FR3037972A1 - Procede simplifiant le noyau utilise pour la fabrication d'une aube de turbomachine - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un procédé de fabrication d'une aube (26) de turbomachine comprenant un sommet avec une paroi de fermeture (31) réunissant les parois d'intrados et d'extrados pour délimiter un fond (31) d'une forme de baignoire (28), ce procédé comportant une étape de moulage mettant en œuvre un noyau délimitant la forme en baignoire (28) et au moins un canal interne (27). Le noyau utilisé pour le moulage comporte un élément principal ayant un corps délimitant le canal interne (27) et ayant une extrémité prolongée par une excroissance délimitant au moins une partie de la baignoire (28), l'élément principal de noyau traversant le fond (31) en laissant une ouverture dans ce fond. Le procédé comporte une étape de fermeture de cette ouverture (32) avec un procédé de fabrication par apport de matière tel qu'un procédé de dépôt de poudre métallique.

Description

1 PROCEDE SIMPLIFIANT LE NOYAU UTILISE POUR LA FABRICATION D'UNE AUBE DE TURBOMACHINE DOMAINE TECHNIQUE L'invention concerne la fabrication d'une aube de moteur d'aéronef de type turbomachine, tel que par exemple un turboréacteur ou un turbopropulseur. ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE Dans un tel moteur, repéré par 1 dans la figure 1, l'air est admis dans une manche d'entrée 2 pour traverser une soufflante comportant une série de pales rotatives 3 avant de se scinder en un flux primaire central et un flux secondaire entourant le flux primaire. Le flux primaire est compressé par des turbines 4 et 6 avant d'atteindre une chambre de combustion 7, après quoi il se détend en traversant des turbines 8, avant d'être évacué en générant une poussée. Le flux secondaire est quant à lui propulsé directement par la soufflante pour générer une poussée complémentaire. Chaque turbine 8 comporte des séries d'aubes orientées radialement et régulièrement espacées autour d'un arbre de rotation AX, porté par un carter externe 9 entourant l'ensemble du moteur. Le refroidissement des aubes est assuré en faisant circuler dans chaque aube de l'air prélevé en amont de la combustion et admis en pied d'aube, cet air étant évacué par des perçages traversant les parois de ces aubes. Une telle aube, qui est repérée par 11 sur la figure 2, comprend un pied P par lequel elle est fixée à un corps rotatif, et une pale 12 portée par ce pied P, le pied et la pale étant séparés par une plateforme 13. La pale 12 a une forme gauche vrillée autour d'un axe EV dit axe d'envergure qui est perpendiculaire à l'axe AX. Elle comprend une base par laquelle elle est raccordée à la plateforme 13 et qui se prolonge radialement jusqu'à un sommet S qui est l'extrémité libre de cette pale. Les deux parois principales de la pale sont sa paroi 3037972 2 d'intrados 14 et sa paroi d'extrados non visible sur la figure 2 qui sont espacées l'une de l'autre dans la partie courante. Le sommet S de l'aube 11 comporte une paroi de fermeture perpendiculaire à la direction EV, et qui raccorde les parois d'intrados et d'extrados. Cette 5 paroi de fermeture non visible sur la figure 2 est en retrait vers l'axe AX par rapport aux bords libres des parois d'intrados et d'extrados. Elle délimite conjointement avec ces bords une portion creuse ouverte en direction opposée à l'axe AX, appelée baignoire, repérée par 15 dans la figure 2, et située en tête de l'aube. Une telle aube est fabriquée par moulage d'un matériau métallique, en 10 utilisant un noyau constitué de plusieurs noyaux rigidement solidarisés les uns aux autres pour délimiter notamment des canaux. Ces canaux comprennent un canal amont de l'aube, par rapport au sens de circulation du fluide dans le moteur lorsque l'aube est en service, et servant à alimenter en air son bord d'attaque, un canal aval par rapport au sens du fluide servant à alimenter en air son bord de fuite, ainsi que la baignoire qui est 15 située au sommet de l'aube. D'une manière générale, la fabrication et l'assemblage de ces noyaux est une opération délicate nécessitant un grand savoir-faire pour constituer et assembler une quantité de noyaux de plus en plus grande, compte tenu de la complexité croissante des formes internes des aubes.

