Brevet FR2674779A1 — publié le 19921009

Procédé de moulage par des modèles perdus et composition pour la mise en oeuvre de ce procédé" La présente invention concerne un procédé de moulage par des modèles perdus en polymère alvéolaire, procédé selon lequel on réalise un modèle perdu que l'on place dans une boîte à sable puis après préparation du sable on introduit le métal dans la cavité occupée par le modèle perdu, le métal se substituant progressivement au modèle en le gazéifiant, le modèle perdu étant réalisé par moulage d'une ou plusieurs pièces en polymère alvéolaire que l'on revêt d'un enduit réfractaire avant de placer le modèle dans la boîte à sable. L'invention concerne également une composition pour la mise en oeuvre de ce procédé. Selon le procédé de moulage de modèles perdus de fonderie, on utilise des modèles réalisés dans des matériaux alvéolaires, plus précisément des polymères alvéolaires obtenus par le moulage de billes expansibles. Ces billes de dimensions réduites sont introduites dans le moule d'expansion pour s'y expanser et occuper toute la cavité du moule. Au cours de cette expansion ou cuisson, les billes se compriment les unes sur les autres et prennent une forme à facettes, par opposition à leur forme initiale spheri- que. Au niveau de la jonction des billes et de la surface du moule, il y a également compression de surfaces et collage. Toutefois, il subsiste entre les billes, des intervalles gênants pour l'aspect de la pièce métallique moulée selon le procédé de moulage par modèle perdu. En effet, dans le moule d'expansion les billes s'écrasent les unes contre les autres et se soudent ensemble aux températures qui règnent dans le moule. En périphérie les billes s'écrasent contre les parois du moule et perdent leur forme sphérique la surface générale des billes suit parfaitement la forme du moule. De ce fait, les pièces en matériau alvéolaire présentent des imperfections de surface qui peuvent se mesurer par une valeur de rugosité. Ces imperfections, sont généralement des criques au niveau des interstices entre billes expansées. Cette situation est représentée à la figure 1, qui montre la paroi 1 du moule d'expansion avec la cavité d'expansion 2 et les billes de polymères alvéolaires 3, expansées s'écrasant et perdant leur forme sphérique. Les billes sont ainsi agglomérées. Par contre, au niveau de la surface 4 du moule, les billes s'écrasent contre cette surface, mais laissent entre elles des interstices 5 quelle que soit la pression créée à l'intérieur du moule. L'étape suivante du procédé (figure 2) consiste à revêtir le modèle formé des billes expansées 3 avec un enduit réfractaire 6 qui recouvre la surface des billes 3 et pénètre les interstices 5 entre les billes. Au cours de l'étape suivante, on place le modèle ainsi obtenu dans une boîte à sable que l'on tasse et on coule le métal. Comme le métal va prendre la place du modèle, c'est-à-dire des billes à l'intérieur du moule, dans la cavité délimitée par la surface intérieure de la couche d'enduit réfractaire 6 qui entoure le modèle, on retrouve la trace des arêtes vives des interstices 5, sous la forme des crevasses 7 entre les bosses 8 de la pièce de fonderie 9 représentée de manière hachurée à la figure 3. Cet état de surface n'est pas satisfaisant pour la plupart des emplois des produits moulés. La présente invention se propose de remédier aux inconvénients des solutions connues et se propose de créer un procédé de moulage de modèles perdus en matière alvéolaire (polymère alvéolaire) présentant une excellente qualité de surface exempt de défauts de surface, utilisable en fonderie à modèles perdus, permettant la réalisation de produits à très grande finition de surface à l'état dit "brut de fonderie". A cet effet, l'invention concerne un procédé de moulage du type ci-dessus caractérisé en ce qu'après le moulage de la pièce formant le modèle, on enduit la pièce d'une composition bouche-pores gazéifiable que l'on fait infiltrer dans les crevasses et interstices, pour obtenir une surface parfaitement continue