FR2929164A1 - Procede d'ebavurage d'une piece en matiere ceramique obtenue par injection d'une pate ceramique dans un moule - Google Patents

Abstract

La présente invention porte sur un procédé pour ébavurer une pièce (20) en matière céramique obtenue par injection d'une pâte céramique dans un moule et présentant au moins une portion de surface (21S) avec un surplus de matière formant une bavure (B) à éliminer. Le procédé est caractérisé par le fait qu'il comprend les étapes suivantes :a. disposer et fixer la pièce sur un support,b. placer un outil de fraisage (30) de forme allongée avec un flanc en parallèle à ladite portion de surface,c. entraîner en rotation l'outil (30) autour de son axe, mettre en contact le flanc de l'outil de fraisage avec ladite portion de surface (21S) à ébavurer tout en exerçant une pression déterminée sur ladite portion de surface.L'invention s'applique en particulier à l'ébavurage de noyaux d'aubes creuses de turbomachine.

Description

La présente invention porte sur la finition de pièces obtenues par injection d'une pâte céramique dans un moule formé de l'assemblage d'au moins deux parties de moule le long d'un plan de joint. L'invention se rapporte plus particulièrement à l'élimination des bavures dans la zone du plan de joint des deux parties de moule. L'invention vise notamment les noyaux céramiques utilisés dans la fabrication des aubes creuses de turbomachines par la technique de fonderie à la cire perdue. L'utilisation de noyaux céramiques de fonderie d'un type dit céramique est notamment connue dans certaines applications qui imposent l'obtention d'un ensemble de caractéristiques et de critères sévères de qualité comme la tenue aux hautes températures, l'absence de réactivité, la stabilité dimensionnelle et de bonnes caractéristiques mécaniques. Parmi ces applications présentant de telles exigences, on connaît les applications aéronautiques et par exemple l'obtention en fonderie d'aubes de turbine pour turboréacteurs. Le perfectionnement des procédés de fonderie évoluant de la fonderie équiaxe à la fonderie par solidification dirigée ou monocristalline a encore accru ces exigences concernant les noyaux dont l'utilisation et la complexité sont imposées par la recherche des hautes performances pour les pièces à obtenir, comme c'est le cas par exemple pour les aubes creuses à refroidissement interne.

La structure cristalline complexe recherchée dans l'aube n'est pas compatible avec les bavures sur le noyau. Celles-ci peuvent se détacher lors de la coulée et venir polluer la pièce en créant des inclusions et/ou des défauts géométriques. Une bavure qui reste en place crée une fissure dans la pièce et par conséquent une amorce de rupture. Les noyaux doivent donc être ébavurés.

Cette opération est classiquement réalisée manuellement après la cuisson. Cependant l'ébavurage manuel des noyaux fins et complexes comme par exemple les noyaux d'aubes mobiles des étages à haute pression HP ou bien les distributeurs fixes HP, est difficile à réaliser de manière précise et répétable. De plus ces opérations répétées sur noyaux peuvent engendrer chez les opérateurs des troubles musculo-squelettiques (TMS) dommageables pour la santé de ces derniers.

L'ébavurage manuel présente le risque de générer des taux élevés de rebuts avec des défauts tels que les suivants : amorces de criques, casse noyaux lors de la manutention, manque de répétitivité, écaillage du noyau entraînant des inclusions dans les pièces de métal.

On a cherché à automatiser le procédé d'ébavurage de la pièce après cuisson. Cependant les résultats ne sont pas satisfaisants car la déformation des pièces est mal connue en raison du retrait après cuisson. Ce retrait rend l'ébavurage par usinage très délicat et peu reproductible.

