Brevet FR2566687A1 — publié le 19860103

"DISPOSITIF DE FABRICATION DE MOULES OU DE NOYAUX DE MOULAGE CONTGELES" La présente invention est relative à un dispositif de fabrication de mroules ou de noyaux de mroulage en particules humidifiées et congelées, du type comprenant une cavité de réception des particules pourvue d'au moins une paroi de formage, et des moyens d'insufflation d'un fluide réfrigérant dans ladite cavité à travers cette paroi. La demanderesse a proposé le principe de base d'un dispositif de ce type dans la demande de brevet français n 81.19.038. Dans ce dispositif connu, la paroi de formage est une paroi mince poreuse, ce qui ne donne pas entièrement satisfaction du point de vue des cadences de o10 production, de l'état de surface des moules ou des noyaux réalisés et des propriétés mécaniques de ces objets. L'invention a pour but de fournir un dispositif capable de réaliser en un temps très court des moules ou des noyaux ayant un excellent état de surface, une bonne stabilité de forme et des propriétés mécaniques élevées et homogènes, afin de pouvoir être utilisé dans des installations automatiques produisant des pièces moulées en grande série. A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif du type précité, caractérisé en ce que la paroi de formage est constituée par une surface d'un bloc massif réalisé en une matière thermiquement conduc- trice. Dans un mode de réalisation préféré, le bloc est percé d'une multitude d'orifices qui s'étendent entre ladite paroi et une surface opposée du bloc qui délimite, en service, une chambre d'amenée du fluide réfrigérant. Ceci permet d'adapter le gazage en chaque point à la configuration du moule ou du noyau en faisant en sorte que la densité d'orifices en un emplacement quelconque de ladite paroi soit à peu près proportionnelle à l'épaisseur de particules à congeler au droit de cet ermplacement. Un exemple de réalisation de l'invention va maintenant être décrit en regard du dessin annexé, dont la figure unique représente en coupe longitudinale un dispositif de fabrication de demi-moules en sable conforme à l'invention. Le dispositif représenté au dessin est destiné à la fabrication de demimoules en sable congelés. Il est constitué essentiellement de trois parties rigides: une boite de gazage 1, un châssis 2 et une tête 3 de récupération des gaz. La boite de gazage 1 est fixe, de forme parallélépipédique, ouverte vers le haut. Cette boîte est pourvue dans une paroi latérale d'une conduite 3 thermiquement isolée équipée d'une vanne 4 pour l'amenée d'un fluide réfrigérant, et, dans la paroi latérale opposée, d'une conduite d'évent 5 équipée d'une vanne 6. Le fluide réfrigérant est un fluide cryogénique tel que de l'azote gazeux se trouvant aux environs de la température de congélation désirée (par exemple de l'ordre de -100 C), ou de l'air comprimé ou un autre gaz approprié refroidi à une température du même ordre par échange de chaleur, par exemple avec de l'azote liquide. Le châssis 2, ouvert à ses deux extrémités supérieure et inférieure, a la mêne section horizontale rectangulaire que la boite de gazage 1. Cama cette dernière, il est thennrmiquement isolé. Dans sa partie inférieure est fixé un bloc massif 7 en aluminium formant plaque-midèle et percé d'une mnultitude d'orifices verticaux 8. La face inférieure du bloc 7 est plane et horizontale et affleure la tranche d'extrémité inférieure du châssis 2, tandis que sa face supérieure 9 constitue la paroi de formage des demi-moules à réaliser. Ainsi, le bloc 7 a une épaisseur variable en fonction de la forme que l'on désire donner à ces demi-moules. Chaque orifice 8 traverse le bloc 7 de la face inférieure à la face supérieure de celui-ci. A son débouché supérieur, il est pourvu d'un fitre 10 de retenue du sable. En chaque emplacement de la paroi 9, la densité d'orifices 8 par unité de surface de cette paroi est sensiblement proportionnelle à l'épaisseur de sable qui surmnte cet emplacement pendant I'opération de congélation, qui sera décrite plus loin. Cette proportionnalité peut toutefois être corrigée localement pour tenir compte d'autres facteurs tels que la proximité du châssis 2, le but visé étant d'obtenir au plus tard en fin de congélation une surface isotherme sensiblement horizontale au sommet de la motte de sable congelée malgré la forme non plane de la paroi 9. La tête 3 de réception des gaz est un caisson parallélépipé- dique thermiquement isolé dont la section horizontale est la nme que celle du chaâssis 2. Sa face inférieure est percée d'une série d'ouver- tures 11 équipées chacune d'un filtre 12 de retenue du sable, et ses parois latérales comportent des ouvertures 13 d'évacuation de gaz. Le dispositif ainsi décrit fonctionne de la façon suivante. La vanne 4 étant fermée et la vanne 6 ouverte, le châssis 2 portant le bloc 7 est mis en place sur la botte de gazage 1, en délimitant avec- celle-ci une chambre 14 d'amenée du fluide réfrig6rxnt. Pour des raisons qui apparaîtront plus loin, le bloc 7 est froid, c'est-àdire qu'il se trouve à une température très inférieure à 0 C. La tête 3 est maintenue à une certaine distance du châassis 2. On "tire" alors la masse de sable à congeler, préalablement humidifiée, dans le châssis 2 en appliquant sur celui-ci une tête de tir (non représentée) de façon classique. La conduite d'évent 5 permet au gaz de soufflage et à l'air contenu dans le châssis 2 de s'échapper pendant cette opération de tir. Lorsque la cavité délimitée par le châssis 2 et la paroi 9 est empli, on retire la tête de tir, on ferme la vanne 6 et on met en place la tête 3 sur le châssis, comme représenté au dessin. L'ensemble est pressé