Brevet FR2836405A1 — publié le 20030829

La présente invention concerne un procédé de préparation de modèles pour fonderie et en particulier un procédé de préparation de modèles de grandes dimensions comme par exemple des modèles d'hélices destinées à des bateaux de gros tonnage. Traditionnellement, dans ce domaine, les modèles sont réalisés en bois et les inconvénients de cette technique sont bien connus, surtout lorsqu'il s'agit de modèles de grandes dimensions comme par exemple pour des hélices de bateaux ou autres de gros tonnage. Le temps nécessaire pour réaliser un modèle en bois est relativement important et de plus, le bois est un matériau vivant, sensible aux conditions atmosphériques et en particulier aux variations de degré hygrométrique. Les déformations possibles du modèle, dans le temps, impliquent de prévoir des surépaisseurs conséquentes afin de ne pas risquer de manquer de matière sur la pièce brute de fonderie. Cette pièce brute subit en effet une opération d'usinage avec un enlèvement de matière pour aboutir au produit fini. De plus, les modèles réalisés en bois sont, pour des pièces de dimensions importantes comme les hélices de navires de gros tonnage, relativement lourdes et nécessitent des moyens appropriés pour leur manutention. La présente invention propose de remédier à ces inconvénients par un procédé original de préparation de modèles et en particulier de modèles de grandes dimensions comme ceux que l'on rencontre pour la fabrication des hélices de bateaux ou autres de gros tonnage. Ainsi le procédé selon l'invention permet de réduire de moitié le temps de réalisation des modèles et, de plus, de disposer de modèles particulièrement stables dans le temps quelles que soient les conditions climatiques du lieu d'utilisation et/ou de stockage. Par ailleurs, la manipulation et la manutention des modèles obtenus par le procédé selon l'invention, sont relativement aisées puisqu'elles peuvent se faire manuellement et sans risque de détérioration. Un autre avantage de l'invention réside dans le fait que la qualité du modèle obtenu, et sa stabilité, font que ce modèle a des cotes proches de celles du produit fini obtenu par fonderie. De cet avantage il en découle une économie non négligeable de matière au niveau de la pièce brute de fonderie et par voie de conséquence une autre économie au niveau du temps d'usinage de cette pièce brute, pour aboutir au produit fini. Selon l'invention, le procédé consiste à réaliser, sur une machine outil appropriée, une véritable opération de sculpture par usinage d'un bloc en matériau stable et léger comme le polystyrène expansé, pour en tirer un modèle de fonderie. Cette opération de sculpture se décompose en deux temps, dans un premier temps, l'opération d'usinage concerne un côté du modèle, l'extrados par exemple, s'il s'agit d'une hélice, et dans un deuxième temps, l'opération d'usinage concerne l'autre côté du modèle, c'est-à-dire l'intrados. De préférence, chaque opération de sculpture est suivie d'une opération de dépose d'un revêtement du genre stratifié. D'une manière plus détaillée, ce procédé selon l'invention consiste : - à préparer un bloc parallélépipédique, en matériau du genre polystyrène expansé, dont les dimensions sont supérieures à celles de l'enveloppe parallélépipédique du modèle ; - à préparer sur ledit bloc une surface de référence au moyen d'une machine d'usinage appropriée ; - à retourner le bloc pour poser ladite surface de référence sur la table de la machine outil ; - à usiner le bloc de façon à sculpter l'une des surfaces du modèle d'hélice, et le patin, sur la machine outil ; - à stratifier la surface usinée, avec résine et matériau du genre tissu en fibre de verre ; - à installer sur la surface stratifiée, un berceau qui présente un caractère temporaire de façon à reconstituer une surface parallèle à la surface de référence initiale ; - à surfacer le berceau pour dresser une nouvelle surface de référence parallèle à la surface initiale de référence ; - à retourner le modèle en plaçant la surface de référence du berceau sur la table de la machine outil ; - à usiner le bloc de façon à sculpter l'autre face du modèle ; - à stratifier la dernière face usinée du modèle, au moyen de résine et de tissus en matériau du genre fibre de verre. Toujours selon l'invention, le procédé consiste à sculpter, dans un premier temps, la surface du modèle qui correspond à l'extrados de l'hélice, de façon à conserver lors de cette première phase d'usinage un maximum de matière au niveau du bloc en polystyrène de façon à garantir une stabilité parfaite du bloc. Toujours selon l'invention, le procédé consiste, avant l'opération de stratification de l'extrados, à préparer dans l'épaisseur du modèle, au moins une cavité, puis à poser dans cette cavité, un insert approprié, lequel insert est ensuite recouvert par la stratification, et sera utilisé ultérieurement, en fonderie, pour faciliter les opérations de manutention du modèle lors de la fabrication du moule. Toujours selon l'invention, le procédé consiste également, avant l'opération de stratification de l'extrados, à installer une plaque de bois sur le patin de l'hélice, laquelle plaque de bois sert de surface