Brevet FR2680125A1 — publié le 19930212

La présente invention se rapporte à un procédé et à un dispositif de moulage, notamment pour la réalisation de pièces de fonderie. On connait depuis longtemps des dispositifs de moulage comportant un moule constitué par une coquille externe rigide, par exemple en métal, avec un logement de forme correspondant généralement à celle de la pièce à réaliser, et dans lequel est logée une carapace en sable dont la partie interne définit une cavité de moulage de profil identique à celui de la pièce. Autrement dit, le logement ménagé dans la coquille est recouvert par une couche peu épaisse de sable solidifié constituant la carapace, qui est changée à chaque coulée. Cependant, la coulée dans un tel moule d'un matériau en fusion comme une fonte à une température de l'ordre de 14000C, provoque le chauffage de la coquille à une température d'environ 3000C, de sorte qu'on utilise des carapaces en sable à prise à chaud se solidifiant sous l'effet de l'énergie emmagasinée dans la coquille, pour ne pas avoir à attendre le refroidissement complet de cette dernière. Lors du lancement d'une série de coulées, l'emploi de sable à prise à chaud oblige à préchauffer la coquille pour la solidification du sable de la première carapace, ce qui diminue le rendement et augmente la consommation d'énergie du dispositif. Aussi, l'invention a pour but de pallier les inconvénients expliqués plus haut de l'art antérieur, ainsi que d'autres. A cet effet, l'invention a tout d'abord pour objet un procédé de moulage pour la réalisation d'une pièce, notamment dans un moule de fonderie, du type consistant à (a) - disposer au moins un modèle de la pièce à mouler dans au moins un logement réalisé à l'intérieur d'une coquille rigide du moule, le logement ayant une forme correspondant généralement à celle de la pièce et ménageant un espace entre le logement et le modèle en position dans la coquille (b) - introduire du sable dans ledit espace afin de le remplir (c) - solidifier le sable de manière à former au moins une carapace épousant le logement et le modèle (d) - extraire le modèle de ladite carapace pour dégager dans celle-ci au moins une cavité de moulage de forme identique à celle de la pièce ; et (e) - couler un matériau liquide ou en fusion dans ladite cavité, caractérisé en ce que l'étape (c) est effectuée par prise chimique à froid du sable, le moule étant refroidi par des moyens intégrés à la coquille. Le procédé est aussi caractérisé en ce que, le sable étant préalablement mélangé à une résine, par exemple polyuréthane phénolique, l'étape (c) consiste à injecter dans le sable un catalyseur gazeux. Suivant une caractéristique de l'invention, l'espace ménagé entre le logement et le modèle précités a une épaisseur de l'ordre de 15 mm. Dans le cas où la coquille comporte un ou plusieurs évents munis de filtres pour l'évacuation des gaz, le procédé se caractérise en ce que le sable introduit lors de l'étape (b) remplit au moins l'un desdits évents, pour que le sable solidifié y constitue un filtre. L'invention a également pour objet un dispositif de moulage de pièces, notamment de fonderie, du type dans lequel un moule comporte une coquille externe rigide comprenant au moins un logement interne où au moins une carapace en sable solidifié est logée, ledit logement ayant une forme telle que son profil externe correspond généralement à celui d'au moins une desdites pièces, et le profil interne de la carapace définit au moins une cavité de moulage de forme identique à celle de la pièce, caractérisé en ce que la coquille est munie de moyens de refroidissement intégrés, la carapace étant constituée par un agrégat de sable et de liant chimique à prise à froid. Selon un mode de réalisation, le dispositif est caractérisé en ce que les moyens de refroidissement comprennent des ailettes s'étendant sur une face externe de la coquille. Suivant une autre caractéristique du dispositif, les moyens de refroidissement comprennent un réseau de circulation de fluide qui s'étend à l'intérieur de la coquille. On précisera ici que l'épaisseur de la coquille est de l'ordre de 10 à 15 mm. Suivant encore une caractéristique, la coquille est en aluminium pour obtenir un refroidissement rapide du moule. Par contre, la coquille est en fonte, si on désire un refroidissement lent du moule. Le dispositif se caractérise en outre en ce que la coquille est constituée par plusieurs parties qui sont montées dans un étau apte à les assembler pour former le moule, sous l'effet d'un effort dont l'intensité est supérieure à celle des efforts se développant dans la cavité précitée lors du moulage de la pièce. Mais d'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront mieux de la description détaillée d'un mode de réalisation donné uniquement à titre d'exemple, qui suit et se réfère aux dessins annexés, dans lesquels - la figure 1 est