verticalement par des vérins non représentés, et l'étanchéité entre les trois parties 1, 2 et 3 du dispositif est assurée par deux joints périphériques 15. Ensuite, on ouvre la vanne 4, de sorte que le fluide réfrigérant emplit la chambre 14, traverse les orifices 8 du bloc 7, traverse la masse de sable 16 en lui cédant ses frigories et s'évacue par les ouvertures 11 et 13 de la tête 3. La congélation du sable s'effectue et, lorsque sa température désirée (par exemple -100 C) est atteinte, on ferme la vanne 4 et on procède au démoulage de la motte de sable congelée. Pour cela, la tête 3 est soulevée, le châssis est sorti horizontalement du dispositif, et la motte congelée est poussée vers le haut hors de ce châssis par des tiges d'éjection (non représentées) qui traversent des passages correspondants prévus dans la plaque-modèle que constitue le bloc 7. Camme la paroi de formage 9 est prévue sur un bloc massif 7 constitué d'un métal bon conducteur de la chaleur, ce bloc possède une importante inertie thermique, de sorte qu'il reste froid entre la fin d'une opération de congélation et le début du tir de sable suivant. Ainsi, la paroi 9 est à même de fournir au sable une quantité de frigories suffisantes pour que celui-ci commence immédiatement à se congeler dès qu'il arrive à son contact. De cette manière, au cours du tir, il se forme presque instantanément une croûte de sable congelée qui permet à la masse de sable de supporter facilement l'effort mécanique di 2566687 - à la pression de gaz. A l'expérience, cette crotte congelée s'est révélée très favorable à l'obtention d'un bon état de surface et d'une bonne stabilité de forme des objets réalisés. De plus, on a constaté qu'il était possible de choisir la disposition, la densité et la section de passage des orifices 8 du bloc 7, en fonction de la géométrie de la face 9, de l'épaisseur de la motte à congeler et de la durée du refroidissement désirée, de façon à obtenir un refroidissement rapide et hcmogène du sable conduisant à son tour à de bonnes propriétés mécaniques des objets réalisés. Pour éviter tout marquage du sable à l'emplacment des orifices 8, ainsi que tout déplacement d'ensemble de la croûte initialement congelée, il s'est révélé avantageux de faire croître progressivement la pression d'insufflation du gaz réfrigérant au début de la phase de congé- lation, ce grâce à des moyens de commande appropriés non représentés. Il est également à noter que la boîte de gazage fixe 1 peut être alimentée en gaz froid par une canalisation 3 rigide située à l'arrière de la machine, tandis qu'aucune pièce mobile du dispositif ne nécessite de liaison avec une conduite thermiquement isolée. Ceci est très favorable tant du point de vue de la construction du dispositif que de celui de son implantation dans une installation de noulage, notamment de fonderie. A titre d'exemple numérique, on a utilisé un bloc massif 7 en aluminium ayant une épaisseur variant entre 1,5 et 3,5 cm et coEmportant à 110 orifices 8 par mètre carré, avec une section de passage total des orifices de 8 à 10 om2/m2, et 0,75 à 1 Nm3 d'air froid par kilogramme de sable à refroidir. On a pu ainsi congeler en moins de 30 secondes des mottes de sable de 5 can d'épaisseur et obtenir les avantages indiqués plus haut (propriétés mécaniques, stabilité de forme, état de surface). On comprend que le dispositif suivant l'invention peut être facilement adapté à la réalisation simultanée de deux demi-mules ou à la fabrication de noyaux de moulage, et que le sable peut être remplacé par tout autre type de matière en particules convenant à de telles applications. REVENDICATIONS 1. - Dispositif de fabrication de moules ou de noyaux de moulage en particules humidifiées et congelées, du type comprenant une cavité de réception des particules pourvue d'au moins une paroi de formage (9), et des moyens (3, 14) d'insufflation d'un fluide réfrigérant dans ladite cavité à travers cette paroi, caractérisé en ce que la paroi de formage (9) est constituée par une surface d'un bloc massif (7) réalisé en une matière thermiquement conductrice. 2. - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le bloc (7) est percé d'une multitude d'orifices (8) qui s'étendent entre ladite paroi (9) et une surface opposée du bloc qui délimite, en service, une chambre (14) d'amenée du fluide réfrigérant. 3. - Dispositif suivant la revendication 2, caractérisé en ce que chaque orifice (8) est équipé d'un filtre (10) à son débouché sur ladite paroi (9). 4. - Dispositif selon l'une des revendications 2 et 3, caracté- risé en ce que la densité d'orifices (8) en un emplacement quelconque de ladite paroi (9) est à peu près proportionnelle à l'épaisseur de parti- cules (16) à congeler au droit de cet emplacement. 5. - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le bloc (7) est en aluminium. 6. - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à , caractérisé en ce que le bloc (7) est entouré d'un chassis (2) thermiquement isolé qui délimite la périphérie de ladite cavité, ce châassis pouvant t'appliquer à joint étanche (15) d'une part sur l'ouverture d'une boîte de gazage (1) thermiquement isolée pourvue d'une entrée (3) de fluide réfrigérant et d'un évent (5), et d'autre part sur une tête (3) de réception des gaz adaptée pour fermer ladite cavité. 7. - Dispositif suivant la revendication 6, caractérisé en ce que la paroi de la tête (3) de réception des gaz adjacente au châssis (2) comporte une série d'ouvertures (11) équipées chacune d'un filtre (12). 8. - Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour faire croître progressivement la pression d'insufflation du fluide réfrigérant.