Brevet FR2819206A1 — publié le 20020712

L'invention concerne, de façon générale, la fabrication de pièces métalliques par moulage avec utilisation d'au moins un premier élément de moule, tel qu'un noyau. Plus précisément, l'invention, selon un premier de ses aspects, concerne un procédé de moulage d'une pièce métallique, comprenant au moins une opération préparatoire au cours de laquelle une première surface définie par un outillage est recopiée en négatif, au moyen d'un matériau divisé et réfractaire tel que du sable, pour définir une deuxième surface sur un premier élément de moule au moins partiellement formé par ce matériau, une opération de durcissement au cours de laquelle le matériau divisé formant au moins partiellement le premier élément de moule est aggloméré, et une opération de coulée au cours de laquelle une troisième surface définie par un second élément de moule, et la deuxième surface définie sur le premier élément de moule préalablement adjoint à ce second élément de moule sont recopiées en négatif, au moyen d'un métal ou d'un alliage métallique porté à une température de fusion et mis en contact avec le second élément de moule par coulée, pour définir, sur la pièce métallique formée par ce métal ou cet alliage, des quatrième et cinquième surfaces respectives. Ce type de procédé de moulage est bien connu de l'homme de l'art et utilisé depuis longtemps dans un nombre important de secteurs de la technique, le premier élément de moule étant par exemple constitué par un noyau, c'est-à-dire un élément de formage moulant une surface interne de la pièce finale, et le second élément de moule étant par exemple constitué par un moule proprement dit, c'est-à-dire un élément formant récipient et moulant une surface externe de la pièce finale. Malgré les avantages considérables qu'ils présentent, les procédés de moulage utilisant des noyaux ou des moules en sable tels que mis en oeuvre à ce jour connaissent plusieurs limitations sérieuses. Ainsi, la réalisation de formes complexes nécessitent souvent un assemblage délicat de plusieurs noyaux ou éléments de moule, l'utilisation de noyaux fragiles, et/ou une conicité importante des pièces à démouler, c'est-à-dire des angles de dépouille élevés, de l'ordre de 2 à 3 degrés par exemple. Parfois même, la pièce souhaitée ne peut pas être intégralement obtenue par moulage et doit faire l'objet d'un usinage et/ou d'un assemblage, ces opérations étant d'autant plus contraignantes, au plan technique et au plan économique, que la forme de la pièce moulée est éloignée de la forme de la pièce finale souhaitée. Dans ce contexte, l'invention a pour but de proposer un procédé de moulage repoussant les limites actuellement connues du moulage, et permettant notamment de fabriquer, par moulage, des pièces qui ne peuvent aujourd'hui être obtenues qu'en recourant à un usinage ou à un assemblage, ou au moins de réduire ces opérations d'usinage ou d'assemblage. A cette fin, le procédé de l'invention, par ailleurs conforme à la définition générique qu'en donne le préambule ci-dessus, est essentiellement caractérisé en ce qu'il comprend une opération préliminaire incluant la réalisation d'un modèle tridimensionnel définissant au moins une sixième surface, en ce que ce modèle est placé dans l'outillage préalablement à l'opération préparatoire, et en ce qu'au cours de cette opération préparatoire la sixième surface définie par le modèle est recopiée en négatif, au moyen du matériau divisé et réfractaire, pour définir sur le premier élément de moule, en plus de la deuxième surface, une septième surface propre à définir, sur la pièce métallique, une huitième surface lors de l'opération de coulée. Dans le cas où la septième surface est incluse dans la sixième surface sans possibilité de démoulage, et où l'opération préparatoire conduit ainsi à la formation d'un premier élément de moule hybride incluant le premier élément de moule et le modèle, il est avantageux de prévoir que le modèle inclus dans le premier élément de moule hybride soit détruit au plus tard pendant l'opération de coulée. Pour ce faire, le modèle peut être réalisé en un matériau fusible à la température de fusion du métal ou de l'alliage métallique constituant la pièce, et le premier élément de moule hybride incluant le premier élément de moule et le modèle peut être placé dans le second élément de moule pour réaliser l'opération de coulée, pendant laquelle ce modèle est détruit par le métal ou l'alliage en fusion. Dans ce cas, le modèle est par exemple au moins partiellement constitué par un polymère tel que du polystyrène expansé. Le modèle peut être réalisé en un matériau susceptible de brûler ou de se sublimer au contact d'une flamme, ce modèle étant détruit avant l'opération de coulie. Néanmoins, il est également possible de prévoir que le modèle soit réalisé en un matériau soluble, et que ce modèle soit dissout dans un