WO2017194879A1 - Système d'alimentation pour alimenter un moule en métal fondu, installation et procédé de fabrication la mettant en œuvre - Google Patents

Système d'alimentation pour alimenter un moule en métal fondu, installation et procédé de fabrication la mettant en œuvre Download PDF

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Ngadia Taha NIANE
David Grange
Didier Maurice Marceau GUERCHE
Saïd BOUKERMA
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Safran SA
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Safran Aircraft Engines SAS
Safran SA
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    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D35/00—Equipment for conveying molten metal into beds or moulds
    • B22D35/04—Equipment for conveying molten metal into beds or moulds into moulds, e.g. base plates, runners

Definitions

  • the invention relates to the general field of the manufacture of parts by foundry.
  • the invention relates more particularly, but not exclusively, to a feed system for supplying molten metal to a mold for making parts by lost-wax foundry, in particular in a gravity-fed casting configuration.
  • a wax model of the part to be produced is produced first, around which a ceramic shell forming a mold is formed.
  • a molten metal is then poured into the mold, and directed solidification of the metal can be achieved to obtain, after removal of the mold, the molded part.
  • This method is advantageous for producing complex-shaped metal parts, and also makes it possible to obtain parts having a monocrystalline structure, for example by using a germ or a grain selector conduit.
  • a feed system is generally provided to feed the molten metal mold from a bucket located higher than the mold, and the mold can be filled progressively from bottom to top.
  • the velocity of the liquid metal front entering the mold for the first time at the beginning of the casting (also referred to as the "first metal stream") can be high. In some cases, this speed can reach 1.5 m / s. This phenomenon can cause leaks, inclusions of particles torn from the ceramic shell in the mold, and, where appropriate, the degradation or displacement of a core present in the mold.
  • Feeding systems comprising a feed duct for conveying the molten metal into a mold, the duct being provided with a bend at which it takes a sufficiently tight turn, for example at 90 °, to reduce the speed the first metal stream before it arrives in the mold.
  • These power systems while reducing the speed of the first jet, create new problems at the elbow. Indeed, when the first jet of metal arrives with a high speed at the elbow, it abuts on the latter by causing an overpressure that is commonly referred to as water hammer. This phenomenon can cause the stalling of ceramic particles at the elbow, and weaken the feed system which may then be subject to leakage of molten metal.
  • the main object of the present invention is therefore to overcome such disadvantages by proposing a ceramic material installation for manufacturing a plurality of molded parts from a molten metal, the installation comprising:
  • a vertical duct surmounted by a bucket through which a liquid metal is intended to be introduced into the installation, the vertical duct comprising a distributor near its lower end,
  • each system comprising a feed channel configured to allow the molten metal to flow by gravity within said feed channel, said feed channel feedstock comprising a first portion extending in a first direction from the tundish, and two second portions extending in a second direction different from the first direction, each second portion being disposed downstream of the first portion and being connected at the first portion by a junction, and
  • each mold being connected to a second portion of the feed channel so that molten metal can travel from the feed system into each mold.
  • the supply system further comprises a damping channel comprising a first end opening into the junction and a closed second end, said damping channel extending the first portion of the supply channel.
  • the installation comprising a feed system according to the invention can be used for foundry casting source gravity.
  • the feed channel is configured to allow gravity flow of a molten metal, for example by having a sufficient inclination, so that the metal can then walk to the inside of a mold connected by example to the second portion of the feed channel.
  • the mold can be fed from a lower end so that the metal can fill it from bottom to top.
  • the junction between the first and the second portion of the feed channel deflects the first jet of metal between the two portions to slow down before it reaches the mold.
  • the invention provides a remarkable power system in that it further comprises a damping channel which extends the first portion of the supply channel.
  • the damping channel opens at a first end into the junction of the feed channel, and is blind (i.e., closed, or obstructed) at a second end.
  • the damping channel extends the first portion of the feed channel, the molten metal will first flow naturally in the first portion of the feed channel, then in the damping channel that it will fill, and finally in the second portion of the feed channel to then fill a mold.
  • damping channel according to the invention is empty before casting of the metal, that is to say that no element is present inside, in particular the damping channel is devoid of germ (eg monocrystalline germ). In particular, no metal is present inside the installation before the start of the casting.
  • germ eg monocrystalline germ
  • the damping channel of the system according to the invention makes it possible to further dampen the first metal jet when it reaches the junction.
  • the inventor has shown by means of simulations that the speed of the first metal stream could be reduced to less than 0.4 m / s after joining using a feed system according to the invention; while in an equivalent configuration with a simple 90 ° elbow in place of the damping channel, this speed can reach 0.7 m / s.
  • the damping channel thus makes it possible to reduce the hammer effect that occurred at the junction.
  • the supply channel is less weakened and the risk of ceramic particles falling off the feed channel is reduced.
  • the first metal jet when it reaches the damping channel, it remains at least partly trapped inside.
  • This first metal jet usually carries ceramic impurities and oxides which are to be avoided in the molded part.
  • the damping channel thus makes it possible to reduce the presence of these undesirable elements in the molded part.
  • the supply channel of the supply system may have a circular section, the length of the damping channel being equal to at least twice the diameter of the supply channel. This arrangement improves the trap effect of the first metal jet.
