Brevet FR2299100A1 — publié le 19760827

La présente invention concerne les procédés et dispositifs pour le moulage des métaux et elle vise plus particulièrement le moulage sous vide des métaux. Le procédé de moulage sous vide a été découvert en 1972 et il est décrit dans un article intitulé "Production Castins by the Vacuum-sealed Moulding Process Using Binderless Sand" paru dans la revue "Foundry Trade Journal" du 6 juin 1974. Brièvement, ce procédé de moulage connu sous le terme de "Pro- cédé de moulage sous vide" consiste à utiliser des moules en sable formés dans des boites de moulage, les grains de sable étant maintenus ensemble par une dépression exercée sur la masse de grains de sable dont les faces exposées sont revêtues de pellicules de matière plastique. Le procédé de moulage sous vide diffère des procédés classiques de moulage en ce qu'il évite l'emploi d'un liant organique mélangé aux grains de sable. Le sable peut ainsi être réutilisé sans traitement préalable. Toutefois, les boites de moulage doivent comporter des parois creuses perforées et elles doivent être maintenues à une pression inférieure à la pression atmosphérique (d'où le terme "sous vide") pour que la masse de sable moulée conserve sa forme. Comme il a été décrit dans l'article précité, le procédé de moulage sous vide utilisé un modèle fixé à une boite support, plusieurs passages étroits reliant l'intérieur creux de la caisse support à la surface du modèle. On applique sur le modèle une pellicule de matière plastique chauffée (de 0,1 mm d'épaisseur environ) et on lui fait épouser la surface du modèle en abaissant la pression à l'intérieur de la boite support audessous de la pression atmosphérique (à l'aide d'une pompe d'aspiration). On place une boite de moulage autour de la périphérie du modèle et on la remplit de sable non lié qui est compacté par vibration. On applique une autre pellicule de matière plastique chauffée sur la surface exposée de la masse de sable qu'on met en dépression en reliant à une pompe d'aspiration la boîte de moulage dont la paroi en contact avec la masse de sable est perforée.La masse de sable moulée étant maintenue à une pression inférieure à la préssion atmosphérique (d'environ 0,5 atmosphère) ellereste dure et peut etre séparée du modèle. Dès que les deux mouillés supérieure et inférieure du moule obtenues de cette façon ont été assemblées, on peut couler le métal à l'intérieur, en maintenant le vide dans les deux masses de sable jusqu'à ce que la pièce moulée ait suffisamment refroidi pour pouvoir être démoulée. La présente invention vise l'emploi de noyaux dans le moule, le moulage des moitiés supérieure et inférieure du moule sans faces de butée planes, à l'aide d'un appareil et d'un équipement de mise en oeuvre du procédé de moulage sous vide. L'invention a pour objet un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé de moulage sous vide, qui comprend une structure support comportant une table vibrante sous vide, en premier et un deuxième cadre disposés de part et d'autre de la table, et un premier et un deuxième magasin de stockage pour stocker des feuilles de matière plastique, le premier et le deuxième cadre pouvant respectivement se déplacer pour recevoir une feuille de matière plastique des magasins de stockage et la transférer sur la table sous vide. L'invention vise également un dispositif pour transférer du sable à une boite de moulage pour la mise en oeuvre du procédé de moulage sous vide, ce dspositif comprenant une hotte pourvue d'une jupe flexible destinée-à d'adapter de façon étanche sur l'extrémité ouverte de la boite de moulage, un réservoir pour une quantité prédéterminée de sable, la surface supérieure du réservoir étant ouverte à l'atmosphère, et un tuyau de raccordement reliant la base du réservoir à la hotte, le transfert du sable s'effectuant par abaissement de la pression dans la boite de moulage. Le procédé suivant l'invention permet de former un moule sans plaque support de modèle. Il consiste à placer le modèle sur une table sous vide après l'avoir rendu poreux ; à lui incorporer une pluralité de tubes perforés s'étendant le long de l'interface de la moitié de moule et à les relier à une pompe d'aspiration à a former une moitié de moule autour dudit modèle par procédé de moulage sous vide ; à retourner la moitié de moule tout en retenant le modèle à l'intérieur et à former l'autre moitié de moule tout autour. L'invention vise en outre un procédé de positionnement de noyaux dans des moules pour procédé de moulage sous vide, ce procédé consistant à perforer la pellicule de matière plastique dans la région de l'empreinte du noyau et à faire adhérer le noyau à l'empreinte par aspiration à traVers les perforations pratiquées. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui va suivre de quelques exemples non limitatifs de plusieurs modes de réalisation de l'invention. Sur ces dessins la figure 1 représente sensiblement un dispositif de moulage pour procédé sous vide la figure 2 représente le dispositif de transfert de sable suivant l'invention les figures 3 à 6 illustrent la fabrication de moitiés symétriques de moules sans plaque support de modèle les figures 7 et 8 illustrent la fabrication de moitiés de moules asymétriques ; les figures 9 à ll illustrent un premier procédé de mise en place des noyaux à l'intérieur de moules les figures 12 à 15 ilLustrent un deuxième procédé de mise en place des noyaux à l'intérieur de moules ; la figure 16 illustre une troisième procédé pour la mise en place des noyaux à l'intérieur de moules. Le dispositif représenté sur la figure 1 comprend un support 10 sur lequel sont montées deux plaques séparéés support de modèle 11, llA. A chaque plaque support de modèle Il, llA est fixé un modèle 12, 12A (en alliage d'aluminium), ces modèles et plaques comportant des passages traversants qui les relient à une table vibrante sous vide 18 constituée par une partie creuse du support 10 dans laquelle on peut faire le vide au moyen d'une pompe d'aspiration (non représentée) reliée par un tuyau 13 à la table.Le support 10 porte également un premier cadre pivotant 14 qui transfère de minces feuilles de matière plastique d'un magasin 15 à l'emplacement des plaques 11, llA. Un deuxième cadre pivotant 16 accomplit une fonction analogue à l'égard d'un deuxième magasin 17 et sert en outre d'écran de chaleur comme cela est expliqué plus loin. Pour des raisons de clarté, on a représente seulement une moitié de boite de moulage 19A montée sur la plaque llA, l'autre moitié de boite de moulagé 19 étant omise. Les éléments du dispositif fonctionnent dans l'ordre suivant : Avant que les moitiés de boites de moulage ne soient placées autour des modèles 12, 12A, la cadre 14 prélève des feuilles de matière plastique dans le magasin 15 et marque une pause sous un appareil de chauffage à chaleur rayonnante (non représenté). Le cadre 16 pivote au-dessus des deux plaques support de modèle pour les protéger de la chaleur de cet appareil et projette en même temps un revêtement fait d'une fine poudre de talc (ou analogue) sur le modèle et les plaques support de modèle. Le cadre 14 applique ensuite les feuilles plastiques chauffées sur les modèles et plaques de modèle respectifs, puis on fait le vide dans la partie creuse du support pour que les pellicules épousent les modèles mais sans adhérer grâce au revêtement de poudre de talc.Les cadres 14, 16 reviennent ensuite dans l'ordre à leur position initiale pour permettre à un dispositif de manutention (non représenté) installé au-dessus du dispositif de placer les deux moitiés de boîtes de moulage sur les plaques de modèle. Les moitiés des boites de moulage sont automatiquement reliées à la conduite 13 et du sable est introduit dans les boites comme expliqué plus loin. Le sable est compacté par vibration mécanique des plaques 11, lIA et le cadre 16 se déplace ensuite pour appliquer des feuille de matière plastique chauffée 4 sur les surfaces exposées du sable dans les moitiés de boites de moulage respectives. Le dispositif de manutention retire les moitiés de boites de moulage contenant le sable moulé et le processus recommence pour de nouvelles moitiés de boités de moulage. Les pellicules de matière plastiques peuvent contenir du noir de carbone ou comporter un revêtement de surface en noir de carbone ou autre noircissant appliqué selon un tracé prédéterminé. Un tel revêtement noir a pour effet de réduire la perte de chaleur à travers la matière plastique et de fournir le degré de revêtement carboné de moule prédéterminé par un tracé donné. Les appareils à chaleur rayonnante utilisés pour chauffer la matière plastique sont avantageusement de longueur blonde réglable par réglage du voltage et ils cofr portent des réflecteurs qui permettent de chauffer simultanément les deux faces de la matière plastique. Le sable est acheminé par un appareil représenté sur la figure 2 qui montre également la table vibrante sous vide 18, le modèle 12 et la moitié de la boite de moulage 19. La plaque support