Brevet FR2040236A1 — publié le 19710122

La présente invention concerne un modèle composite et un nouveau procédé destinés à la réalisation de moules en sable de haute précision pour pièces moulées, ayant des formes compliquées et des surfaces en contre-dépouille, particulièrement de forme circulaire ou ovale. Elle concerne de 5 manière générale la fabrication de moules de précision qui, antérieurement, étaient réalisés par le procédé à la cire perdue, procédé selon lequel le modèlè est enlevés par fusionsde la cavité de moulage après mise en forme, les parties en contre-dépouille ne permettant pas l'utilisation d'un modèle rigide qui puisse être enlevé sans endommager le moule,en sable,de précision. 10 La cire, le mercure congelé, les alliages à bas point de fusion, etc. ont été souvent utilisés dans cette technique. En variante, ces pièces coulées,ayant des parties en contre-dépouille, peuvent être coulées"en des moules à éléments 1 type qui peuvent être séparés.de manière que le modèle ou les matrices formant les parties aicontre-15 dépouille puissent finalement être enlevés. De cette multiplicité d'éléments des moules de ce modèle, la finition de surface de la pièce moulée obtenue nécessite souvent un usinage par tournage, brochage, alésage ou meulage. Pour éviter ces opérations coûteuses d'usinage, les techniques à la cire perdue sont souvent préférées,mais celles-ci "sont laborieuses, 20 demandent beaucoup de temps et nécessitent des spécialistes .entraînés. Cependant, 'quand les moulages sont- en alliage réfractaire, ou résistant à l'usure, l'usinage entraîne souvent un prix de revient beaucoup plus grand du fait de leur extrême dureté. Des modèles creux semi-permanents ont été mis au point à 25 partir d'élastomères ayant des propriétés élastiques , qui peuvent être déformés pour être enlevés du moule fini destiné à des pièces de fonderie ayant des surfaces en contre-dépouille. D'autres modèles en élastomère semi-permanent ont été également mis au point, tels que ceux décrits dans le brevet des E.U.A. n° 3.151.369 et qui sont utilisables pour les moules en barbotine. 30 Mais ces modèles n'ont pas été trouvés satisfaisants pour les moules en sable de précision. Un inconvénient particulièrement gênant des modèles en caoutchouc est leur variation de forme avec le vieillissement, et leur instabilité à haute températurejlorsqu'ils sont utilisés dans la cuisson de quelques moules en sable et résine. Ces inconvénients,joints à la durée de service 35 utile trop courte des élastomères du fait de l'environnement abrasif de sable,ont empêché leur adoption pour les moules en sable de précision. Même lorsqu'une précision élevée n'est pas nécessaire, la finition de surface ou usinage est souvent nécessaire du fait des déplacements en dimensions. 70 15143 2 2040236 Le modèle composite de 1'invention,à partie métallique et à partie flexible,est destiné à réaliser un moule en sable de précision par un procédé à froid ou à chaud, et dans lequel la partie flexible comprend une partie en contre-dépouille du moule. Cette partie flexible peut être fixée 5 à demeure, ou encore détachable, à la partie métallique du modèle, de sorte qu'elle peut être facilement remplacée après usure, ou endommagement à l'usage. Cette partie flexible est relativement fragile et sujette à usure et détérioration lorsque le modèle composite est souvent retiré de moules traités, la forme préférée de réalisation de l'invention est un modèle composite duquel 10 cette partie flexible peut être facilement retirée ou détachée, et remplacée par une autre partie flexible neuve. Habituellement, cette partie est liée à un collier métallique qui peut être rapporté dans une gorge ménagée dans la partie métallique permanente et rigide du modèle, afin d'assembler les deux parties entre elles et les bloquer, en indexation convenables pour former le 15 modèle composite. Par cet agencement, la seule partie .flexible usée du modèle doit être remplacée.Si cette partie flexible est liée directement à la partie métallique, le modèle composite tie donnera qu'un usage réduit» L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description 20 qui va suivre de dispositifs d'exemples préférés de l'invention, et des dessins sur lesquels : - la figure 1 