  • the damping channel may comprise a first portion extending between the first end and a second portion, said second portion extending between said first portion and said second end of the damping channel, said second portion portion being located below said first portion.
  • the second portion of the feed channel increases the trap effect of the first metal stream. Indeed, as this second portion is located below the first portion, that is to say below, the metal will be forced to stay in the feed channel because of gravity.
  • the second portion of the damping channel may extend in a direction different from the direction in which the first portion of the damping channel extends.
  • the second portion of the damping channel may extend in an inclined direction.
  • the second portion of the damping channel of the feed system may extend in a substantially vertical direction, to further increase the trap of the first metal stream.
  • the damping channel of the supply system may have a semicircular section.
  • the first and second directions are orthogonal.
  • the junction may for example take the form of a bend with a 90 ° angle.
  • the junction can take the form of a "T"; the vertical bar of the T corresponding to the first portion, and the horizontal bar of the T corresponding to the two second portions. This arrangement also reduces the size of the power system when it is integrated in a facility such as that which will be described below.
  • the second portion of the feed channel and the first portion of the damping channel are in the same horizontal plane.
  • the installation may furthermore comprise at least two grain selector ducts, each grain selector duct being connected to a second portion of a feed channel on the one hand and to a mold on the other hand.
  • a grain selector conduit makes it possible to mold parts which, after directed solidification, have a monocrystalline structure.
  • the molds can be adapted to mold aerospace turbine engine turbine blades.
  • Such an installation can be made of ceramic from a wax model of said installation. The installation can then constitute a single ceramic element.
  • the invention finally relates to a method of manufacturing a plurality of molded parts from a molten metal, the method comprising the following steps:
  • FIG. 1 shows an installation for the manufacture of a molded piece from a molten metal
  • FIGS. 2A and 2B are enlarged views of the installation of FIG. 1 at the level of a power system
  • FIGS. 3 and 4 show other examples of feeding systems according to the invention.
  • FIG. 5 shows a flow chart showing the main steps of a method of manufacturing a molded part implementing an installation according to the invention.
  • the present invention will now be described in its application to the manufacture of aerospace turbine engine turbine blades by gravity source casting.
  • the present invention advantageously makes it possible to reduce the inclusion of impurities in the molded part due in particular to a sudden arrival of the metal inside the mold feeding system, while also reducing the presence of oxides which can be transported by the first metal stream into the feed system.
  • Figure 1 shows an installation 1 according to the invention for the manufacture of a molded piece from a molten metal, by a casting process of gravity source casting type. For more clarity, Figure 1 shows only half of an installation according to the invention, the other part not shown being identical.
  • upstream and downstream are defined with respect to the direction of flow of molten metal within the installation.
  • the installation 1 comprises first a bucket 2 through which a liquid metal can be introduced into the installation 1.
  • Bucket 2 overcomes a vertical central duct 3 which includes a distributor 4 near its clogged lower end.
  • the annular distributor 4 around the central duct 3 makes it possible to distribute the metal introduced into the installation 1 between a plurality of supply systems 5.
  • Each supply system 5 can be provided with a filter 6 which makes it possible to eliminate part of the impurities that may be present. present in the liquid metal entering the supply system 5.
  • Each supply system 5 is connected via channels which will be described later to the molds 7 via grain selector ducts 8. In a known manner in itself, the grain selector ducts 8 make it possible to produce monocrystalline pieces after directed solidification.
  • the molds 7 are here adapted to manufacture turbine blades for aerospace turbomachines, that is to say they have the shape of such blades. Note that the installation is here placed on a horizontal floor 10 provided to support the entire installation 1 throughout the manufacturing process to be described later. Sole 10 may be provided to germinate the first grains of metal.
  • a liquid metal can proceed in the following parts under the effect of gravity: the bucket 2, the central duct 3, the distributor 4, a feed system 5, a feed duct 8 and a mold 7.
  • a mold 7 is thus filled from bottom to top, the grain selector duct 8 being connectable to the mold 7 at a lower part of the mold 7.
  • FIGS 2A and 2B show in more detail a feed system 5 according to the invention.
  • the supply system 5 comprises a feed channel 51 arranged so that a molten metal can flow by gravity along the channel 51.
  • the feed channel 51 comprises a first portion 51a which extends from the distributor 4 until at the level of the hearth 10 in a first direction A ( Figure 2B) which is here inclined relative to the horizontal.
  • the first portion 51a of the feed channel 51 here has a circular section.
  • the first portion 51a of the feed channel 51 is not vertical, that is to say that it makes an angle different from 90 ° with the upper surface of the hearth 10.
  • the feed channel 51 further comprises two second portions 51b which are connected downstream of the first portion 51a at a junction 52.
  • the two second portions 51b extend in different directions from the first direction A of the first portion 51a.
  • the second portions 51b extend on either side of the junction 52 in a second circumferential direction B around the central duct 3.
  • the supply channel 51 takes here the shape of a T, the vertical bar of the T corresponding to the first portion 51a and the horizontal bar corresponding to the two second portions 51b of the feed channel 51.
  • Each second portion 51b of the feed channel 51 is then connected by a channel 53 to a grain selector duct 8.
  • each second portion 51b of the supply channel 51 is connected to a second portion 51b of a neighboring supply system 5 so that the all of the second portions 51b of the installation 1 form a circular duct resting on the hearth 10 around the central duct 3.
  • the second portions 51b of the supply channel 51 here have a semicircular section.