On résout ce prolblème avec un procédé selon l'invention pour ébavurer une pièce en matière céramique obtenue par injection d'une pâte céramique dans un moule et présentant au moins une portion de surface avec un surplus de matière formant une bavure à éliminer, caractérisé par le fait qu'il comprend les étapes suivantes : disposer la pièce sur un support, placer un outil de fraisage de forme allongée avec un flanc parallèle à ladite portion de surface, entraîner en rotation l'outil autour de son axe, mettre en contact le flanc de l'outil de fraisage avec ladite portion de surface à ébavurer tout en exerçant une pression déterminée sur ladite portion de surface. De préférence, ['outil de fraisage est déformable élastiquement, et la 20 position de l'axe de rotation par rapport à la portion de surface est déterminée en fonction de la pression à exercer sur la portion de surface.

Les propriétés de déformation élastique sont choisies en rapport avec la résistance mécanique aux chocs et à l'abrasion de la pièce à ébavurer. Grâce à l'invention on assure une meilleure répétitivité de l'ébavurage d'une pièce à l'autre. Il s'ensuit une meilleure qualité d'ébavurage et une diminution de la casse de pièce.

30 Le procédé convient particulièrement à l'ébavurage (le noyaux céramiques d'aube de turbomachine. Il permet notamment une diminution des amorces de criques. Avantageusement l'outil a la forme d'un fil métallique flexible avec au 35 moins une arête longitudinale, sa section est par exemple polygonale ; l'enlèvement de matière étant assuré par les arêtes.

Dans le cadre d'une automatisation, le procédé étant appliqué à une pièce présentant des bavures sur une portion de surface le long d'un plan de joint 40 venu de moulage, l'axe de rotation de l'outil forme un angle avec ladite portion de surface et est déplacé le long du plan de joint. Le déplacement 25 peut être assuré par une machine à commande numérique formant support de l'outil.

Selon une variante le support de la pièce est mobile perpendiculairement à l'axe de rotation de l'outil et comprend un moyen exerçant une force de rappel vers une position de repos.

On décrit maintenant le procédé plus en détail en référence aux dessins annexés sur lesquels La figure 1 représente le schéma d'un noyau d'aube de turbomachine. La figure 2 représente un outil conforme à l'invention en position d'ébavurage d'une pièce en matière céramique. La figure 3 montre une pièce placée sur un support souple 15 La figure 1 représente un exemple d'élément de noyau d'aube creuse. L'enveloppe de cet élément 10 a la forme de la cavité intérieure de l'aube creuse une fois que celle-ci aura été coulée. L'élément 10 comporte une partie supérieure 10A qui constituera la partie désignée baignoire de l'aube. 20 Cette partie est séparée du corps central 10B par un espace qui constituera la paroi supérieure transversale de l'aube creuse. Cette partie centrale 1013 est prolongée vers le bas par le pied 10D qui sert à la préhension et la fixation du noyau dans le moule carapace. La partie centrale est creusée d'ouvertures longitudinales 10B' qui constitueront les cloisons internes 25 définissant le circuit du fluide de refroidissement à l'intérieur de la cavité de l'aube. La partie 10B se prolonge d'un côté par une partie de bord de fuite 10C plus fine et comportant des ouvertures 10C' qui constitueront des cloisons ménageant entre elles des canaux qui débouchent le long du bord de fuite de l'aube pour l'évacuation du fluide de refroidissement. 30 Cette pièce assez complexe est obtenue par injection à l'aide d'une presse d'une pâte céramique. Celle-ci est obtenue par mélange d'un liant, un polymère organique, et de particules de matières céramiques. Le mélange est injecté grâce à des presses d'injection dans un moule d'injection 35 métallique. Ce moule est formé d'un assemblage d'au moins deux éléments avec empreinte qui sont mis en contact l'un avec l'autre le long d'une surface de jonction que l'on désigne communément plan de joint. Par l'injection, de la matière passe et s'infiltre entre les surfaces du plan de joint. Au démoulage cette matière en surplus forme les bavures. 40 La suite du procédé de fabrication du noyau consiste après l'injection, à démouler le noyau, le cuire dans un four à haute température, puis à assurer sa finition et le contrôle dimensionnel.