est une vue en perspective d'un modèle selon l'invention destiné à un moule pour bague d'étanchéité; une partie de ce moule étant arrachée ou coupée; 25 - la figure 2 est une coupe axiale,à échelle agrandie,de la figure 1; - la figure 3 est une coupe axiale du modèle de la figure 2, qui est placé dans un moule en sable; - la figure 4 est une vue analogue à la figure 3, mais le 30 moule en sable cuit étant déplacé; - la figure 5 est une vue à échelle agrandie d'une partie du dispositif de la figure 3, mais le moule étant partiellement déplacé et la partie de modèle en contre-dépouille étant déformée; - la figure 6 est une vue en perspective, avec une partie 35 arrachée d'une bague d'étanchéité coulée selon l'invention; - la figure 7 est une coupe à échelle agrandie d'une partie drune bague d'étanchéité réalisée avec le moule des figures 3, 4 et 5; 70 15143 3 2040236 - la figure 8 est une vue en perspective éclatée d'un modèle selon l'invention; - la figure 9 est une vue en perspective du collier de verrouillage du modèle de la figure 8; 5 - la figure 10 est une coupe axiale à échelle agrandie d'une partie d'une bague d'étanchéité classique réalisée avec un moule d'un modèle antérieur; - la figure 11 est une coupe analogue à la figure 10, d'une bague d'étanchéité selon l'invention., réprésentant une partie de la figure 4, 10 mais le profil de la bague de la figure 10 étant superposé en tirets; et - la figure 12 est une coupe axiale d'une partie d'arbre sur lequel sont montés deux bagues d'étanchéité, réalisées selon l'invention. Une bague d'étanchéité R réalisée à l'aide d'un moule en sable de précision, qui est lui-même constitué à l'aide d'un modèle composite 15 selon l'invention, est représentée en coupe sur la figure 7 et en perspective sur la figure 6. Ces bagues en alliage ferreux extrêmement dur, représentées également,mais étant montées,sur la figure 12, sont glissées dos à dos sur un arbre, c'est-à-dire que leurs surfaces radiales les plus larges ou surfaces 10 prennent appui l'une sur l'autre, en relation d'étanchéité. Deux pièces 20 métalliques A et Al", qui sont eh rotation relàtive, tels par exemple un chemin de roulement et un couvercle d'étanchéité, respectivement, forment une structure de maintien du joint. Les bagues R, ayant un diamètre intérieur légèrement supérieur au diamètre extérieur de l'arbre, sont montées concentriquement à celui-ci, et 25 s'étendent axialement depuis les surfaces de contact délimitées par leur- surface' cylindrique relativement longue et interne 11. L'extrémité amincie 12 (figure 7) de chaque bague comporte un coin arrondi l3spartant de la surface cylindrique 11 et incurvé radialemènt à l'extérieur de la surface Ce coin interne arrondi 13,situé à la jonction de l'ouverture centrale de la 30 bague,est très important comme décrit dans la suite. Chaque bague R comporte aussi une surface inclinée ou rampe 15 annulaire et extérieure qui s'écarte axialement de l'extrémité amincie de la bague R. L'angle 0 d'inclinaison est environ 15° sur l'axe longitudinal (figure 7). Cette surface inclinée 15 s'écarte radialement vers l'extérieur de la partie P ou PI,sur laquelle son 35 anneau torique d'étanchéité 17 est comprimé pour assurer le contact d'étanchéité. Sur cette surface inclinée, l'anneau torique flexible d'étanchéité est monté de manière que lorsque-11 ensemble d'étanchéité à anneau est assemblé, 70 15143 4 2040236 l'anneau soit repoussé contre sa bague métalliques pour la rappeler en contact d'étanchéité avec la bague opposée -R. Chaque bague métallique d'étanchéité R comporte un rebord 18 en saillie sensiblement radials et qui s'évase également radialement au-delà 5 d'une partie de la surface inclinée ou rampe 15s et sert à maintenir l'anneau torique 17 sur la bague R, jusqu'à ce que le montage final des éléments et des joints soit terminé. Ainsi, le petit rebord arrondi 18 constitue un élément essentiel de chaque bague métallique d'étanchéité R. Chaque-bague R doit, de plus, être réalisée avec précision et avec un haut degré de finition 10 de surface, afin d'éviter 1 ' endommageaient de l'anneau torique flexible 17 et également d'assurer un montage précis et facile. La surface 10 de chacune des bagues R est superfinie à un état de surface préciss afin de