solvant avant l'opération de coulée. Le permier élément de moule peut constituer un noyau, et le second élément de moule un moule proprement dit. Cependant, on peut aussi prévoir que les premier et second éléments de moule constituent deux parties d'un même moule, par exemple en sable et éventuellement doté d'un noyau, ce moule étant formé par l'adjonction de ces deux éléments de moule. Selon un second de ses aspects, l'invention concerne un élément de moule, par exemple un noyau, comportant au moins des deuxième et septième surfaces telles que précédemment identifiées, cet élément de moule étant obtenu par la mise en oeuvre de l'opération préparatoire du procédé de moulage tel que défini ci- dessus. Et selon un troisième aspect, l'invention concerne une pièce métallique comportant au moins des quatrième, cinquième et huitième surfaces telles que précédemment identifiées, cette pièce étant obtenue par la mise en oeuvre du procédé de moulage tel que défini ci-dessus. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront clairement de la description qui en est faite ci-après, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux dessins annexés, dans lesquels : - La Figure 1 est une vue en coupe d'un outillage fermé et en cours de remplissage par du sable, cette Figure illustrant la mise en oeuvre d'un procédé connu ; La Figure 2 est une vue en coupe d'un noyau obtenu de façon traditionnelle, postérieurement à l'opération illustrée à la Figure 1 ; - La Figure 3 est une vue en coupe d'un moule en deux parties utilisable pour la mise en oeuvre du procédé connu ; La Figure 4 est une vue en coupe illustrant l'opération de coulée dans le procédé connu, le métal ou l'alliage en fusion étant versé dans le moule illustré à la figure 3, après insertion dans ce moule du noyau illustré à la Figure 2 ; - La Figure 5 est une vue en coupe d'une pièce réalisée par le procédé connu illustré aux figures 1 à 4 ; - La Figure 6 est une vue en coupe d'un outillage fermé et vide, utilisable pour la mise en oeuvre du procédé de l'invention ; - La Figure 7 est une vue en coupe d'un modèle tridimensionnel, utilisable pour la mise en oeuvre du procédé de l'invention ; - La Figure 8 est une vue en coupe de la partie inférieure de l'outillage illustré à la Figure 6, et dans lequel un modèle a été placé ; - La Figure 9 est une vue en coupe de l'outillage illustré à la Figure 6 dans lequel un modèle a été placé, cet outillage étant représenté après fermeture et en cours de remplissage par du sable ; - La Figure 10 est une vue en coupe d'un noyau hybride obtenu par la mise en oeuvre du procédé de l'invention ; - La Figure 11 est une vue en coupe d'un noyau résultant de la destruction du modèle inclus dans le noyau hybride représenté à la Figure 10 ; - La Figure 12 est une vue en coupe d'un moule en deux parties utilisable pour la mise en oeuvre du procédé de l'invention ; La Figure 13 est une vue en coupe du moule illustré à la Figure 12, dans lequel a été placé le noyau hybride illustré à la Figure 10 ; - La Figure 14 est une vue en coupe du moule et du noyau illustrés à la Figure 13, représentés après coulée du métal ou de l'alliage ; et - La Figure 15 est une vue en coupe d'une pièce obtenue selon le procédé de l'invention, après refroidissement du métal coulé dans le moule de la Figure 14, et après élimination des masselottes. Par souci de simplicité, l'invention est illustrée sur la base d'un exemple classique, mettant en oeuvre un noyau en sable et un moule, le terme"noyau"étant généralement compris par l'homme de métier comme s'appliquant à un élément de formage qui moule la surface interne d'une pièce, alors que le terme"moule"est plus traditionnellement appliqué à un élément de formage qui forme récipient, qui peut recevoir un noyau, et qui moule la surface externe d'une pièce. Néanmoins, comme cela ressort de l'usage des expressions"premier élément de moule"et"second élément de moule"utilisées ci-dessus, l'invention est aussi applicable au cas où les premier et second éléments de moule ne sont pas constitués par un noyau et par un moule proprement dit, mais par deux parties d'un même moule, par exemple en sable et éventuellement équipé d'un noyau. Comme annoncé précédemment, l'invention concerne un procédé permettant de réaliser, par moulage, une pièce métallique, telle que la pièce 10 de la figure 5 qui représente une forme réalisable par un procédé connu, ou telle que la pièce 1 de la figure 15, qui représente une forme spécifiquement réalisable par le procédé de l'invention. Ce procédé comprend notamment une opération préparatoire, connue en soi, au cours de laquelle un noyau 3 est réalisé en un matériau divisé et réfractaire, tel que du sable S. De façon traditionnelle, cette opération est mise en oeuvre en versant le sable S dans un outillage 2 tel qu'illustré à la figure 1 dans le cadre du procédé connu, et à la figure 6 dans le cadre