une vue en coupe verticale suivant un plan perpendiculaire au plan de joint d'une coquille de moulage d'un dispositif conforme à l'invention ; - la figure 2 est une vue en perspective d'un modèle de pièce de fonderie à réaliser suivant le procédé conforme à l'invention - la figure 3 est une vue en perspective de la face interne de la coquille illustrée sur la figure 1 - la figure 4 est une vue en perspective de la face externe de la coquille représentée sur la figure 3 - la figure 5 est une vue en coupe partielle suivant la ligne V-V de la figure 1 - la figure 6 est un diagramme illustrant l'évolution des températures (en OC) dans le moule, en fonction du temps, conformément à l'invention ; et - la figure 7 illustre schématiquement la répartition de l'énergie dans le dispositif conforme à l'invention. En se reportant à la figure 1, on voit un dispositif de moulage 10. Le dispositif 10 permet de réaliser des pièces de fonderie par coulée dans un moule 20 d'un matériau liquide ou en fusion (non représenté). Le dispositif 10 permet de mouler des pièces de forme sensiblement identique à celle d'un modèle d'outillage 30 visible sur la figure 2, par coulée d'une fonte en fusion à l'intérieur du moule 20. Le moule 20 comprend une coquille externe 40 qui fait office d'enceinte rigide du moule. Au moins un logement interne 41 dont la forme correspond généralement à celle d'au moins un modèle 30, est formé dans la coquille 40. L'intérieur du logement 41 est recouvert par une couche de sable solidifié qui forme une carapace 50 de faible épaisseur. Le profil interne de la carapace 50 définit au moins une cavité de moulage 51 de forme sensiblement identique à celle du modèle 30 de la pièce. Sur les figures, la coquille externe 40 comprend deux parties séparables 40a et 40b en matériau rigide et stable dimensionnellement à la chaleur, tel qu'un métal. Chaque partie de coquille 40a, 40b est fixée de façon démontable par sa face externe à un système de positionnement 60. Dans la position visible sur la figure 1, les faces internes 42a, 42b des parties 40a, 40b respectivement, sont en appui l'une contre l'autre en définissant ainsi le plan de joint 42 du moule 20. Suivant l'exemple illustré (figure 3), les parties de coquille 40a, 40b définissent chacune une paire de logements internes 41', 41". Une carapace 50 comportant deux cavités de moulage 51 identiques est formée dans chacun des logements 41', 41" de sorte que le moule 20 permet de réaliser quatre pièces de fonderie à chaque coulée. On remarque aussi que les logements internes 41', 41" sont raccordés à un puits de descente 43 par un conduit de distribution 44 répartissant la fonte en fusion dans les cavités de moulage 51 lors de la coulée. Les cavités de moulage 50 sont réalisées conventionnellement en procédant aux étapes consistant a: (a) - disposer des modèles 30 de la pièce à mouler dans les logements 41', 41" réalisés à l'intérieur de la coquille 40 du moule 20, cette coquille ayant une forme telle que les logements ont un profil correspondant généralement à celui des pièces et ménageant un espace vide entre chacun des logements et des modèles 30 en position dans la coquille 40 (b) - introduire du sable dans lesdits espaces de manière à les remplir (c) - solidifier le sable dans lesdits espaces pour constituer des carapaces 50 épousant d'une part les logements et d'autre part les modèles ; et (d) - extraire les modèles 30 desdites carapaces 50 pour dégager dans chacune de celles-ci des cavités de moulage 51. Conformément à l'invention, la coquille 40 est munie de moyens de refroidissement désignés généralement en 70, et les carapaces 50 sont constituées par un agrégat de sable et de liant à prise chimique à froid. En d'autres termes, en prévoyant des moyens de refroidissement sur la coquille 40 du moule 20, il est possible d'obtenir lors du démoulage des pièces et après retrait des carapaces en sable 50 utilisées, une coquille 40 dont la température est suffisamment basse pour qu'on puisse y former des carapaces 50 solidifiées chimiquement par prise à froid. Ceci permet d'améliorer le rendement du dispositif. Plus précisement, du sable tel que celui conventionnellement utilisé en fonderie est injecté ou tiré comme expliqué à l'étape (b) ci-dessus, de manière à être mis en forme. En général, le sable est livré préalablement mélangé à de la résine et l'étape (c) s'effectue par injection d'un catalyseur gazeux dans le sable. La perméabilité de la coquille et la faible quantité de sable concernée permet une bonne combustion de la résine réduisant la perte au feu du sable récupéré. En outre, puisque le temps de refroidissement du moule 20 après la coulée est plus court, grâce à la présence de moyens de refroidissement, il est possible de réduire le nombre de coquilles en service et de réduire la longueur de l'installation. De plus, comme on utilise du sable à prise