  • each second portion 51b of the supply channel may not be connected to a second portion 51b of a neighboring supply system 5.
  • the supply system 5 further comprises a damping channel 54 which extends the first portion 51a of the feed channel 51 at the junction 52.
  • the damping channel 54 opens at a first end 54a ( Figure 2B) in the junction 52, and is blind or obstructed at a second end 54b.
  • the damping channel 54 extends in a direction which is here horizontal.
  • the directions A, B and C of the portions 51a, 51b and of the channel 54 are the directions that they follow in the immediate vicinity of the junction 52.
  • the projections of the directions A and C on the sole 10 are combined, and directions B and C are orthogonal to each other at junction 52.
  • damping channel 54 extends the first portion 51a of the feed channel 51 does not necessarily mean that the directions A and C are identical. Extension of the first portion 51a through the damping channel 54 allows the first stream of molten metal to move towards the damping channel 54 as it enters the feed system 5.
  • FIG. 2A The path of a liquid metal inside the installation 1 is shown schematically by solid arrows in FIG. 2A.
  • FIG. 3 shows a power system 5 'according to another embodiment of the invention.
  • the feed system 5 comprises a feed channel 151 having a first portion 151a extended downstream by a damping channel 154 and two second portions 151b.
  • the first portion 151a and the two second portions 151b join at a junction 152.
  • the damping channel 154 also opens at its first end 154a in the junction 152 and is blind or closed at its second end 154b.
  • the supply channel 151 and the damping channel 154 are not supported by the hearth 10 and each have a circular section of diameter d.
  • the first portion 151a of the feed channel 151 extends in a first horizontal direction A, and the damping channel 154 extends in a direction which coincides with the direction A.
  • the two second portions 151b of the channel supply 151 extend on both sides of the junction 152 in a second horizontal direction B which is orthogonal to the direction A at the junction 152.
  • the length L of the channel D The damping 154 may be at least twice the diameter d of the damping channel 154, which makes it possible to maintain a constant section between the damping channel 154 and the feed channel 151.
  • the supply system 5" comprises a feed channel 251 having a first portion 251a extended to the downstream by a damping channel 254 and two second portions 251b.
  • the first portion 251a and the second two portions 251b join at a junction 252.
  • the damping channel 254 also opens at its first end 254a in the junction 252 and is blind at its second end 254b.
  • the two second portions 251b of the feed channel 251 extend on either side of the junction 252 according to a second horizontal direction B which is orthogonal to the direction A at the junction 252.
  • the damping channel 254 comprises two portions 254c and 254d, while the previously described channels 54 and 154 comprise a single portion.
  • the first portion 254c extends between the first end 254a and the second portion 254d; and the second portion 254d extends between the first portion 254c and the second end 254d of the damping channel 254.
  • the first portion 254c of the damping channel 254 extends in a first horizontal direction A, and the first portion 251a the supply channel 251 extends in a direction C coincides here with the direction A.
  • the second portion 254d of the damping channel 254 extends in a direction D which is vertical here for this second portion 254d is below the first portion 254c.
  • the second end 254b of the damping channel 254 is located at the hearth 10 so that the damping channel 254 rests on the hearth 10.
  • the direction D may not be vertical and simply slanted, however the maximum trap effect of the first metal stream is obtained for a vertical direction.
  • the supply channels 251 and damping 254 have a circular section of diameter d.
  • the length L of the first portion 254c of the damping channel 254 may be greater than or equal to twice the diameter d.
  • the feed channel 51, 151, 251 includes two second portions 51b, 151b, 251b, but could include only one or more than two.
  • the installation 1 which has been described above can be made entirely of ceramic material, for example by a lost wax casting process.
  • a model of the installation 1 in wax must first be manufactured. Then, this wax model is covered with a ceramic shell by successive quenching in a suitable slip (quenching / stuccoing). The ceramic is then fired and the wax removed to obtain the installation 1 of ceramic material.
  • FIG. 5 illustrates the main steps of a process for manufacturing a casting molded from a molten metal using an installation 1 such as that described previously.
  • the first step E1 of the method consists in filling the molds 8 of the 1 by pouring molten metal into the installation. To do this, we can pour the metal directly into the bucket 2 of the installation 1, and it can walk by gravity to fill the molds 8.
  • the second step E2 consists in achieving directed solidification of the metal present in the mold, so as to obtain the molded part. Directed solidification is carried out in a suitable furnace in which the installation is placed. The oven makes it possible to control the growth of the crystallized grains, in order to obtain, for example, monocrystalline pieces. Once the part has solidified, it can be unchecked and perform finishing machining.

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Abstract

L'invention concerne un système d'alimentation (5) pour acheminer un métal fondu destiné à mouler une pièce, le système comprenant un canal d'alimentation (51) en matériau céramique configuré pour permettre au métal fondu de s'écouler par gravité à l'intérieur dudit canal d'alimentation, ledit canal d'alimentation comprenant une première portion (51a) s'étendant dans une première direction (A), et au moins une deuxième portion (51b) s'étendant dans une deuxième direction (B) différente de la première direction, ladite deuxième portion étant disposée en aval de la première portion et étant reliée à la première portion par une jonction (52). Le système comprend en outre un canal d'amortissement (54) comprenant une première extrémité (54a) débouchant dans la jonction et une deuxième extrémité (54b) fermée, ledit canal d'amortissement prolongeant la première portion (51a) du canal d'alimentation. L'invention vise aussi une installation comprenant un tel système, ainsi qu'un procédé de fabrication la mettant en œuvre.

