Brevet FR2061655A1 — publié le 19710625

La présente invention a pour objet la fabrication de noyaux et de moules utilisés en fonderie pour couler des pièces de fonte qui peuvent avoir une forme complexe La présente invention se rapporte en particulier à la fabrication de noyaux ou moules par emploi simultané de matériaux de moulage fluidifiés auto - durcissants et de modèles de fonderie(et boites à noyaux ) en élastomères ou matières plastiques de préférence gonflables On sait que dans la fabrication des moules et noyaux de fonderie le. matériau dont est constitué le modèle et la boite à noyaux doit remplir certaines conditions inhérentes au procédé de moulage lui-même. En fait le moulage s'effectue en tassant un matériau sableux dans une boite de moulage par des moyens mécaniques : jet de matériau de moulage , secousses , compressions , emploi de battes à air comprimé etc... Ceci implique que le matériau du modèle doit résister à des contraintes mécaniques sévères et à l'usure ; par suite , suivant là longueur de la série , les modèles seront réalisés en bois, aluminium , laiton etc.. le plus la forme de la pièce de fonte et par suite du modèle (ou de la-bo-ite à noyaux ) est parfois - telle qu'il présente des saillies formant des découpes dans une direction perpendiculaire au plan de séparation , ce qui complique considérablement le travail de moulage . Normalement on évite ces inconvénients au moyen de noyaux extérieurs (pièces démontables ) ou par le procéde de moulage solide qui consiste à laisser en-place une partie du modèle , formé de polystyrène expansé , 1:cilnont gazéifiable au passage du métal incandescent .Ces procédés ne sont cependant pas économiques du fait de l'accroissement des temps de moulage et de préparation et ils donnent u-he,.fonte de mauvais aspect dru fait des marques subsistant dans les zones burinées Le procédé selon la présente invention apporte une solution nouvelle aux problèmes ci-dessus et dans bqauco.up de cas permet l'élimination des exigences suivantes - présence d'un ou de plusieurs plans de séparation - absence de saillies formant des découpes - absence de contre dépouille - présence de dépouille Le procédé peut s'appliquer à de nombreux moulages et se prête à la construction non seulement de modèles complets mais aussi ae modèles formés en plaque ou de parties de modèles destinées à être insérés dans des modèles classiques . De plus le procédé permet les moulages de précision avec un minimum de tolérance d'assortiment . Le procédé selon l'invention a pour objet de réaliser des moules et /ou noyaux de fonderie en utilisant des modèles et / ou boites à noyaux constitués partiellement ou entièrement en matériaux choisis parmi les suivants 1/ - élastomères expansibles ; 2/ - élastomères ou matières plastiques modérément expansibles 3/ - élastomères ou matières plastiques semi - rigides~. Dans le premier cas les modèles sont creux et prennent la forme la consistance et la rigidité. requises lorsqu'ils sont remplis de fluides à des niveaux de pression convenables ~Dans le second cas les modèles (et/ou boites à noyaux) sont creux et prennent leur consistance- et rigidité requises lorsqu'ils -sont remplis de fluides à des niveaux de pression convenables Dans les deux cas , après moulage et prise du moule (et/ou du noyau) , les modèles (st/ou les boites à noyaux) sont extraits après qu'on y ait fait le vide à l'intérieur pans le troisième cas les modèles (et / ou boites à noyaux) peuvent être pleins ou creux et ont déjà la forme ,la rigidité et la consistance requises .Dans ce cas l'extraction est rendue possible en tirant parti exclusivement des propriétés élastiques de ltélastomère ou de la matière plastique Dans la présente description le mot "élastomère" est utilisé avec un sens non limitatif pour désigner de manière classique selon la technique connue , tout matériau , naturel ou synthétique dote de propriétés élastiques et de fléchissement élastique Comme exemples non limitatifs d'élastomères on trouve les caoutchoucs naturels ou synthétiques traités selon les procédes classiques Le remplaçemént des modeles et boites à noyaux traditionnels par des modèles et boites à noyaux du type proposé est rendu possible pas l'emploi d'un matériau de moulage fluide et auto-durcissant qu'il suffit de couler et-qui ne requiert pas de depense d'énergie pour être tassé Ce matériau de moulage peut être choisi dans la large gamme disponible , en fonction du type d'alliage , des exigences de finition de surface etc ...De plus , suivant les propriétés partiàulières exigées d'état de surface -des pièces moulées , on peut utilïser des matériaux de moulage hautement réfractaires , de grandë-conductibilité ou diffusion thermique, de manière à leur donner -la finesse de structure , une grande dureté etc Dans ce but il est possible de disposer , à l'aide de supports particuliers fixés aux boites de moulage , des éléments de refroidissement dans les moules ou dt.incorporer par immersion des cages tubulaires appropriées de circulation d'eau , qui peuvent être mises en forme De préférence les matériaux de moulage sont des sables de grès et surtout ceux dénommés "sables liquides" tels que par