Brevet FR2146442A1 — publié le 19730302

La présente invention concerne un procédé pour la fabrication d'un bloc (demi-moule) de moule-carapace pour coulée en sable de pièces, en particulier en fonte d'aluminium et de ses alliages, consistant à assembler un cadre à un bloc fixe portant un modèle du demi-moule pour coulée en sable, à répandre sur ce bloc fixe un produit pour faciliter le démoulage et à charger sur le Dloc fixe du sable contenant un liant. Pour la fabrication de pièces coulées à parois minces dans des moules en sable, le volume des matériaux nécessaires à la fabrication des moules est de 10 à 100 fois plus grand que le volume du métal à couler. Après la coulée, le moule de sable doit généralement être détruit et le matériau constitutif être soumis à un traitement en vue de sa réutilisation. Les dépenses occasionnées par cette récupération constituent une part importante des charges d'investissement et des frais de fabrication des ateliers de fonderie. Les dépenses pour les matériaux de moulage peuvent être quelque peu réduites en appliquant le procédé de moulage en carapace. Ce procédé est basé sur le fait que l'on charge sur le bloc fixe portant le modèle de la pièce à couler du sable enrobé de résine synthétique. Le bloc fixe et le modèle peuvent être chauffés de sorte que par polymérisation de la résine synthétique il se forme une carapace (masque) composée de sable et de résine synthétique et correspondant à la pièce à couler. Cette carapace atteint, en fonction de la quantité de chaleur transmise par le bloc fixe, une épaisseur déterminable à l'avance; l'excès de matériau de moulage enrobé de résine synthétique est éliminé par basculement du bloc fixe.En règle générale, les carapaces n'ont que quelques millimètres d'épaisseur et ne peuvent être employées comme moule de coulée, du fait de leur faible résistance mécanique, sans avoir été au préalable tamponnées avec un matériau de moulage. Dans le cas de ce procédé, la quantité de matériau nécessaire à la fabrication du moule est réduite, mais les dépenses pour les modèles et les blocs fixes sont élevées. Les modèles et les blocs fixes, contrairement aux modèles conventionnels qui eux sont en bois, doivent etre construits en métal et le chauffa ge doit pouvoir être exactement contre6. Il faut, en outre, tenir compte que le procédé comporte des charges occasionnées par le chauffage continuel des blocs fixes et par l'emploi de matériaux de moulage très chers pour la fabrication de la carapace. Ces facteurs compromettent à tel point les avantages du procédé de moulage en carapace, comparativement aux autres procédés conventionnels, que ledit procédé ne peut être appliqué économiquement que pour la fabrication de grandes séries de pièces. C'est à partir de cet état de la technique que la demanderesse a développé un procédé pour la fabrication de demimoules ou de moules complets à carapace, ne présentant pas les inconvénients mentionnés des procédés connus; ce procédé est caractérisé par la mise en place, dans le cadre, d'un treillis dont la forme correspond à celle du modèle, de maintenir ce treillis à une certaine distance du modèle et à charger ensuite du matériau de moulage sur le modèle et le treillis. Le treillis incorporé dans le matériau de moulage confère au moule de sable une résistance mécanique considérable, ce qui permet de réduire les quantités de matériaux de moulage nécessaires pour la fabrication du moule; ainsi, selon le procédé suivant l'invention, ces quantités ne sont plus que de 3 à 20 fois le volume du métal à couler, suivant la forme des pièces, ce qui est considérablement inférieur à ce qui est requis par tous les procédés conventionnels connus. Il a été constaté, en outre, que la résistance mécanique des moules en sable fabriqués selon le procédé suivant l'invention est suffisante pour couler, sans tamponnage, des métaux dont la densité est inférieure à 3 kg/dm3. Pour une cadence de fabrication de moules en sable élevée au moyen d'un bloc fixe, le procédé suivant l'invention peut être ultérieurement perfectionné en plaçant sur le bloc fixe un treillis assemblé au cadre. La mise en oeuvre du procédé est encore ultérieurement améliorée, au point de vue économique, en chargeant le matériau de moulage par couches ayant des compositions différentes. A cet effet on utilise une première couche ayant un temps de prise extrêmement court à température ordinaire, afin d'obtenir une rigidité autoportante du matériau de moulage dans les parties en forte pente du modèle et un durcissement rapide de la première couche du bloc de moule-carapace pour coulée en sable, ce qui permet le désassemblage rapide du cadre et du bloc fixe et la charge de la couche suivante et contribue ainsi à l'accélération de la cadence d'utilisation du bloc fixe.Les couches de matériau de moulage ayant des compositions différentes peuvent être chargées à la main ou à l'aide de machines à serrage du sable par projection. Cette façon de charger présente toutefois l'inconvénient que les parties du modèle fortement inclinées ne peuvent être recouvertes avec la même économie de matériau de formage que cela est le cas pour les parties du modèle peu ou pas inclinées pouvant être, elles, recouvertes d'une couche uniformément mince. En vue d'cbtenir cette uniformité d'épaisseur de couche sur toute la surface du modèle, l'invention prévoit aussi en tant que perfectionnement que le matériau de moulage soit appliqué par un système de soufflage. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre d'un exemple de réalisation et en se référant aux dessins annexés, sur lesquels - la figure 1 représente en coupe un bloc fixe (portemodèle) pour la fabrication d'un bloc (demi-moule) de moules carapace pour coulée en sable, - la figure 2 est une coupe d'un moule pour coulée en sable composé de deux blocs (demi-moules) fabriqués comme illustré à la figure 1, - la figure 3 représente une section du moule de la figure 2, illustrant l'assemblage des deux blocs formant le moule-carapace et - la figure 4 représente un dispositif pour le mélange et l'application des couches de matériau de moulage sur le bloc fixe, selon la figure 1 Conformément à la figure 1, on place sur le bloc- fixe 10 un châssis 12 et dans le châssis 12 un treillis 11.Ce treillis il a une forme qui correspond sensiblement à celle du bloc fixe 10 et est mis en place à une distance de 1 à 5 cm de la surface du bloc fixe. Ensuite le matériau de moulage est appliqué sur le bloc fixe, préalablement enduit d'un produit démou- lant, de façon à former une couche d'épaisseur aussi régulière que possible et jusqu'à ce que le treillis 11 soit complètement noyé dans le matériau de moulage. L'épaisseur de la couche du matériau de moulage dépend de la distance entre le treillis 11 et le bloc fixe 10 et de l'épaisseur du treillis 11; elle est comprise entre 30 et 150 mm et est, de préférence, en moyenne de 60 mm. Le bloc fixe 10 est en bois ou en une matière plastique et sert de support au modèle en vue de la fabrication du bloc de moule-carapace pour coulée en sable, formé du treillis 11 et du matériau de moulage. Le châssis 12 est place sur le bloc fixe 10; ce châssis se compose d'un cadre en forme de caisson, dont les côtés sont des profilés en acier ou en aluminium de préférence des profilés en forme de U. Pour soulever le châssis 12 du bloc fixe 10 sont prévues des pièces de pivotage et de soulèvement 19 fixées audit châssis. Le treillis 11 est formé de barres d'armature transversales 13 et de barres d'armature longitudinales 14, fixées les unes aux autres à leurs points de rencontre, par exemple, par soudage.Comme barres d'armature peuvent entrer en ligne de compte, par exemple, des baguettes rondes qui, pour assurer un bon ancrage du treillis 11 dans le matériau de moulage, sont pourvues sur leur surface externe de rainures hélicoidales ou de nervures, d'entailles, de méplats ou d'ergots obtenus par laminage dont le but est d'éviter un déplacement de l'armature dans le matériau de moulage, armature dont le rôle est de conférer au bloc de moule-carapace une rigidité accrue. Pour absorber la pression du métal agissant pendant l'opération de coulée sur les deux parties formant le moule-carapace, il a été prévu une construction support 17 reliée au treillis 11 au moyen de l'étrier 18 de fixation. Un perfectionnement ultérieur du procédé suivant l'invention réside dans le fait que le treillis 11 est relié au châssis 12 de façon que le châssis 12, le treillis il et la construction support 17 forment une unité structurale. Les modèles sur le bloc fixe 10 peuvent avoir des formes géométriques compliquées, ce qui pourrait rendre difficile la fabrication d'un treillis 11 correspondant. Cette difficulté onéreuse est surmontée en recouvrant le bloc fixe par exemple de plaques d'amiante, en plaçant les barres d'armature sur ces plaques d'amiante et en leur donnant la forme correspondant à la géométrie du modèle et enfin en soudant les barres d'armature en leurs points de croisement sans avoir à craindre d'endommager le modèle en bois. Cette façon de préparer le treillis présente en outre l'avantage supplémentaire de positionner à la distance voulue le treillis 11 par rapport au bloc fixe 10, en choisissant de façon appropriée l'épaisseur des plaques d'amiante. Les matériaux de moulage utilisés dans la fonderie constituent un poste de consommation considérable, qui peut être réduit par un traitement desdits matériaux. Ce traitement, toutefois, n'est rentable que dans la mesure où les frais de traitement sont inférieurs au prix du matériau