Description

Système d'alimentation pour alimenter un moule en métal fondu, installation et procédé de fabrication la mettant en œuvre
Arrière-plan de l'invention
L'invention se rapporte au domaine général de la fabrication de pièces par fonderie. L'invention concerne plus particulièrement, mais non exclusivement, un système d'alimentation pour alimenter en métal fondu un moule pour fabriquer des pièces par fonderie à la cire perdue, notamment en configuration coulée source par gravité.
De façon connue en soi, dans un procédé de fonderie à la cire perdue, on réalise tout d'abord un modèle en cire de la pièce à fabriquer, autour duquel on forme une carapace céramique formant un moule. Un métal fondu est ensuite coulé dans le moule, et on peut réaliser la solidification dirigée du métal pour obtenir, après retrait du moule, la pièce moulée. Ce procédé est avantageux pour fabriquer des pièces métalliques de forme complexe, et permet également d'obtenir des pièces ayant une structure monocristalline, en utilisant par exemple un germe ou un conduit sélecteur de grain.
Lorsque le métal liquide remplit le moule par le bas sous l'effet seul de la gravité, on parle de « coulée source » par gravité. Dans ce cas, un système d'alimentation est généralement prévu pour alimenter le moule en métal fondu à partir d'un godet situé plus haut que le moule, et le moule peut être rempli progressivement de bas en haut. En coulée source, la vitesse du front de métal liquide entrant pour la première fois dans le moule au début de la coulée (on parle aussi du « premier jet de métal ») peut être élevée. Dans certains cas, cette vitesse peut atteindre 1,5 m/s. Ce phénomène peut engendrer des fuites, des inclusions de particules arrachées de la carapace céramique dans le moule, et, le cas échéant, la dégradation ou le déplacement d'un noyau présent dans le moule.
On connaît des systèmes d'alimentation comprenant un conduit d'alimentation pour acheminer le métal fondu dans un moule, le conduit étant muni d'un coude au niveau duquel il prend un virage suffisamment serré, par exemple à 90°, pour réduire la vitesse du premier jet de métal avant son arrivée dans le moule. Ces systèmes d'alimentation, bien qu'ils permettent de réduire la vitesse du premier jet, créent de nouveaux problèmes au niveau du coude. En effet, lorsque le premier jet de métal arrive avec une vitesse élevée au niveau du coude, il vient buter sur ce dernier en provoquant une surpression que l'on qualifie couramment de coup de bélier. Ce phénomène peut provoquer le décrochage de particules céramiques au niveau du coude, et fragiliser le système d'alimentation qui peut alors être sujet à des fuites de métal fondu.
Il existe donc un besoin pour disposer d'un système d'alimentation pour acheminer un métal fondu dans un moule, qui ne présente pas les inconvénients précités.
Objet et résumé de l'invention
La présente invention a donc pour but principal de pallier de tels inconvénients en proposant une installation en matériau céramique pour fabriquer une pluralité de pièces moulées à partir d'un métal fondu, l'installation comprenant :
un conduit vertical surmonté par un godet par lequel un métal liquide est destiné à être introduit dans l'installation, le conduit vertical comprenant un répartiteur à proximité de son extrémité inférieure,
au moins un système d'alimentation pour acheminer le métal fondu destiné à mouler les pièces, chaque système comprenant un canal d'alimentation configuré pour permettre au métal fondu de s'écouler par gravité à l'intérieur dudit canal d'alimentation, ledit canal d'alimentation comprenant une première portion s'étendant dans une première direction à partir du répartiteur, et deux deuxièmes portions s'étendant dans une deuxième direction différente de la première direction, chaque deuxième portion étant disposée en aval de la première portion et étant reliée à la première portion par une jonction, et
au moins deux moules, chaque moule étant relié à une deuxième portion du canal d'alimentation de sorte qu'un métal fondu puisse cheminer depuis le système d'alimentation jusque dans chaque moule.
Le système d'alimentation comprend en outre un canal d'amortissement comprenant une première extrémité débouchant dans la jonction et une deuxième extrémité fermée, ledit canal d'amortissement prolongeant la première portion du canal d'alimentation. L'installation comprenant un système d'alimentation selon l'invention peut être utilisée pour de la fonderie en configuration coulée source par gravité. En effet, le canal d'alimentation est configuré pour permettre l'écoulement par gravité d'un métal fondu, par exemple en présentant une inclinaison suffisante, pour que le métal puisse ensuite cheminer jusqu'à l'intérieur d'un moule relié par exemple à la deuxième portion du canal d'alimentation. Le moule peut être alimenté depuis une extrémité inférieure de sorte que le métal puisse le remplir de bas en haut. La jonction entre la première et la deuxième portion du canal d'alimentation permet de dévier le premier jet de métal entre les deux portions en vue de le ralentir avant qu'il n'atteigne le moule.
