
L’ébauche fibreuse 10 est tissée en une seule pièce, l’ébauche s’étendant suivant une direction longitudinale DL et une direction transversale DT. L’ébauche fibreuse comprend une partie inférieure 12 s’étendant suivant la direction transversale DT entre des premier et deuxième bords latéraux 121 et 122, la partie inférieure 12 étant destinée à former la base annulaire du secteur d'anneau, et une partie supérieure 14 s’étendant suivant la direction transversale DT entre des premier et deuxième bords latéraux 143 et 144. La partie supérieure 14 est reliée à la partie inférieure 12 par une portion centrale 16. La partie supérieure 14 comprend des première et deuxième portions de déploiement 141 et 142 destinées à former des brides de fixation du secteur d’anneau. Les premier et deuxième bords latéraux 121 et 122 de la partie inférieure 12 sont alignés respectivement avec les premier et deuxième bords latéraux 143 et 144 de la partie supérieure 14.The fibrous blank 10 is woven in a single piece, the blank extending in a longitudinal direction DL and a transverse direction DT. The fibrous blank comprises a lower portion 12 extending in the transverse direction DT between first and second lateral edges 121 and 122, the lower portion 12 being intended to form the annular base of the ring sector, and an upper portion 14 extending in the transverse direction DT between first and second lateral edges 143 and 144. The upper portion 14 is connected to the lower portion 12 by a central portion 16. The upper portion 14 comprises first and second deployment portions 141 and 142 intended to form fixing flanges of the ring sector. The first and second side edges 121 and 122 of the lower part 12 are aligned respectively with the first and second side edges 143 and 144 of the upper part 14.
La première portion de déploiement 141 s’étend suivant la direction transversale DT entre la portion centrale 16 et le premier bord latéral 143 de la partie supérieure 14. La première portion de déploiement 141 est séparée de la partie inférieure 12 par une première déliaison 18.The first deployment portion 141 extends in the transverse direction DT between the central portion 16 and the first lateral edge 143 of the upper part 14. The first deployment portion 141 is separated from the lower part 12 by a first disconnection 18.
La deuxième portion de déploiement 142 s’étend suivant la direction transversale DT entre la portion centrale 16 et le deuxième bord latéral 144 de la partie supérieure 14. La deuxième portion de déploiement 142 est séparée de la partie inférieure 12 par une deuxième déliaison 19.The second deployment portion 142 extends in the transverse direction DT between the central portion 16 and the second lateral edge 144 of the upper part 14. The second deployment portion 142 is separated from the lower part 12 by a second disconnection 19.
Une fois l’ébauche fibreuse 10 tissée et comme illustré sur la
Conformément à l’invention, lors de la découpe de la préforme à plat, des première et deuxième encoches 123 et 124 sont découpées respectivement dans les premier et deuxième bords latéraux 121 et 122 de la partie inférieure 12. Dans l’exemple décrit ici et illustré sur la
La découpe des encoches dans l’ébauche fibreuse 10 peut être réalisée par exemple par faisceau laser ou jet d’eau sous pression.The cutting of the notches in the fiber blank 10 can be carried out for example by laser beam or pressurized water jet.
Selon une variante de réalisation, lors de la découpe de la préforme à plat, seules les première et deuxième encoches 123 et 124 sont découpées respectivement dans les premier et deuxième bords latéraux 121 et 122 de la partie inférieure 12. Dans ce cas, un outillage est utilisé pour protéger les premier et deuxième bords latéraux 143 et 144 de la partie supérieure 14 lors de la découpe des encoches 123 et 124 afin d’éviter la découpe des encoches 145 et 146 dans la partie supérieure 14.According to an alternative embodiment, when cutting the flat preform, only the first and second notches 123 and 124 are cut respectively in the first and second lateral edges 121 and 122 of the lower part 12. In this case, a tool is used to protect the first and second lateral edges 143 and 144 of the upper part 14 when cutting the notches 123 and 124 in order to avoid cutting the notches 145 and 146 in the upper part 14.
En découpant simultanément les première et troisième encoches 123 et 145 dans les premiers bords latéraux 121 et 143 des parties inférieure 12 et supérieure 14 et les deuxième et quatrième encoches 124 et 146 dans les deuxièmes bords latéraux 122 et 144 des parties inférieure 12 et supérieure 14, on simplifie le procédé de fabrication car il n’est pas nécessaire d’utiliser un outillage pour protéger la partie supérieure de l’ébauche fibreuse lors de la découpe des encoches.By simultaneously cutting the first and third notches 123 and 145 in the first side edges 121 and 143 of the lower 12 and upper 14 portions and the second and fourth notches 124 and 146 in the second side edges 122 and 144 of the lower 12 and upper 14 portions, the manufacturing process is simplified because it is not necessary to use tooling to protect the upper portion of the fiber blank when cutting the notches.
