Brevet FR2648373A1 — publié le 19901221

La présente invention concerne un pot de fonderie destiné à être incorporé à un moule de fonderie pour former une réserve de métal liquide au-dessus de certaines parties d'une pièce à couler dans ledit moule. La présente invention vise également un procédé pour la fabrication d'un tel pot de fonderie. On connaît de nombreux pots de fonderie du type précité. On sait que ces pots doivent, d'une manière générale, présenter une résistance mécanique suffisante pour être capables de supporter les contraintes liées à la réalisation et au serrage du moule et à la coulée du métal on compacte en général du sable de fonderie autour des pots d'un moule pour tenir ces pots en place dans le châssis pendant la coulée du métal : ce compactage peut se faire par damage manuel ou mécanique au moyen d'un outil par exemple pneumatique, ou par projection du sable à grande vitesse au moyen d'un canon à air comprimé. Tous ces procédés entraînent des chocs et des forces de compression qui sont transmis aux pots, et auxquels les parois de ceux-ci doivent résister. On sait par ailleurs que le pot doit pouvoir abreuver en métal liquide le coeur de la partie correspondante de la pièce moulée pendant un certain temps pour compenser le retrait de sclidification du métal de cette partie. I1 faut donc dimensionner le pot de manière qu'il reste à l'intérieur de celui-ci du métal liquide pendant le temps prévu même si du métal se solidifie contre les parois du pot du fait d'un coefficient d'isolation thermique insuffisant de celles-ci. Ceci oblige donc à augmenter les dimensions du pot, et donc l'épaisseur des parois de celuici, ainsi que la quantité de étal fondu perdue dans le pot. Il est ainsi connu d'utiliser des pots de fonderie réalisés en un matériau relativement isolant et présentant une résistance mécanique suffisante. I1 est également connu de réaliser des pots de ce type dont les parois comportent deux couches, une couche exothermique intérieure et une couche relativement isolante extérieure. Ces pots peuvent être également réalisés, par exemple, par le procédé dit procédé CRONING, à partir de grains réfractaires, notamment de sable, préenrobés d'une résine dans un mélangeur chauffé à une température de l'ordre de 1200C qui peut varier en fonction de la nature de la résine. On forme les pots dans un moule chauffant dans lequel on introduit les grains préenrobés et un durcisseur : la résine entourant les grains s'écoule et donne à de tels édifices une surface très dure après cuisson de ceux-ci vers 1800C dans un four ou dans leurs propres moules chauffants. Les pots de fonderie réalisés selon l'un ou l'autre de ces deux procédés sont chers et présentent un mauvais coefficient d'isolation thermique : on est obligé de donner aux parois de ces pots une épaisseur relativement importante, par exemple de 15 à 30 mm environ, pour réduire la conductivité thermique de celles-ci. Les caractéristiques mécaniques de ces pots sont telles que ceux-ci supportent parfaitement les contraintes dues aux conditions de leur utilisation. On cornait par ailleurs des pots de fonderie réalisés en une matière fibreuse isolante ou exothermique et isolante. Ces pots résistent très mal aux contraintes dues aux conditions de leur utilisation lors de la fabrication et du serrage du moule, et cassent. Il n'est donc pratiquement pas possible de les utiliser. Enfin le pot de fonderie devant être d'une manière générale très peu onéreux pour ne pas grever le prix de revient de la pièce moulée, l'homme du métier est dissuadé de rechercher pour celui-ci une structure plus complexe quelconque dont il sait que le premier effet est d'augmenter sensiblement le prix de revient, du seul fait de l'augmentation du nombre des opérations et manipulations. La présente invention a pour but de remédier aux inconvénients des pots de fonderie connus et de proposer un pot de fonderie très simple à réaliser et à utiliser, très économique, perfectionné, dont les parois présentent un excellent coefficient d'isolation thermique et en même temps une résistance mécanique suffisante pour supporter les contraintes d'utilisation. La présente invention a également pour but de proposer un procédé pour fabriquer un pot de fonderie conforme à l'invention. Suivant l'invention, le pot de fonderie du type précité est caractérisé en ce qu'il comporte une couche intérieure formée de fibres, et/ou de grains réfractaires liés entre eux par un liant, cette couche intérieure présentant une bonne porosité et un bon coefficient d'isolation thermique, et une couche extérieure