L'invention propose un système d'alimentation remarquable en ce qu'il comprend en outre un canal d'amortissement qui prolonge la première portion du canal d'alimentation. Le canal d'amortissement débouche à une première extrémité dans la jonction du canal d'alimentation, et est borgne (c'est-à-dire fermé, ou obstrué) à une deuxième extrémité. Comme le canal d'amortissement prolonge la première portion du canal d'alimentation, le métal fondu s'écoulera d'abord naturellement dans la première portion du canal d'alimentation, puis dans le canal d'amortissement qu'il viendra remplir, et enfin dans la deuxième portion du canal d'alimentation pour ensuite remplir un moule.
On notera que le canal d'amortissement selon l'invention est vide avant la coulée du métal, c'est-à-dire qu'aucun élément n'est présent à l'intérieur, en particulier le canal d'amortissement est dépourvu de germe (par exemple de germe monocristallin). En particulier, aucun métal n'est présent à l'intérieur de l'installation avant le début de la coulée.
Le canal d'amortissement du système selon l'invention permet d'amortir encore plus le premier jet de métal lorsqu'il arrive au niveau de la jonction. En effet, l'Inventeur a montré à l'aide de simulations que la vitesse du premier jet de métal pouvait être réduite à moins de 0,4 m/s après la jonction en utilisant un système d'alimentation selon l'invention ; alors que dans une configuration équivalente avec un simple coude à 90° à la place du canal d'amortissement, cette vitesse peut atteindre 0,7 m/s. Le canal d'amortissement permet ainsi de réduire l'effet de coup de bélier qui se produisait au niveau de la jonction. Le canal d'alimentation est moins fragilisé et le risque de décrochement de particules céramiques du canal d'alimentation est réduit.
En outre, comme la vitesse d'arrivée du métal est réduite, le remplissage d'un moule relié au système d'alimentation selon l'invention est plus équilibré. Les risques de déport ou de casse d'un noyau éventuellement présent dans le moule sont ainsi réduits.
Enfin, quand le premier jet de métal atteint le canal d'amortissement, il reste au moins en partie piégé à l'intérieur. Ce premier jet de métal transporte généralement des impuretés céramiques et des oxydes dont on cherche à éviter la présence au sein de la pièce moulée. Le canal d'amortissement permet ainsi de réduire la présence de ces éléments indésirables dans la pièce moulée.
Dans un exemple de réalisation, le canal d'alimentation du système d'alimentation peut présenter une section circulaire, la longueur du canal d'amortissement étant égale à au moins deux fois le diamètre du canal d'alimentation. Cette disposition améliore l'effet de piège du premier jet de métal.
Dans un exemple de réalisation, le canal d'amortissement peut comprendre une première portion s'étendant entre la première extrémité et une deuxième portion, ladite deuxième portion s'étendant entre ladite première portion et ladite deuxième extrémité du canal d'amortissement, ladite deuxième portion étant située en contrebas de ladite première portion. Dans cette configuration, la deuxième portion du canal d'alimentation permet d'augmenter l'effet de piège du premier jet de métal. En effet, comme cette deuxième portion est située en contrebas de la première portion, c'est-à-dire en-dessous, le métal sera forcé de rester dans le canal d'alimentation à cause de la gravité. De préférence, la deuxième portion du canal d'amortissement peut s'étendre dans une direction différente de la direction dans laquelle s'étend la première portion du canal d'amortissement.
Dans un exemple de réalisation, la deuxième portion du canal d'amortissement peut s'étendre selon une direction inclinée.
Dans un exemple de réalisation, la deuxième portion du canal d'amortissement du système d'alimentation peut s'étendre selon une direction sensiblement verticale, afin d'augmenter encore le piège du premier jet de métal. Dans un exemple de réalisation, le canal d'amortissement du système d'alimentation peut présenter une section en demi-cercle.
Dans un exemple de réalisation, la première et la deuxième directions sont orthogonales. Lorsque le canal d'alimentation comprend une seule deuxième portion, la jonction peut par exemple prendre la forme d'un coude avec un angle de 90°. Lorsque le canal d'alimentation comprend deux deuxièmes portions, s'étendant par exemple selon la même direction, la jonction peut prendre la forme d'un « T » ; la barre verticale du T correspondant à la première portion, et la barre horizontale du T correspondant aux deux deuxièmes portions. Cette disposition permet aussi de réduire l'encombrement du système d'alimentation lorsqu'il est intégré dans une installation telle que celle qui sera décrite ci- après.
Dans un exemple de réalisation, la deuxième portion du canal d'alimentation et la première portion du canal d'amortissement sont dans un même plan horizontal.
L'installation peut comprendre en outre au moins deux conduits sélecteurs de grain, chaque conduit sélecteur de grain étant relié à une deuxième portion d'un canal d'alimentation d'une part et à un moule d'autre part. Un conduit sélecteur de grain permet notamment de mouler des pièces qui, après solidification dirigée, présentent une structure monocristalline.
Les moules peuvent être adaptés pour mouler des aubes de turbine de turbomachine aéronautique.
Une telle installation peut être fabriquée en céramique à partir d'un modèle en cire de ladite installation. L'installation peut constituer alors un unique élément en céramique.