La finition a pour but d'enlever les bavures. Elles peuvent être enlevées soit juste après l'injection du mélange, il s'agit d'un ébavurage à cru ou bien après la cuisson ]1 s'agit alors d'un ébavurage de noyau à l'état cuit.

L'ébavurage habituellement fait à la main peut générer de nombreux défauts tels que rapportés plus haut.

L'ébavurage automatique au moyen d'outils de coupe tels que des fraises ne donne pas de résultat concluant en raison notamment du fait que les noyaux, soit à l'état cru soit à l'état cuit, ont de l'un à l'autre des retraits d'injection ou bien de cuisson différents. La position de l'outil ne peut de ce fait être définie avec précision de façon répétée.

Conformément à l'invention on enlève la matière soit à l'état cru soit à l'état cuit par un moyen qui exerce sur la surface une pression déterminée.

Cette pression résulte soit de l'application d'un outil déformab le élastiquement soit monté sur un support par l'intermédiaire d'une liaison déformable élastiquement.

Cette déformation élastique est obtenue selon un premier mode de réalisation par l'outil qui est lui même déformable élastiquement. Il peut s'agir d'un outil métallique se présentant sous la forme d'un fil métallique flexible. Un fil convenant à cette application est un fil métallique à section carrée ou plus généralement polygonale, découpé dans une tôle en acier bleu. Un exemple de valeur de module d'élasticité de l'outil en tôle bleue est compris entre 160 Mpa et 240 Mpa et est avantageusement de 200 Mpa.

On a représenté sur la figure 2 un exemple de montage de l'outil.

La pièce 20 présente une ouverture traversante 21 avec un plan de joint 21P à mi épaisseur. La matière en surplus B se situe à ce niveau et est enlevée par l'outil 30 qui a la forme d'un fil. L'outil est monté dans la broche 32, formant porte-outil, qui est entraînée en rotation et positionnée dans l'espace par des moteurs appropriés faisant partie d'une machine à commande numérique, non représentée. La position dans l'espace de la broche peut être programmée en chaque point. L'outil est positionné de façon à ce que son axe fasse un angle défini avec la surface 21S délimitant les bords de l'ouverture traversante 21, entre les deux faces de la pièce. Par exemple l'axe de l'outil est maintenu parallèle à cette surface 21S ; l'axe de l'outil est placé à une distance "e" de la surface, également bien définie. Cette distance peut être positive, c'est à dire que l'axe de l'outil est du côté de l'ouverture par rapport à la surface 21S ; cette distance peut être négative, l'axe de l'outil est alors du côté de la pièce par rapport à la surface 21S. Cette dernière position est possible en raison de la flexibilité de l'outil. Lorsque l'outil, une fois en place, est mis en rotation autour de son axe, la force centrifuge tend à écarter le fil de son axe. Il s'ensuit que le fil vient frotter contre la surface 21S en exerçant une pression déterminée fonction de l'outil, de sa vitesse et de sa position. Les arêtes longitudinales du fait de la section carré du fil constituent des couteaux qui enlèvent la matière en surplus le long de la surface 21S.

Du fait du mélange intime du liant polymère et de la céramique et après injection et cuisson, le noyau possède une résistance mécanique, aux chocs et à l'abrasion supérieure à l'effort fourni par l'outil qui par conséquent n'enlève que la bavure.

Avantageusement, l'axe de rotation du fil est décalé légèrement de l'axe de 20 rotation du porte-outil.

Avec le fil métallique on dispose de plusieurs paramètres que l'on ajuste en fonction de la résistance de la matière à enlever et de celle que l'on veut préserver : la nature du fil, ses dimensions, la distance négative ou positive 25 de l'axe de rotation du fil par rapport à la surface 21S, la vitesse de rotation. L'expérience a montré que l'on pouvait ainsi faire suivre à l'outil une trajectoire déterminée le long d'une ouverture, comme celle représentée, et absorber les variations de positionnement par rapport à la surface 21S résultant de retraits différents d'une pièce à l'autre. L'outil est 30 suffisamment long pour que son extrémité ne vienne pas au contact de la surface 21S.

