Brevet FR2458337A1 — publié le 19810102

Procédé pour la production d'un noyau perdu formé de plusieurs parties, pour moules pour la coulée des mé- taux. La présente invention concerne un procédé pour la production d'un noyau perdu formé de plusieurs par- ties s'interpénétrant éventuellement, pour moules pour la coulée des métaux, en particulier pour la production de culasses de moteuzsà combustion interne, selon le- quel les parties de noyau ou noyaux élémentaires sont réalisées en une matière résistant à l'effet du métal en fusion et sont réunies avec interposition de parties formant entretoises en un système rigide, et selon lequel on utilise comme parties formant entretoises une matière cellulaire, une couche de matière plastique cellulaire étant tout d'abord formée directement sur une partie au moins de la surface extérieure d'un noyau élémentaire préformé, cette couche ayant la conforma- tion et-les dimensions d'un intervalle devant demeurer libre entre les noyaux élémentaires et étant ensuite consolidée, un autre noyau élémentaire étant alors for- mé sur au moins une partie de la surface extérieure de la couche de matière plastique. Un procédé de ce type a été décrit dans la demande de brevet allemand n' 2 746 233. Dans ce cas, la fabrication est réalisée dans des conditions telles que la matière plastique cellulaire comble totalement l'intervalle demeurant libre entre les noyaux élémen- taires. On utilise comme matière plastique cellulaire une matière qui est valorisée ou gazéifiée en princi- pe complètement sous l'effet du métal en fusion. La pratique a montré que la présence de matière plastique pendant lacoulée du métal peut avoir pour con- séquence des défauts dans la pièce de fonderie ou le moulage. Ceci est dû au fait que des sous-produits gazeux sont formés lors de l'attaaue de la matière plas- tique par le métal en fusion. Des précautions extrêmes et une disposition appropriée des canaux de coulée ne permettent pas toujours d'évacuer complètement les gaz à partir des moules de coulée dans lesquels les noyaux sont placés, de sorte que, pendant la coulée, des restes de gaz demeurent dans le moule et qu'il peut en résulter la présence d'impuretés dans le métal. En ou- tre, les défauts éventuels des noyaux ne peuvent être détectés qu'après la production de la pièce de fonderie, étant donné que les couches de matière plastique cachent complètement ces défauts. Le but de l'invention est d'apporter une solu- tion au problème précité et de perfectionner le procédé décrit ci-avant de telle sorte que des défauts après coulée ne puissent plus être dus à la matière plastique, et que les défauts sur les noyaux eux-mêmes puissent être détectés sans de trop grandes difficultés avant la coulée dans les moules. On parvient à ce résultat, suivant l'invention, par le fait que le système de noyau terminé est soumis, avant son introduction dans un moule, à l'action d'un solvant selon des quantités et pendant un laps de temps suffisants pour la dissolution des couches de matière plastique dans le système de noyau assemblé. De cette manière, aucune influence due à la vaporisation de la matière plastique n'est à craindre pendant la coulée du métal. En outre, le système de noyau terminé peut être examiné de façon aisée avant l'introduction dans le moule de coulée, afin de déter- miner la présence de défauts sur les noyaux élémentaires eux-mêmes, de sorte que des systèmes de noyaux défec- tueux peuvent être mis au rebut ou rectifiés et qui ne sont pas à l'origine de la production de pièces de fon-- derie défectueuses. Le procédé convient en particulier à la produc- tiDn de culasses de moteurs à combustion interne, dans lesquelles les noyaux nécessaires s'interpénètrent sou- vent, ce qui rend nettement plus difficile la fabrica- tion précise et la manipulation des systèmes de noyaux. Lorsque des granules de polystyrène pré-expansé sont répartis autour d'un noyau élémentaire comme dans le procédé connu pour la production des couches de matière plastique, plus spécialement à l'intérieur d'un moule dans lequel on provoque l'expansion complète des granules de polystyrène, le système de noyau assemblé est soumis de préférence à l'effet de l,l,l-trichloré- thane pour la dissolution des couches de matière plasti- que. L'action du solvant est obtenue judicieusement en immergeant le système de noyau dans son ensemble dans un bain de solvant, jusqu'à dissolution complète des