L'invention vise enfin un procédé de fabrication d'une pluralité de pièces moulées à partir d'un métal fondu, le procédé comprenant les étapes suivantes :
- le remplissage de moules avec un métal fondu en introduisant un métal fondu dans le godet d'une installation telle que celle présentée précédemment, et
- la solidification dirigée du métal présent dans chaque moule de façon à obtenir la pièce moulée. Brève description des dessins
D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description faite ci-dessous, en référence aux dessins annexés qui en illustrent des exemples de réalisation dépourvus de tout caractère limitatif. Sur les figures :
- la figure 1 montre une installation pour la fabrication d'une pièce moulée à partir d'un métal fondu,
- les figures 2A et 2B sont des vues agrandies de l'installation de la figure 1 au niveau d'un système d'alimentation,
- les figures 3 et 4 montrent d'autres exemples de systèmes d'alimentation selon l'invention, et
- la figure 5 montre un ordinogramme représentant les principales étapes d'un procédé de fabrication d'une pièce moulée mettant en œuvre une installation selon l'invention.
Description détaillée de l'invention
La présente invention va maintenant être décrite dans son application à la fabrication d'aubes de turbine de turbomachine aéronautique par fonderie en coulée source par gravité. La présente invention permet avantageusement de réduire l'inclusion d'impuretés dans la pièce moulée due notamment à une arrivée trop brusque du métal à l'intérieur du système d'alimentation des moules, tout en réduisant également la présence d'oxydes qui peuvent être transportés par le premier jet de métal dans le système d'alimentation.
La figure 1 montre une installation 1 selon l'invention pour la fabrication d'une pièce moulée à partir d'un métal fondu, par un procédé de fonderie du type coulée source par gravité. Pour plus de lisibilité, la figure 1 montre seulement la moitié d'une installation selon l'invention, l'autre partie non représentée étant identique.
Dans le présent exposé, les termes « amont » et « aval » sont définis par rapport au sens d'écoulement de métal fondu au sein de l'installation.
L'installation 1 comprend tout d'abord un godet 2 par lequel un métal liquide peut être introduit dans l'installation l. Le godet 2 surmonte un conduit central 3 vertical qui comprend un répartiteur 4 à proximité de son extrémité inférieure bouchée. Le répartiteur 4 de forme annulaire autour du conduit central 3 permet de répartir le métal introduit dans l'installation 1 entre une pluralité de systèmes d'alimentation 5. Chaque système d'alimentation 5 peut être muni d'un filtre 6 qui permet d'éliminer une partie des impuretés éventuellement présentes dans le métal liquide entrant dans le système d'alimentation 5. Chaque système d'alimentation 5 est relié par l'intermédiaire de canaux qui seront décrits ultérieurement à des moules 7 par l'intermédiaire de conduits sélecteurs de grain 8. De façon connue en soi, les conduits sélecteurs de grain 8 permettent de réaliser des pièces monocristallines après solidification dirigée. Les moules 7 sont ici adaptés pour fabriquer des aubes de turbine pour turbomachine aéronautique, c'est-à-dire qu'ils ont la forme de telles aubes. On notera que l'installation est ici posée sur une sole 10 horizontale prévue pour supporter l'ensemble de l'installation 1 tout au long du procédé de fabrication qui sera décrit ultérieurement. La sole 10 peut être prévue pour faire germer les premiers grains de métal.
D'amont en aval, un métal liquide peut cheminer dans les parties suivantes sous l'effet de la gravité : le godet 2, le conduit central 3, le répartiteur 4, un système d'alimentation 5, un conduit d'alimentation 8 et un moule 7. Un moule 7 est ainsi rempli de bas en haut, le conduit sélecteur de grain 8 pouvant être relié au moule 7 au niveau d'une partie inférieure du moule 7.
Les figures 2A et 2B montrent de façon plus détaillée un système d'alimentation 5 selon l'invention. Le système d'alimentation 5 comprend un canal d'alimentation 51 agencé pour qu'un métal fondu puisse cheminer par gravité le long du canal 51. Le canal d'alimentation 51 comprend une première portion 51a qui s'étend depuis le répartiteur 4 jusqu'au niveau de la sole 10 selon une première direction A (figure 2B) qui est ici inclinée par rapport à l'horizontale. La première portion 51a du canal d'alimentation 51 présente ici une section circulaire. Dans l'exemple illustré, la première portion 51a du canal d'alimentation 51 n'est pas verticale, c'est-à-dire qu'elle fait un angle différent de 90° avec la surface supérieure de la sole 10.
Le canal d'alimentation 51 comprend en outre deux deuxièmes portions 51b qui sont reliées à l'aval de la première portion 51a au niveau d'une jonction 52. Les deux deuxièmes portions 51b s'étendent selon des directions différentes de la première direction A de la première portion 51a. Dans l'exemple illustré, les deuxièmes portions 51b s'étendent de part et d'autre de la jonction 52 selon une deuxième direction B circonférentielle autour du conduit central 3. Au niveau de la jonction 52, le canal d'alimentation 51 prend ici la forme d'un T, la barre verticale du T correspondant à la première portion 51a et la barre horizontale correspondant aux deux deuxièmes portions 51b du canal d'alimentation 51. Chaque deuxième portion 51b du canal d'alimentation 51 est ensuite reliée par un canal 53 à un conduit sélecteur de grain 8. Dans l'installation illustrée sur cette figure, chaque deuxième portion 51b du canal d'alimentation 51 est reliée à une deuxième portion 51b d'un système d'alimentation 5 voisin de sorte que l'ensemble des deuxièmes portions 51b de l'installation 1 forme un conduit circulaire reposant sur la sole 10 autour du conduit central 3. Les deuxièmes portions 51b du canal d'alimentation 51 présentent ici une section en demi-cercle. Dans une variante non illustrée, chaque deuxième portion 51b du canal d'alimentation peut ne pas être reliée à une deuxième portion 51b d'un système d'alimentation 5 voisin.