20 L'objet de l'invention est d'apporter un procédé de fabrication permettant de simplifier la fabrication des noyaux dans le processus de fabrication d'une aube. EXPOSÉ DE L'INVENTION L'invention a pour objet un procédé de fabrication d'une aube de 25 turbomachine turbomachine comprenant une paroi d'intrados et une paroi d'extrados espacées l'une de l'autre dans la partie courante, cette aube comprenant un sommet avec une paroi de fermeture réunissant les parois d'intrados et d'extrados pour délimiter un fond d'une forme de baignoire, ce procédé comportant une étape de moulage mettant en oeuvre un noyau délimitant la forme en baignoire ainsi qu'au moins un canal interne 3037972 3 de l'aube destiné à recevoir de l'air de refroidissement de cette aube, caractérisé en ce que le noyau utilisé pour l'opération de moulage comporte un élément principal de noyau ayant un corps délimitant le canal interne et ayant une extrémité prolongée par une excroissance délimitant au moins une partie de la baignoire, cet élément principal de 5 noyau traversant le fond de baignoire en y laissant une ouverture lorsque l'aube a été moulée, et en ce qu'il comporte une étape de fermeture de cette ouverture avec un procédé de fabrication additive par apport de matière métallique dans cette ouverture notamment par dépôt de poudre métallique. Le procédé additif de fabrication additive, qui est habituellement utilisé 10 pour constituer une géométrie, est utilisé selon l'invention pour fermer ou boucher une ouverture de la baignoire, ce qui permet de prévoir un élément de noyau traversant cette baignoire pour améliorer le soutien de la partie de noyau délimitant la baignoire. Différents procédés de fabrication additive peuvent être utilisés, comme le procédé de Construction Laser Additive Directe, généralement désigné par la marque déposée CLAD, 15 le procédé dit de Laser Metal Deposition généralement désigné par l'acronyme LMD, le procédé dit de Direct Metal Deposition généralement désigné par l'acronyme DMD, ou encore le procédé dit de Direct Laser Metal Deposition généralement désigné par l'acronyme DLMD. L'invention concerne également un procédé ainsi défini, comportant 20 une opération d'usinage de la matière déposée pour aplanir le fond de la baignoire dans la région d'apport de matière, cet usinage étant réalisé au moyen d'un procédé tel qu'un procédé d'usinage par électro érosion. L'invention concerne également un procédé ainsi défini, dans lequel le noyau utilisé comporte un autre élément de noyau solidarisé à l'excroissance de l'élément 25 principal de noyau pour délimiter conjointement avec cette excroissance l'ensemble de la baignoire. L'invention concerne également un procédé ainsi défini, dans lequel l'élément principal de noyau comprend une portion de raccordement de l'extrémité du corps de l'élément principal de noyau avec l'excroissance, qui est inclinée par rapport au corps de l'élément principal de noyau, pour constituer un chanfrein d'élargissement de 3037972 4 l'embouchure de l'ouverture dans le fond de la baignoire afin d'améliorer l'accessibilité de cette ouverture pour la mise en oeuvre de l'étape d'apport de matière dans cette ouverture. L'invention concerne également une aube de turbomachine obtenue 5 avec le procédé ainsi défini. L'invention concerne également une turbomachine comprenant une aube ainsi définie. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS La figure 1 déjà décrite est une vue d'ensemble d'un turboréacteur à 10 double flux représenté en coupe latérale ; La figure 2 déjà décrite est une vue d'ensemble d'une aube de réacteur ; La figure 3 est une représentation schématique des éléments d'un noyau avant assemblage conformément au procédé selon l'invention ; La figure 4 est une représentation schématique des éléments de noyau 15 assemblés conformément à l'invention ; La figure 5 est une représentation schématique en coupe de l'aube coulée comprenant le noyau conformément à l'invention ; La figure 6 est une représentation schématique en coupe de l'aube coulée conformément à l'invention après retrait du noyau ; 20 La figure 7 est une représentation schématique du procédé utilisé dans l'invention pour apporter de la matière dans une région de la baignoire de l'aube ; La figure 8 est une représentation schématique du canal de l'aube en cours de fermeture avec le procédé de fabrication additive par rapport de matière ; La figure 9 est une représentation schématique du canal de l'aube fermé 25 avec le procédé de fabrication additive par rapport de matière ; La figure 10 est une représentation schématique du canal de l'aube fermé avec le procédé de fabrication additive par rapport de matière après usinage.

