Brevet FR2515096A1 — publié le 19830429

PRCEDE DE REALISATICN DE JOINTS ERE DES CORPS THRMOPLASTIQUES La présente invention concerne un procédé de réalisation de joints sans fissures entre des corps thermoplastiques L'invention s'applique, en particulier, à la réalisation de joints entre des modèles en cire et des noyens d'alimentation également en cire dans le procédé de roulage à la cire perdue. Le procédé de roulage à la cire perdue est une des plus anciennes techni- ques de production de pièces moulées en alliages métalliques Pour pro- duire des pièces moulées suivant ce procédé, on réalise un modèle en cire, de forme identique à celle de la pièce moulée métallique, que l'on désire obtenir On forme ensuite un moule en céramique autour du modèle et on le cuit de façon à obtenir un négatif de la pièce moulée métallique dési- rée Pendant la cuisson, le modèle original en cire est éliminé par fusion ou combustion Le métal fondu est introduit dans le moule en céramique et après refroidissement et solidification, le moule en céramique est détruit libérant ainsi la pièce moulée métallique finale. Pour introduire le métal fondu dans le moule en céramique, un conduit doit être aménagé Pour former de tels conduits ou canaux dans les moules en céramique, la réplique en cire de ces moyens d'alimentation doit être at- tachée au nodèle en cire Comme le moule en céramique n'est utilisé qu'une fois avant d'être détruit, de nombreux modèles en cire sont souvent liés à une série de barres d'alimentation en cire toutes rattachées à l'orifice de remplissage, constituant ainsi une grappe unique en cire réunissant de nombreux modèles. L'une des opérations les plus importantes dans le procédé de roulage à la cire perdue est le rattachement entre eux des modèles en cire et des no- yens d'alimentation également en cire pour former une grappe en cire com- plète Le joint entre le modèle en cire et son moyen d'alimentation doit être exempt de fissures, sinon le coulis de céramique pénètre et se soli- difie dans ces fissures, puis, après élimination de la cire, forme des obstacles sur le parcours que doit suivre le métal liquide. Des particules de céramique détachées par le courant de métal liquide 2 515094 peuvent alors contaminer et rendre inutilisable la pièce moulée finale. La cire elle-mème doit aussi être d'un bon degré de pureté de sorte que lorsqu'elle est éliminée par combustion, il ne reste pas de résidu qui puisse contaminer la pièce métallique moulée Tout procédé de réalisa- tion de joints pour constituer des grappes de modèles en cire doit, par conséquent, permettre d'obtenir des joints étanches, vis-à-vis d'un li- quide, qui ne risquent pas de contaminer la pièce métallique moulée finale, et ne risquent pas non plus de déformer les nmdèles en cire et leurs ooyens d'alimentation; Le procédé habituel de réalisation de ces joints pour des grappes de modèles en cire nécessite de faire appel à un personnel hautement quali- fié Les ouvriers rendent soigneusement étanche chaque joint individuel- lement en appliquant un outil chauffé, tel qu'une lame de couteau chauf- fée, sur le joint Ce procédé est co teux et nécessite du temps Il existe depuis longtemps un besoin de trouver un moyen d'automatiser cette étape, mais les efforts antérieurs n'ont pas été couronnés de sucèes. La présente invention a pour objet de fournir un proc'dé simple, sûr, et relativement bon marché, permettant de former un joint exempt de fissures entre des corps adjacents complémentaires solides en matière thermoplas- tique. D'autres objets et avantages-de l'invention seront présentés dans la description qui suit et seront pour une part rendus évidents par la description et pourront pour une autre part être appris par la pratique de 1 ' invention. Les objets et avantages de 1 ' invention peuvent être réalisés et atteints au toyen d'instruments et de combinaisons particulièrement précisés dans les revendications de la présente demande. Pour atteindre les objectifs de l'invention conformément au but qu'elle se propose, et ainsi qu'elle est décrite de la façon la plus large et exemplifiée ci -après, le procédé de l'invention permettant de former un joint exempt de fissures entre dps corps solides complémentaires com- prend: l'insertion d'une plaquette absorbant le rayonnement électro- magnétique entre des corps thermoplastiques, le rapprochement de ces corps à proximité immédiate, la plaquette se trouvant entre eux pour former un assemblage, la soumission de l'assemblage à un rayonnement électromagnétique dont la fréquence est telle qu' il est substantiellement absorbé par la plaquette, afin de fondre les surfaces thermoplastiques adjacentes et de former ledit joint exempt de fissures entre les pièces. La