Brevet FR2698297A1 — publié le 19940527

L'invention concerne un procédé de fabrication de pièces métalliques par le procédé dit de moulage en modèle perdu. Elle vise également le modèle avec insert incorporé obtenu par ce procédé et la pièce métallique obtenue à l'aide de ce modèle. On sait que le procédé de moulage en modèle perdu consiste à réaliser un modèle en polymère expansible, à la forme de la pièce métallique à obtenir, à introduire ce modèle dans un bac à sable et à y verser du métal en fusion qui prend la forme du modèle, lequel se vaporise et disparait. On a par ailleurs proposé des procédés pour fabriquer des pièces métalliques comportant un insert. Certains de ces procédés consistent à fabriquer d'abord le modèle à la forme de la pièce métallique à obtenir, à associer par la suite à ce modèle un insert, puis à placer ce modèle dans un bac à sable où s'effectue la coulée de la pièce métallique à fabriquer. Mais ces procédés présentent des inconvénients. La pièce métallique est imparfaite ce qui oblige à procéder à des usinages ultérieurs pour obtenir une meilleure précision dimensionnelle de la pièce. La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients, en proposant un procédé permettant de fabriquer des pièces métalliques parfaites, comportant un insert, et ne nécessitant aucun usinage en sortie de moule. A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de fabrication de pièces métalliques par moulage en modèle perdu, à partir d'un modèle en polymère expansible, caractérisé en ce qu'il consiste à introduire un insert dans le moule de fabrication du modèle, à effectuer le moulage du modèle dans ledit moule, à démouler le modèle avec l'insert associé à celui-ci et à effectuer à l'aide du modèle le moulage de ladite pièce métallique qui comportera ledit insert. Selon une autre caractéristique de l'invention le moule servant à fabriquer le modèle comporte pour recevoir l'insert une forme en creux munie de moyens de maintien tels que par exemple un vide local ou une ventouse. Selon encore une autre caractéristique de l'invention, après introduction et maintien de l'insert, on injecte des billes de polymère expansible dans le moule et on effectue ensuite un traitement à la vapeur à travers les parois du moule pour obtenir l'expansion et la prise en bloc des billes de polymère. Selon une variante de l'invention, les parois du moule sont traversées par des buses d'injection de vapeur. Suivant une autre variante de l'invention, les parois du moule sont en un matériau poreux perméable à la vapeur, tel que par exemple des billes de bronze fiittées. Selon encore une autre variante de l'invention, les parois du moule sont extérieurement chauffées par un premier circuit de vapeur et un deuxième circuit de vapeur réalise l'expansion et la prise des billes de polymère à l'intérieur du moule. Après le traitement à la vapeur, ladite vapeur est stabilisée à environ 1200C et 3 bars pour réaliser la cuisson homogène du modèle avec insert incorporé. On effectue ensuite un refroidissement par eau, puis un traitement sous vide avant le démoulage du modèle. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement au cours de la description explicative qui va suivre faite en référence au dessin unique annexé, qui représente le cycle de fabrication d'un modèle en polymère expansible comprenant un insert. Le procédé de fabrication de pièce métallique avec insert, par moulage à modèle perdu, consiste selon la présente invention, à réaliser d'abord un modèle en polymère expansible comprenant l'insert, puis à introduire ce modèle dans un bac à sable et à verser le métal liquide qui prend la forme du modèle pendant que le modèle se vaporise et disparait. On voit sur la figure unique que le cycle de fabrication du modèle en polymère selon l'invention comprend six étapes repérées A,B,C,D,E,F respectivement. La première étape A consiste à positionner et fixer un insert 1 à l'intérieur d'un moule 2 comportant par exemple deux demi-coquilles 2a,2b. Différentes solutions techniques pour maintenir l'insert en place peuvent être utilisées. Une solution consiste à pratiquer une forme en creux montrée schématiquement en 3 dans la paroi interne du moule 2, par exemple et suivant l'exemple représenté, dans la paroi interne 4 de la demi-coquille 2a. Cette forme en creux peut avoir une forme quelconque et appropriée en fonction de la forme de l'insert 1. Pour permettre la retenue positive de l'insert, un vide local peut être appliqué dans la forme en creux 3, ou bien on peut utiliser des ventouses (non représentées). On injecte alors des billes 5 de polymère expansible dans le moule 2 par un conduit 10 relié à un système de propulsion d'air (non représenté). La seconde étape B consiste à effectuer une montée en pression de la vapeur, appelée "choc vapeur". La vapeur est envoyée à travers les parois du moule 2 et circule, comme matérialisé par les flèches, dans la matière expansible. On obtient ainsi l'expansion et la prise en bloc des billes 