3037972 5 EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS La base de l'invention est une architecture de moulage dans laquelle une portion de l'élément de noyau délimitant la baignoire de l'aube, fait partie intégrante d'un élément de noyau délimitant un canal d'alimentation d'une autre partie de l'aube et 5 qui traverse ainsi le fond de la baignoire pour améliorer le soutien de la partie de noyau délimitant la baignoire. Après moulage, l'ouverture laissée par cet élément de noyau dans le fond de la baignoire est fermée avec un procédé de fabrication additive mettant en oeuvre un apport de matière métallique dans cette ouverture. Le procédé est un procédé utilisé est un procédé de type fusion de poudres métalliques par faisceau laser avec dépôt 10 en couches successives. D'autres procédés de dépôt métallique peuvent être envisagés. Comme visible dans la figure 3, les éléments constitutifs du noyau 16 selon l'invention comportent un premier élément principal de noyau 17, un second élément de noyau complémentaire 18 et un troisième élément de noyau 19. L'élément de noyau principal 17 comporte un corps allongé 21 15 s'étendant selon la direction d'envergure EV de l'aube, et une extrémité prolongée par une excroissance 22. Cette excroissance est décalée transversalement du corps 21 par rapport à la direction d'envergure EV, le corps 21 et l'excroissance 22 étant reliés par l'intermédiaire d'une portion de raccordement 23 inclinée par rapport à la direction d'envergure EV.

20 Ces éléments de noyaux qui sont fabriqués en céramique sont assemblés les uns aux autres pour former un tout agencé conformément à la figure 4. Plus particulièrement, le second élément 18 est alors fixé à l'excroissance 22 de manière à la prolonger selon l'axe AX qui correspond sensiblement à l'axe de rotation de l'aube lorsqu'elle est en service. L'ensemble constitué par le second élément 18 fixé à 25 l'excroissance 22 délimite le fond et les bords de la baignoire située au sommet de l'aube à fabriquer, et repérée par 28 sur la figure 6. Le corps 21 de l'élément principal 17 délimite quant à lui un canal d'alimentation en air de refroidissement amont par rapport au sens d'écoulement du 3037972 6 fluide autour de l'aube en service, permettant par exemple de refroidir le bord d'attaque de l'aube. Le troisième élément de noyau 19 qui s'étend lui aussi selon la direction d'envergure EV est situé en aval du corps 21 de l'élément principal 17, pour délimiter un 5 autre canal d'alimentation en air de refroidissement, permettant de refroidir par exemple la région du bord de fuite de l'aube lorsqu'elle est en service. Complémentairement, l'élément principal 17 est relié rigidement au troisième élément 19 par des éléments de noyaux non représentés sur les figures. Pour l'opération de moulage, le noyau 16 est installé et maintenu en 10 position dans un moule, avant coulage du matériau d'alliage métallique 24 constitutif de l'aube 26, telle que moulée, comme représenté schématiquement sur la figure 5 avec son noyau 16. Une fois que l'aube a été coulée et que le matériau a été refroidi, les éléments de noyau sont retirés, par exemple par une attaque chimique, ce qui permet 15 d'obtenir l'aube proprement dite 26, représentée dans la figure 6. Cette aube 26 comporte un corps comprenant un canal amont 27 de refroidissement de son bord d'attaque, une baignoire 28 située à son sommet, et un canal aval 29 de refroidissement de son bord de fuite. Ces canaux 27 et 29 et cette baignoire 28 sont enveloppés par la paroi 20 externe de l'aube 26, non visible dans la figure 6, qui comporte notamment sa paroi d'intrados et sa paroi d'extrados. Comme visible dans la figure 8, le fond 31 de la baignoire 28 comporte une ouverture 32 qui correspond à la portion de raccordement 23 de l'élément principal de noyau 17 raccordant son corps 21 à son excroissance 22.