de référence pour les opérations ultérieures de fonderie. Selon une autre disposition de l'invention, le berceau qui est installé sur l'extrados, est par exemple constitué de planches de bois, assemblées entre elles, formant un treillis et ce berceau est fixé sur l'extrados du modèle par quelques points d'assemblage au moyen d'une pastille de ruban adhésif collée sur l'extrados, et d'une liaison réalisée au moyen d'un dépôt de résine sous forme de pâte par exemple, positionné entre ces planches de bois et les portions de ruban adhésif. Selon une autre disposition de l'invention, le procédé consiste, avant l'opération de stratification de l'extrados, à poser un ruban adhésif sur la tranche ou chant, du modèle, pour délimiter la zone de stratification sur ledit chant côté extrados. L'invention concerne également le modèle obtenu par le procédé détaillé précédemment c'est-à-dire le modèle constitué d'un matériau du genre polystyrène expansé recouvert d'un stratifié sur toute sa surface, hors patin. L'invention sera encore détaillée à l'aide de la description suivante et des dessins annexés, donnés à titre indicatif, et dans lesquels : - la figure 1 représente un bloc brut pour la préparation d'un modèle selon le procédé de l'invention ; - la figure 2 représente le bloc après une première opération d'usinage donnant les contours du modèle ; - la figure 3 montre l'extrados du modèle qui se détache du reste du bloc et on remarque, sur cette figure 3, les préparations particulières du bloc pour la pose des inserts et pour la pose d'une plaque sur le patin de l'hélice ; - la figure 4 illustre l'opération de stratification et montre le détail de la préparation préalable de la tranche du modèle ; - la figure 5 montre l'installation du berceau sur l'extrados du modèle ; - la figure 6 montre un détail du berceau et en particulier sa fixation sur l'extrados du modèle ; - la figure 7 montre l'usinage de l'autre côté du modèle, posé sur son berceau, avec en traits pointillés, un rappel des contours du bloc initial ; - la figure 8 illustre l'opération finale de stratification de l'autre surface du modèle. La figure 1 montre un bloc 10, parallélépipédique, réalisé en un matériau du genre polystyrène expansé, et ce bloc dont les surfaces sont repérées de 1 à 6, a des dimensions qui correspondent au moins aux dimensions de l'enveloppe parallélépipédique du modèle à réaliser. Les dimensions de ce bloc peuvent être très importantes avec une épaisseur pouvant être de l'ordre de 1 m et plus, correspondant au moins au diamètre du patin de l'hélice. Malgré tout, un tel bloc est facilement manipulable par des opérateurs, manuellement, pour être par exemple installé sur une machine outil dont on a simplement représenté l'outil rotatif 11 et les axes 12 d'intervention dudit outil qui permettent de réaliser l'usinage dudit bloc 10. La préparation de ce bloc, comme représenté figure 1, consiste tout d'abord à réaliser une première opération de dressage de sa surface repérée 1 qui deviendra ensuite une surface de référence pour la première partie de l'usinage. On remarque, figure 2, que le bloc 10 est retourné ; sa surface de référence 1 est posée sur la machine outil pour permettre à l'outil 11 de travailler le bloc dans son épaisseur, à partir de la surface supérieure 6. L'outil 11 est principalement utilisé pour façonner la surface du modèle et en particulier, dans le cas d'une hélice, pour sculpter la surface de l'extrados 13. La figure 3 montre le bloc 10 après le façonnage de l'extrados 13. Les quatre coins du bloc, repérés 14,15, 16 et 17, constituent des chutes et sont éliminés manuellement par exemple. Le modèle apparaît en saillie, sculpté à la surface du bloc 10 ; on remarque aussi la bordure périphérique 19 de l'hélice, ainsi que l'esquisse 20 du patin de l'hélice. La surface 5 du bloc est également dressée, en totalité ou en partie, pour établir une surface de référence au niveau du patin de l'hélice. Le patin 20 est habillé d'une plaque de bois 21 qui fait office de face de référence. Cette plaque de bois est circulaire ; elle est découpée dans un panneau de contreplaqué et elle est collée sur le patin avec une dépouille circulaire sur la face extérieure. On remarque également, toujours figure 3, des cavités 22 aménagées dans l'épaisseur du modèle sur la périphérie de l'extrados. Ces cavités 22 sont destinées à recevoir des inserts 23. Ces inserts 23 comportent par exemple un ou deux orifices pour installer des inserts filetés qui permettront, ultérieurement, lors de l'opération de fonderie, la mise en place de crochet (s) pour faciliter l'extraction du modèle après avoir réalisé son empreinte dans un moule en sable. Ces inserts 23 ont une épaisseur telle qu'ils affleurent l'autre face de l'hélice comme détaillé plus loin. La figure 4 illustre l'opération de stratification de l'extrados 13. Préalablement à cette opération, un ruban adhésif 24 est posé sur la tranche ou périphérie 19 du modèle. Ce ruban 24 permet de délimiter de la surface de stratification sur la bordure périphérique 19. Cette stratification est réalisée de façon classique avec résine et plusieurs couches de tissu 25 en fibre de verre, cinq couches de tissu par exemple. