Brevet FR2635995A1 — publié le 19900309

L'invention se rapporte à un procéé de moulage d'objets par coulée d'un matériau dans un moule notamment d'un matériau fondu. L'invention se rapporte également aux moyens pour la mise en oeuvre de ce procédé ainsi qu'aux installations pourvues de ces moyens. Plus particulièrement mais non exclusivement l'invention intéresse le moulage d'objets qui sont traditionnellement coulés en grappe c'est à dire d'objets qui sont constitués dans une pluralité de cavités dites empreintes alimentées par des canaux raccordés à un conduit principal d'amenée du matériau fondu. Pour ce type de fabrication, la masse de matériau qui se solidifie dans les canaux de distribution est souvent voisine, voire largement supérieure à la masse totale des objets obtenus. Ainsi dans la masse de matériau mise en oeuvre pour chaque coulée, une forte proportion l'est pratiquement en pure perte à moins que le matériau solidifié dans les canaux puisse être récupéré pour être refondu, ce qui engendre néanmoins une perte significative de temps et d'énergie. Pour remédier a cet inconvénient, il est connu (FR-A-2.437.901), d'une part, par construction de prévoir dans un moule une pluralité d'empreintes équipées de canaux d'alimentation distincts et débouchant dans un même plan notamment dans la face antérieure du moule et, d'autre part, pour alimenter les empreintes, de placer l'ensemble de canaux en communication avec la surface d'un bain de matériau fondu puis par dépression d'y faire monter ledit matériau jusqu'à remplir les empreintes. Dans ce procédé, le moule doit être maintenu sensiblement au contact du bain jusqu'à solidification du matériau dans les empreintes, ce qui ralentit considérablement les cycles de coulée de ce type. Pour éviter d'avoir à attendre la solidification du matériau dans un moule rempli par dépression, il est connu (FR-A-2.007.747) de fermer l'entrée du canal de remplissage sensiblement à l'issue du remplissage du moule. 2 2635995 Cette disposition permet certes d'évacuer le moule du poste de coulée avant solidification complète du matériau qu'il contient mais, en revanche une certaine quantité de ce matériau reste prisonnière du canal d'alimentation de l'empreinte aussi court qu'il soit. Un résultat que l'invention vise à obtenir est un procédé de moulage qui permet d'évacuer chaque moule du poste de coulée sensiblement à l'issue de son remplissage et d'autre part de réduire considérablement voire même supprimer les pertes de matériau dans les canaux de coulée. A cet effet, l'invention a pour objet un procédé du type précité notamment caractérisé en ce que, avant de fermer l'entrée de chaque canal d'alimentation d'une cavité, à l'aide d'au moins un moyen de fermeture, on commence par fermer la face dite d'attaque de coulée du canal de la cavité considérée puis on chasse le matériau fondu contenu dans ledit canal d'alimentation notamment vers l'extérieur du moule. L'invention a également pour objet les moyens pour la mise en oeuvre du procédé précité. L'invention sera bien comprise à l'aide de la description ci-après faite à titre d'exemple non limitatif en regard du dessin ciannexé qui représente schématiquement: - figure 1: une installation de coulée, - figures 2 à 5: vu en coupe transversale, un moule dans différentes phases de coulée d'un objet, - figures 6 et 7: des variantes de réalisation d'un moule permettant la mise en oeuvre de l'invention. En se reportant au dessin, on voit un moule 1 comportant au moins une cavité 2 dans laquelle un matériau fondu 3 peut être coulé en vue de former après solidification un objet 4. Tel que cela apparait également (figure 1) le moule comporte au moins un canal d'alimentation 5 de la cavité 2 avec le matériau 3, lequel canal débouche dans une cavité 2 par une face 6 dite d'attaque de coulée et plus après simplement dite face d'attaque 6. Evidemment le canal d'alimentation 5 débouche également à l'extérieur du moule par une ouverture d'entrée 7 par exemple située dans la face antérieure 8 du moule, c'est à dire sa face inférieure 8 lorsqu'il est orienté en position d'utilisation. 