de moulage. Le traitement des matériaux de moulage utilisés nécessite des frais d'investissement et d'exploitation extraordinairement élevés. Un des buts visés par le procédé suivant l'invention est celui de pouvoir utiliser un matériau de moulage qui, au point de vue prix et quantité, rende ce traitement en partie ou en totalité superflu.Comme matériau de moulage peuvent entrer en ligne de compte tous les types de sable de moulage capables de faire prise en un laps de temps très court, cest-à-dire formep-sne structure solide, suffisamment dure et pourvue d'une résistance à la flexion élevée, donc en premier lieu, pour une mise en oeuvre économique du procédé, des matériaux inorganiques bon marché tels que quartz, sable de mer ou de rivière qui peuvent être amenés à un durcissement très rapide au moyen de liants tels que le silicate de sodium et le ciment ainsi que par des produits chimiques, acides ou basiques, facilement hydrolysables tels que les sulfates et les phosphates d'aluminium et de magnésium.Il existe en outre la possibilité d'insuffler dans le matériau de moulage en place, sur le bloc fixe 10, un gaz durcissant tel que le C02 ou de l'air chaud. L'addition de silicate de sodium est de l'ordre de 3 à 8%, celle de ciment Portland de 5 à 10%; par contre, les produits chimiques hydrolysables ne sont ajoutés qu'en faibles quantités, sous forme de -poudre ou de solution. Comme liant on peut aussi utiliser des substances organiques telles que, par exemple, des dérivés du funanne.En outre, les gaz provoquant le durcissement peuvent être insufflés au travers du bloc fixe 10 dans le matériau de moulage qui le recouvre, au moyen de buses ou d'un modèle construit en matériau poreux. Si on utilise un sable très bon marché, par exemple un sable de rivière, de mer ou de moraine contenant du calcaire, comme élément de base du matériau de moulage et si l'on pose des exigences élevées quant à la qualité de la surface de la pièce coulée, il faudra appliquer une mince couche de sable dit "pour modèle", de qualité supérieure, de granulométrie plus fine et résistant mieux aux températures élevées du métal en fusion, avant l'application du matériau de moulage. Sur la figure 1, la couche de sable de la qualité "modèle" est désignée par 16 et la couche de matériau de moulage bon marché par 15.La couche de sable "modèle" 16 est constituée de préférence par du sable de quartz ayant une granulométrie très serrée, par exemple comprise dans une proportion de 70 à 90% entre 0,05 et 0,2 mm ou biende 70 à 90% entre 0,1 et 0,3 mm, avec addition de 3 à 8% d'une solution de silicate de sodium (45 à 500 Bé) et de 5 à 10% de ciment Portland. On ajoute en outre un accélérateur de prise, sous forme de poudre ou de solution concentrée, selon une proportion qui est fonction de la température du sable. Enfin il est avantageux d'ajouter aussi des substances à action dispersive, qui favorisent la coulabilité du sable avant l'amorce du processus de prise. Cette dernière addition devient nécessaire lorsque le matériau de moulage est appliqué sur la plaquemodèle au moyen d'un dispositif pneumatique (pistolet). Sur la figure 2 le moule se compose de deux blocs (demi-moules) de moule-carapace pour coulée en sable fabriqués selon le procédé suivant l'invention, c'est-à-dire d'un bloc inférieur 21 et supérieur 21a. Les blocs inférieur et supérieur sont en contact direct par leurs surfaces de joint 22 et sont assemblés avec précision et verrouillés au moyen des dispositifs de guidage et de serrage 23, qui prennent appui sur les châssis respectifs des blocs supérieur et inférieur. Si la pièce est coulée en aluminium ou en un de ses alliages, la charge résul- tante pour une hauteur de coulée de 500 mm, par exemples est d'environ 1200 kp par m2 de surface en projectian d moule. Aussi bien le bloc inférieur que le bloc supérieur doivent résister à cette pression et, de ce fait, le bloc supérieur doit aussi être pourvu d'une construction-support 17a, qui peut être conçue de façon analogue å la construction-support 17 du bloc inférieur. Alors Rue la pression de coulée agissant sur la partie inférieure du moule est transmise au sol 28 de l'atelier:de fonderie par l'intermédiaire de la construction-support 17, la pression correspondante agissant sur la partie supérieure doit être transmise, par l'intermédiaire de la construction-support 17, à un élément 20 approprié qui prend appui sur le châssis 12 du bloc supérieur 21a. Avec les blocs de moule-carapace obtenus selon le procédé suivant l'invention, on peut fabriquer des moules qui se prêtent particulièrement bien pour la coulée de pièces minces à grande surface. Par pièces moulées de grande surface on entend ici celles dont la projection de leur surface principale dépasse 0,5 m2. Des pièces de ce genre