à froid, il est possible d'utiliser des modèles 30 en matière plastique, ce qui réduit les coûts de fabrication des modèles d'outillage. Comme on le voit bien sur les figures 1, 4 et 5, les moyens de refroidissement 70 sont constitués par des ailettes 71 intégrées à chaque partie de coquille 40a, 40b. Plus précisement, les ailettes 71 s'étendent perpendiculairement au plan de joint 42 du moule, sur la face externe de chaque partie de coquille 40a, 40b c'est-à-dire les faces opposées aux faces 42a, 42b par rapport au plan de joint 42 - et forment une structure en nid d'abeille. Bien que ceci ne soit pas représenté, les moyens 70 peuvent également comprendre un réseau de circulation pour un fluide de refroidissement du moule 20. Un tel réseau est constitué par un ou plusieurs conduits s'étendant à l'intérieur des parties de coquille 40a, 40b et reliés à une source de fluide caloporteur sous pression. Evidement, un tel réseau de circulation peut être utilisé indépendamment ou en complément à d'autres moyens de refroidissement. En se reportant à la figure 7, on voit que lors de la coulée d'un métal en fusion dans le moule, l'apport énergétique T C du métal (ici de la fonte à une température de sensiblement 14000 C) se répartit entre les pièces, la coquille 40 et le sable des carapaces 50. Les pièces moulées absorbent a peu près 40% de l'énergie fournie à la coulée. Après refroidissement (soit en général au bout de 35 mn) du métal en fusion, les pièces sont à une température TA dite de décochage qui est inférieure ou égale à 7000C. A ce moment, la température TE du sable des carapaces 50 est de l'ordre de 3000C en moyenne et la température TD de la coquille 40, grâce notamment aux moyens de refroidissement 70, est de l'ordre de 800C. On notera ici que suivant l'invention, l'interface entre la coquille 40 et les carapaces 50 est à plus de 1500 C, ce qui évite la formation de condensats dans le sable récupéré. Ainsi, la séparation du sable des carapaces et des coquilles rigides est facilitée et les coûts liés aux pertes de sable sont diminués. Une telle différence de température est visible sur la figure 6 qui indique un exemple d'évolution des températures de la coquille 40, du métal en fusion et du sable des carapaces 50, où l'instant t = 0 correspond au début de la coulée de fonte dans le métal 20. On voit que la température TA des pièces évolue suivant une courbe légèrement concave et constamment décroissante. Les courbes TB(A) TB(D) indiquent respectivement la température du sable à proximité des cavités de moulage 51 et à proximité des logements internes 41', 41". Les courbes TB(A), TB(D) ainsi que la courbe TD sont croissantes dans une première zone partant de t = O, puis se stabilisent autour de t = 30, avant de décroître. On comprend que l'évolution des températures TA, Tg et TD est variable en fonction de la structure du dispositif 10, et particulièrement de l'épaisseur des parois du moule 20. Ainsi, des essais on montré que d'excellents résultats étaient obtenus avec une épaisseur E (figure 5) pour chaque partie 40a, 40b de la coquille, de l'ordre de 10 à 15 mm. Similairement, l'épaisseur C (figure 5), qui correspond à l'épaisseur de l'espace ménagé entre les logements 41', 41" et les modèles d'outillage, sera de l'ordre de 15 mm. De plus, il est avantageux d'ajuster la durée de refroidissement, suivant le matériau en fusion avec lequel on désire réaliser les pièces. Outre les moyens de refroidissement 70 expliqués plus haut, la matière avec laquelle sont réalisées les parties de coquille 40a, 40b influe sur la durée de refroidissement du moule. Par exemple, pour obtenir un refroidissement rapide, une coquille 40 en aluminium sera avantageuse, et à l'inverse une coquille 40 en fonte procurera un refroidissement plus lent (c'est-à-dire avec une courbe TD plus plate). Par ailleurs, on remarque sur la figure 1 que les parties 40a, 40b sont respectivement fixées à un élément fixe 61 et à un élément mobile 62 du dispositif de positionnement 60. L'élément fixe est ici une butée 61 et l'élément mobile 62 un poussoir apte à coulisser et à exercer un effort suivant une direction perpendiculaire au plan de joint 42. Ce dispositif 60 constitue donc un étau qui assemble les parties 40a, 40b pour former le moule, sous l'effet d'un effort appliqué par le poussoir 62, dont l'intensité est supérieure à celle des efforts se développant dans les cavités de moulage 51, lors de la coulée. Une telle structure est particulièrement avantageuse lorsque le matériau coulé est une fonte à graphite sphéroldal dont la structure est entièrement perlitique. Dans ce cas, l'effort appliqué par l'étau 60 permet de supporter l'expansion graphitique lors de la solidification de la fonte, de sorte qu'il n'est pas nécessaire de prévoir de "masselotte", c'est-à-dire de réserve de métal liquide pour combler le déficit en matière provoqué