3 2635995 De manière -connue le moule comporte ces conduits de dégazage 9 de la cavité 2 mais pour simplifier le dessin, un seul de ces conduits 9 a été représenté. Tel que cela apparaît (figures 2 à 5) pour remplir la cavité 2 de matériau fondu, on alimente cette dernière par le canal 5 puis après remplissage on ferme l'entrée 7 dudit canal de manière à retenir le matériau fondu dans la cavité 2 même si ce dernier n'est pas complètement solidifié. Toutefois selon l'invention, de manière caractéristique, avant de fermer l'entrée 7 de chaque canal d'alimentation 5 d'une cavité 2, à l'aide d'au moins un moyen de fermeture, on commence par fermer la face dite d'attaque de coulée 6 du canal de la cavité considérée 2 puis, on chasse le matériau fondu 3 contenu dans ledit canal d'alimentation 5 notamment vers l'extérieur du moule 1. Conformément à l'invention, on ferme chaque face d'attaque de coulée 6 en respectant la géométrie que l'objet moulé 4 doit avoir au niveau de cette face. Suivant l'invention, lors de sa solidification dans la cavité 2, on compense le retrait du matériau fondu 3 et à cet effet: - avant coulée dudit matériau fondu 3 dans chaque cavité précitée, en fonction du volume mis en oeuvre, on estime la valeur de retrait du matériau compte tenu de sa nature et des conditions de coulée telle sa température, - on prévoit au moins indirectement en liaison avec chaque cavité au moins une cavité supplémentaire 20a de volume sensiblement égal à la valeur du retrait estimé et, - lors de la coulée du matériau dans le moule, on remplit la cavité 2 et chaque cavité 20a supplémentaire qui lui est associée puis, au moins après fermeture de l'entrée de chaque canal d'alimentation de ces cavités 2, 20a, on chasse progressivement le matériau fondu contenu dans chaque cavité supplémentaire 2a vers la cavité 2 avec laquelle elle est en liaison et ce notamment en respectant la géométrie et les dimensions de l'objet à former dans la cavité 2. 4 2635995 Dans un mode préféré de mise en oeuvre du procédé de coulée reprenant l'une des caractéristiques précitées, on remplit chaque cavité d'un moule par immersion de cette cavité sous le niveau de la surface 10 d'un bain l1 de matériau fondu mais, le moule pourrait très bien être rempli en utilisant une autre technique. Conformément à l'invention, selon ce principe, pour remplir chaque cavité d'un moule: - on se munit d'au moins un réceptacle 12 comprenant d'une part un fond 13, des parois latérales 14 et une ouverture d'accès 15 à sa partie supérieure 16 et, d'autre part dans son fond 13 au moins un orifice 17 de section sensiblement égale à celle du canal d'alimentation 5 d'un moule 1 puis, - on place le moule considéré sur le fond 13 du réceptacle 12 en mettant en correspondance l'ouverture d'entrée 7 du canal d'alimentation 5 avec l'orifice 17 prévu dans le fond du réceptacle puis, - on immerge au moins partiellement dans le bain de matériau fondu le réceptacle, c'est à dire totalement son fond 13, s'il ne l'est pas déji et, en tout cas, au moins localement ses parois latérales 14, ce sur une profondeur P mesurée à partir de la surface du bain et au moins suffisante pour permettre le remplissage complet de la cavité sous l'effet de la pression du matériau fondu et, - on maintient cette pression de matériau fondu au moins sensiblement jusqu'après avoir fermé toutes les faces d'attaque de coulée du moule considéré. Evidemment après avoir fermé toutes les faces d'attaque de coulée, on fait émerger le réceptacle de manière à annuler la pression du matériau fondu au niveau de l'orifice 17 du fond, ce afin de pouvoir retirer le moule du réceptacle mais de préférence sans toutefois annuler le contact entre la surface au bain et le fond du réceptacle. Ce type d'installation de coulée se prête en outre particulièrement bien à l'automatisation de la coulée. De préférence l'entrée 7 de chaque canal d'alimentation coopère avec l'ouverture prévue dans le fond du réceptacle par un nez (non représenté) assurant l'étanchéité entre le moule et ledit réceptacle. 2635995 Lorsque le moule comporte plusieurs canaux d'alimentation et donc plusieurs entrées 7, le fond du réceptacle comporte autant d'ouvertures agencées selon la même disposition pour permettre le passage du matériau fondu. Les moyens pour la mise en oeuvre de l'invention comprennent principalenent: - au moins un moyen de fermeture 18 de chaque face d'attaque de coulée 6 d'une cavité 2 de moulage et, - au moins un moyen d'expulsion du matériau retenu dans chaque canal d'alimentation considéré ce, après fermeture de la face d'attaque avec laquelle communique ce canal. Selon l'invention le moyen de fermeture 18 de chaque face de coulée est conçu pour assurer sa fonction en respectant la géométrie que l'objet moulé doit avoir au niveau de ladite face. Par exemple si la face d'attaque de coulée est courbe, le moyen de fermeture 18 est à même de générer à une telle forme courbe. Dans une forme de réalisation, d'une part le canal d'alimentation 5 est au moins localement tangent à l'une des faces de l'objet moulé ce, selon une surface d'étendue au moins suffisante pour constituer la face d'attaque de coulée de l'objet et est notamment sensiblement cylindrique et orthogonal à la face antérieure du moule et d'autre part un piston dit primaire 19, 19a coopère avec ce canal de manière coulissante pour, par sa face latérale cylindrique 18, venir fermer la face d'attaque de coulée et par sa face 19b frontale expulser le matériau