Selon l'invention, le système d'alimentation 5 comprend en outre un canal d'amortissement 54 qui prolonge la première portion 51a du canal d'alimentation 51 au niveau de la jonction 52. Le canal d'amortissement 54 débouche à une première extrémité 54a (figure 2B) dans la jonction 52, et est borgne ou obstrué à une deuxième extrémité 54b. Dans l'exemple illustré, le canal d'amortissement 54 présente une section en demi-cercle de rayon R ayant une portion plate prévue pour reposer sur la sole 10. Pour conserver une section constante entre le canal d'alimentation et le canal d'amortissement, le rayon R peut être tel que R=(d/2)V2.
Le canal d'amortissement 54 s'étend selon une direction qui est ici horizontale. Les directions A, B et Ç des portions 51a, 51b et du canal 54 sont les directions qu'ils suivent à proximité immédiate de la jonction 52. Dans cet exemple, les projections des directions A et Ç sur la sole 10 sont confondues, et les directions B et Ç sont orthogonales entre elles au niveau de la jonction 52.
On notera que le fait que le canal d'amortissement 54 prolonge la première portion 51a du canal d'alimentation 51 ne signifie pas nécessairement que les directions A et Ç sont identiques. Le prolongement de la première portion 51a par le canal d'amortissement 54 permet au premier jet de métal fondu de se diriger vers le canal d'amortissement 54 lorsqu'il pénètre dans le système d'alimentation 5.
Le trajet d'un métal liquide à l'intérieur de l'installation 1 est représenté schématiquement par des flèches pleines sur la figure 2A.
La figure 3 montre un système d'alimentation 5' selon un autre mode de réalisation de l'invention. Comme précédemment, le système d'alimentation 5' comprend un canal d'alimentation 151 doté d'une première portion 151a prolongée à l'aval par un canal d'amortissement 154 et de deux deuxièmes portions 151b. La première portion 151a et les deux deuxièmes portions 151b se rejoignent au niveau d'une jonction 152. Le canal d'amortissement 154 débouche également à sa première extrémité 154a dans la jonction 152 et est borgne ou fermé à sa deuxième extrémité 154b. Dans cet exemple, le canal d'alimentation 151 et le canal d'amortissement 154 ne sont pas supportés par la sole 10 et présentent chacun une section circulaire de diamètre d. La première portion 151a du canal d'alimentation 151 s'étend selon une première direction A horizontale, et le canal d'amortissement 154 s'étend selon une direction qui est confondue avec la direction A. Les deux deuxièmes portions 151b du canal d'alimentation 151 s'étendent quant à elles de part et d'autre de la jonction 152 selon une deuxième direction B horizontale qui est orthogonale à la direction A au niveau de la jonction 152. Dans cet exemple de réalisation, la longueur L du canal d'amortissement 154 peut être égale au moins à deux fois le diamètre d du canal d'amortissement 154, ce qui permet de conserver une section constante entre le canal d'amortissement 154 et le canal d'alimentation 151.
La figure 4 montre un système d'alimentation 5" selon encore un autre mode de réalisation de l'invention. Comme précédemment, le système d'alimentation 5" comprend un canal d'alimentation 251 doté d'une première portion 251a prolongée à l'aval par un canal d'amortissement 254 et de deux deuxièmes portions 251b. La première portion 251a et les deux deuxièmes portions 251b se rejoignent au niveau d'une jonction 252. Le canal d'amortissement 254 débouche également à sa première extrémité 254a dans la jonction 252 et est borgne à sa deuxième extrémité 254b. Les deux deuxièmes portions 251b du canal d'alimentation 251 s'étendent de part et d'autre de la jonction 252 selon une deuxième direction B horizontale qui est orthogonale à la direction A au niveau de la jonction 252.
Dans cet exemple, le canal d'amortissement 254 comprend deux portions 254c et 254d, alors que les canaux 54 et 154 précédemment décrits comprennent une unique portion. La première portion 254c s'étend entre la première extrémité 254a et la deuxième portion 254d ; et la deuxième portion 254d s'étend entre la première portion 254c et la deuxième extrémité 254d du canal d'amortissement 254. La première portion 254c du canal d'amortissement 254 s'étend selon une première direction A horizontale, et la première portion 251a du canal d'alimentation 251 s'étend selon une direction C confondue ici avec la direction A. La deuxième portion 254d du canal d'amortissement 254 s'étend quant à elle selon une direction D qui est ici verticale pour que cette deuxième portion 254d se trouve en contrebas de la première portion 254c. Cette disposition permet d'augmenter encore l'effet de piège du premier jet de métal grâce à la gravité. Dans cet exemple, la deuxième extrémité 254b du canal d'amortissement 254 se situe au niveau de la sole 10 de sorte que le canal d'amortissement 254 repose sur la sole 10. On notera que la direction D peut ne pas être verticale et simplement inclinée, toutefois l'effet maximal de piège du premier jet de métal est obtenu pour une direction verticale. Dans cet exemple, les canaux d'alimentation 251 et d'amortissement 254 présentent une section circulaire de diamètre d. La longueur L de la première portion 254c du canal d'amortissement 254 peut être supérieure ou égale à deux fois le diamètre d.
