Brevet FR2158452A1 — publié le 19730615

L'invention concerne un procédé de moulage sous pression, spécialement d'objets métalliques. Dans le moulage sous pression, on utilise habituellement des moules qui sont divisés, éventuellement avec des insertions particulières pour donner une forme plus compliquée à la pièce. L'un des éléments de moule est habituellement fixe tandis que l'autre peut aller et venir relativement à l'élément fixe de sorte qu'après l'exécution d'un moulage on peut séparer les éléments de moule et retirer l'objet moulé, après quoi on rapproche à nouveau les éléments de moule et on fait arriver de la nouvelle matière fondue sous pression, par le conduit d'alimentation, à la cavité intérieure du moule.Les moules sont habituellement formés d'un acier qui convient à cet effet, qu'on appelle acier pour travail à'chaud, et qui est habituellement formé d'un alliage contenant, en plus du fer,- environ 0,3 % de carbone et de petites quantités de vanadium, de molybdène et de manganèse mais qui, contrairement aux aciers durs à outils, ne contient habituellement pas de tungstène. L'expérience montre que ces moules sont sujets à une corrosion excessive avec un dépôt pendant le processus de moulage de sorte que normalement on ne peut les utiliser que pour un nombre limité d'opérations de moulage, après quoi on doit effectuer un travail sur les surfaces tournées vers la cavité de moule pour enlever les dépôts, parmi lesquels spécialement certains oxydes. Chaque travail de ce genre cause un changement de dimension du moule et par suite, les moules ont une longévité assez limitée. I1 faut ajouter que dans certains genres de moulage, par exemple dans le moulage de pièces de laiton, la corrosion progresse si rapidement que le moule ne peut même pas servir à la fabrication pendant toute une journée de travail mais outil faut déjà changer des éléments de moule avant la fin de la journée. Cela cause une interruption gênante du temps de travail et tout cela, spécialement compte tenu de la matière coûteuse des moules, cause une perte économique notable. L'invention est basée sur cette idée que l'on doit monter dans un support de moule des insertions interchangeables de moule comprenant les surfaces sujettes à la transformation mentionnée ci-dessus sous forme de corrosion, d'oxydation, de dé pôts etc... Même si l'on diminue ainsi la quantité de matière qu' il faut éventuellement rejeter de temps à autre et Si l'on diminue donc aussi dans une certaine mesure le coût des insertions de moule mentionnées plus haut, on ne peut tout de même pas négliger la proportion notable de dépenses qui n'est pas représentée par le coût de la matière, même si celui-ci est assez élevé en lui-m4me, mais bien par le travail de fabrication d'une nouvelle insertion de moule, de sorte qu'antérieurement l'avantage économique procuré par le procédé était assez limité. Les inconvénients ci-dessus sont supprimés selon la présente invention. L'invention a donc pour objet un procédé de moulage sous pression, spécialement des métaux. Selon l'invention, on utilise dans au moins l'un des éléments du moule sous pression un porte-moule muni d'une pièce d'insertion, appelée ci-après matrice, correspondant à une image en négatif de l'une des surfaces d'un objet à mouler sous pression et on remplace cette matrice, une fois qu'elle est usée, par une nouvelle matrice que l'on fabrique elle-même par moulage sous pression en une opération séparée. Pour ce dernier moulage sous pression, on utilise un poinçon qui a pratiquement la même grandeur que la surface correspondante de l'objet à fabriquer par moulage sous pression.Le poinçon a un point de fusion tel et/ou une capacité calorifique telle qu'il peut absorber la chaleur de la matière que l'on y moule pour former la matrice sans être endommagé et la matrice a un point de fusion tel et/ou une capacité calorifique telle qu'elle peut absorber la chaleur de la matière qui sert à la fabrication de l'objet moulé sans être endommagée. On décrira maintenant l'invention ci-après à propos d'un mode d'exécution choisi mais il est entendu que l'invention n'est pas limitée à ce mode d'exécution précis mais que différentes variantes peuvent apparatre dans le cadre de l'invention. Ce mode d'exécution est représenté par les dessins annexés sur lesquels La figure 1 montre en coupe un exemple d'un moule destiné à mouler sous pression une pièce d'insertion interchangeable La figure 2 montre la disposition correspondante servant à mouler sous pression ces pièces