plaquette dépasse de préférence le périmètre extérieur d'au moins l'un des corps De plus, la plaquette est de préférence apte à une combustion sans laisser de cendres Suivant un mode préférentiel de mise en oeuvre de 1 ' invention, la plaquette comprend du graphite cristallisé lié par du polystyrène Il est aussi préférable que le rayonnement électromagnétique se trouve dans le domaine des microondes de façon qu'un assemblage occu- pant un volume substantiel puisse être joint simultanément de façon étan- che. Suivant un mode particulièrement favorable de mise en oeuvre de 1 ' inven- tion, les corps thermoplastiques sont des modèles en cire et des moyens d'alimentation également en cire qui sont réunis par des joints dans le procédé de moulage à la cire perdue Le modèle en cire et le moyen d'a- limentation ont de préférence des parties m 2 âles et femelles complémen- taires et la plaquette a de préférence une ouverture qui s'adapte au pourtour de la partie mile, de façon qu'elle puisse être orientée conve- nablement dans l'assermblage L'ajustage entre la partie mâle et la partie femelle doit être suffisamment précis pour maintenir le modèle et le moyen d'alimentation sans exercer de contrainte sur la zone de contact au cours de la fusion et de la solidification qui se produisent pendant le processus de réalisation du joint. Les dessins annexés qui sont inclus dans la description et en font partie intégrante illustrent un mode de mise en oeuvre de 1 ' invention et avec la description servent à expliquer les principes de 1 ' invention. La figure 1 est une vue en coupe de corps thermoplastiques à assembler et à joindre suivant un mode préférentiel de l'invention. La figure 2 est une vue en plan d'une barre d'alimentation employée dans le made de réalisation de l'invention de la figure 1. La figure 3 est une vue en plan d'une plaquette utilisée pour le mode de réalisation de 1 ' invention de la figure 1. On se réfère, ci-après, en détail, aux modes de mise en oeuvre de l'in- vention qui sont actuellement préférés et dont un exmnple est donné dans les figures jointes. Suivant 1 ' invention, on forme un joint sans fissures entre des corps so- lides thermoplastiques complémentaires adjacents; une grande variété de corps thermoplastiques peut être jointe par le procédé suivant 1 ' inven- tion, comme le comprendra l'homme de métier de compétence moyenne Les corps thermoplastiques qui ont la préférence sont ceux qui ne sont pas affectés de façon notable par le rayonnement électromagnétique incident, utilisé suivant 1 ' invention, de façon que les corps thermoplastiques ne soient pas chauffés directement par le rayonnement Suivant le mode de mise en oeuvre décrit ci-après, les corps solides thermoplantiques sont des modèles en cire et des moyens d'alimentation, utilisés dans le pro- cédé de roulage à la cire perdue. On voit, par exerple figure 1, des modèles en cire ( 1) et une barre d'a- limentation ( 2) Toute cire et toute matière de remplissage à base de cire, utilisoeshabituellement dans le procédé de noulage à la cire perdue peuvent être utilisées dans ce imode de mise en oeuvre Les co Npositiom de cire auxquelles on donne une préférence particulière sont celles à basedeparaffines qui permettent la réalisation de bons joints de fago reproductibles. Suivant 1 ' invention, une plaquette absorbant le rayonnement électrcagni - tique est placée entre les corps thermoplastiques comme le Fontre la figure 1 et les corps thermoplastiques sont alors amenés à proximité immudiate avec la plaquette entre eux L'homme de métier de compétence moyenne sera capable de choisir la matière absorbant le rayonnement électromagnétique à partir de laquelle on pourra réaliser la plaquette pour une application particulière Cette matière absorbante doit pouvoir être rapidement chauffée par le rayonnement électromagnétique, afin de provoquer la fusion et la formation de joints entre les surfaces de con- tact des corps thermoaplastiques adjacents La plaquette comprend de préférence une matière carbonée dispersée dans une matière pratiquement non absorbante vis-à-vis du rayonnement électromagnétique Une matière à laquelle on donne une préférence particulière est le graphite cris- tallin lié par du polystyrène La composition utilisée pour la plaquette comprend de préférence entre 20 et 30 % en poids de graphite cristallin dispersé dans 70 à 80 % de polystyrène La grosseur du grain de la matière carbonée est comprise de préférence entre environ 0,5 et 0,6 micrometre. L'épaisseur de la plaquette est de préférence d'environ 0,127 mm ( 0,005 inch) La plaquette dépasse de préférence d'environ 1,6 mm ( 1/16 inch) le périmètre d'au moins un des corps thermoplastiques qu'il s'agit de joindre pour obtenir