On notera que dans tous les exemples précédents, le canal d'alimentation 51, 151, 251 comprend deux deuxièmes portions 51b, 151b, 251b, mais pourrait en comprendre seulement une, voire plus de deux.
L'installation 1 qui a été décrite précédemment peut être réalisée entièrement en matériau céramique, par exemple par un procédé de fonderie à la cire perdue. De façon connue en soi, un modèle de l'installation 1 en cire doit tout d'abord être fabriqué. Puis, ce modèle en cire est recouvert d'une carapace de céramique par trempes successives dans une barbotine adéquate (trempe/stucage). La céramique est ensuite cuite et la cire retirée pour obtenir l'installation 1 en matériau céramique. La figure 5 illustre les principales étapes d'un procédé de fabrication d'une pièce moulée à partir d'un métal fondu mettant en oeuvre une installation 1 telle que celle décrite précédemment La première étape El du procédé consiste à remplir les moules 8 de l'installation 1 en versant un métal fondu dans l'installation. Pour ce faire, on peut verser le métal directement dans le godet 2 de l'installation 1, et il pourra cheminer par gravité jusqu'à remplir les moules 8.
La deuxième étape E2 consiste à réaliser la solidification dirigée du métal présent dans le moule, de façon à obtenir la pièce moulée. La solidification dirigée est réalisée dans un four adapté dans lequel on place l'installation. Le four permet de contrôler la croissance des grains cristallisés, afin d'obtenir par exemple des pièces monocristallines. Une fois la pièce solidifiée, on peut la décocher et procéder à des usinages de finition.

Claims

REVENDICATIONS
1. Installation (1) en matériau céramique pour fabriquer une pluralité de pièces moulées à partir d'un métal fondu, l'installation comprenant :
un conduit vertical (3) surmonté par un godet (2) par lequel un métal liquide est destiné à être introduit dans l'installation, le conduit vertical comprenant un répartiteur (4) à proximité de son extrémité inférieure,
au moins un système d'alimentation (5 ; 5' ; 5") pour acheminer le métal fondu destiné à mouler les pièces, chaque système comprenant un canal d'alimentation (51 ; 151 ; 251) configuré pour permettre au métal fondu de s'écouler par gravité à l'intérieur dudit canal d'alimentation, ledit canal d'alimentation comprenant une première portion (51a ; 151a ; 251a) s'étendant dans une première direction (A) à partir du répartiteur, et deux deuxièmes portions (51b ; 151b ; 251b) s'étendant dans une deuxième direction (B) différente de la première direction, chaque deuxième portion étant disposée en aval de la première portion et étant reliée à la première portion par une jonction (52 ; 152 ; 252), et au moins deux moules (7), chaque moule étant relié à une deuxième portion (51b ; 151b ; 251b) du canal d'alimentation (51 ; 151 ; 251) de sorte qu'un métal fondu puisse cheminer depuis le système d'alimentation jusque dans chaque moule,
caractérisé en ce que le système d'alimentation comprend en outre un canal d'amortissement (54 ; 154 ; 254) comprenant une première extrémité (54a ; 154a ; 254a) débouchant dans la jonction et une deuxième extrémité (54b ; 154b ; 254b) fermée, ledit canal d'amortissement prolongeant la première portion (51a ; 151a ; 251a) du canal d'alimentation.
2. Installation selon la revendication 1, dans laquelle le canal d'alimentation (151) du système d'alimentation (5") présente une section circulaire, la longueur (L) du canal d'amortissement étant supérieure ou égale à deux fois le diamètre (d) du canal d'alimentation.
3. Installation selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, dans laquelle le canal d'amortissement (254) comprend une première portion (254c) s'étendant entre la première extrémité (254a) et une deuxième portion (254d), ladite deuxième portion s'étendant entre ladite première portion et ladite deuxième extrémité (254b) du canal d'amortissement, ladite deuxième portion étant située en contrebas de ladite première portion.
4. Installation selon la revendication 3, dans laquelle la deuxième portion (254d) du canal d'amortissement (254) du système d'alimentation (5") s'étend selon une direction (D) inclinée.
5. Installation selon la revendication 3, dans laquelle la deuxième portion (254d) du canal d'amortissement du système d'alimentation (5") s'étend selon une direction (D) verticale.
6. Installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel le canal d'amortissement (54) du système d'alimentation (5) présente une section en demi-cercle.
7. Installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel la première (A) et la deuxième (B) directions sont orthogonales.
8. Installation (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à
7, comprenant en outre au moins deux conduits sélecteurs de grain (8), chaque conduit sélecteur de grain étant relié à une deuxième portion (51b ; 151b ; 251b) d'un canal d'alimentation (51 ; 151 ; 251) d'une part et à un moule (7) d'autre part.
9. Installation (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à
8, dans laquelle les moules (7) sont adaptés pour mouler des aubes de turbine de turbomachine aéronautique.
10. Procédé de fabrication d'une pluralité de pièces moulées à partir d'un métal fondu, le procédé comprenant les étapes suivantes : - le remplissage (El) de moules (7) avec un métal fondu en introduisant un métal fondu dans le godet d'une installation (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, et
- la solidification dirigée (E2) du métal présent dans chaque moule de façon à obtenir la pièce moulée.
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