d'insertion. Le porte-moule fixe est désigné par 10 sur la figure 1. Au moyen de boulons 11, il est fixé à la pièce d'appui 12. Dans le porte-moule fixe 10 est prévue une capté munie d'un évidement 13 entre une partie de grand diamètre tournée vers la pièce d'appui 12 et une partie de petit diamètre tournée vers le porte-moule mobile 14. Dans la cavité est insérée la matrice 15 de sorte qu'elie forme une pièce d'insertion amovible que l'on peut détacher du porte-moule 10 après avoir détaché les boulons 11 de manière à insérer une nouvelle matrice 15 une fois que l'ancienne est devenue inutilisable par oxydation, corrosion, dépôts etc.., en conservant l'exactitude voulue de la pièce moulée 16. Dans le porte-moule mobile 14, on insère un noyau en forme de broche 17 dont l'extrémité formera une cavité dans l'ar rière ou l'intérieur de l'objet moulé 16.Bien entendu, le moule et le genre de pièce moulée représentés par les dessins constituent simplement un exemple et l'objet peut prendre n'importe quelle grandeur qui s'en écarte. L'objet particulier 16 représenté par la figure 1 forme en fait, après l'exécution du moulage, la partie fixe ou siège d'une soupape. Cette pièce est très simple à mouler parce qu'on n, a pas besoin de pièces d'insertion libres pour déterminer la dimension et on a choisi cet exemple simple afin de simplifier aussi l'explication de l'invention. Dans le moulage, on rapproche les deux éléments 10 et 14 pour les amener à la position relative de la figure 1, après quoi on y coule de la matière fondue sous pression par le canal de remplissage 18. Ainsi, on forme le corps 16 de la dimension voulue. Une fois qu'il s'est solidifié, on sépare les deux portemoules 10 et 14 et on retire l'objet moulé 16 et alors, la machine à mouler, avec les moules représentés, peut servir à un autre processus de moulage. Par suite de la formation d'oxyde qui se produit, spécialement dans l'élément de moule plus compliqué représenté par la matrice 15, on ne peut mouler qu'un nombre assez limité de pièces 16 avant de devoir nettoyer la surface de la matrice 11 qui est tournée vers la cavité de moulage. Ce nettoyage peut par exemple apparaître nécessaire au bout de 800 moulages alors que la production d'une journée peut représenter 1000 moulages. Cependant, chacun de ces nettoyages cause une perte déterminée de matière et en pareil cas, on peut donc s'attendre à ce que la matrice ne puisse supporter qu'un nombre déterminé de nettoyages, de sorte qu'il faut la considérer comme usée au bout d'un assez petit nombre de moulages.Il est évident que la consommation de ces matrices est très grande dans la fabrication d'un produit en grande série et qu'en outre, comme elles sont assez coûteuses, cela exerce une influence défavorable sur le prix de revient. A la diminution de la productivité et à l'accroissement du prix de revient, il faut ajouter le fait que la machine doit être à l'arrêt pendant le temps nécessaire pour retirer la matrice 15, la nettoyer et insérer la nouvelle matrice de façon qu'un nouveau moulage puisse avoir lieu. Donc, en premier lieu, le problème qui est principalement à la base de l'invention n'est pas tellement de diminuer l'utilisation de matière en prévoyant la matrice 15 sous la forme d'une pièce d'insertion dans le porte-moule 10 mais bien plus de donner à la pièce d'insertion ou matrice une longévité proportionnée à son prix de revient de manière à obtenir un optimum économique. A cet effet, on fabrique les matrices proprement dites par moulage sous pression, plus précisément de la façon représenté tée par la figure 2. La figure 2 montre un porte-moule 10' qui peut être semblable à celui qui est représenté en 10 sur la figure 1, à condition que l'on utilise la même machine à mouler sous pression dans la fabrication des matrices selon la figure 2 et dans la fabrication des pièces moulées finales selon la figure 1 mais il est plus avantageux, pour plusieurs raisons, d'utiliser des ma chines différentes pour ces deux usages. Il peut être justifié, en ce qui concerne le corps à fabriquer 16, d'appeler matrice la pièce d'insertion de moule 15 parce qu'elle forme une reproduction en négatif du contour positif de l'objet 16. Dans ce cas, on peut appeler poinçon une pièce positive adaptée au contour négatif de la matrice 15. Pour simplifier l'explication, on emploiera partout cette terminologie ci-après. Donc, dans le présent procédé, la question est d'utiliser la disposition de la figure 2 pour la fabrication de matrices 15 par moulage sous