5. Plusieurs solutions techniques sont utilisables pour faire passer la vapeur à travers les parois du moule 2. Une première technique dite technique à "paroi humide" consiste à chauffer la vapeur et à lui faire traverser les parois du moule 2 grâce à des buses (non représentées) placées judicieusement. Une seconde technique dite technique à "paroi poreuse" consiste à réaliser le moule en un matériau poreux perméable à la vapeur tel qu'en particulier en billes de bronze frittées. Une troisième technique dite technique à "paroi sèche" dans laquelle la vapeur servant à chauffer les parois ne traverse pas les parois, consiste à utiliser au moins deux circuits de vapeur (non représentés) : un premier circuit de vapeur permettant le chauffage des parois du moule et un second circuit de vapeur permettant de réaliser l'expansion et la soudure des billes 5. La troisième étape C est une étape d'autoclavage. Dans cette étape, on stabilise la vapeur dans le moule afin d'obtenir la cuisson homogène du modèle. Les pressions de vapeur atteignent dans le moule environ 3 bars et les températures sont de l'ordre 1200C. La quatrième étape D est une étape de refroidissement du moule par projection d'eau, à l'aide par exemple de rampes repérées en 6. La cinquième étape E illustre une étape de stabilisation du modèle, pendant laquelle le vide est réalisé dans le moule. Ceci permet d'extraire le maximum d'eau du modèle et facilite l'éjection de celui-ci hors du moule. Ensuite, comme cela est visible en F, les deux demi-coquilles 2a,2b du moule 2 sont espacées pour permettre le démoulage et l'extraction du modèle M avec son insert incorporé 1. Le modèle M est ensuite placé dans un bac à sable (non représenté) et du métal liquide est coulé sur le modèle dans ledit bac. Ainsi, le modèle M en polymère expansible disparait au contact du métal en fusion qui prend la place de la partie de modèle en polymère, alors que l'insert 1 s'incorpore au métal liquide qui, après refroidissement, forme une pièce métallique comportant ledit insert qui peut être en tout matériau approprié, tel que céramique, métal, composite, ou autre. Le procédé de cette invention a l'avantage de supprimer les étapes d'usinage ultérieures de la pièce finale, d'obtenir une meilleure précision dimensionnelle de cette pièce et d'en améliorer les caractéristiques en des endroits déterminés. Ce procédé peut être utilisé pour la fabrication de toutes pièces métalliques comportant un insert. Bien entendu l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et illustrés qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemple. Au contraire l'invention comprend tous les équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si celles-ci sont effectuées suivant son esprit. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication d'une pièce métallique quelconque par moulage en modèle perdu, à partir d'un modèle (M) en polymère expansible, caractérisé en ce qu'il consiste: - à introduire un insert (1) dans le moule (2) de fabrication du modèle, - à effectuer le moulage du modèle (M) dans ledit moule, - à démouler le modèle avec l'insert (1) associé à celui-ci, et - à effectuer à l'aide du modèle (M) le moulage de ladite pièce métallique qui comportera ledit insert. 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le moule (2) servant à fabriquer le modèle (M) comporte pour recevoir l'insert (1) une forme en creux (3) munie de moyens de maintien tels que par exemple un vide local ou une ventouse. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'après introduction et maintien de l'insert (1), on injecte des billes (5) de polymère expansible dans le moule (2), puis on effectue un traitement à la vapeur à travers les parois du moule pour réaliser l'expansion et la prise en bloc des billes de polymère à l'intérieur du moule (2). 4. Procédé suivant la revendication 3, caractérisé en ce que les parois du moule (2) sont traversées par des buses d'injection de vapeur. 5. Procédé suivant la revendication 3, caractérisé en ce que les parois du moule (2) sont en un matériau poreux perméable à la vapeur, tel que par exemple des billes de bronze frittées. 6. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que les parois du moule (2) sont extérieurement chauffées par un premier circuit de vapeur et un deuxième circuit de vapeur réalise l'expansion et la prise des billes (5) de polymère à l'intérieur du moule. 7. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'après le traitement à la vapeur on stabilise ladite vapeur à environ 1200C et 3 bars, pour réaliser la cuisson homogène du modèle (M) avec l'insert (1) incorporé. 8. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'avant le démoulage du modèle (M), on procède à un refroidissement par eau puis à un traitement sous vide. 9. Modèle pour le moulage en modèle perdu, avec insert incorporé, obtenu par le procédé suivant l'une des revendications 1 à 7. 10. Pièce métallique moulée obtenue à l'aide du modèle suivant la revendication 9.