Pour un noyau d'aube creuse, en matière céramique liée par une matière plastique de type polyéthylène glycol (PEG), à l'état cru, on a ainsi utilisé 35 un outil sous la forme d'un fil découpé dans une tôle bleue, de section carrée avec 0,5 mm de côté. L'axe de rotation de l'outil était décalé de l'axe du porte-outil de 0,02 mm, et la vitesse de rotation comprise dans l'intervalle de 3500 à 5000 tours par minute.

40 Selon une variante non représentée, on utilise un outil rigide, tel qu'une fraise métallique, monté dans un porte-outil par l'intermédiaire d'une liaison déformable élastiquement. Par cette liaison les efforts de l'outil appliqué sur la surface sont limités à la force du ressort de liaison dans la zone d'élasticité de ce dernier. Conformément à un autre mode de réalisation, le support sur lequel est fixée la pièce à ébavurer est mobile transversalement et longitudinalement suivant le plan horizontal xOy par rapport à l'axe de l'outil. Comme cela est représenté sur la figure 3 la pièce 110 à ébavurer, ici un noyau d'aube creuse de turbomachine, vu en coupe, est disposé sur le plateau 121 d'un support 120. Le plateau repose sur un cylindre d'axe vertical 123 qui peut se déformer transversalement et longitudinalement suivant le plan horizontal xOy. De préférence le cylindre comprend un moyen, tel qu'un ressort, exerçant une force de rappel vers la position de repos. L'outil d'ébavurage 130 est représenté en étant engagé dans une ouverture. Le fait que le support soit mobile transversalement et longitudinalement suivant le plan horizontal xOy permet à l'outil de venir en position tangentielle par rapport à la surface à ébavurer sans exercer d'effort susceptible d'entamer la pièce. Dans cette solution, l'outil d'ébavurage 130 peut être lui-même monté sur son porte-outil par un moyen de liaison souple.20

Claims (8)

1. Revendications1. Procédé pour ébavurer une pièce (20 110) en matière céramique obtenue par injection d'une pâte céramique dans un moule et présentant au moins une portion de surface (21 S) avec un surplus de matière formant une bavure (B) à éliminer, caractérisé par le fait qu'il comprend les étapes suivantes : a. disposer et fixer la pièce sur un support, b. placer un outil de fraisage (30, 130) de forme allongée avec un flanc en parallèle à ladite portion de surfâce, c. entraîner en rotation l'outil (30, 130) autour de son axe, mettre en contact le flanc de l'outil de fraisage avec ladite portion de surface (21S) à ébavurer tout en exerçant une pression déterminée sur ladite portion de surface.
2. 2. Procédé selon la revendication 1, l'outil de fraisage étant déformable élastiquement, dont la position ( e) de l'axe de rotation, par rapport à la portion de surface (21 S), est déterminée en fonction de la pression à exercer sur la portion de surface (21S).
3. 3. Procédé selon la revendication précédente, dont l'outil (30) a la forme d'un fil métallique flexible avec au moins une arête longitudinale. 25
4. 4. Procédé selon la revendication 1, l'outil de fraisage étant rigide et supporté par un moyen élastique transversalement.
5. 5. Procédé selon l'une des revendications précédentes, appliqué à une pièce présentant des bavures (B) sur une portion de surface (21 S) le 30 long d'un plan de joint (21P) venu de moulage, selon lequel l'axe de rotation de l'outil forme un angle avec ladite portion de surface et est déplacé le long du plan de joint (21P).
6. 6. Procédé selon l'une des revendications précédentes dont la pièce est 35 montée sur un support mobile perpendiculairement à l'axe de rotation de l'outil.
7. 7. Procédé selon la revendication précédente dont ledit support mobile comprend un moyen exerçant une force de rappel vers une position 40 de repos.20
8. 8. Procédé pour ébavurer un noyau céramique d'aube de turbomachine selon l'une des revendications précédentes. 10 15 20 25 30 35 40