du procédé de l'invention, de sorte que la masse de sable versé épouse au moins localement la forme d'une première surface 21 définie par cet outillage 2, cette masse de sable présentant ainsi une deuxième surface 32 (voir figures 2 et 10, 11) qui constitue une copie en négatif de la première surface 21 définie par l'outillage 2. Le procédé comprend ensuite une opération de durcissement au cours de laquelle le sable, dont le noyau 3 est au moins partiellement constitué, est aggloméré par l'application d'une pression, et/ou d'un durcissement chimique, et/ou d'un chauffage, de façon également connue en soi. L'outillage 2 est formé de deux parties 200 et 201 mobiles l'une par rapport à l'autre, de sorte que le noyau 3 ainsi durci peut être sorti de l'outillage 2 après ouverture de ce dernier. Le noyau 3 est alors placé dans un moule, tel que le moule 4 illustré aux figures 3 et 12, pour préparer l'opération de coulée qui permet la fabrication de la pièce à réaliser, à partir d'un métal ou d'un alliage métallique porté à sa température de fusion. L'opération de coulée est mise en oeuvre en versant dans le moule 4, dans lequel le noyau 3 a préalablement été placé, le métal ou l'alliage métallique en fusion M, destiné à constituer la pièce 10 (figure 5) ou 1 (figure 15). Le métal M ainsi coulé épouse au moins localement la forme d'une troisième surface 43 définie par le moule 4 (figures 3 et 12), et la deuxième surface 32 définie sur le noyau 3 (figures 2 et 11), le métal coulé présentant donc, après refroidissement, une quatrième surface 14 (voir figures 5 et 15) et une cinquième surface 15 qui constituent respectivement des copies en négatif de la troisième surface 43 et de la deuxième surface 32. Le moule 4 comprend deux parties 401 et 400 dont la première 401 est mobile par rapport à la seconde 400 suivant une direction de déplacement relatif D. Après refroidissement du métal coulé dans le moule 4, ce dernier est ouvert par déplacement de ses parties 401 et 400 pour permettre l'extraction de la pièce moulée qui, après élimination des masselottes 19, prend par exemple la forme illustrée à la figure 5 dans le cas du procédé connu. Bien que le procédé de l'invention comporte lui aussi les opérations connues précédemment décrites, il se distingue tout d'abord de la technique traditionnelle par le fait qu'il comprend une opération préliminaire au cours de laquelle est réalisé, par tout moyen connu ou accessible à l'homme de métier, un modèle tridimensionnel 5 (figure 7), qui définit au moins une surface supplémentaire, telle que la sixième surface 56. Comme le montre la figure 8, ce modèle 5 est placé dans l'outillage 2 préalablement à l'opération préparatoire. L'opération préparatoire est ensuite réalisée en refermant l'outillage (figure 9), et en y versant le sable S. Ainsi, au cours de cette opération préparatoire, le sable S versé dans l'outillage 2 épouse non seulement la forme de la première surface 21 définie par cet outillage, mais également la forme de la sixième surface 56 définie par le modèle 5, de sorte que le noyau 3 présente, en plus de la deuxième surface 32 constituée par la copie en négatif de la première surface 21, une septième surface 37 constituée par la copie en négatif de la sixième surface 56. Or, comme le montre la comparaison des figures 11 et 15, la septième surface 37 ainsi définie sur le noyau 3 permet, lors de l'opération ultérieure de coulée, de définir, sur la pièce métaliique 1, une huitième surface 18 dont l'obtention par moulage suivant le procédé connu peut s'avérer impossible. Si la septième surface 37 se trouve incluse dans la sixième surface 56 sans possibilité de démoulage, comme c'est le cas représenté à la figure 10, l'opération préparatoire conduit à la formation d'un noyau hybride 6 qui inclut à la fois le noyau 3 en sable, et le modèle 5. Dans ce cas, qui correspond à l'application privilégiée de l'invention, le modèle 5 inclus dans le noyau hybride 6 est détruit au plus tard pendant l'opération de coulée. Pour ce faire, le modèle 5 est par exemple réalisé en un matériau fusible à la température de fusion du métal ou de l'alliage destiné à constituer la pièce 1, et le noyau hybride 6 incluant le noyau 3 et le modèle 5 est placé dans le moule 4 pour réaliser l'opération de coulée. Dans ces conditions, le modèle 5 est détruit par le métal ou l'alliage en fusion M au moment où ce dernier est coulé dans le moule 4. Le modèle 5 peut ainsi être au moins partiellement constitué par un polymère tel que du polystyrène expansé, l'utilisation de tels modèles fusibles étant connue en soi dans le domaine du moulage pour la réalisation de pièces moulées avec inserts, comme le montre le document de brevet FR-92 14046. Le modèle 5 peut aussi être constitué en un matériau combustible ou sublimable, de manière à pouvoir être détruit par application d'une flamme avant l'opération de coulée, à libérer