avant de revêtir la surface ainsi obtenue, d'un enduit réfractaire. Selon l'invention la composition bouchepores pénètre dans les interstices des billes et donne une surface continue, faisant disparaître les discontinuités des billes, constituée selon les endroits, par la composition bouche-pores et par la surface apparente des billes expansées. Cette surface lisse reçoit le mince film d'enduit réfractaire, qui épouse la forme de cette surface. La surface intérieure de cet enduit réfractaire est donc parfaitement lisse. Or cela est très important puisque le produit de fonderie épousera la surface intérieure de l'enduit réfractaire, la composition bouche-pores se gazéifiant au moment de la coulée. L'expression "surface parfaitement lisse" utilisée dans le cadre de la présente description signifie que la surface ne laisse aucunement appara- tre la forme plus ou moins sphérique, ou écrasée des billes en surface de la pièce, mais correspond aussi fidèlement que possible à l'état de la surface du moule ayant servi à réaliser la pièce en polymère alvéolaire. En d'autres termes, selon l'invention la surface du modèle sur la copie parfaitement fidèle du moule, quelle que soit par ailleurs la forme du moule ou l'état de surface du moule, celui-ci n'est pas nécessairement lisse sur des surfaces importantes ; il peut avoir une surface granuleuse, ou à aspérités ou déformations volontaires correspondant par exemple à un effet esthétique. Ainsi la recherche de la qualité de surface est synonyme de continuité de surface à l'échelle de la dimension, la bille constituant le (s) polymère (s) alvolaire (s). A titre de corollaire, selon ce strict point de vue de la qualité de la surface de produit de fonderie, la qualité de la surface extérieure de l'enduit réfractaire est sans grande importance et ne nécessite pas de finition particulière. Selon une autre caractéristique le modèle est formé de plusieurs pièces que l'on assemble, puis on traite l'ensemble des pièces formant le modèle perdu avec une composition bouche-pores au niveau de la surface du modèle y compris les joints des pièces. Les mêmes avantages que ceux évoqués cidessus s'appliquent à cette caractéristique plus particulière. En effet, la jonction de deux pièces est considérée comme une crevasse entre les billes ; elle reçoit une composition bouche-pores avant l'application de l'enduit réfractaire, ce qui évite la pénétration d'enduit réfractaire dans la jonction et ainsi toute trace ou bourrelet de jonction sur la pièce de fonderie provoquée par la colle, par exemple. L'invention permet un gain de temps très important car la qualité de la surface des pièces de fonderie rend inutile les travaux de finition, généralement longs et délicats donc coûteux. L'invention concerne également une composition bouche-pores pour la mise en oeuvre du procédé, cette composition étant caractérisé en ce qu'elle est susceptible d'être très fluide pour s'introduire dans tous les interstices du polymère alvéolaire et de former en surface un revêtement très mince et parfaitement lisse, cette composition se gazéifiant dans les conditions voisines des conditions gazéifiable du polymère alvéolaire constituant la pièce tout en présentant une inertie chimique par rapport aux polymères alvéolaires et supportant les déformations élastiques du modèle en particulier les évolutions dimensionnelles entre le moment de l'application de la composition bouche-pores sur le modèle et la coulée du métal liquide. Il est particulièrement intéressant que la composition soit moins gazéifiable que le polymère alvéolaire constituant le modèle perdu et présente une certaine perméabilité aux gaz. La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide des dessins annexés, dans lesquels - la figure 1 montre schématiquement l'expansion d'un polymère alvéolaire dans un moule pour la fabrication de modèles perdus, - la figure 2 montre l'étape suivante consistant à revêtir la pièce moulée d'un enduit réfractaire, - la figure 3 montre la forme de la pièce métallique obtenue à l'aide du modèle réalisé