couches de matière plastique. Le système de noyau est ensuite extrait du bain de solvant et séché avant sa mise en place dans le moule de coulée. L'opération de séchage est alors effectuée judi- cieusement de façon à éliminer complètement les restes de solvant. A cet effet, le séchage du système de noyau assemblé peut avoir lieu avantageusement sous une pres- sion qui est réduite par rapport à la pression atmosphé- rique. La description qui va suivre, faite en regard des dessins annexés, donnés à titre non limitatif, permettra de mieux comprendre l'invention. La fig. 1 est une vue en coupe transversale mon- trant un système de noyau pouvant être utilisé suivant l'invention pour constituer une culasse de moteur à com- bustion interne à six cylindres en ligne, du type à sou- papes en tête. Les fig. 2 à 4 sont des vues en perspective mon- trant différents stades au cours de la fabrication du système de noyau suivant la fig. 1. Un mode de réalisation préféré de système de noyau pouvant être utilisé au cours du procédé de moulage suivant l'invention pour produire une culasse de moteur à combustion interne à six cylindres en ligne est repré- senté sur les fig. 1 et 4. Le système de noyau assemblé 2 comprend un premier noyau ou noyau intérieur 4 (Fig. 1 et 2). Ce noyau intérieur 4 comporte des bossages 4 B destinés à former des lumières, faisant saillie vers le bas et latéralement à partir de son embase, et des par- ties de positionnement 4C situées généralement dans le même plan, aux extrémités de l'embase et des bossages 4B. La fabrication du noyau intérieur est effectuée de toute manière convenable. Par exemple, le noyau intérieur peut être réalisé par moulage de sable siliceux et d'un liant convenable, tel qu'uné lésine à base phéno- lique et (ou) à base phénolique modifiée, par les tech- niques classiques. Une couche de matière plastique 6 est ensuite formée autour d'une partie du noyau intérieur, plus spécialement du bossage 4B destiné à former une lumière de ce noyau intérieur 4. La matière plastique peut être constituée par n'importe quelle substance convenable fondant à basse température, par exemple par une matière résineuse thermoplastique ou par toute autre matière tel- le qu'une matière plastique cellulaire pouvant être dis- soute par un solvant convenable. Les matières plastiques cellulaires constituent la matière plastique préférée en vue d'une utilisation suivant l'invention. Parmi les matières qui ont donné satisfaction, on peut citer le polystyrène et les dérivés polymérisés résineux de l'acide méthacrylique. Divers types de matières plastiques cellulaires qui se sont révélées satisfaisantes en vue d'une utilisa- tion pour les opérations de moulage sont décrites dans les brevets des Etats-Unis d'Amérique n0 3 374 827 et 3 496 982. Le premier de ces deux brevets décrit l'uti- lisation de polystyrène à titre de couche entretoise devant être placée entre des noyaux élémentaires réunis par collage. Le second brevet décrit l'emploi de polys- tyrène à titre d'élément de liaison pour servir de butée et pour le positionnement des noyaux, et également comme gabarit pour la réalisation de moules complets dans les- quels les noyaux sont disposés. La couche de matière plastique 6 peut être moulée en place autour du premier noyau 4 de toute manière con- venable, par exemple en plaçant ce premier noyau 4 dans une machine de moulage. Une matière plastique formée par exemple par des granules de polystyrène partiel- lement pré-expansé peut être introduite dans le moule et l'expansion peut être complétée autour du premier noyau 4 par une méthode convenable, par exemple au 245833? cours d'un stade d'expansion par la vapeur, afin de for- mer une couche de matière plastique dont la surface inté- rieure 8 est en contact intime et suit également étroite- ment la configuration de la surface extérieure 10 du pre- mier noyau. La surface extérieure 12 de la couche de matière plastique moulée a une configuration qui est adaptée à la forme désirée de la culasse. La couche de matière-plastique 6 entoure complè- tement une partie du premier noyau 4 et, par suite de la configuration irrégulière de la surface de ce premier noyau 4, elle est retenue de façon permanente sur celui- ci, c'est-à-dire qu'elle ne peut pas en échapper dans une direction quelconque. Le premier noyau 4 et la couche de matière plas- tique 6 fiorment un sous-ensemble de noyau composite 14 qui peut être