exemple les "sables liquides " décrits dans la demande de brevet italien ne780,028 aunom de la demanderesse On a maintenant découvert en particulier , et ceci- constitue d'une certaine manière un autre objet de l'invention , que l'on obtient des résultats particulièrement avantageux en utilisant comme matériau de moulage un "sable liquide" contenant de 78 à 85 % en poids de sable , de 8 à 12 % en poids due ciment alumineux , de 7 à 10/o d'eau et de 0,03 à 0,20 fo en poids d'agent tensio-actif avec addition éventuelle d'un accélérateur de prise,constitué par exemple par du chlorure de lithium ajouté à raison de O,05 à 0,35 % en poids par rapport au seul ciment alumineux L'élastomère qui convient pour faire des modèles et boites à noyaux doit être choisi selon la nature (acide , base , etc...) et les propriétés physiques (température , fluidité etc...) du matériau utilisé pour le moulage P & r- obtenir la forme et /ou la consistance requises , les modèles et boites à noyaux doivent être remplis avec - des substances à l'état gazeux telles que l'air , d'autres gaz ou des mélanges de ceux - ci - - des substances à l'état liquide telles que l'eau , d'autres liquides, des solutions , des suspensions , etc ... - des substances solides à bas point de fusion de nature organique ou minérale telles que les cires , les alliages de métaux et similaires qui peuvent être facilement amenés à l'état liquide au moment du remplissage et du vidage du modèle La pression à donner au fluide comprimé eontenu à l'intérieur du modèle creux varie suivant la forme géomëtrique du modèle , la fluidité et la densité du matériau du moulage , tandis que le profil extérieur de la pièce moulée est assuré par une mise en forme préalable et ndimensionnement approprié,des parois du modèle Le choix de la technologie proposée varie d'un cas à l'autre et dépend de la longueur de la série , de la complexité de conception de la pièce de fonderie , de l'absence ou de la présence de plans de séparation du nombre de noyaux, des techniques d'assemblage de noyaux , de l'équipement disponible etc. les caractéristiques , avantages et applications ainsi que de nouveaux détails du procédé selon l'invention s ressortiront plus clairement des exemples suivants avec référence aux dessins annexés , donnés à titre illustratif et auxquels l'invention ne saurait être limitée. ces exemples étant sujets à améliorations tout en restant dans le cadre de l'invention. - E X E M r î E 1 Cet exemple illustre le moulage d'un cylindre de laminoir il sera décrit en se référant aux figures 1 , lA et-1B dans lesquelles: - La figure 1 est une coupe verticale d'une forme de construction selon l'invention , et - Les figures 1A et 13 représentent en coupe verticale un détail de la figure 1 Ce moulage nécessite un modèle complet constitué en élastomère armé modérément expansible (1) dont les parois sont convenablement dimensionndes et préformées de manière qu'après remplissage en fluide comprimé le modèle prenne la forme prévue . Le modèle est disposé axialement sur un tube perforé (2) avec des garnitures appropriées (3) d'étanchéité au fluide comprimé . Le tube est fixé à son extrémité inférieure à la plaque de base (4) et à son extrémité supérieure à la plaque transversale (5) . Celle - ci est insérée à la partie supérieure (6) d'une série de boites de moulage (7) destinées à recevoir le "sable liquide" (8) envoyé par le dispositif (9). . Des sorties d'air pour les boites de moulage sont assurées par la série de trous (10) sur lesquels sont adaptées des plaques de respiration (11) qui ne laissent pas s'écouler le "sable liquide " tout en permettant aux gaz de s'échapper lorsqu'on verse le métal . Le modèle est initialement mis sous vide . Pendant la mise en place du "sable liquide" dans les boites de moulage , le flux de fluide comprimé venant de la ligne (13) et al-imentant le modèle , est réglé par la vanne (12) . il est indiqué de régler le flux do fluide comprimé et de "sable liquide" de manière à équilibrer les deux quantités et à terminer les deux opérations de remplissage au même moment Pour que le modèle comprimé (14) se trouve dans les conditions de forme et de consistance requises , le niveau de la pression doit être controlé par le manomètre (ils) .Après la prise du "sable liquide " (30 à 60 minutes ) on actionne la vanne (16) pour évacuer la pression par la ligne (17) et l'on peut réaliser un vide par la ligne (18) de manière à contracter le modèle pour faciliter son enlèvement Le canal et la vanne de déversement sont préparés séparément selon la technique,traditionnelle . - E X E M P L E 2 Cet exemple illustre le moulage de grandes vis hélicoldales il est illustré par la figure 2 représentant en coupe verticale une forme de construction selon l'invention, qui comprend les éléments suivants - modèle décomprimé (1') modèle comprimé (2') , - tube de positionnement perforé (3') , - garnitures d'étanchéité (4') - plaque de base (5') - partie inférieure (6') - plaque transversale (7') - -par-tie supérieure (8') - boite de moulage (9') - "sable liquide " (i01) , et - dispositif d'alimentation en "sable liquide" (11') . les lignes et vannes d'introduction et d'évacuation