réaliser le joint d'étanchéité contre la surface au contact 17 de la bague voisine. Les bagues d'étanchéité de ce genre sont décrites dans le brevet des E.U.A. 15 n° 3.180.648 de Kupfert et consorts, auquel on pourra se reporter pour une description plus complète de fonctionnement. Chaque bague R est de préférence réalisée en alliage très dur, qui est disponible sur le marché sous la marque "STELLITE" de l'Union Carbide Corporation, ;:étatlt ..constituée par le procédé de moulage en sable, 20 en utilisant le nouveau modèle composite de l'invention. Le modèle F comporte une partie métallique 20, relativement large, usinéeavec précision aux dimensions convenables. Il peut être constitué en aluminium et comprend la partie maximale de modèle pouvant être tiré du moule en sable, sans l'endommager. Une partie plus réduite du reste, incluant 25 tous les éléments en contre-dépouille du modèle, est constituée en matière flexible, telle qu'un élastomère; le caoutchouc silicone a été trouvé particulièrement avantageux à cet égard. D'autres matières flexibles peuvent être utilisées, tel le "Teflon" qui résiste à la chaleur et qui peut supporter la température élevée nécessaire à la cuisson de l'élément en sable S lié à 30 la résine, si ce genre de procédé est utilisé plutôt qu'un procédé de traitement du sable à froid auquel l'invention s'applique. L!invention va être décrite ci-après à titre d'exemple dans le cas d'utilisation d'un caoutchouc silicone en tant que matière flexible. Lorsqu'un moule en sable de précision doit être réalisé par 35 un procédé à chaud, pour une pièce de fonderie circulaire,telle qu'une bague R, le modèle P est placé sur une surfacè chauffée 22s telle par exemple une table du genre habituel dans cette technique, et utilisable avec les machines à 70 15143 5 2040236 faire les noyaux; il sera suffisant aux fins de la présente description d'indiquer que le modèle P et le sable S lié à la résine, qui est déversé sur ce modèle, sont chauffés pour cuire le sable. Une température de cuisson au moins de 205°C est utilisée de préférence dans l'invention, ce qui donne 5 des taux de production satisfaisants. Naturellement, des températures plus faibles peuvent être utilisées, mais il en résulte des durées de cuisson plus longues qui sont désavantageuses. L'ensemble du modèle P est de forme telle que décrite ci-dessus pour la bague terminée Rs et on doit noter que le caoutchouc silicone 10 ne constitue qu'une partie relativement faible de l'ensemble du modèle. La partie flexible réalise l'élément de modèle qui constitue la partie en contre-dépouille du moule en sable, c'est»à-dire la partie qui forme finalement le rebord 18 évasé vers l'extérieur, de la bague R. Si l'invention est appliquée dans un processus à chaud, 15 le caoutchouc silicone peut supporter non seulement la cuisson nécessaire, mais conserver sa propre forme dans 1 Opération de remplissage au sable du châssis, étant de dureté suffisante, telle que mesurés au duromètre. Par ailleurs, ce caoutchouc silicone présente une résilience suffisante pour être extrait du modèle de précision en sable traité, sans l'endommager. Une dureté d'environ 20 4 à 50 au duromètre a été jugée très satisfaisante. La partie flexible réduite 21,indiquée sur les figures 8 et 9 du modèle composite,est fixée de manière amovible sur la partie métallique 20, relativement permanente du modèle, à l'aide d'un collier de verrouillage 23, qui est cintré à partir d'une bande plate de métals telle que de l'acier. 25 Ce collier conformé présente une série d'entailles de verrouillage 24, réparties circonférentiellement sur sa périphérie et formant les éléments d'assemblage verrouillant.entre elles les parties métallique et flexible du modèle. Le collier comporte de préférence une série de trous 25, dans lesquels srécoule la matière flexible,qui lui est liée dans un moule 30 complémentaire (non représenté). Ainsi, la matière flexible, teHeun caout» » chouc de silicone, est sûrement liée et mécaniquement verrouillée au collier 23. La partie métallique 20 du modèle composé a une gorge circonférentielle 20a^ ménagée dans son rebord, et une série de petits ergots 20b_ en saillie à travers la gorge,et répartis circonférentiellement pour 35 correspondre aux entailles