contiguë à la première et formée de grains de matières réfractaires fortement liés entre eux par un liant, cette deuxième couche donnant audit pot la résistance mécanique nécessaire pour résister aux contraintes liées à la réalisation et au serrage du moule et à la coulée du métal, et ayant une épaisseur relativement faible. En allant contre l'enseignement précité de la technique antérieure connue, selon lequel les parois en matière fibreuse cassent et il faut des parois d'une épaisseur importante de grains réfractaires, la demanderesse a constaté qu'il suffit d'une couche extérieure de faible épaisseur de grains réfractaires liés fortement entre eux par un liant autour d'une première couche intérieure isolante formée de fibres et/ou de grains pour obtenir un pot de fonderie présentant des caractéristiques mécaniques suffisantes pour supporter les contraintes dues aux conditions de son utilisation tout en présentant un bon coefficient d'isolation thermique et en étant peu cher. La résistance de la couche intérieure, bien qu'insuffisante en elle-même, n'étant pas négligeable, il suffit d'une couche extérieure de faible épaisseur pour obtenir un pot ayant la résistance mécanique nécessaire. Un tel pot présente de plus un bon coefficient d'isolation thermique, si bien que le métal y reste plus longtemps liquide que dans un pot conventionnel. Ceci permet, pour une quantité de métal liquide disponible donnée, de prévoir un pot conforme à l'invention sensiblement plus petit que le pot conventionnel nécessaire correspondant : du fait de ses dimensions plus petites, le pot conforme à l'invention peut encore avoir des parois de plus faible épaisseur, et le volume de métal perdu par solidification dans le pot se trouve très sensiblement réduit par rapport au pot conventionnel initial. On voit ainsi que le pot conforme à l'invention est économique tant pour ce qui concerne sa fabrication que pour ce qui concerne son utilisation. Suivant un autre aspect de l'invention, le procédé pour réaliser un pot de fonderie conforme à l'invention est caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes a) on forme une couche intérieure formée de fibres et/ou grains réfractaires liés par un liant, cette couche présentant une bonne porosité et un bon coefficient d'isolation thermique, b) on place cette première couche dans un moule, et on forme dans le moule, à l'extérieur de la première couche, une seconde couche formée de grains réfractaires fortement liés entre eux par un liant minéral ou organique, c) on traite le pot ainsi formé de facon que le liant de la seconde couche fasse sa prise et que la seconde couche prenne sa résistance mécanique. D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront encore dans la description ci-apres. Aux dessin annexés, cornuniqués à titre d'exemples non limitatifs - la figure 1 est une vue schématique en coupe transversale d'un moule de roue dans lequel on vient de couler du métal liquide, ce moule comportant plusieurs pots de fonderie conformes à l'invention - la figure 2 est une vue agrandie en coupe d'un détail de la figure 1 - la figure 3 est une vue en coupe d'un pot de fonderie conforme à l'invention ; - la figure 4 est une vue semblable à la figure 3 d'un autre pot de fonderie conforme à l'invention - la figure 5 est une vue semblable à la figure 3 d'un autre pot de fonderie conforme à l'invention - la figure 6 est une vue semblable à la figure 5 d'un autre pot de fonderie conforme à l'invention. Dans la réalisation représentée à la figure 1, un moule 1 fixé dans un châssis 2 a été rempli de métal liquide venant d'une poche de coulée 3 par l'intermédiaire d'un entonnoir d'alimentation 4 et d'une goulotte d'alimentation 5. La pièce 6 qui vient d'être coulée est par exemple une roue. Dans le plan de coupe sont placés, comme représenté, deux pots de fonderie conformes à l'invention, un manchon 7 et une masselotte sphérique 8 : ces pots, remplis de métal liquide, servent de façon connue à abreuver en métal liquide, pour compenser le retrait de solidification du métal, des points particulièrement importants de la pièce coulée 6, à savoir respectivement au moins un point de la périphérie et l'axe central de la roue. Ces pots ont de manière connue une forme cylindrique, tronconique ou sensiblement sphérique. De part et d'autre du moule 1 et des pots de fonderie 7, 8, du sable 9 a été damé par des moyens connus, par exemple une dame pneumatique schématisée en 10 à la figure, ou a été projeté à grande vitesse au moyen d'une tête de tir d'un canon à air comprimé (non représenté). Dans la