pression au moyen de poinçons 19. Selon les circonstances, le poinçon 19 peut être monté de façon détachable sur une broche 20 ou bien il peut faire corps avec les broches 20. Le fond de la cavité de moulage, qui existe sur la figure 2 relativement à la matrice 15 à former, est formé d'une plaque de fond 21 contenue dans la machine à mouler sous pression et qui correspond entièrement par son caractère à la plaque de fond 12 de la disposition de la figure 1. La plaque de fond 21 retient ainsi le porte-moule 10' au moyen de broches 22. Dans la partie mobile de la machine à mouler sous pression est contenu un porte-moule 23 qui correspond par son caractère au porte-moule 14 de la figure 1 et qui contient dans son trou central la broche 20 ainsi que le poinçon 19. Dans le porte-moule 23 est prévu un canal de remplissage 24 qui correspond quant à sa fonction au canal de remplissage 18 de la figure 1. On peut donc, de la façon usuelle dans le moulage sous pression, mouler dans la disposition de la figure 2 un grand nombre de matrices 15 que l'on transfère selon les besoins dans la disposition de la figure 1 afin de les y utiliser de sorte que l'on remplace une matrice qui par suite d'oxydation, de corrosion ou de recuit n'a plus de dimension correcte par une nouvelle matrice aussitot que c'est nécessaire.Certes, les matrices moulées à la presse ne peuvent pas servir aussi longtemps que les matrices du genre utilisé antérieurement, fabriquées par un outilleur qualifié, mais l'expérience montre tout de même que dans bien des cas on peut les utiliser pour un nombre de moulages qui correspond à la production d'une journée de travail normale. te remplacement de la matrice peut donc se faire le soir ou la nuit, après la fin de la journée de travail et par suite, en pareil cas, il ne cause pas de perte de temps de travail ni d'interruption du travail. On peut jeter les matrices usées ou bien, si leur matière est suffisamment précieuse, on peut les refondre et les utiliser pour la fabrication d'autres matrices. Ainsi, aucun finissage des matrices n'est plus nécessaire. On élimine donc cette phase coûteuse du travail dans le procédé selon l'invention. Le nombre total de matrices nécessaires,même pour le moulage d'un produit en grande série, est cependant suffisamment petit pour qu'il suffise d'un seul poinçon 19, 20. Par le procédé décrit ci-dessus, on obtient donc l'avantage que la fabrication du poinçon, qui doit être effectuée par un outilleur qualifié et qui est l'étape coûteuse, est limitée à un seul exempiai- re tandis que d'autre part, la multitude de matrices pourrait être fabriquée de façon si peu coûteuse qu'il n'y aurait plus aucun sacrifice économique sensible à jeter ces matrices une fois qu'elles sont recuites, corrodées, oxydées ou usées. Ainsi, on supprime le travail de rectification qui était nécessaire antérieurement.Il faut signaler à ce propos que la rectification d'une matrice du type ancien nécessitait un sacrifice économique plusieurs fois plus grand que la fabrication d'une matrice selon l'invention. Toutefois, afin que invention fonctionne, il est nécessaire de choisir la matière du poinçon de façon appropriée en fonction de la matière de la matrice et aussi de choisir de fa çon appropriée la matière de la matrice en fonction de 1a matière de la pièce à fabriquer. On a déjà indiqué plus haut que les porte-moules doivent avantageusement être fabriqués en acier pour travail à chaud et on a décrit le caractère de celui-ci. Un acier de ce genre a un point d'affaiblissement d'environ 15000C ce qui veut dire qu'à cette température il commence à présenter une tendance à fondre. Dans les conditions normales, cette température doit être supérieure au point de fusion ainsi qu'à la température de moulage de la matière des matrices. Dans des essais effectués par la demanderesse, on a utilisé comme matière des matrices, des laitons à l'aluminium de différentes compositions ainsi que l'acier pour travail à chaud. Bien entendu, les matrices doivent être moulées en une matière dont le point de fusion est très supérieur au point de fusion ainsi que la température de moulage de la matière à partir de laquelle sont fabriquées les pièces moulées. Ces pièces peuvent être par exemple fabriquées en laiton pour moules. Un tel laiton, avec lequel on a fait des essais lors de la mise au point de l'invention, a un point de fusion initial de 8900C et une température de moulage de 910 à 93O0C. Ainsi, ces températures sont toutes inférieures aux températures correspondantes