selon les figures 1 et 2 - les figures 4, 5, 6 montrent les trois dernières étapes opératoires du procédé de l'invention. - la figure 4 montre la seconde étape de fabrication du modèle perdu par enduction d'une composition bouche-pores. - la figure 5 montre la réalisation de la couche d'enduit réfractaire. - la figure 6 montre la coulée du métal. - les figures 7 et 8 montrent une autre application du procédé de l'invention dans le cas d'un modèle perdu réalisé par la réunion de deux pièces (figure 7) et le traitement de surface de ces pièces (figure 8). - enfin la figure 9 montre schématiquement la coulée d'une pièce tubulaire par le procédé du moule perdu. Selon le procédé de l'invention, partant du produit en polymères alvéolaires tels que du polystyrène expansé, sortant du moule d'expansion, destiné à servir de modèle perdu de fonderie (figure 4), on revêt la surface du modèle d'une composition bouchepores 9 gazéifiable s'infiltrant dans les intervalles ou interstices 5 des billes 3 ; on obtient extérieurement à la pièce, une surface parfaitement lisse. Cette surface lisse reçoit alors un enduit réfractaire 6 (figure 5) dont la surface extérieure sera plus ou moins lisse, ce qui ne présente qu'un intérêt réduit mais surtout dont la surface intérieure épousant la composition bouche-pores mise en place selon la figure 4 présente une surface parfaitement lisse. Lorsque, comme indiqué à la figure 6, le métal 10 remplace le polymère alvéolaire à l'intérieur de l'enveloppe en enduit réfractaire 6, ce métal prend alors une surface extérieure parfaitement lisse ou plus exactement, imitant fidèlement la forme de la surface du moule puisque ce sera l'empreinte de la surface intérieure de la couche d'enduit réfractaire 6. Comme déjà indiqué, la composition bouchepores, gazéifiable, disparaît au moment de la coulée du métal qui épousera la forme de la surface intérieure de la couche d'enduit réfractaire. La surface du métal sera donc la copie fidèle de la surface du moule ayant servi à réaliser le modèle perdu de fonderie. Bien que dans beaucoup de cas cette surface soit lisse, c'est-à-dire continue, elle peut aussi présenter des discontinuités voulues, s'il s'agit d'imiter un certain état de surface, par exemple, à des fins décoratives. Mais en aucun cas, les traces des billes du polymère alvéolaire n'apparaîtront sur la pièce de fonderie. L'application de la composition bouche-pores sur le produit peut se faire par trempage, par projection ou en application au pinceau. Bien qu'en général toute la pièce soit concernée par cette application, il est également possible qu'une partie seulement de la surface nécessite une telle application. L'invention concerne également, dans d'autres conditions, la réalisation de modèles perdus formés de plusieurs parties, par exemple des parties 11 et 12 selon la figure 7. Selon un exemple de réalisation, ces parties sont réunies l'une à l'autre par collage avec aussi un assemblage mécanique par un tenon 13 et une cavité 14 recevant le tenon. Malgré toutes les précautions prises par l'assemblage, un intervalle 15 subsiste immanquablement entre les pièces 11 et 12. Si le modèle formé des pièces 11, 12 est utilisé tel quel, on retrouve les mêmes inconvénients que ceux décrits à propos du procédé illustré aux figures 1 à 3. Par contre, selon l'invention il est prévu de traiter le modèle par un enduit bouche-pores de manière à boucher l'intervalle 15 par la composition bouche-pores 16. La surface extérieure des pièces 11, 12 ainsi assemblées reçoit également une couche de composition bouche-pores 17 et, enfin, l'ensemble reçoit l'enduit 18. Comme cet ensemble est lisse pour les mêmes raisons que celles indiquées précédemment, le joint 15 n'apparaît pas, on aura au moulage de la pièce métallique, une surface parfaitement lisse ne comportant aucune trace du joint 15 (figure 8). La composition bouche-pores doit satisfaire à diverses conditions, notamment ne présenter ni craquelures, ni fissures ; ne pas couler (coulures) ni présenter ou retenir des bulles et enfin cette