du fluide comprimé sont analogues à celles de la figure 1 Cet exemple est similaire à l'exemple 1 mais les saillies formées par le filetåge;rendent ce cas particulièrement intéressant Comme matériau de moulage on a utilisé un sable liquide répondant aux spécifications suivantes - sable quartzifère 81,65 % -- ciment alumineux 10 - eau 8 - agent tensio-actif 0,35 % - chlorure de. lithium (en % du ciment) 0,08 % - température ambiante 20 C - temps. de prise 60 minutes - temps de durcissement 24 heures, - résistance limite 35 Kg/cm2 - EXEMPLE 3 - Cet exemple illustre le moulage de saillies par insertion de parties gonflables en élast.omère sur un modèle classique La figure 3 représente une coupe verticale illustrant une application particulière de l'invention a.u moulage d'un moule à lingots avec saillies le procédé permet d'extraire le modèle en bois (la) du moule à lingots en direction axiale (2a) après moulage avec du"sable liquide " (3a) Pendant la coulée du "sable liquide" le modèle en élastomère (4a) de la saillie est maintenu rigide au moyen d'un fluide comprimé introduit par le tube (5a) dans le creux (6a) . Après la prise du matériau de moulage , on réalise un vide , toujours par le tube (5a) de manière à faire se contracter l'élastomère (4a) à l'intérieur du creux (6) ce qui permet d'extraire le modèle du moule de lingot * - R E lr E N D I C A T i O N S - 1/ - Procédé de moulage de pièces caractérisé en ce que les moules et /ou noyaux sont réalisés en empioyant simultanément un matériau de moulage fluidifié et des modèles et/ou boites à noyaux en élasto mères , matières plastiques ou produits qui en sont dériv-és 2/ - Procédé selon la revendication 1 , caractérisé en ce que les modèles peuvent être complets ou formés en plaques ou constituer des parties des modèles traditionnels 3/ - Procédé selon l'une des revendications 1 et 2 , caractérisé en ce que le matériau de moulage fluidifié est constitué par un matériau auto -durcissant. choisi de préférence dans les sables liquides et peut , si lton désire conférer des propriétés particulières aux pièces de métal moulées , être choisi parmi les sables liquides très réfractaires à haute conductibilité ou diffusion thermique . 4/ - Procédé selon l'une des revendications précédentes , caractérisé en ce que le matériau de moulage est constitué de préférence, par un sable liquide contenant de 78 à 85% en poids de sable , de 8 a 12 % en poids de ciment alumineux , de 7 à 10-% en poids d'eau de 0,03, à 0,20 % en poids d'agent tensio-actif et éventuellement un accélérateur de prise 3/ - Procédé selon la revendication 4 , caractérisé en ce que l'accéléra teur de prise est constitué par un sel de lithium , de préférence un chlorure de lithium et est utilisé à raison de 0,05 à 0,035 % du poids du ciment alumineux 6/ - Procédé selon la revendication 1 , caractérisé par l'emploi d'élas tomères , matières plastiques ou produits dérivés expansibles ou modérément expansibles , convenablement dimensionnés , qui prennent la forme et/ou la consistance requise lorsqu'ils sont remplis d'un fluide à un niveau de pompression approprié 7/ - Procédé selon la revendication 6 caractérisé en -ce que le fluide de remplissage est l'air ou un autre gaz ou un mélange de gaz 8/ - Procédé selon la revendication 6 , caractérisé en ce que le fluide de remplissage est l'eau ou un autre liquide , une solution ou, un mélange de liquides 9/ - Procédé selon -la revendication 6 , caractérisé en ce que le composé qui est à 11 état fluide lors des étapes de remplissage et de vidage du modèle (et/ou de la boite à noyaux) est choisi dans le groupe des solides à bas point de fusion * organiques. ou minéraux tels que les cires ou paraffines , d'autres composés organiques , des métaux, alliages et produits analogues 10/ - Procédé selon la revendication 6 , caractérisé en ce que l'on effec tue simultanément le remplissage en fluide comprimé du modèle ( et/ ou de la boite à noyaux) et le déversement du matériau de moulage 11/ - Procédé selon la revendication 6 , caracté-risé en ce que l'on procède -è l'extraction--du modèle (et/ou de la boite à noyaux ) après la prise du matériau de moulage , en faisant le fluide s'échapper du modèle (et/ou de la boite à noyaux) et en mettant ce dernier en dépression 12/ - Procédé selon la revendication 1 , caractérisé par l'emploi d & modè- les (et/ou boites à noyaux) sensiblement pleins ou éventuellement creux , faits de matières plastiques ou d'élastomères semi-rigides qui ont par eux-memes.la-forme et la consistance requise et sont extraits en utilisant les propriétés élastiques de l'élastomère 13/ - Procédé selon la revendication I , caractérisé en ce que des chambres ou cages tubulaires de circulation d'eau , éventuellement mises en formes , peuvent être incorporées au matériau de moulage de manière à conférer aux pièces de métal moulées des propriétés particulières. 14/ - Moules et noyaux de fonderie fabriqués sensiblement suivant la méthode décrite à l'une des revendications précédentes 15/ - Pièces moulées de toute forme on n'importe quel matériel pour la fabrication desquelles on utilise sensiblement un procédé selon l1une-des. revendications 1 à 13