réalisation des figures 2 à 5, -suivant l'invention, et quelle que soit leur forme extérieure, les pots 7, 8 comportent chacun une couche intérieure 11 formée de fibres et/ou de grains réfractaires liés entre eux par un liant, cette couche intérieure présentant une bonne porosité et un bon coefficient d'isolation thermique, et une couche extérieure 12 contiguë à la première et formée de grains de matières réfractaires fortement liés entre eux par un liant, cette deuxième couche 12 donnant audit pot 7, 8 la résistance mécanique nécessaire pour résister aux contraintes liées à la réalisation et au serrage du moule 1 et à la coulée du métal dans celui-ci. Dans la réalisation de la figure 6, le pot 7 comporte une couche intérieure 11 qui comprend une première sous-couche intérieure exothermique 13 et une seconde souscouche isolante 14 placée entre la sous-couche intérieure exothermique 13 et la couche extérieure résistante 12. La couche intérieure 11 peut également être, de façon connue, isolante et/ou exothermique. De manière habituelle, le pot 7, 8 est en général relié à l'intérieur du moule par un tronçon de section réduite : ainsi, lorsque la coulée est terminée et que le métal s'est refroidi et solidifié, on peut casser d'un coup de marteau sec, au droit de ces tronçons de section réduite, les excroissances de métal provenant du métal solidifié à l'intérieur des pots 7, 8. Ainsi, la masselotte sphérique 8 représentée à la figure 2 est percée à sa partie inférieure d'un orifice 15 formant canal qui constituera après la coulée le tronçon de striction ou de coupe. Dans la réalisation des figures 3 et 6, le pot 7 présente une base de section élargie qui doit être fixée, par exemple par collage, sur une galette de striction d'un type quelconque connu (non représentée). Dans la réalisation de la figure 4, la base 16 est d'une seule pièce avec le moule 7 et fait office de galette de striction ; elle est percée d'un orifice qui comprend un tronçon 17 de section minimale qui débouche dans un tronçon 18 s'évasant en tronc de cône : la striction ou coupe du métal interviendra au niveau du premier tronçon 17. Dans la réalisation de la figure 5, be pot 7 est fixé, par exemple par collage, à une galette de striction 19 comportant un orifice 20 de section tronconique s'évasant vers le haut. La striction se produira au droit de la partie de plus faible diamètre. On sait réaliser une couche intérieure 11 ayant une porosité élevée et donc un coefficient d'isolation thermique élevé, formée de fibres et/ou de grains liés par un liant: on peut réaliser une telle couche, par exemple, sur un filtre par décantation ou aspiration ou filtration d'une boue contenant les fibres et/ou les grains et ie liant. Une telle couche peut également être formée de grains seuls agglomérés de manière précaire. Selon le procédé de l'invention, on place cette première couche 11 dans un moule (non représenté) et on forme dans le moule, à l'extérieur de la première couche 11, une seconde couche 12 formée de grains réfractaires fortement liés entre eux par un liant minéral ou organique. La seconde couche 12 peut avoir par exemple la composition suivante grains réfractaires 0 à 100 % eau 0 à 10 % liant minéral ou organique 0 à 8 % accélérateur de prise Q à 2 % lubrifiant 0 à 1 % tensio-actif 0 à 0,5 % Les grains réfractaires peuvent être des grains de sable préenrobés d'un liant, le pot étant traité d'une manière adaptée à la nature du liant de façon que ce liant fasse sa prise et que la seconde couche 12 prenne sa résistance mécanique. On peut ainsi, par exemple forer la seconde couche 12 par gélification au gaz carbonique de grains réfractaires préenrobés de silicate. On peut également, en variante, former la seconde couche 12 par cuisson dans un four ou un moule chauffant de grains réfractaires préenrobés d'une résine auxquels on a mélangé un durcisseur, c'est-à-dire par le procédé dit procédé CRONING. On peut bien entendu utiliser n'importante quel type de liant minéral ou organique connu, à prise chimique ou hydraulique, adapté à la nature des grains à lier. On peut également, en cas de besoin, étuver le pot ainsi obtenu pour éliminer toute l'eau d'humidification de l'une quelconque des couches. Etant donné qu'il suffit de donner à la couche extérieure une épaisseur de quelques millimètres pour obtenir la résistance mécanique recherchée, le pot conforme à l'invention reste très économique malgré la nécessité de former deux couches l'une sur l'autre. Du fait de l'excellent coefficient d'isolation thermique de la couche intérieure, le métal contenu dans