manipulé comme une pièce unitaire ou mono- bloc. Si nécessaire, ce sous-ensemble composite peut être séché par des moyens convenables, par exemple dans un four à micro-ondes, pour éliminer toute l'eau résiduel- le résultant du stade d'expansion par la vapeur. Ensuite, un second noyau ou noyau extérieur 16, qui constitue un noyau de chemisage de refroidissement suivant le mode de réalisation préféré, est formé au- tour d'une partie du sous-ensemble composite 14 de fa- çon à être en contact intime et à suivre étroitement sa configuration (fig. 1 et 4). Cette opération peut être réalisée en plaçant le sousensemble 14 dans une seconde boite à noyau ou dans un second moule et en insufflant pardes moyens appropriés une composition convenable, par exemple le mélange de sable siliceux et de liant précité autour de ce sous-ensemble. Le noyau extérieur 16 est ainsi moulé en place par soufflage, en recouvrant une partie de la couche de matière plastique 6, de façon à entourer cette couche. Une surface intérieure 18 du noyau extérieur 16 est par suite en contact intime et suit étroitement la configuration de la surface exté- rieure 20 de la couche de matière plastique 6. La sur- face extérieure 22 du noyau extérieur 16 a une forme adaptée à la conformation désirée finale pour les canaux du chemisage de refroidissement. Des parties des canaux de ce chemisage de refroidissement sont formées par mou- lagedu noyau extérieur autourde bossages pleins dirigés vers le haut 24 de la couche de matière plastique, en formant ainsi les guides de soupapes de la culasse. Le noyau extérieur 16 comprend également des parties de posi- tionnement 16A qui en sont solidaires. Par suite de la configuration irrégulière du sous-ensemble 14, le noyau extérieur 16 est fixé de façon permanente sur celui-ci, ce qui signifie que ce noyau extérieur 16 ne peut pas en être dégagé dans une direction quelconque. Le noyau intérieur 4 forme, avec la couche de matière plastique 6 moulée en place et le noyau extérieur 16 également moulé en place, un système de noyau 2. Le système de noyau est ensuite traité avec un solvant conve- nable pour dissoudre la matière plastique, en laissant un espace vide à l'endroit occupé au préalable par cette matière. La matière plastique peut être amenée en contact avec le solvant de toute manière convenable tant que ce solvant est capable de dissoudre effectivement cette matière plastique. Toutefois, un mode opératoire préféré consiste à immerger le système de noyau dans un bain contenant le solvant pendant un laps de temps nécessaire pour dissoudre complètement la matière plastique. Le choix du solvant particulier utilisé n'est pas critique. De préférence, le solvant doit être capa- ble de dissoudre complètement la matière plastique qui est utilisée dans le système de noyau en un laps de temps judicieusement bref. Bien que le laps de temps nécessaire pour dissoudre la matière ne soit pas critique, le temps qui peut être économisé pendant le stade de dissolution réduit de façon correspondante la durée totale de forma- tion du système du noyau et ainsi le temps nécessaire au procédé de moulage dans sn ensemble. Naturellement, le solvant qui va être le plus désirable ou efficace dans des conditions données va varier selon la matière plas- tique utilisée. Le choix d'un solvant convenable est à la portée du technicien. Par exemple, dans le cas de polystyrène expansé, -on a constaté que des solvants formés par des hydrocarbu- res aromatiques et halogénés dissolvent le polystyrène. Comme exemples de solvants convenables pour dissoudre le polystyrène, on peut citer le benzène, le toluène et le l,l,l-trichloréthane, ce dernier étant préféré. Lors de la mise en contact avec un solvant tel que le ll,l-trichloréthane, le polystyrène expansé est dissous rapidement, comme cela est mis en évidence par un effet de formation intense de bulles. Normalement, secondes environ suffisent pour que le polystyrène soit complètement dissous. Toutefois, le temps requis pour divers types de matières plastiques va dépendre pour leur dissolution des caractéristiques de la matière plastique spécifique et du solvant utilisés. On a constaté que la solution dans le solvant va pénétrer dans la surface des noyaux utilisés au cours du stade de traitement. D'une façon avantageuse, une couche de matière carbonée est déposée sur la couche ex- térieure de matière (par exemple le sable) dans les noyaux. La