fondu du canal considéré. Bien que cela ne soit pas représenté, le piston 19, 19 a coopère avec un moyen commandé de verrouillage en toutes positions et en tout cas au moins en position de fermeture de la face d'attaque. Dans une autre forme de réalisation, lorsque l'objet à mouler comporte au moins une broche notamment axiale 19a, d'une part chaque canal d'alimentation 5 est aménagé dans le moule coaxialement à la dite broche 19a de manière à déboucher dans l'une des faces de la cavité au niveau desquelles se raccorde cette broche et, d'autre part chaque broche précitée est montée mobile en translation sur son axe et comporte un nez 19c à même de s'engager dans la canal 5, lequel nez est de section 6 2635995 transversale au moins suffisante pour obturer la face d'attaque de coulée du canal dans la cavité et de longueur au moins suffisante pour, par sa face extrême 19b, chasser le matériau fondu dudit canal. DEgalement l'invention comprend au moins un moyen 20, 20a, b, 20c, 20d de compensation du retrait du matériau fondu lors de sa solidification, lequel moyen comprend d'une part au moins une cavité 20 de volume équivalent à celui de retrait du matériau fondu lors de sa solidification compte tenu du volume de l'objet moulé et, d'autre part au moins un piston secondaire b mu par un moyen moteur 20c et dont la face 20d qui coopère avec le matériau fondu pour en quelque sorte le comprimer dans la cavité 2 à une forme telle qu'elle respecte la géométrie de la face de l'objet qu'elle vient former en partie. Tel que cela est représenté en figure 6, les pistons dits primaires et secondaires peuvent être coaxiaux ou parallèles mais ils peuvent aussi être quelconques. Pour simplifier la compréhension de l'invention, les moules ont été représentés symboliquement et dépourvus de tout moyen non obligatoire pour la mise en oeuvre du procédé, tel les circuits de réchauffage et/ou de refroidissement, les organes de montage et/ou de démontage des parties moulantes du moule, etc... En ce qui concerne l'installation de coulée précitée, elle comprend principalement: - au moins une cuve 21 contenant le bain de matériau fondu, laquelle cuve est ouverte à sa partie supérieure 22, - des moyens de miaintien à température du bain de matériau fondu, - au moins un moyen 23 de déplacement en translation l'un par rapport à l'autre de la cuve et/ou du réceptacle qui doit recevoir le moule de manière à pouvoir immerger au moins partiellement la cavité du moule sous le niveau du bain de matériau. De préférence, l'installation comprend en outre, entre le bord supérieur de la cuve et la paroi latérale du réceptacle, un moyen 24 d'étanchéité notamment en vue de préserver la surface du bain de matériau du contact avec l'ambiance de l'installation. 7 2635995 Evidemment l'environnement des installations n'est pas représenté mais on conçoit que ce type d'installation se prête particulièrement à l'automatisation des opérations de coulée. 8 2635995 REVENDICATIONS I. Procédé de moulage d'oDjets (4) par coulée d'un matériau fondu (3) dans la cavité d'un moule (1), lequel moule comporte au moins un canal d'alimentation (5) de la cavité par une face dite d'attaque de coulée (6) et ce depuis l'une des faces du moule notamment sa face antérieure (8) dans laquelle il débouche par une ouverture d'entrée (7), selon lequel procédé à l'issue du remplissage de la cavité avec du matériau fondu, on ferme l'entrée du canal d'alimentation, ce procédé étant CARACTERISE en ce que, avant de fermer l'entrée (7) de chaque canal d alimentation (5) d'une cavité (2), à l'aide d'au moins un moyen de fermeture, on commence par fermer la face dite d'attaque de coulée (6) du canal de la cavité considérée (2) puis, on chasse le matériau fondu (3) contenu dans ledit canal d'alimentation (5) notamment vers l'extérieur du moule (1). 2. Procédé selon la revendication I CARACTERISE en ce que lors de sa solidification dans la cavité (2), on compense le retrait du matériau fondu (3) et à cet effet: - avant coulée dudit matériau fondu (3) dans chaque cavité précitée, en fonction du volume mis en oeuvre, on estime la valeur de retrait du matériau compte tenu de sa nature et des conditions de coulée telle sa température, - on prévoit au moins indirectement en liaison avec chaque cavité au moins une cavité supplémentaire (20a) de volume sensiblement égal à la valeur du retrait estimé et, - lors de la coulée du matériau dans le moule, on remplit la cavité (2) et chaque cavité (20a) supplémentaire qui lui est a associée puis, - au moins après fermeture de l'entrée de chaque canal d'alimentation de ces caVités (2, 20a), on chasse progressivement le matériau fondu contenu dans chaque cavité supplémentaire (20a) vers la cavité (2) avec laquelle elle est en liaison et ce notamment en respectant la géométrie et les dimensions de l'objet à former dans la cavité (2). 