le pot reste liquide sensiblement plus longtemps que dans un pot conventionnel. Le pot conforme à l'invention peut donc, pour assurer une quantité de métal liquide donnée disponible pour abreuver le moule, être plus petit que ledit moule conventionnel : il peut, de ce fait, mieux résister aux contraintes liées aux conditions de sa réalisation et de son serrage, et par conséquent avoir des parois moins épaisses. Par ailleurs, étant donné que la couche extérieure 12 est anise en forme dans un roule, il est aisé de lui donner des dimensions extérieures prédéterminées très précises, ce qui peut être très utile si plusieurs pots doivent être ris en place très près l'un de l'autre. Il est également possible de donner à sa surface extérieure une forme précise quelconque, et notamment de prévoir des saillies ou irrégularités périphériques telles que les excroissances radiales 21 représentées à la figure 6, pour faciliter l'ancrage du pot de fonderie sur le moule et dans le chassis. Le pot de fonderie de l'invention est donc économique, et son utilisation entraîne par ailleurs une économie sur la quantité de métal coulé perdue par solidification dans les pots. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation que l'on vient de décrire, et on peut apporter à celui-ci de nombreux changements et modifications sans sortir du domaine de l'invention. REVENDICATIONS 1. Pot de fonderie (7, 8) destiné à être incorpore à un moule de fonderie (1) pour former une réserve de métal liquide au-dessus de certaines parties d'une pièce (6) à couler, caractérisé en ce qu'il comporte une couche intérieure (11) formée de fibres et/ou de grains réfractaires liés entre eux par un liant, cette couche intérieure présentant une bonne porosité et un bon coefficient d'isolation thermique, et une couche exterieure (12) contiguë à la première et formée de grains de matières réfractaires fortement liés entre eux par un liant, cette deuxième couche (12) donnant audit pot (7, 8) la résistance mécanique nécessaire pour résister aux contraintes liées à la réalisation et au serrage du moule (1) et à la coulée du métal, et,ayant une épaisseur relativement faible. 2. Pot de fonderie conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que la couche intérieure (11) est isolante. 3. Pot de fonderie conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que la couche intérieure (11) est isolante et exothermique. 4. Pot de fonderie conforte à la revendication 1, caractérisé en ce que la couche intérieure (11) comprend une première sous-couche intérieure exothermique (13) et une seconde sous-couche isolante (14) placée entre la sous-couche intérieure exothermique (13) et la couche extérieure résistante (12). 5. Pot de fonderie conforme à l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la couche extérieure (12) a la composition suivante grains réfractaires 0 à 100 % eau 0 à 10 % liant minéral ou organique 0 à 8 % accélérateur de prise 0 à 2 % lubrifiant 0 à 1 % tensio-actif 0 à 0,5 % 6. Pot de fonderie conforme à l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il présente sur sa surface extérieure des moyens (21) pour faciliter son ancrage sur le moule (1). 7. Procédé pour réaliser un pot de fonderie (7, 8) conforme à l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes a) on forme une couche intérieure (11) formée de fibres et/ou grains réfractaires liés par un liant, cette couche (11) présentant une bonne porosité et un bon coefficient d'isolation thermique ; b) on place cette première couche (11! dans un moule, et on forme dans le moule, à l'extérieur de la première couche (11), une seconde couche (12) formée de grains réfractaires fortement liés entre eux par un liant minéral ou organique c) on traite le pot (7, 8) ainsi formé de façon que le liant de la seconde couche (12) fasse sa prise et que la seconde couche tel2) prenne sa résistance mécanique d) éventuellement on étuve le pot (7, 8) pour éliminer toute l'eau d'humidification. 8. Procédé conforme à la revendication 7, caractérisé en ce que l'on forme la couche intérieure (11) sur un filtre, par décantation, filtration ou aspiration d'une boue. 9. Procédé conforme à l'une des revendications 7 ou 8, caractérisé en ce que l'cn forme la seconde couche (12) par gélification au gaz carbonique de grains réfractaires préenrobés de silicate. 10. Procédé conforme à l'une des revendications 7 ou 8, caractérisé en ce que l'or. forme la seconde couche (12) par cuisson, dans un four ou un moule chauffant, de grains réfractaires préenrobés d'une résine auxquels on a mélangé un durcisseur.