de la matière de matrice et les relations de température sont donc bien satisfaites. nais dans certains cas, on pourrait même s'écarter notablement des conditions ci-dessus. Ainsi, on a fait des essais avec succès en utilisant comme poinçon 17 un objet en laiton pour moules déjà fabriqué dans le procédé de moulage sous pression de la figure 1. Toutefois, le résultat n'est pas satisfaisant à tous égards. Afin d'obtenir une surface lisse sur les pièces moulées au moyen de la matrice ainsi fabriuée, il faut en effet, avant d'utiliser comme poinçon une telle pièce déjà moulée précédemment, soumettre cette pièce à un polissage déterminé, ce qui peut causer un léger changement de dimension. A celui-ci s'ajoute le changement de dimension résultant de la contraction thermique de la pièce utilisée comme poinçon et par suite, les pièces moulées au moyen de la matrice fabriquée de cette dernière façon présentent souvent un manque d'exactitude de dimensions. Toutefois, pour certains besoins plus simples, le dernier procédé mentionné peut être entièrement utilisable. Le fait qu'il soit possible de pratiquer ce procédé est dû au fait que le laiton a une très grande capacité calorifique. La pièce moulée provenant d'un moulage précédent et utilisée à cet effet possède donc la propriété de recevoir assez de chaleur de la matière de formation de matrice pour que, pendant l'équilibrage thermique, la température de cette dernière matière s'abaisse très en-dessous du point de fusion du laiton avant que l'égalisation complète de température ne soit atteinte. Cette égalisation permet même de mouler sous pression des objets en acier inoxydable dans des moules ou éléments de moule fabriqués selon l'invention. Il faut mentionner enfin que l'invention n'est évidemment pas seulement utilisable pour le moulage de pièces de laiton mais qu' elle est entièrement utilisable dans tout moulage sous pression, donc aussi pour des objets non métalliques, par exemple des objets en matière plastique. Des essais ont montré en outre que le procédé est utilisable pour le moulage sous pression de certaines matières métalliques qui, antérieurement, étaient considérées comme impossibles à mouler sous pression, par exemple l'acier inoxydable. REVENDICATIONS 1) Procédé de moulage sous pression, spécialement de produits métalliques, caractérisé par le fait que dans au moins un des éléments du moule on utilise une pièce d'insertion sous la forme d'une matrice correspondant au négatif de l'une des surfaces de l'objet à mouler et que lorsque cette matrice est usée, on la remplace par de nouvelles matrices qui sont ellesmimes fabriquées par moulage sous pression par un processus séparé dans lequel on utilise un poinçon présentant au moins approximativement la même forme que la surface correspondante de l'objet à mouler, le poinçon ayant un point de fusion tel et/ou une capacité calorifique telle qu'il peut absorber la chaleur de la matière de moulage servant à former la matrice sans être endommagé, la matrice ayant un point de fusion tel et/ou une capacité calorifique telle quelle peut absorber la chaleur de la matière servant à fabriquer la pièce moulée sans être endom magée. 2) Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'on utilise pour le poinçon un acier pour travail à chaud qui a un point de fusion de l'ordre de 15000C. 3) Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'on utilise pour le poinçon une pièce divisée dont la partie porteuse de surface de moule est formée d'un acier pour travail à chaud qui a un point de fusion de l'ordre de 15000C. 4) Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que pour le poinçon on utilise une pièce divisée dont la partie porteuse de surface de moule est un objet moulé fabriqué dans un procédé de moulage précédent. 5) Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait quton utilise comme matrice un corps en matière métallique ayant un point de fusion et une température de moulage inférieurs aux températures correspondantes du poinçon mais supérieurs aux températures correspondantes de l'objet mou lé. 6) Procédé selon la revendication 5, caractérisé par le fait qu'on utilise comme matrice une pièce de laiton à l'aluminium ayant un point de fusion de l'ordre de 10500C et une température de moulage de l'ordre de 1100 à 11500C. 7) Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait que l'on forme l'objet moulé à partir d'un métal ayant un point de fusion de l'ordre de 890 C et une température de moulage de l'ordre de 910 à 9300C.