le noyau hybride 6 de la figure 10 de la présence de ce modèle 5, et à obtenir un noyau 3 tel qu'illustré à la figure 11. Néanmoins, il est envisageable de réaliser le modèle 5 en un matériau soluble, et de dissoudre ce modèle dans un solvant, avant l'opération de coulée. Le procédé de moulage de l'invention permet donc, par la mise en oeuvre de l'opération préparatoire telle que décrite, l'obtention d'un noyau comportant au moins une deuxième surface 32 et une septième surface 37, un tel noyau pouvant être impossible à obtenir par la technique existante. De plus, le procédé de moulage décrit permet l'obtention d'une pièce métallique comportant au moins une quatrième surface 14, une cinquième surface 15, et une huitième surface 18, une telle pièce pouvant ellemême être impossible à obtenir par la technique existante. REVENDICATIONS 1. Procédé de moulage d'une pièce métallique (1), comprenant au moins une opération préparatoire au cours de laquelle une première surface (21) définie par un outillage (2) est recopiée en négatif, au moyen d'un matériau divisé et réfractaire tel que du sable (S), pour définir une deuxième surface (32) sur un premier élément de moule (3) au moins partiellement formé par ce matériau, une opération de durcissement au cours de laquelle le matériau divisé formant au moins partiellement le premier élément de moule est aggloméré, et une opération de coulée au cours de laquelle une troisième surface (43) définie par un second élément de moule (4), et la deuxième surface (32) définie sur le premier élément de moule (3) préalablement adjoint au second élément de moule (4) sont recopiées en négatif, au moyen d'un métal ou d'un alliage métallique porté à une température de fusion et mis en contact avec les premier et second éléments de moule par coulée, pour définir, sur la pièce métallique (1) formée par ce métal ou cet alliage, des quatrième et cinquième surfaces respectives (14, 15), caractérisé en ce qu'il comprend une opération préliminaire incluant la réalisation d'un modèle tridimensionnel (5) définissant au moins une sixième surface (56), en ce que ce modèle (5) est placé dans l'outillage (2) préalablement à l'opération préparatoire, et en ce qu'au cours de cette opération préparatoire la sixième surface (56) définie par le modèle (5) est recopiée en négatif, au moyen du matériau divisé et réfractaire, pour définir sur le premier élément de moule (3), en plus de la deuxième surface (32), une septième surface (37) propre à définir, sur la pièce métallique (1), une huitième surface (18) lors de l'opération de coulée. 2. Procédé de moulage suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la septième surface (37) est incluse dans la sixième surface (56) sans possibilité de démoulage, l'opération préparatoire conduisant ainsi à la formation d'un premier élément de moule hybride (6) incluant le premier élément de moule (3) et le modèle (5), et en ce que le modèle (5) inclus dans le premier élément de moule hybride (6) est détruit au plus tard pendant l'opération de coulée. 3. Procédé de moulage suivant la revendication 2, caractérisé en ce que le modèle (5) est réalisé en un matériau fusible à ladite température de fusion, et en ce que le premier élément de moule hybride (6) incluant le premier élément de moule (3) et le modèle (5) est placé dans le second élément de moule (4) pour réaliser l'opération de coulée, pendant laquelle le modèle (5) est détruit par le métal ou l'alliage en fusion. 4. Procédé de moulage suivant la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que le modèle (5) est au moins partiellement constitué par un polymère tel que du polystyrène expansé. 5. Procédé de moulage suivant la revendication 2, caractérisé en ce que le modèle (5) est réalisé en un matériau susceptible de brûler ou de se sublimer au contact d'une flamme, et en ce que ce modèle (5) est détruit avant l'opération de coulée. 6. Procédé de moulage suivant la revendication 2, caractérisé en ce que le modèle (5) est réalisé en un matériau soluble, et en ce que ce modèle (5) est dissout dans un solvant avant l'opération de coulée. 7. Procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le premier élément de moule constitue un noyau et en ce que le second élément de moule constitue un moule proprement dit. 8. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les premier et second éléments de moule forment, lorsqu'ils sont adjoints l'un à l'autre, un moule éventuellement doté d'un noyau. 9. Elément de moule comportant au moins des deuxième et septième surfaces (32,37), obtenu par la mise en oeuvre de l'opération préparatoire du procédé de moulage suivant l'une quelconque des revendications précédentes. 10. Pièce métallique comportant au moins des quatrième, cinquième et huitième surfaces (14,15, 18), obtenue par la mise en oeuvre du procédé de moulage suivant l'une quelconque des revendications 1 à 8.