Le procédé se poursuit par la mise en forme de l’ébauche fibreuse 10 de manière à obtenir une préforme fibreuse 100 illustrée sur la
Comme illustrée sur la
La préforme fibreuse 100 est consolidée par infiltration chimique en phase gazeuse (CVI) d’une phase de matrice céramique afin d’être en mesure de conserver sa forme pour la suite du procédé.The fiber preform 100 is consolidated by chemical vapor infiltration (CVI) of a ceramic matrix phase in order to be able to retain its shape for the rest of the process.
On procède ensuite au chargement de la préforme 100 sur un outillage de support 200 en vue de son infiltration par un métal fondu. Sur la
L’outillage de support 200 comprend en outre au moins support 500 destiné à maintenir la préforme 100 lors de son infiltration avec un métal fondu. Comme illustré sur les figures 6 à 9, le support 500 comprend une première partie 510 formée d’une première oreille 511 comportant un trou oblong 5110 et d’une deuxième oreille 512 comportant un trou oblong 5120. Chaque support 500 peut être monté sur une barre de suspension de l’outillage de support 200, par exemple la barre de suspension 210, en plaçant les deux oreilles 511 et 512 d’un côté et de l’autre de la barre et en insérant un axe de suspension 250 dans les trous oblongs 5110 et 5120 des oreilles 511 et 512 (
Le support 500 comprend en outre une deuxième partie 520 s’étendant à partir de la première partie 510. La deuxième partie 520 est destinée à supporter la préforme fibreuse 100. La deuxième partie 520 de chaque support 500 comprend un bras longitudinal 521 s’étendant suivant la troisième direction D3 et deux bras transversaux 522 et 523 s’étendant de chaque côté du bras longitudinal 521 suivant la direction D2. Une première projection 5220 est montée sur le bras transversal 522 au moyen d’une vis de serrage 5222, la projection 5220 s’étendant à partir du bras 522 suivant la direction D1 et présentant une extrémité libre 5221. Une deuxième projection 5230 est montée sur le bras transversal 523 au moyen d’une vis de serrage 5232, la projection 5230 s’étendant à partir du bras 523 suivant la direction D1 et présentant une extrémité libre 5231. Comme illustrées sur les figures 7 et 8, les extrémités libres 5221 et 5231 des première et deuxième projections 5220 et 5230 sont aptes à coopérer avec respectivement la deuxième encoche 124 et la première encoche 123 présentes respectivement sur les bords latéraux 122 et 121 de la partie de préforme de base annulaire 130 de la préforme 100.The support 500 further comprises a second part 520 extending from the first part 510. The second part 520 is intended to support the fiber preform 100. The second part 520 of each support 500 comprises a longitudinal arm 521 extending in the third direction D3 and two transverse arms 522 and 523 extending on each side of the longitudinal arm 521 in the direction D2. A first projection 5220 is mounted on the transverse arm 522 by means of a clamping screw 5222, the projection 5220 extending from the arm 522 in the direction D1 and having a free end 5221. A second projection 5230 is mounted on the transverse arm 523 by means of a clamping screw 5232, the projection 5230 extending from the arm 523 in the direction D1 and having a free end 5231. As illustrated in FIGS. 7 and 8, the free ends 5221 and 5231 of the first and second projections 5220 and 5230 are adapted to cooperate with respectively the second notch 124 and the first notch 123 present respectively on the lateral edges 122 and 121 of the annular base preform portion 130 of the preform 100.
Comme illustrée sur la
Selon une caractéristique optionnelle du support 500, celui-ci peut comprendre une vis anti-basculement 524 dont la tige filetée 5241 est vissée dans un orifice 525 présent sur la partie supérieure du bras longitudinal 521. La tête 5240 de la vis anti-basculement 524 bloque le basculement de la préforme 100 (
Selon une autre caractéristique optionnelle du support 500, celui-ci peut comprendre une butée fixe 526 présente sur la partie supérieure du bras longitudinal 521 afin de limiter par contact ponctuel la translation de la préforme poreuse dans la direction D1.According to another optional characteristic of the support 500, the latter may comprise a fixed stop 526 present on the upper part of the longitudinal arm 521 in order to limit by point contact the translation of the porous preform in the direction D1.