par le retrait du métal lors de la solidification. D'autre part, on voit sur les figures 1 et 5 que le moule 20 comporte des évents 80 dans lesquels sont généralement prévus des filtres de dégazage des cavités de moulage 51. On voit bien sur la figure 5 que le sable des carapaces 50 remplit ces évents 80 et constitue une fois solidifié, des filtres 81 qui débouchent en regard de la face externe des parties de coquille 40a, 40b. Le procédé de moulage pour la réalisation d'une pièce, notamment de fonderie, qui consiste à effectuer les étapes (a), (b), (c), et (d) expliquées plus haut, puis à procéder à une étape (e) consistant à couler un matériau liquide ou en fusion dans les cavités 51 ainsi formées, se caractérise suivant l'invention en ce que l'étape (c) de solidification est effectué, comme on l'a dit plus haut, par prise chimique à froid du sable des carapaces 50, alors que le moule est refroidi par les moyens de refroidissement 70. Ce procédé permet, en plus des avantages indiqués plus haut, de réduire de près de 50% les coûts de production et d'obtenir des pièces de moulage de qualité élevée. L'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation qui a été décrit, mais comprend tous les équivalents et les combinaisons des moyens techniques expliqués plus haut, si ceux-ci sont effectués suivant son esprit. REVENDICATIONS 1. Procédé de moulage pour la réalisation d'une pièce, notamment dans un moule de fonderie, et du type consistant à (a) - disposer au moins un modèle de la pièce à mouler dans au moins un logement réalisé à l'intérieur d'une coquille rigide (40) du moule (20), le logement ayant une forme correspondant généralement à celle de la pièce et ménageant un espace entre le logement et le modèle (30) en position dans la coquille (40); (b) - introduire du sable dans ledit espace afin de le remplir (c) - solidifier le sable de manière à former au moins une carapace (50) épousant le logement et le modèle (d) - extraire le modèle de ladite carapace (50) pour dégager dans celle-ci au moins une cavité de moulage (51) de forme identique à celle de la pièce ; et (e) - couler un matériau liquide ou en fusion dans ladite cavité (51), caractérisé en ce que l'étape (c) est effectuée par prise chimique à froid du sable, le moule (20) étant refroidi par des moyens (70) intégrés à la coquille (40). 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le sable étant préalablement mélangé à une résine, par exemple polyuréthane phénolique, l'étape (c) consiste à injecter dans le sable un catalyseur gazeux. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'espace ménagé entre le logement (41',41") et le modèle précités, a une épaisseur (C) de l'ordre de 15 mm. 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que dans le cas où la coquille (40) comporte un ou plusieurs évents (80) munis de filtres pour l'évacuation des gaz, le sable introduit lors de l'étape (b) remplit au moins l'un desdits évents (80), pour que le sable de la carapace (50) y constitue un filtre (81). 5. Dispositif de moulage de pièces, notamment de fonderie, du type dans lequel un moule (20) comporte une coquille externe rigide (40) comprenant au moins un logement interne (41',41") où une carapace (50) en sable solidifié est logée, ledit logement ayant une forme telle que son profil externe correspond généralement à celui d'au moins une pièce, et le profil interne de la carapace (50) définit au moins une cavité de moulage (51) de forme identique à celle de la pièce, caractérisé en ce que la coquille (40) comprend des moyens de refroidissement (70) intégrés, la carapace (50) étant constituée par un agrégat de sable et de liant chimique à prise à froid. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que les moyens de refroidissement (70) comprennent des ailettes (71) s'étendant sur une face externe de la coquille (40). 7. Dispositif selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que les moyens de refroidissement (70) comprennent un réseau de circulation de fluide qui s'étend à l'intérieur de la coquille (40). 8. Dispositif selon l'une des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que l'épaisseur (E) de la coquille (40) est de l'ordre de 10 à 15 mm. 9. Dispositif selon l'une des revendications 5 à 8, caractérisé en ce que la coquille (40) est en aluminium pour obtenir un refroidissement rapide du moule (20). 10. Dispositif selon l'une des revendications 5 à 8, caractérisé en ce la coquille (40) est en fonte pour obtenir un refroidissement lent du moule (20). 11. Dispositif selon l'une des revendications 5 à 10, caractérisé en ce que la coquille est constituée par plusieurs parties (40a, 40b) qui sont montées dans un étau (60) apte à les assembler en coquille, sous l'effet d'un effort dont l'intensité est supérieure à celle des efforts se développant dans la cavité précitée (51) lors du moulage de la pièce.