de verrouillage 24 du collier. Ce collier est monté serré dans la gorge 20a, de manière, lorsque la matière flexible, qui lui est liée, est assujettie étroitement contre les surfaces métalliques 70 15143 6 2040236 des côtés opposés de la gorge 23, qu'après montage il est indexé avec précision, entre les deux parties du modèle terminé. Plus particulièrement, lorsque la partie flexible 21 est sur la partie métallique- rigide 20 du modèle, il n'est nécessaire que d'insérer le collier dans la gorge 20a, 5 l'ouverture 24a des entailles de verrouillage 24 étant placée sur l'ergot respectif associé 20b_ du collier. Une légère rotation du collier sur la partie 20 entraîne la partie de rampe de verrouillage 24b_sdes fentes 24, au contact de leurs ergots respectifs 20b^ mettant la partie flexible en contact serré avec la partie métallique et verrouillant la partie flexible 10 de manière sûre avec la partie métallique 20, "Pour remplacer la partie flexible, après asure ou autre endommageaients il n'est nécessaire que de la tourner en direction inverse pour la déverrouiller et permettre de soulever le collier de la gorge 20a„ En variante, cette partie flexible peut être liée à une saillie circulaire 15 de la partie métallique 20, analogue au collier 23s mais qui lui est intégrée. La partie flexible peut être liée directement à cette saillie circulaire. Il est évident qu'ainsi la vie dis modèle est limitée à celle de la partie flexible qui n'est pas détachable. Comme indiqué sur la figure 4, le modèle P est enlevé du 20. moule en sable traité, sans aucun endonmagement des parties en contre-dépouille. La figure 5 représente le début du mouvement relatif,par lequel la partie en caoutchouc silicone 21 du modèle composité doit être retirée de la zone en contre-dépouille 26 du moule en sable. Pendant ce déplacement, le caoutchouc silicone formant la partie flexible est" déformé 25 temporairement pour sortir de cette zone en contre-dépouille, vers la zone plus large, non rétreinte 27 du moule. Des canaux 28 sont ménagés dans le moule pour l'écoulement du métal dans celui-ci, lors de la coulée des pièces finies. La figure 10 donne la forme du rebord d'extrémité d'une 30 bague d'étanchéité 33 obtenue avec un moule classique en trois pièces, dont le coin intérieur 34 est très notablement carré. La figure 11 donne la comparaison de la section transversale d'une bague coulée Rs selon l'invention, avec la bague 33 de la figure 10, coulée dans un moule classique en plusieurs pièces. La réalisation du coin 35 intérieur en forme arrondie comme dans la bague R, de manière que la partie flexible formée sur le caoutchouc silicone soit conique, permet de retirer aisément la partie flexible du moule, comme indiqué sur la figure 5. Si le 70 15143 7 2040236 coin était carré, la matière supplémentaire de caoutchouc du coin carré 35 (figure 11) interfère au déplacement de la partie en contre-dépouille, à rebord, du caoutchouc silicone lorsque le modèle composite est déplacé axialement (vers la droite de la figure 4). variante être réalisés par un procédé à froid, selon lequel du sable et un mélange de résines phénoliques avec un polyisocyanate,sont traitéspar filtrage d'une aminé gazeuse tertiaire à travers celles-ci. Un procédé de traitement de moules en sable de précision de ce genre est décrit dans le 10 brevet des E.U.A. n° 3.429.848 de Janis Robins. Dans ces conditions,, la partie flexible du modèle ne nécessite pas un degré élevé de résistance à haute température, et un moule en sable de haute qualité en une pièce peut être réalisé pour la coulée d'éléments de fonderie, tels que les bagues R d'étanchéité décrites plus haut. 5 Des moules de précision en sable traité peuvent en 70-15143 8 2040236 REVENDICATIONS 1. Modèle de fonderie composite destiné à réaliser un moule en sable traité ou cuit, à partië interne en contre-dépouille, et caractérisé par : une partie rigide exempte de toute partie en contre-dépouille, 5 pouvant être retirée d'un moule en sable traité, sans l'endommager, et constituant une partie importante de ce modèle; une partie flexible formant toutes les parties en contre-dépouille du modèle, ayant une rigidité suffisante pour conserver sa forme et ses dimensions pendant la formation de la cavité du moule en cours de 10 recouvrement par le mélange de sable à traiter, et ayant une résilience suffisante pour sortir desdites parties en contre-dépouille, lorsque le modèle composite est enlevé d'un, seul ensemble après traitement du moule en sable; et un dispositif d'assemblage maintenant ces parties flexibles 15 et rigides en indexation étroite, pour constituer un modèle composite de précision,qui peut être enlevé du moule en sable traité comportant des parties internes en contre-dépouille, sans l'endommager. 