25 Cette ouverture qui relie le canal amont 27 à la baignoire n'est pas souhaitée du fait que l'on ne souhaite pas que la baignoire 28 soit alimentée en air de refroidissement, mais qu'au contraire tout ou bien au moins la majorité de l'air circulant dans le canal amont 27 soit dédiée au refroidissement du bord d'attaque de l'aube. Selon l'invention, cette ouverture est refermée en y déposant de la 30 matière métallique selon un procédé de fabrication additive, de manière à l'obturer.

3037972 7 Un tel procédé qui est habituellement désigné par la marque déposée CLAD, à savoir le procédé de Construction Laser Additive Directe, consiste à utiliser un appareillage 33 pour générer un faisceau laser 34 afin de faire fondre sur un substrat qui est ici le bord de l'ouverture 32, une ou des poudres métalliques 36 apportées par une 5 buse 37, de manière à constituer successivement des couches de dépôt 38. Cette buse 37 est une buse coaxiale apte à réaliser l'injection homogène de poudres métalliques à travers un faisceau laser. Avec ce procédé, les poudres fondues par le laser constituent un dépôt homogène et dense sur la surface ou couche qui les porte, qui est elle aussi fusionnée au 10 cours du processus. Comme Il n'y a pas de contact notamment entre la buse et le substrat, le procédé est exempt d'usure. Les dépôts ou empilements successifs sont protégés tout au long du processus par un gaz neutre pour parer aux problèmes d'oxydation. Ce procédé permet de réaliser des dépôts en ciblant avec une certaine 15 précision les endroits où le matériau est apporté. Il est en outre possible d'utiliser plusieurs métaux d'apports différents pour réaliser le cas échéant un alliage à proportions évolutives suivant la hauteur. Ceci permet d'optimiser différents aspects comme la masse, l'accroche avec le substrat c'est-à-dire la dilution et la porosité, ainsi que les propriétés d'abradabilité, d'abrasivité, de dilatation. Le substrat que constitue la pièce 20 existante sur laquelle le matériau est apporté permet d'amorcer la construction. D'une manière générale, le matériau déposé est lui-même choisi en fonction du substrat pour présenter une tenue mécanique appropriée, une abradabilité, ainsi qu'une compatibilité avec le substrat qui sont appropriées en matière notamment de dilution et de porosité.

25 Comme indiqué plus haut, la portion de raccordement 23 est inclinée par rapport à la direction d'envergure EV, pour délimiter une surface chanfreinée 39 qui élargit l'ouverture 32 au niveau de sa portion de raccordement avec le fond 31. Cette surface chanfreinée 39 qui correspond à la portion aval de la paroi délimitant l'ouverture 32, permet de constituer un élargissement de l'ouverture 32 au 30 niveau du fond 31. Grâce à cet élargissement, l'appareillage utilisé pour le dépôt de 3037972 8 matière peut être installé dans la baignoire 28 ou dans son voisinage selon une orientation lui permettant d'impacter une région interne de l'ouverture 32 qui est la plus proche possible du niveau du fond 31 le long de l'axe d'envergure EV. Ceci permet de réaliser un dépôt de matière 41 ayant la plus faible 5 épaisseur possible afin de limiter le volume de matière à déposer, et par là même la masse de matière nécessaire à l'obturation de l'ouverture 32. Autrement dit, le chanfrein que constitue la surface inclinée 39 élargit l'ouverture 32 pour que celle-ci soit avancée vers l'aval du fond 31 de la baignoire, de sorte que cette ouverture présente une embouchure élargie offrant la plus grande 10 latitude possible pour l'orientation de l'appareillage utilisé pour l'apport de matière. La matière 41 est ainsi déposée d'abord sur la portion de paroi 40 de l'ouverture 32 qui est située en amont le long de l'axe AX, et cette matière, par couches successives est déposée jusqu'à rejoindre la portion aval 39 de cette paroi de l'ouverture. Plus concrètement, un premier cordon déposé sert de support pour les suivants et ainsi 15 de suite. Grâce au chanfrein que constitue cette paroi aval inclinée 39, l'épaisseur, comptée le long de l'axe d'envergure EV, de matériau 41 qui est déposée peut être la plus faible possible, et comparable à celle du fond 31, comme représenté schématiquement sur la figure 9.

20 Par ailleurs, comme visible sur la figure 9, le dépôt de matière selon le procédé de fabrication directe par laser peut conduire à une surface supérieure de rebouchage relativement irrégulière. Cette irrégularité qui est susceptible de pénaliser la circulation d'air dans la baignoire peut être annulée en usinant cette surface supérieure pour lui donner une forme plane 42, comme représenté sur la figure 10.