se rencontrent comme éléments de façades, panneaux de machines, de couverture, de revêtements, parois de cabines, pièces frontales et parois de séparation pour wagons, autobus et locomotives, supports pour équipement ménager, dalles, clôtures de jardins et bennes pour le transport. La grandeur considérable des empreintes et la nécessité d'un rem- plissage rapide des parties à faible épaisseur rendent indispensable l'utilisation d'un bassin de coulée 25 qui alimente en métal liquide 27, par exemple en métal léger, par les attaques de coulée 24, le volume vide 29 du moule correspondant à l'empreinte. Les orifices d'entrée dans les attaques de coulée 24 sont fermés au moyen des quenouilles 26. Après que le métal liquide 27 a été introduit dans le bassin de coulée 25, les quenouilles 26 sont ouvertes de façon que le métal liquide puisse pénétrer dtun coup dans le volume vide du moule. Le bassin de coulée 25 est, lui aussi, revêtu de matériau de moulage ou d'un matériau réfractaire. Afin de pouvoir donner une structure plus légère et par là plus économique à la construction-support 17a et à lté,é- ment 20 de transmission des forces de pression, les demi-moules sont entretoisés l'un par rapport à l'autre au moyen des boulons filetés 30 et des écrous 32. Pour atteindre le but visé, les bouchons filetés 30 traversent de part en part des zones "mortes" ou des fenêtres, dans les empreintes 29. Des contreplaques 31 assurent une répartition des forces du système d'entretoise sur la plus grande surface possible du matériau de moulage. Suivant un perfectionnement ultérieur de l'invention, le matériau de moulage est appliqué sur le bloc fixe au moyen d'un système de projection pneumatique (pistolet). Le dispositif représenté à la figure 4 peut convenir à ce but; il permet d'appliquer le matériau de moulage par projection partout sous l'angle le plus favorable même sur des surfaces du bloc présentant des parties à forte inclinaison. Le dispositif comprend un mélangeur-transporteur 33, dont la vis mélangeuse 35 est commandée par le moteur 34. Le mélangeur-transporteur 33 est alimenté en sable du côté de son extrémité de commande, parla trémie 36. Une pompe 37 est prévue pour l'alimentation en liant ou en agent de durcissement liquide dans le mélangeur-transporteur; le sas 38 permet d'ajouter ensuite dans le mélange un liant ou un agent de durcissement solide. A l'extrémité côté sortie du mélangeurtransporteur 33, le mélange passe dans une chambre d'injection 39 dans laquelle une buse 40, pour fluide vecteur, injecte de l'air comprimé qui transporte le mélange au travers du tuyau 41 jusqu'à une buse de projection 42, à partir de laquelle le matériau de moulage est projeté contre le bloc fixe 10. Pour vider la chambre d'injection 39, il a été prévu un clapet 44 de vidange; le débit d'air comprimé est réglable au moyen de la vanne 43. Dans la chambre d'injection 39, le sable est introduit dans un état qui est très voisin de la prise pour y être transféré pneumatiquement sur le bloc fixe. A cet effet, il est essentiel que le moteur 34, la vis mélangeuse 35, la pompe 37 et le sas 38 soient fonctionnellement réglés les uns par rapport aux autres, quant au nombre de tours et à leur position, de façon que le matériau de moulage puisse entrer dans la chambre d'injection en ayant la composition voulue. Le débit d'air comprimé peut être réglé exactement en fonction de la quantité de produit sortant du mélangeur-transporteur 33, au moyen de la vanne 43. Bien entendu diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art aux dispositifs ou procédés qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemples non limitatifs sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. - Procédé pour la fabrication d'un bloc (demimoule) de moule-carapace pour la coulée en sable de pièces en particulier en fonte d'aluminium et d'alliages d'aluminium, consistant à assembler un cadre à un bloc fixe portant le modèle du demi-moule pour coulée en sable, à saupoudrer ce bloc fixe avec un produit facilitant le démoulage et à charger sur le bloc fixe du sable contenant un liant, caractérisé en ce que l'on met en place dans le cadre un treillis dont la forme correspond à celle du modèle, que l'on dispose ce treillis à une certaine distance du modèle et que l'on charge ensuite du matériau de moulage sur le modèle et sur le treillis. 2. - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on place sur le bloc fixe un treillis assemblé au cadre. 3. - Procédé selon revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'on charge le matériau de moulage par couches ayant des compositions différentes. 4. Procédé selon revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'on charge le matériau de moulage-par projection au moyen d'un système pneumatique.