2. Modèle selon la revendication 1, dans lequel le dispositif d'assemblage comprend une structure fixée à la partie rigide, et à laquelle 20 la partie flexible est liée. 3. Modèle selon la revendication 1, dans lequel la partie flexible est profilée selon une section transversale décroissante, à partir de son raccordement à la partie rigide, vers ses extrémités, afin de faciliter son enlèvement du moule en sable traité. 25 4. Modèle selon la revendication 1, dans lequel le dispositif d'assemblage comprend un dispositif de fixation,auquel la partie flexible est liée, et un dispositif coopérant de verrouillage dans la partie rigide, qui retient de manière libérable le dispositif de fixation, afin de maintenir ladite partie flexible en engagement indexé avec ladite partie rigide, 30 jusqu'à sa libération. 5. Modèle selon la revendication 1, caractérisé par une forme circulaire à partie évasée en contre-dépouille, formée par ladite partie flexible. 70 15143 9 2040236 6. Modèle selon la revendication 1, dans lequel la partie flexible est constituée par un élastomère ayant une stabilité dimensionnelle aux températures de cuisson, du moules comportant un mélange de sable et de résines traitable à chaud. 5 7. Modèle selon la revendication 6, dans lequel 1'élastomère est un caoutchouc silicone. 8. Modèle selon la revendication 6, dans lequel ladite partie rigide est en métal. 9. Modèle selon la revendication I, dans lequel ladite partie 10 rigide et ladite partie flexible sont toutes deux cylindriques et assemblées en indexation axiale par le dispositif d'assemblage. 10. Modèle selon la revendication dans lequel ladite partie flexible comprend un rebord oblique divergent.,, qui est la partie en contre-dépouille et qui est lié à ladite partie rigide, d'où elle est profilée 15 dé manière continue selon une section transversale décroissante. 11. Procédé de réalisation d'un moule en sable, utilisant le modèle de l'une quelconque des revendications précédentes, ayant une partie interne en contre-dépouille, étant du type traité ou cuit, et caractérisé par : 20 __ le placement du mélange de sable traitable autour dudit modèle; le traitement de ce mélange afin de le durcir et de constituer une cavité ayant une partie en contre-dépouille; et la séparation dudit moule du modèle, en déformant tempo-25 rairement la partie flexible,suffisamment pour permettre sa sortie de ladite partie en contre-dépouille, sans endommager le moule ou la matière flexible. 12. Procédé selon la revendication 11, dans lequel ledit traitement du mélange de sable est un traitement à chaud. 30 13. Procédé selon la revendication 12, dans lequel ledit mélange de sable est constitué par une résine et du sable qui sont traités à environ 205°C. 14. Procédé selon l'une quelconque des revendications 11 à 13, dans lequel ladite partie métallique comporte une ouverture centrale sensi-35 blement cylindrique et s'étendant axialement, ainsi qu'une surface extérieure inclinée sur l'axe longitudinal du modèle et formant une extrémité large et une petite extrémité de cette partie métallique, la partie flexible complétant 70 15143 lo 2040236 le profil de ladite partie en contre-dépouille du modèle, formant un rebord s"étendant en direction sensiblement axiale depuis ladite petite partie, cette partie flexible comportant un coin interne arrondi au raccordement de ladite ouverture centrale. 5 15. Pièce réalisée par coulée de métal dans un moule de l'une quelconque des revendications 1 à 13. 16. Pièce réalisée par coulée de métal dans un moule selon le procédé de la revendication 14 et constituant une bague d'étanchéité dont ladite ouverture centrale est insérée sur un arbres ladite large extrémité 10 ayant une surface radiale superfinie de haute précision.