25 Cet usinage de finition peut être réalisé par électro érosion, selon le procédé connu par l'acronyme anglais EDM signifiant Electrical Discharge Machining c'est-à-dire usinage par décharge électrique. Cet usinage peut aussi être assuré au moyen d'outils coupants de type fraise ou analogue, ce qui permet de réaliser la finition de forme permettant de constituer la cloison en tant que telle.

3037972 9 D'une manière générale, l'invention permet d'utiliser un même élément de noyau qui délimite d'une part un canal inférieur de l'aube et d'autre part une portion de la baignoire, de sorte que la partie de noyau constituant la baignoire est fermement soutenue pour qu'elle ne risque pas de bouger durant les opérations de moulage.

5 Plus concrètement, toute la partie de noyau délimitant la baignoire est supportée au moins par la portion de raccordement de l'élément de noyau principal, ce qui lui apporte un soutien robuste au moins sur sa portion avant. Sur la portion aval de cette baignoire, le soutien peut être assuré par d'autres composants de noyau non représentés, ou encore par des tiges d'alumine reliant la partie aval de la baignoire à 10 d'autres éléments de noyau. L'invention a été décrite avec un procédé de fabrication additive par fusion de poudres par faisceau laser en dépôt par couches successives, mais d'autres procédés peuvent être utilisés. Notamment, le procédé SWET signifiant Superallow Welding at Elevated Temperature peut aussi être envisagé. 15

Claims (7)

1. REVENDICATIONS1. Procédé de fabrication d'une aube (26) de turbomachine comprenant une paroi d'intrados et une paroi d'extrados espacées l'une de l'autre dans la partie courante, cette aube (26) comprenant un sommet avec une paroi de fermeture (31) réunissant les parois d'intrados et d'extrados pour délimiter un fond (31) d'une forme de baignoire (28), ce procédé comportant une étape de moulage mettant en oeuvre un noyau (16) délimitant la forme en baignoire (28) ainsi qu'au moins un canal interne (27) de l'aube (26) destiné à recevoir de l'air de refroidissement de cette aube (26), caractérisé en ce que le noyau (16) utilisé pour l'opération de moulage comporte un élément principal de noyau (17) ayant un corps (21) délimitant le canal interne (27) et ayant une extrémité prolongée par une excroissance (22) délimitant au moins une partie de la baignoire (28), cet élément principal de noyau (17) traversant le fond (31) de baignoire en y laissant une ouverture (32) lorsque l'aube (26) a été moulée, et en ce qu'il comporte une étape de fermeture de cette ouverture (32) avec un procédé de fabrication additive par apport de matière métallique dans cette ouverture (32), notamment par dépôt de poudre métallique.
2. 2. Procédé selon la revendication 1, comportant une opération d'usinage de la matière déposée pour aplanir le fond (31) de la baignoire (28) dans la région d'apport de matière, cet usinage étant réalisé au moyen d'un procédé tel qu'un procédé d'usinage par électro érosion.
3. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le noyau (16) utilisé comporte un autre élément de noyau (18) solidarisé à l'excroissance (22) de l'élément principal de noyau (17) pour délimiter conjointement avec cette excroissance (22) l'ensemble de la baignoire (28).
4. 4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel l'élément principal de noyau (17) comprend une portion de raccordement (23) de 3037972 11 l'extrémité du corps de l'élément principal de noyau (17) avec l'excroissance (22), qui est inclinée (39) par rapport au corps de l'élément principal de noyau (21), pour constituer, une fois l'aube moulée un chanfrein (39) d'élargissement de l'embouchure de l'ouverture (32) dans le fond (31) de la baignoire afin d'améliorer l'accessibilité de cette ouverture 5 (32) pour la mise en oeuvre de l'étape d'apport de matière dans cette ouverture.
5. 5. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le dépôt de poudre métallique est assuré avec une buse coaxiale d'injection homogène de poudre à travers un faisceau laser.
6. 6. Aube de turbomachine obtenue avec le procédé selon l'une des revendications 1 à 5.
7. 7. Turbomachine comprenant une aube selon la revendication 6. 10 15