de modèle 11, bien que non représentée, repose sur la face supérieure de la table 18. L'appareil de transfert de sable comprent une trémie 20 munie d'une vanne-robinet 21 qui alimente un réservoir 22 dont l'extrémité supérieure est ouverte à l'atmosphère. A l'intérieur du réservoir 22 est disposée une grille 23 qui supporte un corps de volume de ballast 24. Sous la grille 23 les parois du réservoir 22 se resserrent vers le bas et présentent des perforations 25.Elles sont reliées à un tuyau de sortie 26 dont l'autre extrémité débouche dans une hotte 27 qui se termine par une jupe en caoutchouc flexible 28 qui permet d'adapter la hotte de façon étanche sur la moitié de boite de moulage 19. Les parois de la hotte 27 supportent une plaque déflectrice en métal ou en céramique 29. Elles sont de section creuse, leurs surfaces intérieures sont perforées et leur forme assure une répartition sensiblement régulière du sable à l'intérieur de la moitié de boite de moulage 19. Lesper- foratios 25 du réservoir 22 sont prévues de façon que le sable ne puisse pas passer au travers. Le dispositif de transfert de sable fonctionne par abaissement de la pression à l'intérieur de la hotte 27 et de la moitié de boite de moulage 19 au-dessous de la pression atmosphérique, ce qui provoque l'aspiration des grains de sable du réservoir 22 dans le tuyau 26. Le corps de ballast 24 a le même volume que la moitié de moule 19 et, lorsqu'elle s'ouvre, la vanne 21 fournit la quantité suffisante de sable pour remplir le réservoir 22 à un niveau prédéterminé. Pour que la pellicule plastique puisse s'appliquer étroitement sur le modèle 12 pendant le transfert du sable, il faut que le vide appliqué au modèle 12 par la table 18 soit plus grand que celui appliqué à l'intérieur de la hotte 27 et de la moitié de moule 19. L'emploi du dispositif de transfert de sable suivant l'invention diminue les risques de poussières pour les utilisateurs du fait que le sable est maintenu dans une zone de pression inférieure à la pression atmosphérique. Dans l'appareil que l'on vient de décrire le moule de sable est fait de deux moitiés qui, lorsqu'elles sont assemblées ont une interface plane qui est définie par la surface de la plaque support de modèle il sur laquelle le modèle 12 est monté. Une variante de cet appareil permet de produire des moitiés de moule sans utiliser un modèle fixé à une plaque support de modèle, comme illustré par les figs. 3 à 8. Selon cet agencement on monte directement et sans précision une moitié de modèle 30 sur une table vibrante sous vide 31, et on prépare la moitié de moule comme décrit précédemment. En plus des passages traversants (non représentés) la moitié de modèle 30 comporte des trous de goujons destinés au positionnement de l'autre moitié du moule. On retourne la moitié de moule formée dans laquelle la moitié de modèle est retenue comme représenté sur la fig. 4.On positionne l'autre moitié de modèle 33 avec précision sur la première moitié de modèle au moyen de goujons que l'on engage dans les trous ménagés à cet effet puis on place l'autre moitié de moule (non représentée) autour de la moitié de modèle 33 et on remplit de sable comme précédemment. La moitié de modèle 33 comporte également des passages traversants 34 qui dans ce mode de réalisation sont reliés à des tubes perforés 35 en matière phasique et à un collecteur 36 qui est lui-même relié à une pompe d'aspiration.Les tubes 35 s'étendent à partir de la moitié de modèle 33 dans le plan de l'interface du moule et de cette manière on peut appliquer la pellicule plastique 4 sur la moitié de modèle avant son immersion dans le sable Une fois les moitiés de modèle séparées du sable moulé, on introduit un noyau de sable 37 comme expliqué plus loin dans l'empreinte36A laissée par le collecteur 36 pour empêcher le métal de s'écouler par là. A la condition que les tubes 35 aient un diamètre suffisamment petit (de l'ordre de 2mm) il n'est pas nécessaire d'obturer leur impression dans le sable avec des noyaux, les coulées indésirables de métal qui en résultent pouvant être supprimées tout à fait facilement. Les figs 7 et 8 illustrent une opération de moulage selon un modèle 40 qui est d'une seule pièce, car asymétrique. Le modèle 40 est monté sur une forme 41 qui est en sable ou en plâtre et est fixée sur la surface d'une table vibrante sous vide 42. Le modèle 40 comporte des passages traversants ainsi qu'une rangée de tubes perforés 43 qui communiquent avec les passages et avec un collecteur 44 qui est logé