les meilleurs résultats. Si la plaquette ne dépasse pas le périmètre d'au moins un des corps ther- moplastiques, on peut observer une attaque du joint et des résultats irréguliers. Dans un mode de réalisation préféré, dans lequel les corps thermoplas- tiques sont des modèles en cire et des moyens d' alimentation également en cire, employés dans le procédé de moulage à la cire perdue, on utilise de préférence une plaquette qui ne laisse pas de cendres par combustion et qui est certainement non métallique Bien que la matière dont la plaquette est faite puisse être entraînée en flottant au moment du déci- rage, ou brûler au cours du processus de préchauffage, la matière conte- nue dans la plaquette qui absorbe le rayonnement électromagnétique ne devrait pratiquement pas laisser de cendres après combustion. On dispose par exemple, commercialement, de graphite cristallin dont la teneur en cendres est seulement de 0,2 % en poids Le liant utilisé pour la matière, de préférence carbonée, absorbant le rayonnement électroma- gnétique, est préférentiellement une matière qui n'absorbe pas de façon notable le rayonnement électromagnétique Des facteurs additionnels dans la sélection du liant sont le bas point de fusion et la faible teneur en cendres, mais avec une résistance mécanique adéquate pour permettre une manipulation facile Le liant devrait aussi être facile à mélanger avec la matière carbonée absorbant le rayonnement électromagnétique et lorsqu'il est mélangé avec cette matière carbonée, il devrait être fa- cile à mettre en forme, en plaquette mince Les liants préférés sont des polymères tels que le polystyrène et le polyéthylène L'homme de n Me- tier de compétence moyenne sera capable de sélectionner d'autres liants ayant de telles prcpriétés, mais le liant actuellement préféré par le demandeur est le polystyrène L'épaisseur de la plaquette n'est pas importante tant qu'il y a suffisamment de matière absorbant le rayonne- ment électromagnétique pour provoquer la fusion des corps thermoplasti- ques, et tant que la plaquette est assez épaisse pour pouvoir être mani- pulée dans des conditions satisfaisantes Comme déjà indiqué, l'épaisseur d'environ 0,127 mm ( 0,005 inch) est préférée dans le mrode de réalisation préférentiel qui concerne le procédé de moulage à la cire perdue Les modèles en cire et les toyens d'alimentation devraient être maintenus ensemble sans créer de ontraintes dans les zones de contact pendant les phases de fusion et de solidification afin de former un bourrelet lisse et sans fissures Un assemblage lâche risque de faire fléchir l'une des pièces par rapport à l'autre ou encore de les séparer et alors la pesan- teur peut faire saillir la cire ou encore la faire couler Une méthode avantageuse selon 1 ' invention pour obtenir un ajustement physique correct entre les corps thermcplastiques pendant la formation du joint consiste à réaliser des parties mâles ou femelles complementaires dans les corps thermocplastiques. Comue le montre la figure 1, le tenon ( 4) est une pièce mâle non circu- laire, conique, et la cavité ( 5) est une pièce femelle correspondante. La plaquette ( 3) de la figure 3 peut comporter un trou ( 6) dont le con- tour s'ajuste autour du tenon ( 4) La plaquette ( 3) devrait s'étendre légèrement au-delà du périmètre d'au moins l'un des corps thermoplas- tiques à joindre, tel que le modèle 1 représenté figure 1. D'autres noyens permettant de maintenir la position des corps thermo- plastiques et de la plaquette pendant la formation du joint sans créer de tension viendront à l'esprit de l'homme de métier de compétence moyenne. Après avoir rapproché à proximité immediate les corps thermoplastiques et la plaquette suivant la présente invention, la plaquette et les corps sont soumis à un rayonnement électromagnétique d'une fréquence telle que seule la plaquette l'absorbe de façon importante Le rayonnement provoque un alignement de la structure moléculaire de la matière absorbante avec le champ électrique alternatif, qui entraîne un échauffement rapide de cette matière absorbante dû à la chaleur produite par le frottement des molécules En ce qui concerne les corps thermoplastiques, ils ne sont pas affectés par le rayonnement et par conséquent conservent leur inté- grité Les surfaces de contact complémentaires de ces corps thermoplas- tiques sont cependant chauffées par conduction à partir de la plaquette au-dessus de leur point de fusion Après interruption du rayonnement, les parties fondues des corps thermnplastiques se mélangent et se soli- difient en formant un joint exempt de fissures. On peut utiliser le rayonnement électromagnétique dans une large gamme de fréquence et en particulier un rayonnement de fréquence comprise entre 103 et 