composition doit respecter toutes les formes du modèle sans lissage (cas de gravures pour identification, date, cas d'une imitation cuir). En outre, la composition bouche-pores doit se gazéifier dans des conditions voisines de celles du matériau alvéolaire constituant le modèle, au contact ou en présence du métal liquide introduit dans le moule et pendant cette évaporation, le dégagement de carbone libre et celui de gaz doivent être aussi réduits que possible voire inexistants. La composition doit être très peu visqueuse pour bien infiltrer les fissures ou passer par des orifices étroits pour le revêtement intérieur de cavités fermées. Une coulée en fonderie d'une pièce sera explicitée ci-après à l'aide du dessin très schématique de la figure 9 montrant de manière simplifiée un modèle en forme de barre verticale. Selon la figure 9, après avoir placé un modèle en forme de barre verticale 19 dans une boîte à sable 20, on introduit par le bas, le métal fondu 21 qui forme une colonne ascendante dans le sens de la flèche A. Au fur et à mesure que la colonne de métal fondu 21 monte, la chaleur volatilise le modèle perdu 19 dont la surface ou zone 22 tournée vers le métal fondu se volatilise sous l'effet du rayonnement et du contact des gaz chauds formant le bouchon 23 au-dessus de la surface supérieure 24 du métal fondu 21. Une description analogue s'applique à l'introduction du métal par le haut. Il est à remarquer que sur les parois du modèle 19 il subsiste la composition bouche-pores 25 Cette composition bouche-pores 25 présente une certaine imperméabilité aux gaz de manière à retenir un bouchon de gaz 23 tout en permettant au gaz de s'échapper dans une certaine mesure suivant les flèches B dans la zone de hauteur 26. En dessous de cette zone 26, dont la partie inférieure correspond à la surface supérieure 24 de la colonne de métal en fusion, il subsiste une zone 27 dans laquelle le bouche-pores n'a pas complètement disparu. REVENDICATIONS 1") Procédé de moulage par des modèles perdus en polymère alvéolaire, procédé selon lequel on réalise un modèle perdu que l'on place dans une bote à sable, puis après préparation du sable, on introduit le métal dans la cavité occupée par le modèle perdu, le métal se substituant progressivement au modèle en le volatilisant, le modèle perdu étant réalisé par moulage d'une ou plusieurs pièces en polymère alvéolaire que l'on revêt d'un enduit réfractaire avant de placer le modèle dans la boîte à sable, procédé caractérisé en ce qu'après le moulage de la pièce formant le modèle, on enduit cette pièce d'une composition bouche-pores (9) gazéifiable que l'on fait infiltrer dans les crevasses et interstices (5) des billes expansées (3) pour donner à la pièce une surface parfaitement lisse avant de revêtir la surface ainsi obtenue, d'un enduit réfractaire (6). 2") Procédé de moulage selon la revendication 1, caractérisé en ce que le modèle est formé de plusieurs pièces (11, 12) que l'on assemble, puis on traite l'ensemble des pièces formant le modèle perdu avec une composition bouche-pores (16, 17) au niveau de la surface du modèle y compris les joints (15) des pièces. 3 ) Composition bouche-pores pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que cette composition bouche-pores est une composition susceptible d'être très fluide pour s'introduire dans tous les interstices du polymère alvéolaire et de former en surface un revêtement très mince et parfaitement lisse, cette composition s'évaporant dans les conditions voisines des conditions d'évaporation du polymère alvéolaire constituant la pièce tout en présentant une inertie chimique par rapport aux polymères alvéolaires et supportant les déformations élastiques du modèle en particulier les évolutions dimensionnelles entre le moment de l'application de la composition bouche-pores sur le modèle et la coulée du métal liquide. 4v) Composition selon la revendication 3, caractérisée en ce qu'elle est moins volatilisable que le polymère alvéolaire constituant le modèle perdu et présente une certaine perméabilité aux gaz.