Toujours selon une autre caractéristique optionnelle du support 500, celui-ci peut comprendre une butée réglable 527 présente sur la partie inférieure du bras longitudinal 521 afin de limiter par contact ponctuel la rotation de la préforme sur les projections et ainsi positionner la préforme suivant un plan vertical parallèle à la direction D3 lors des opérations d’infiltration de la préforme avec un métal fondu. La butée réglable 527 coopère par vissage avec un orifice 528 présent sur la partie inférieure du bras longitudinal 521.Still according to another optional characteristic of the support 500, the latter may comprise an adjustable stop 527 present on the lower part of the longitudinal arm 521 in order to limit by point contact the rotation of the preform on the projections and thus position the preform along a vertical plane parallel to the direction D3 during the operations of infiltration of the preform with a molten metal. The adjustable stop 527 cooperates by screwing with an orifice 528 present on the lower part of the longitudinal arm 521.
En combinaison avec les encoches 124 et 123, le support 500 permet de maintenir de façon fiable une préforme poreuse avec seulement quelques points de contact ponctuels, ce qui permet d’optimiser l’infiltration de la préforme par un métal fondu tout en facilitant et sécurisant le chargement de la préforme sur l’outillage de support.In combination with the notches 124 and 123, the support 500 makes it possible to reliably hold a porous preform with only a few punctate contact points, which makes it possible to optimize the infiltration of the preform by a molten metal while facilitating and securing the loading of the preform onto the support tooling.
Une fois chargée sur l’outillage de support 200, la préforme 100 est densifiée par infiltration avec du silicium liquide (« Melt Infiltration »).Once loaded onto the support tool 200, the preform 100 is densified by infiltration with liquid silicon (“Melt Infiltration”).
L’outillage de support peut supporter un nombre variable de préformes fibreuses. L’outillage de support 200 décrit ici peut supporter jusqu’à huit préformes fibreuses. Bien entendu, en fonction des besoins et des dimensions de l’outillage de support de l’invention, celui-ci peut supporter un nombre plus ou moins important de préformes. On veillera toutefois à avoir un nombre équivalent de préformes et une répartition symétrique de celle-ci sur chaque barre de suspension afin d’équilibrer l’outillage de support et ne pas perturber la mesure de masse lors de l’infiltration.The support tooling can support a variable number of fiber preforms. The support tooling 200 described here can support up to eight fiber preforms. Of course, depending on the needs and dimensions of the support tooling of the invention, it can support a greater or lesser number of preforms. However, care will be taken to have an equivalent number of preforms and a symmetrical distribution of the latter on each suspension bar in order to balance the support tooling and not disturb the mass measurement during infiltration.
La
Le creuset 4 peut être en un matériau céramique. Le métal fondu 6 peut par exemple être du silicium ou un alliage de silicium. Le four 1 est ici muni d’un système de chauffage par induction 40 comprenant une bobine d’induction 42 et un suscepteur 44 qui sont disposés autour du creuset 4 et de la préforme 8 dans l’enceinte 2 du four 1. Le système de chauffage comprend en outre, de façon connue, un générateur haute fréquence 36 relié à la bobine 42 de façon à générer un champ magnétique variable à l’aide de la bobine. Le suscepteur 44 peut par exemple être un cylindre en graphite. Le four 1 peut en outre être muni d’une pompe à vide 38 en communication fluidique avec l’intérieur de l’enceinte 2, de façon à réaliser le procédé d’infiltration sous vide. On notera qu’un autre type de four que celui illustré peut être utilisé, en particulier le four peut comprendre un système de chauffage résistif au lieu d’un système inductif.The crucible 4 may be made of a ceramic material. The molten metal 6 may for example be silicon or a silicon alloy. The furnace 1 is here provided with an induction heating system 40 comprising an induction coil 42 and a susceptor 44 which are arranged around the crucible 4 and the preform 8 in the enclosure 2 of the furnace 1. The heating system further comprises, in a known manner, a high-frequency generator 36 connected to the coil 42 so as to generate a variable magnetic field using the coil. The susceptor 44 may for example be a graphite cylinder. The furnace 1 may further be provided with a vacuum pump 38 in fluid communication with the interior of the enclosure 2, so as to carry out the vacuum infiltration process. It will be noted that another type of furnace than that illustrated may be used, in particular the furnace may comprise a resistive heating system instead of an inductive system.