1014 Hz On préfère utiliser un rayonnement électromagnétique dans le domaine des microondes L'utilisation des microondes est avantageuse à cause de leur effet sélectif sur beaucoup de matières Les matières non polaires, telles que la cire, l'alumine et la plupart des céramiques ne sont pas affectées par les microondes Les matières polaires telles que l'eau et le graphite sont rapidement chauffées par les microondes. Un équipement standard à microondes opérant à une fréquence comprise entre 915 et 2450 M Hz peut être utilisé pour fournir l'énergie Le temps nécessaire pour réaliser le joint peut varier largement; des joints ont été réalisés avec succès dans des limites de tenps coirprises entre 2 se- condes et 2 minutes Plus est grand le niveau de puissance de la source de microondes et plus est courte la durée de réalisation du joint Dans le cas de modèles d'essais particuliers, toutes les autres variables étant maintenues constantes, le temps de réalisation du joint variait entre environ 45 secondes pour une puissance de 100 W à 4 secondes pour une puissance d'environ 700 W Pour la plupart des applications pratiques, une source de microondes capable de fournir une puissance allant jusqu'à 2,5 k W devrait être convenable Les autres variables qui affectent le temps de réalisation du joint sont la proportion de graphite dans la matière qui constitue la plaquette, le type et la nature des particules de gra- phite, le liant utilisé, l'épaisseur de cette plaquette, l'importance du relief formé par la plaquette au-delà de la périphérie du modèle, les dimensions des moyens d'alimentation qu'il s'agit de joindre, le nombre de modèles à joindre, et la forme de la cavité résonnante à microondes. Suivant un mode de réalisation préféré du procédé de moulage à la cire perdue, la réalisation du joint entre les modèles en cire et les noyens d'alimentation en cire peut être effectuée rapidement en les reliant d'a- bord mécaniquement au moyen d'un tenon d'assemblage conique de façon qu'une mince plaquette polaire soit insérée entre les surfaces d'accou- plement coome le montre la figure 1. Quand un tel assemblage est placé dans un champ de microondes, le joint est réalisé de préférence en moins de 15 secondes La cire des surfaces d'accouplement des modèles et des moyens d'alimentation fond et s'écoule autour et enrobe les bords en relief de la plaquette qui demeure solide et intact-en formant un rebord uni et sans fissures. Après environ 30 secondes, la cire liquéfiée par la plaquette chaude se solidifie à nouveau en formant un joint entre le modèle et les moyens d'alimentation qui atteint sa pleine résistance en quelques minutes sui- vant la configuration de l'assemblage. On a réalisé avec succès des joints entre des modèles et les deux côtés d'une barre d'alimentation comme le montrent les figures 1 à 3 Le pro- cédé suivant la présente invention permet ainsi avantageusement de joindre simultanément un ensemble de corps thermoplastiques Il peut ainsi être utilisé pour joindre un enseemble de moyens d'alimentation aussi bien qu'un moyen d'alimentation unique. On préfère que les plans des parois des surfaces à joindre soient subs- tantiellement parallèles, et orientés pour éviter l'écoulement de la ma- tière thermoplastique liquéfiée Ce problème peut cependant être minimisé par un choix convenable de la matière thermoplastique car certaines de ces matières résistent davantage à l'écoulement que d'autres En tout cas, après avoir de façon appropriée relié mécaniquement tout l'assemblage des corps thermoplastiques, tous les joints peuvent être réalisés en une seule opération avec une seule exposition au rayonnement électromagnétique. Conme les corps thermoplastiques ne sont pas affectés par le rayonnement électromagnétique, celui-ci n'a pas besoin d'être focalisé sur un joint individuel à réaliser, mais peut avec sécurité être dirigé sur l'assem- blage en entier. On obtient grâce à la présente invention, telle qu'elle est décrite de façon générale et mise en oeuvre ici, comparée aux techniques antérieure% une plus grande régularité dans l'obtention de joints satisfaisants ou bien une plus grande vitesse avec des économies significatives de main d'oeuvre. Coane cela est apparu, le procédé peut être aisément automatisé Par exemple, à cause de la vitesse avec laquelle les joints peuvent être réalisés en utilisant le rayonnement électromagnétique, une seule source de rayonnement électromagnétique peut traiter l'ensemble de la production d'une usine. Un convoyeur peut apporter les assemblages provenant d'une pluralité de postes de travail Une presse à découper utilisant des matrices conve- nables peut être utilisée pour découper des plaquettes aux dimensions voulues à partir d'une bande