de façon étanche dans un canal ménagé dans la paroi de la moitié de la boite de moulage et relié à une pompe d'aspiration. On verse du sable sur le dessus du modèle 40 pour former une moitié de moule comme précédemment. On retourne la moitié de moule 45, le modèle 40 étant à l'intérieur.On retire la forme 41 et on prépare la deuxième moitié du moule en appliquant une pellicule plastique 4 sur la-surface exposée de la première moitié du moule et du modèle, on remplit de sable la deuxième moitié de la boite de moulage et on applique une autre pellicule de matière plastique 4 sur la surface exposée de la deuxième moitié de la boite de moulage. On peut employer ce procédé de formage d'un moule pour pour fabriquer un modèle-mère original à partir de deux moitiés de moule qui ne sont pas utilisés ensemble mais appariées respectivement avec des moules de fermeture arrière pour former deux plaques support de modèle complémentaires d'un seul tenant avec les modèles. Ce procédé peu également servir à la fabrication de moulages de forme femelle prédominante à partir de modèles de forme mâle prédominante à l'aide de moules perdus intermédiaires. Suivant cette technique, on forme un premier moule à partir du modèle mâle, puis un deuxième moule est formé directement à partir du premier moule. Le deuxième moule est utilisé avec un moule de fermeture approprié et des noyaux si nécessaire.Pour permettre l'application et le formage sous vide de la pellicule plastique du deuxième moule, il peut être nécessaire de perforer la pellicule plastique intermédiaire du premier moule perdu au moyen d'une tête de perforation comme indiqué plus loin. Comme expliqué en référence à la figure 6 dans certains cas il peut être nécessaire de placer des noyaux dans le moule de sable préalablement formé. On peut appliquer à cet effet le procédé illustré par les figures 9-11, celui illustré par les figures 12 à 15, ou celui de la figure 16. Sur les figures 9 à 11, un demi-moule en sable 50, obtenu de la façon indiquée plus haut comporte une empreinte 51 sur laquelle doit être placé un noyau imperméable 52. L'empreinte 51 est recouverte d'une pellicule de matière plastique qui est perforée au moyen d'une tête perforeuse 53 et un cordon de matériau d'étanchéité 54 est disposé autour de la périphérie de l'empreinte 51. On peut également utiliser un autre cordon de matériau d'étanchéité 54A en ménageant un évent central. La face inférieure du noyau 52 est enduite et le noyau est placé dans l'empreinte 51 dans laquelle il est maintenu par le vide qui règne à l'intérieur de la masse de sable qui constitue le moule 50 et qui communique avec la surface enduite du noyau 52.On peut ensuite assembler le demi-moule 50 avec un demimoule complémentaire 54 comme représenté sur la fig. 11 et le moulage peut être effectué avec l'interface 56 disposée verticalement. L'avantage de cet agencement réside dans le fait qu'un trou de coulée peut être formé sans interférence avec les pellicules plastiques extérieures 4. On a représenté la tête perforeuse 53, comme pourvue d'éléments mécaniques de perforation mais cette tête pourrait comporter des éléments distribuant une substances chimique capable de produire des perforations dans la matière plastique par action chimique. Le procédé des figs. 12 à 15 utilise un noyau perméable 60 qui est disposé dans une empreinte 61 d'un demi-moule en sable 62. Comme précédemrrtent, l'empreinte 61 est revêtue d'une pellicule en matière plastique 4 qui est percée ou perforée par la tête perforeuse 53. On place ensuite le noyau 60 dans l'empreinte et on lue recouvre d'une pellicule en matière plastique 64. Le vide qui règne dans la masse de sable qui forme le moule applique la pellicule plastique 64 contre la surface du noyau 60 et maintient celui-ci dans le moule 62. On peut alors retourner le demi-moule 62 à condition que la surface de l'em preinte 61 soit suffisamment étendue pour retenir le poids du noyau 60 par pression différentielle.On peut aussi assembler le demi-moule 62 avec un demi-moule 65 comme illustré par la figure 15, le coulage du métal s'effectuant par un canal de coulée 66 revêtu de matière plastique. Le procédé de la figure 16 utilise un noyau 70 lui-même obtenu par procédé de moulage sous vide.Le noyau 70 est constitué par une masse de sable non lié enveloppé dans des pellicules de matière plastique 4 et maintenu à une pression inférieure à la pression atmosphérique par un conduit 71 qui est relié par un tuyau flexible 72 à une pompe d'aspiration (non