Le four 1 comprend un dispositif de mesure de la masse des préformes 100 correspondant ici à une balance 20 du type peson, à laquelle l’outillage de support 200 est suspendu par le biais de la tige d’interface 240. Dans cet exemple, la balance 20 est située à l’extérieur de l’enceinte 2 du four 1, au-dessus de l’enceinte 2. Bien entendu, d’autres dispositifs de mesure de masse peuvent être utilisés sans sortir du cadre de la présente invention.The oven 1 comprises a device for measuring the mass of the preforms 100 corresponding here to a scale 20 of the weighing type, from which the support tool 200 is suspended by means of the interface rod 240. In this example, the scale 20 is located outside the enclosure 2 of the oven 1, above the enclosure 2. Of course, other mass measuring devices can be used without departing from the scope of the present invention.
Le four 1 comprend en outre un dispositif de déplacement comprenant ici un vérin 24 ayant une tige 26 sur laquelle est monté le creuset 4. Dans cet exemple, le vérin 24 est situé à l’extérieur de l’enceinte 2 du four 1, au-dessous de l’enceinte 2. De la sorte, le vérin 20 permet de déplacer le creuset 4 avec un mouvement de translation verticale à l’intérieur de l’enceinte 2 du four 1, notamment en direction des préformes 100 présentes sur l’outillage de support 200. Ainsi, le creuset 4 est mobile en translation verticale dans l’enceinte 2. Dans une variante non illustrée, le creuset peut être monté fixe dans le four, et la préforme peut être mobile en translation verticale.The furnace 1 further comprises a moving device comprising here a jack 24 having a rod 26 on which the crucible 4 is mounted. In this example, the jack 24 is located outside the enclosure 2 of the furnace 1, below the enclosure 2. In this way, the jack 20 makes it possible to move the crucible 4 with a vertical translation movement inside the enclosure 2 of the furnace 1, in particular in the direction of the preforms 100 present on the support tool 200. Thus, the crucible 4 is movable in vertical translation in the enclosure 2. In a variant not illustrated, the crucible can be fixedly mounted in the furnace, and the preform can be movable in vertical translation.
Dans l’exemple illustré, le four 1 comprend également un système de contrôle 28 de la position relative entre les préformes et le creuset, qui est configuré pour commander le vérin 24 en fonction de l’évolution de la masse des préformes 100 telle que mesurée par la balance 20. Ce système de contrôle 28 peut être par exemple un automate ou un ordinateur équipé d’une carte d’acquisition à entrées/sorties. Le système de contrôle 28 peut recevoir en entrée des signaux électriques provenant de la balance 20, et envoyer des signaux de commande en sortie au vérin 24.In the illustrated example, the furnace 1 also comprises a control system 28 for controlling the relative position between the preforms and the crucible, which is configured to control the jack 24 according to the change in the mass of the preforms 100 as measured by the scale 20. This control system 28 may be, for example, an automaton or a computer equipped with an input/output acquisition card. The control system 28 may receive electrical signals from the scale 20 as input, and send control signals as output to the jack 24.