mince enroulée (au même rythme que les assemblages pénètrent dans le champ électromagnétique). Un système automatique peut être utilisé pour contrôler le cycle opé- ratoire, 1 ' intensité du champ et la forme des impulsions, de façon à assurer des performances optimales pour chaque assemrblage. Des ouvriers placés le long du convoyeur peuvent assembler les corps thermoplastiques et les disposer dans la position voulue pour la réali- sation des joints sur un plateau qui n'est pas affecté de façon notable par le rayonnement électromagnétique. Une information codée sur le plateau, ou apportée d'une autre façon, peut être automatiquement introduite dans le système automatique de contr 8 le, de façon à ajuster les conditions de fonctionnement de la source de rayonnement électromagnétique pour chaque assemblage lorsqu'il passe dans le champ électromagnétique. Il est clair pour l'homme de métier que diverses modifications et va- riantes peuvent être apportées au procédé suivant l'invention sans sor- tir du domaine ou de l'esprit de celui-ci. REVENDICATIONS 1 / Procédé de réalisation de joints sans fissures entre des corps thet- soplastiques solides complémentaires adjacents, caractérisé en ce qu'on place une plaquette absorbant le rayonnement électromagnétique entre 1 Un corps thermuplastiques, on rapproche ces corps à proximité immédiate, la plaquette se trouvant entre eux, pour former un assemblage, et on scu Mt l'assemblage à un rayonnement électromagnétique dont la fréquence est telle que la plaquette l'absorbe de façon importante afin de fondre les surfaces thermnplastiques adjacentes et de former un joint entre les corps. 2 / Procédé suivant revendication 1, caractérisé en ce que les corps thermoplastiques ne sont pas affectés de façon notable par le rayonnement électromagnétique incident. 3 / Procédé suivant revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la pla- quette dépasse le périmètre extérieur d'au moins un des corps thermo- plastiques quand ceux-ci se trouvent rapproch& à proximité immédiate, z:-. la plaquette se trouvant entre eux. 4 / Procédé suivant l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la plaquette est combustible. / Procédé suivant revendication 4, caractérisé en ce que la combustion de la plaquette ne laisse pas de cendres. 6 / Procédé suivant revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que la pla- quette comprend une matière carbonée dispersée dans une matière n'ab-' sorbant pas de façon notable le rayonnement électromagnétique. 7 / Procédé suivant l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le rayonnement électromagnétique se trouve dans le domaine des microondes. 8 / Procédé suivant l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'au g Dins l'un des corps thernmoplastiques comprend une cire. 9 / Procédé suivant revendication 8, caractérisé en ce qu'au toins l'un des corps thermoplastiques est un modèle en cire. / Procédé suivant revendication 8 ou 9, caractérisé en ce qu'au toins l'un des corps thermoplastiques est un moyen d'alimentation en cire. 11 / Procédé suivant l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en oe que la plaquette a une épaisseur d'environ 0,127 mn. 12 / Procédé suivant l'une des revendications 10 et 11, caractérisé en ce que la plaquette comprend environ 20 à 30 % en poids de graphite cristallin. 13 / Procédé suivant l'une des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que la plaquette comprend environ 70 à 80 % en poids de polystyrène. 14 / Joint sans fissures réunissant au noins deux corps thernmoplastiques réalisé par fusion au niveau des surfaces d'accouplement de ces corps, caractérisé en ce qu'une plaquette absorbant le rayonnement électrcoagné- tique est insérée entre les surfaces d'accouplement. / Joint sans fissures suivant revendication 14, caractérisé en ce que les bords de la plaquette sont en relief par rapport au périmètre exté- rieur des corps thermoplastiques entre lesquels elle est insérée. 16 / Joint sans fissures suivant revendication 15, caractérisé en ce que les bords en relief de la plaquette sont enrobés par de la matière ther- noplastique solidifiée qui forme un rebord uni et sans fissures. 17 / Joint sans fissures suivant l'une des revendications 14 à 16, ca- ractérisé en ce que l'un au moins des corps thermoplastiques qu'il assem- ble est un modèle en cire. 18 / Joint sans fissures suivant revendication 17, caractérisé en ce qu'il réunit au moins un modèle en cire avec un moyen d'alimentation également en cire. 19 / Application du joint sans fissures suivant l'une des revendications 14 à 18 à la réalisation d'un noule en céramique pour la fabrication d'une pièce en alliage mtallique par le procédé de moulage en cire perdue.