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2 CARACTERISE en ce qu'on ferme chaque face d'attaque de coulée (6) en respectant la géométrie que l'objet moulé (4) doit avoir au niveau de cette face. 9 2635995 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 CARACTERISE en ce que pour remplir chaque cavité d'un moule: - on se munit d'au moins un réceptacle (12) comprenant d'une part un fond (13), des parois latérales (14) et une ouverture d'accès (15) à sa partie supérieure (16) et, d'autre part dans son fond (13) au moins un orifice (17) de section sensiblement égale à celle du canal d'alimentation (5) d'un moule (1) puis, - on place le moule considéré sur le fond (1.3) du réceptacle (12) en mettant en correspondance l'ouverture d'entrée (7) du canal d'alimentation (5) avec l'orifice (17) prévu dans le fond du réceptacle puis, - on immerge au moins partiellement dans le bain de matériau fondu le réceptacle, c'est à dire totalement son fond (13), s'il ne l'est pas déjà, et, en tout cas, au moins localement ses parois latérales (14), ce sur une profondeur (P) mesurée à partir de la surface du bain au moins suffisante pour permettre le remplissage complet de la cavité sous l'effet de la pression du matériau fondu et, - on maintient cette pression de matériau fondu au moins sensiblement jusqu'après avoir fermé toutes les faces d'attaque de coulée du moule considéré. 5. Moyens pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications 1 à 4 CARACTERISES en ce qu'ils comprennent: - au moins un moyen de fermeture (18) de chaque face d'attaque de coulée 6 d'une cavité (2) de moulage et, - au moins un moyen d'expulsion de matériau de chaque canal d'alimentation considéré ce, après fermeture de la face d'attaque avec laquelle communique ce canal. 6. Moyens pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 2 CARACTERISES en ce qu'ils comprennent au moins un moyen (20, 20a, 20b, 20c, 20d) de compensation du retrait du matériau fondu lors de sa solidification, lequel moyen comprend d'une part au moins une cavité (20a) de volume équivalent à celui de retrait du matériau fondu lors de sa solidification compte tenu du volume de l'objet moulé et, d'autre part au moins un piston secondaire (20b) mu par un moyen moteur (20c) et dont la face (20d) qui coopère avec le matériau fondu pour en quelque 263599-5 sorte le comprimer dans la cavité (2) à une forme telle qu'elle respecte la géométrie de la face de l'objet qu'elle vient former en partie. 7. Moyens pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 5 CARACTERISES en ce que d'une part le canal d'alimentation (5) est au moins localement tangent à l'une des faces de l'objet moulé ce, selon une surface d'étendue au moins suffisante pour constituer la face d'attaque de coulée de l'objet et est notamment sensiblement cylindrique et orthogonal à la face antérieure du moule et d'autre part un piston dit primaire 19, 19a coopère avec ce canal de manière coulissante pour, par sa face latérale cylindrique (18), venir fermer la face d'attaque de coulée et par sa face (19a) frontale expulser le matériau fondu du canal considéré. 8. Moyens pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 5 CARACTERISES en ce que lorsque l'objet à mouler comporte au moins une broche notamment axiale (19a), d'une part chaque canal d'alimentation (5) est aménagé dans le moule coaxialement à la dite broche (19a) de manière à déboucher dans l'une des faces de la cavité au niveau desquelles se raccorde cette broche et, d'autre part chaque broche précitée est montée mobile en translation sur son axe et comporte un nez (19c) à même de s'engager dans la canal (5), lequel nez est de section transversale au moins suffisante pour obturer la face d'attaque de coulée du canal dans la cavité et de longueur au moins suffisante pour, par sa face extrême (19b), chasser le matériau fondu dudit canal. 9. Installation de coulée pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications 1 à 4 CARACTERISEE en ce qu'elle comprend: - au moins une cuve (21) contenant le bain de matériau fondu, laquelle cuve est ouverte à sa partie supérieure (22), - des moyens de maintien à température du bain de matériau fondu, - au moins un moyen (23) de déplacement en translation l'un par rapport à l'autre de la cuve et/ou du réceptacle qui doit recevoir le moule de manière à pouvoir immerger au moins partiellement la cavité du moule sous le niveau du bain de matériau, l 2635995 10. Installation selon la revendication 9 CARACTERISEE en ce qu'elle comprend en outre, entre le bord supérieur de la cuve et la paroi latérale du réceptacle, un moyen (24) d'étanchéité notamment en vue de préserver la surface du bain de matériau du contact avec l'ambiance de l'installation.