L’infiltration des préformes 100 est réalisée par mise en contact desdites préformes avec le métal fondu 6 qui peut par exemple être du silicium ou un alliage de silicium, le métal fondu infiltrant la porosité des préformes par capillarité. La mise en contact peut être directe, c’est-à-dire que les préformes sont directement trempées dans le bain de métal fondu, ou indirecte en mettant les préformes en contact avec un ou plusieurs drains (non représentés sur la
On obtient alors des pièces, ici des secteurs d’anneau brut, en matériau CMC comprenant un renfort fibreux densifié par une matrice et présentant une forme similaire à celle de la préforme 100 représentée sur la
Le secteur d’anneau brut 300 est usiné afin d’éliminer les zones sacrificielles 301, 302, 303 et 304. On obtient ainsi comme représenté sur la
Claims (9)
- la réalisation d’au moins une ébauche fibreuse (10) par tissage tridimensionnel entre une pluralité de couches de fils de chaîne (50) et une pluralité de couches de fils de trame (60), l’ébauche fibreuse s’étendant suivant une direction longitudinale (DL) et une direction transversale (DT), l’ébauche fibreuse (10) comprenant une partie inférieure (12) s’étendant suivant la direction transversale entre des premier et deuxième bords latéraux (121 et 122), la partie inférieure (12) étant destinée à former la base annulaire du secteur d'anneau, et une partie supérieure (14) s’étendant suivant la direction transversale entre des premier et deuxième bords latéraux (143, 144), la partie supérieure (14) étant reliée à la partie inférieure (12) par une portion centrale (16), la partie supérieure comprenant des première et deuxième portions de déploiement (141 et 142) s’étendant suivant la direction transversale entre la portion centrale (16) et respectivement les premier et deuxième bords latéraux (143, 144) de la partie supérieure (14), la première portion de déploiement (141) étant séparée de la partie inférieure (12) par une première déliaison (18), la deuxième portion de déploiement (142) étant séparée de la partie inférieure (12) par une deuxième déliaison (19), les premier et deuxième bords latéraux (121, 122) de la partie inférieure (12) étant alignés respectivement avec les premier et deuxième bords latéraux (143, 144) de la partie supérieure (14),
- la découpe du contour de l’ébauche fibreuse (10),
- la mise en forme de l’ébauche fibreuse (10) par pliage des première et deuxième portions de déploiement (141, 142) vers la portion centrale (16) de façon à former des première et deuxième parties de préforme de bride de fixation (110, 120) et par courbure de la partie inférieure (12) de façon à former une partie de préforme de base annulaire (130) de manière à obtenir une préforme fibreuse (100) ayant une forme voisine de celle du secteur d'anneau à réaliser,
- la consolidation de la préforme fibreuse (100),
- le chargement de la préforme consolidée sur un outillage de support (200),
- l’infiltration de la préforme consolidée par un métal fondu de manière à obtenir un secteur d’anneau brut (300) en matériau composite comprenant une base annulaire (330) avec des premier et deuxièmes bords latéraux comportant respectivement des première et deuxième encoches (123, 124), une première bride de fixation (310) et une deuxième bride de fixation (320),
caractérisé en ce que, lors de la découpe du contour de l’ébauche fibreuse (10), les première et deuxième encoches (123, 124) sont découpées respectivement dans le premier bord latéral (121) de la partie inférieure (12) et dans le deuxième bord latéral (122) de la partie inférieure (12), et en ce que ladite au moins une préforme fibreuse consolidée est suspendue sur l’outillage de support (200) par les première et deuxième encoches (123, 124).Method for manufacturing at least one turbine ring sector (300) in composite material comprising:
- producing at least one fibrous blank (10) by three-dimensional weaving between a plurality of layers of warp threads (50) and a plurality of layers of weft threads (60), the fibrous blank extending in a longitudinal direction (DL) and a transverse direction (DT), the fibrous blank (10) comprising a lower portion (12) extending in the transverse direction between first and second lateral edges (121 and 122), the lower portion (12) being intended to form the annular base of the ring sector, and an upper portion (14) extending in the transverse direction between first and second lateral edges (143, 144), the upper portion (14) being connected to the lower portion (12) by a central portion (16), the upper portion comprising first and second deployment portions (141 and 142) extending in the transverse direction between the central portion (16) and the first and second lateral edges respectively side edges (143, 144) of the upper part (14), the first deployment portion (141) being separated from the lower part (12) by a first separation (18), the second deployment portion (142) being separated from the lower part (12) by a second separation (19), the first and second side edges (121, 122) of the lower part (12) being aligned respectively with the first and second side edges (143, 144) of the upper part (14),
- cutting the outline of the fibrous blank (10),
- shaping the fibrous blank (10) by folding the first and second deployment portions (141, 142) towards the central portion (16) so as to form first and second fixing flange preform parts (110, 120) and by curving the lower part (12) so as to form an annular base preform part (130) so as to obtain a fibrous preform (100) having a shape close to that of the ring sector to be produced,
- consolidation of the fibrous preform (100),
- loading the consolidated preform onto a support tool (200),
- infiltrating the consolidated preform with a molten metal so as to obtain a raw ring sector (300) made of composite material comprising an annular base (330) with first and second lateral edges respectively comprising first and second notches (123, 124), a first fixing flange (310) and a second fixing flange (320),
characterized in that, when cutting the outline of the fiber blank (10), the first and second notches (123, 124) are cut respectively in the first lateral edge (121) of the lower part (12) and in the second lateral edge (122) of the lower part (12), and in that said at least one consolidated fiber preform is suspended on the support tool (200) by the first and second notches (123, 124).
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