nécessité de lavage de noyaux du type réfrac- taire est ainsi réduite ou supprimée, étant donné que la surface extérieure du noyau est rendue effectivement étanche par la couche de matière déposée. La perméabilité des noyaux est fortement réduite, de sorte que les ma- tières gazeuses dégagées pendant le procédé de moulage ou de coulée ne pénètrent pas dans le noyau lui-même, mais sont au contraire éliminées par des vides appropriés à l'intérieur de l'ensemble. Les inclusions et les vides produits dans les moulages formés à partir du système de noyau sont fortement réduits ou supprimés. Quand la matière plastique a été complètement dissoute, le système de noyau est ensuite séparé du solvant. Une telle opération peut consister simplement à extraire le système du bain de solvant et à permettre au solvant de s'écouler à partir dudit système. Le système de noyau traité par le solvant est de préférence séché pour vaporiser et éliminer tout solvant résiduel pouvant être présent. L'ensemble peut être séché par tout moyen convenable, par exemple en étant placé dans un four de séchage par convexion chauffé de façon classique, pendant un laps de temps suffisant. Le système de noyau peut également être séché sous vide ou sous pression réduite, pour vaporiser le solvant sans utilisation de chaleur. Le système de noyau 2 traité par le solvant et séché est ensuite introduit directement dans une cavi- té préformée dans le sable vert 26 de la moitié infé- rieure d'un moule. Les parties de positionnement 4C, 16A des noyaux 4,16 agissent pour supporter le système de noyau 2 dans son ensemble à l'intérieur du moule. L'extré- mité 4A du noyau intérieur 4 est conformée de façon à pénétrer dans le sable vert 26, pour supporter un côté du système de noyau 2. Après l'alignement et la mise en place du système de noyau 2 dans la partie inférieure du mouledes noyaux classiques tels qu'indiqués en 28 peuvent être placés autour de ce système de noyau. Une partie supérieure ou un chapeau de moule est ensuite placé au-dessus de la partie inférieure et ces deux parties sont réunies ou refermées, après quoi une charge de fonte en fusion est coulée dans la cavité du moule pour former la culasse. Le métal forme les parois des lumières et du chemisage de la culasse oelon la con- figuration de la surface extérieure 10 des noyaux inté- rieur et extérieur 4,16. Bien que l'invention ait été décrite dans le cas d'un système composite formé de deux noyaux et d'une couche intermédiaire en matière plastique cellulaire expansée, les techniciens spécialisés dans ce domaine comprendront que ce système de noyau peut comporter trois ou plusieurs noyaux élémentaires, chacun d'eux étant for- mé sur le noyau intérieur immédiatement voisin et étant maintenu écarté de celui-ci par une couche de matière plastique cellulaire. Ainsi, par exemple, une autre couche de matière plastique cellulaire peut si désiré être formée autour de la surface du noyau 16, et un autre noyau peut être moulé autour de cette surface de i matière plastique. Le système composite peut ainsi con- tenir n'importe quel nombre désiré de couches de noyau et de matière plastique, dans la mesure admissible en pratique. De telles variations dans la forme du système de noyau n'ont pas d'effet notable sur le traitement de ce système par le solvant. Le temps requis pour une dis- solution complète de la matière plastique peut toutefois être augmenté si l'on utilise un volume plus important de matière plastique. On comprendra également que l'invention est ap- plicable à la production de n'importe quel moulage métal- lique. Bien que l'on ait décrit ci-avant le moulage d'une culasse et que l'invention semble particulièrement utile dans ce domaine, par suite de la co-pénétration des noyaux nécessaires au moulage, l'invention peut également être utilisée pour la production d'autres types de moulages en utilisant n'importe quel type de métal. L'invention sera mieux comprise encore à la lec- ture de l'exemple non limitatif donné ci-après. On com- prendra que cette invention n'est aucunement limitée aux détails spécifiques de cet exemple. EXEMPLE On forme un premier noyau 4 dans un moule ou une boite à noyau à partir de sable siliceux et d'un composé formant liant, constitué par une résine à base phénoli- que et (ou) à base phénolique modifiée. Le premier noyau 4 est ensuite placé dans un moule ou boite à noyau qui est ultérieurement rempli de granules de