Brevet FR2427862A1 — publié le 19800104

Le procédé selon l'invention a pour objet de faciliter la fabrication de noyaux de forme compliquée , à partir d'un mélange de sable liquide auto-durcissable. Lorsqu'il s'agit de fabriquer un noyau de forme très compliquée, les procédés actuels diffèrent selon qu'il s'agit d'une fabrication en série, ou d'une fabrication de piece unitaire (ou de petite série). Dans le premier cas, le noyau doit être décomposé en plusieurs éléments simples afin de pouvoir être rempli par les machines à tirer actuellement disponibles. Les éléments simples seront ensuite assemblés avec beaucoup de précautions avant le remoulage. Cette méthode présente un certain nombre d'inconvénients : - Tout d'abord, pour les gros éléments, il faut des machines coûteuses nécessitant des installations annexes importantes. - Le poste d'assemblage, équipé de calibreuses, exige du temps et crée, quel que soit le soin apporté, une imprécision sur la pièce finie. - Comme il y a toujours une légère différence entre le noyau qui a été assemble et l'empreinte laissée par le modèle, cette différence est comblée par le métal liquide, créant des bavures qu'il faut retirer à l'ébarbage. - I1 se produit une usure des outillages par les jets de sable. Dans le cas d'une fabrication en petite série, il est impossible de décomposer le noyau en éléments simples, car le coût de l'outillage deviendrait trop onéreux. Les noyaux très complexes sont alors faits à la main, ce qui demande une grande qualification du personnel et exige beaucoup de temps. Le procédé selon l'invention a pour but de remédier à ces nombreux inconvénients en réduisant l'investissement en matériel et l'usure des outillages, en facilitant le remplissage et supprimant l'assemblage et l'ébarbage, en améliorant la précision des pièces, tout en réduisant le temps total de fabrication. Jusqu'à ce jour, le procédé dit "du sable liquide" avait seulement permis la fabrication de formes relativement peu compliquées, ceci étant dû essentiellement au fait que le sable liquide possede une viscosité qui l'empêche de s'écouler au-travers des orifices de petites dimensions. Le procédé selon l'invention consiste à forcer l'écoulement du mélange de sable liquide en exerçant sur celui-ci une pression de 0,2 à I bar, d'origine pneumatique, mécanique ou autre. Les essais ont été faits principalement en utilisant une pression par air comprimé L'injection peut être faite soit à partir d'une préparation discontinue soit à partir d'une préparation continue du sable liquide Dans le cas d'une préparation discontinue, on met le mélange de sable liquide dans un pot d'injection fixé de façon étanche sur la boîte à noyau et on exerce sur le sable, par exemple en envoyant de l'air comprimé, une pression inférieure à 1 bar La figure unique représente le pot d'injection 1 fixé sur la boîte à noyau 2. Après avoir introduit le mélange de sable liquide dans le pot, on ferme hermétiquement celui-ci par un couvercle 3 muni d'une soupape convenablement tarée 4 et d'une arrivée d'air comprimé 5. On introduit l'air comprimé sous une pression inférieure à 1 bar, pendant quelques secondes.Le sable s'écoule et se met en place comme un fluide en remplissant totalement tous les vides du modèle. On stoppe l'arrivée de l'air comprimé dès que le manomètre 4 indique une remontée de la pression. Dans le cas d'une préparation en continu, la pression statique peut etre appliquée dans un réceptacle alimenté en sable liquide par un malaxeur en continu. Il est bien évident que la pression pneumatique peut être remplacée par une pression mécanique, ou par la pression d'une colonne de sable, ou autre. D'une manière générale, le procédé est applicable aux mélanges de sables liquides auto-durcissables. En particulier, on peut utiliser les mêmes mélanges que ceux du procédé faisant l'objet du brevet français n070 25201 du 7 juillet 1970 des demandeurs, c'est-à-dire un procédé pour accroître la densité, et par suite, la résistance mécanique des moules et noyaux de fonderie fabriqués à partir d'un mélange de sable liquide (comprenant un sable réfractaire, un liant, un agent de prise du liant, un liquide et un agent de surface) procédé qui consiste à utiliser un agent de surface qui engendre une mousse dont la durée de persistance est inférieure au temps s'écoulant avant le début de la prise du sable. Les agents de surface utilisables selon ce procédé varient avec la nature du système liant du mélange de sable. tes agents de surface convenant aux sables dont le liant est un silicate alcalin sont définis dans le brevet français n071 22740 ; ceux qui conviennent aux sables dont le liant est hydraulique (ciment ; ciment-mélasse) sont définis dans le brevet français n072 16204 ; ceux qui conviennent aux sables dont le liant est une résine organique (type urée-formol-alcool furfurylique) sont définis dans le brevet français n072 10727. Les noyaux ainsi fabriqués par le procédé selon l'invention comportant l'emploi d'une faible pression sur des mélanges de sable liquide tels que ceux utilisés dans le procédé faisant l'objet des brevets cités ci-dessus, présentent les propriétés avantageuses et inattendues suivantes Leur densité mesurée au densimètre à mercure est très élevée en surface : de 1,4 à 1,7 et moins élevée au coeur du noyau : de 1,2 à 1,3. D'autre part, leur perméabilité, mesurée au perméamètre Dietert (voir brevet français n070 25201) augmente dans le temps qui s 'écoule après la prise et atteint, au bout de 24 heures, de 130 à 170 unités AFS. Cette perméabilité élevée des noyaux ainsi fabriqués est avantageuse, car elle permet l'évacuation des gaz au moment de la coulée du métal, d'où une sécurité accrue, et une bonne réussite des pièces métalliques obtenues. Les exemples suivants sont destinés à illustrer l'invention, sans toutefois la limiter - Fabrication d'un noyau avec un sable liquide dont le liant est une résine organique Exemple 1 On prépare un mélange de sable liquide avec les composants suivants 50 kg de sable siliceux dont la répartition granulométrique est de 55 AFS (norme américaine) ; 0,5 kg de résine uree-formol-alcool furfurylique contenant 60 Z d'alcool furfurylique ; 0,4 kg de catalyseur (acide minéral) ; 0,4 kg d'eau ; 0,165 kg d'agent de surface constitué par 125 g d'acide p-toluènesulfonique et 40 g d'un acide alkylbenzènesulfonique dont le groupe alkyle est linéaire et comprend de 10 à 13 atomes de carbone. On introduit les composants secs dans un malaxeur Henry type N de 100 litres dont le rotor tourne à 104 tours/minute. On malaxe pendant 1 minute, puis on introduit les composants liquides et on continue le malaxage pendant encore deux minutes. Le mélange ese alors versé dans le pot d'injection monté sur une botte à noyau contenant un modèle de forme compliquée. On ferme hermétiquement l'ensemble et on exerce sur le mélange une pression de 0,5 bar en introduisant de l'air comprimé, pendant deux ou trois secondes.Dès que le manomètre adapté sur le couvercle du pot d'injection remonte, on arrête l'arrivée d'air comprimé. Le sable s'est écoulé et a rempli tous les vides du modèle. Pour mesurer la résistance mécanique et la perméabilité du noyau ainsi fabriqué, on utilise deux séries de boîtes à éprouvettes qui sont fixees sur la boîte à noyau et qui se remplissent en même temps que celle-ci. Les eprouvettes de compression sont dans des tubes qui sont arasés, après prise, à la cote de 50 mm de hauteur. A intervalles réguliers, une éprouvette est soumise à un essai de résistance à la compression classique et la charge de rupture lue est exprimée en déca Newton (daN)/cm2. Pour mesurer la perméabilité, on utilise un perméamètre automatique Dietert n0335-A. Cet appareil indique un indice de perméabilité ou indice AFS qui est fonction du temps nécessaire pour qu'un volume d'air déterminé sous une pression donnée, traverse 1' éprouvette. Avec le mélange de sable liquide selon l'exemple 