représentée). Dans ce mode de réalisation l'empreinte du noyau 74 comprend un passage 75 revêtu de matière plastique dans lequel passe le tuyau 72. Avant que le noyau 70 ne soit mis en place dans l'empreinte 74, on-perfore la pellicule plastique 4 qui recouvre la surface de l'empreinte 74 avec une pluralité de tubes rigides 76 qui perforent ensuite la pellicule plastique qui entoure la partie correspondante du noyau 70. Les tubes 76 peuvent être en acier et ils sont avantageusement supportés par un cadre de retenue qu'on place sur le noyau 70 autour du tuyau 72 avant mise en place du noyau dans l'empreinte 74. En variante, on peut faire sortir le tuyau 72 le long de l'interface du moule comme décrit et représenté en référence aux figures 4, 5 et 6. Ce dernier agencement est avantageux en ce qu'il facilite grandement le démoulage des noyaux des pièces de moulage comportant d'importantes cavités intérieures formées sur un noyau. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et représenté, elle est susceptible de nombreuses variantes accessibles à l'homme de l'art, suivant les applications envisagées et sans s'écarter pour cela du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Dispositif utilisable pour la mise en oeuvre du procédé de moulage sous vide, caractérisé en ce qu'il comprend une structure support (10) comportant une table vibrante sous vide (11), un premier et un deuxième cadre (14, 16) disposés sur les cotés opposés de la table sous vide, et un premier et un deuxi ème magasin de stockage (15, 17) pour stocker des feuilles de matière plastique, le premier et le deuxième cadre pouvant respectivement se déplacer pour recevoir-une feuille de matière plastique du magasin de stockage et la transférer à la table sous vide. 2. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'une structure surélevée délivre sur la table sous vide des bottes de moulage (19) provenant d'un magasin de stockage. 3. Dispositif pour acheminer du sable à une botte de moulage pour la mise en oeuvre d'un procédé de moulage sous vide, caractérisé en ce qu'il comprend une hotte (27) pourvue d'une jupe flexible (28) susceptible d'être disposée de façon étanche sur l'extrémité ouverte de la boite de moulage (19), un réservoir (22) d'emmagasinage d'une quantitité prédéterminée de sable ayant son extrémité supérieure ouverte à l'atmosphère, et un tuyau de raccordement (26) reliant la base du réservoir (22) à la hotte (27), le transfert de sable étant effectué par abaissement de la pression dans la boite de moulage (19). 4. Dispositif suivant la revendication 3, caractérisé en ce que la hotte (27) comporte une paroi creuse dont la surface intérieure est perforée, ladite paroi creuse pouvant être reliée à une pompe d'aspiration. 5. Dispositif suivant la revendication 30u la revendication 4, caractérisé en ce que la boite de moulage (19) contient un modèle (12) et en ce qu'un corps (24) de même volume que le modèle (12) est disposé à l'intérieur du réservoir de sable (22). 6. Procédé de fabrication 'un moule dépourvu de plaque support de modèle, caractérisé en ce qu'on place un modèle sur une table sous vide, après l'avoir rendu poreux, on lui incorpore une pluralité de tubes perforés s'étendant le long-de l'interfacede la moitié du moule et reliés à une pompe d'aspiration. On forme un demi-moule par procédé de moulage sous vide autour dudit modèle, on retourne le demi moule tandis que le modèle est retenu à l'intérieur et on forme l'autre moitié du moule. 7. Procédé suivant la revendication 6, caractérisé en ce qu'avant formation du deuxième moule on monte un autre modèle sur la face exposée du premier modèle. 8. Procédé pour positionner des noyaux dans des moules fabriqués par procédé de moulage sous vide, caractérisé en ce quon perfore la pellicule de matière plastique dans la région de l'empreinte du noyau et on fait adhérer le noyau à l'empreinte par effet d'aspiration à travers les perforations pratiquées. 9. Procédé suivant la revendication 8, caractérisé en ce qu'on rend le noyau imperméable en le recouvrant d'une pellicule de matière plastique qui est maintenue sur le noyau par l'effet d'aspiration précité. .10. Procédé suivant la revendication 8, caractérisé en ce que le noyau comprend une masse de sable formée à la forme désirée par le procédé de moulage sous vide, une pluralité de tuyaux rigides étant interposés entre le noyau et son empreinte pour perforer les surfaces proximales de la matière plastique pour permettre l'effet d'aspiration précité.