polystyrène partiellement expansé. On envoi de la vapeur sur le noyau pour provoquer l'expansion complète des canules, afin de former tout autour du premier noyau 4 une couche de matière plastique 6 qui est en contact intime avec lui. Le sous-ensemble de noyau composite constitué par le premier noyau et la couche de polystyrène est ensuite séché dans un four à micro-ondes jusqu'à ce que l'eau résiduelle provenant du stade d'expansion par la vapeur soit évaporée. Le sous ensemble est ensuite placé dans un autre moule ou une autre boite à noyau qui est rempli de sable siliceux et de liant formé par un isocyanate phénolique activé par un catalyseur à base de triéthylamine ou de diméthyléthylamine, pour former un second noyau 16 au- tour de la couche de polystyrène du sous-ensemble et en contact intime avec elle. Le système de noyau résultant est ensuite immer- gé dans un bain de solvant formé du l,ll-trichloréthane, de sorte que la couche de polystyrène se dissout complè- tement comme cela est mis en évidence par une formation intense de bulles pendant plusieurs secondes. Le système de noyau traité par le solvant est ensuite séché sous une pression réduite correspondant à 483 mm de mercure, pour vaporiser et éliminer le 1,1,1- trichloréthane résiduel formant solvant pouvant encore être présent. Le système de noyau traité par le solvant et séché est ensuite placé dans la partie inférieure d'un moule contenant du sable de fonderie. Dtautres éléments formant un système de noyau de type classique sont placés autour du système de noyau précité, pour former un sys- tème de noyau composite convenant à la production d'un moulage formant une culasse de moteur à six cylindres. La partie supérieure ou le chapeau du système de moule est combiné à la partie inférieure d'une manière classi- que. Un moulage est produit en utilisant ce système de moule composite par les techniques également classiques. L'intérieur du moulage résultant a une surface lisse, ne présente pas de piqûres ou de reliefs ou rugosités et est utilisable comme culasse de moteur. Des modifications peuvent être apportées aux modes de mise en oeuvre décrits, dans le domaine des équivalences techniques, sans s'écarter de l'invention. REVENDICATIONS 1.- Procédé pour la production d'un noyau perdu formé de plusieurs parties s'interpénétrant éventuelle- ment pour moules pour la coulée des métaux, en particu- lier pour la production de culasses de moteurs à com- bustion interne, selon lequel les parties de noyau ou noyaux élémentaires sont réalisées en une matière résis- tant à l'effet du métal en fusion et sont réunies avec interposition de parties formant entretoises en un système rigideet selon lequel on utilise comme parties formant entretoises une matière cellulaire, une couche de matière plastique cellulaire étant tout d'abord for- mée directement sur une partie au moins de la surface extérieure d'un noyau élémentaire préformé, cette couche ayant la conformation et les dimensions d'un intervalle devant demeurer libre entre les noyaux élémentaires et étant ensuite consolidée, un autre noyau élémentaire étant alors formé sur au moins une partie de la surface exté- rieure de la couche de matière plastique, caractérisé en ce que le système de noyau terminé est soumis, avant son introduction dans un moule, à l'action d'un solvant, selon des quantités et pendant un laps de temps suffisants pour la dissolution des couches de matière plastique dans le système de noyau assemblé. 2.- Procédé suivant la revendication 1 selon lequel, pour la formation des couches de matière plasti- que, on répartit chaque fois dans un moule des particu- les ou granules de polystyrène pré-expansé autour du noyau élémentaire et on provoque l'expansion dans ce moule, caractérisé en ce que, pour la dissolution des couches de matière plastique, on soumet le noyau à l'action de 1,1,1- trichloréthane. 3.- Procédé suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'on immerge le système de noyau dans un bain de solvant. 4.- Procédé suivant l'une quelconque des reven- dications 1 à 3, caractérisé en ce que, après la disso- lution de la couche de matière plastique et avant l'in- troduction dans le moule de coulée, on sèche le système de noyau et on élimine les restes de solvant. 5.- Procédé suivant la revendication 4, caracté- risé en ce qu'on effectue le séchage du noyau sous une pression réduite par rapport à la pression atmosphérique.