1, et en exerçant une pression de 0,5 bar pendant deux secondes on a obtenu des éprouvettes dont la résistance mécanique était au bout de 2 heures : 4 daN/cm2 au bout de 4 heures : 8 daN/cm2 au bout de 24 heures : 17 daN/cm2 La densité moyenne des éprouvettes était de 1,50 ; la densité extérieure étant de 1,55 et la densité "à coeur" étant de 1,3. La perméabilité était la suivante au bout de 30 minutes : 0 au bout de 60 minutes : 20 au bout de 4 heures : 40 au bout de 24 heures : 140 Exemple 2 On fabrique un noyau selon le procédé de l'exemple 1 en utilisant le mélange de sable de composition suivante 50 kg de sable siliceux (60 AFS) 0,500 kg de résine urée-formol-alcool furfurylique 0,900 kg de catalyseur + eau 0,175 kg d'agent de surface constitué par 50 g d'acide alkylbenzènesulfonique (alkyl de C10 à C13) et 125 g d'acide diéthylbenzènesulfonique et en exerçant, sur le mélange malaxé, une pression de 0,5 bar pendant deux à 3 secondes. La densité moyenne des éprouvettes obtenue est de 1,50, avec une densité plus élevée à l'extérieur et moins élevée au centre. La perméabilité est de 60 au bout de 3 heures et 130 au bout de 130 heures. - Fabrication d'un noyau de forme compliquée avec un mélange de sable liquide dont le liant est du type hydraulique (ciment-melasse) Exemple 3 On fabrique un noyau selon le procédé de l'exemple 1 en utilisant le mélange de composition suivant 50 kg d sable siliceux (60 AFS) 5 kg de ciment 1,5 kg de mélasse 1,5 kg d'eau 0,115 kg d'agent de surface constitué par 50 g de diisopropylbenzènesulfonate de sodium, 60 g de diéthylbenzènesulfonate de sodium et 5 g de p-toluènesulfonate de sodium et on exerce sur le mélange malaxé une pression de 0,8 bar pendant 2 secondes. La densité moyenne des éprouvettes est de 1,45. La perméabilité, mesurée au bout de 3 heures est de 40 et au bout de 24 heures, de 170. D'autres essais, effectués de la même façon avec le mélange de sable liquide indiqué ci-dessus, mais en faisant varier la nature de l'agent de surface, ont montré qu'on obtient les mêmes résultats en utilisant un ou plusieurs acides mono- ou di-alkylbenzènesulfoniques dont les groupes alkyle ont de 2 à 12 atomes de carbone. Les trois exemples ci-dessus montrent que, quel que soit le liant utilisé dans le mélange de sable liquide, on obtient, par le procédé selon l'invention, des noyaux de forme compliquée, très rapidement, en une seule opération. Dans les trois cas, la densite des noyaux est plus élevée à l'extérieur qu'au centre, et les noyaux présentent une perméabilité qui se développe apres la prise jusqu'à attendre, au bout de 24 heures, des valeurs élevées. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication de noyaux de fonderie de forme compliquée à partir d'un mélange de sable liquide autodurcissant, caractérisé en ce que, pour faciliter le remplissage de la boIte a noyau, on exerce sur le mélange de sable malaxé, pendant quelques secondes, une pression comprise entre 0,2 et 1 bar. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la pression est exercée par tout moyen connu, tel que pneumatique ou mécanique. 3. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'on utilise un mélange de sable liquide autodurcissant qui contient un agent tensio-actif engendrant une mousse dont la durée de persis-tance est inférieure au temps qui s'écoule avant le début de la prise du mélange. 4. Procedé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'on utilise un mélange de sable liquide autodurcissant dont le liant est une résine urée-formol-alcool furfurylique et dont l'agent tensio-actif comprend au moins un acide alkylbenzènesulfonique dont le groupe alkyle est en C10 à C13. 5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'on utilise un mélange de sable liquide autodurcissant dont le liant est un mélange ciment-mélasse et dont l'agent tensiotactif comprend un ou plusieurs acides mono- ou di-alkylbenzènesulfoniques dont les groupes alkyle sont en C2 à C12.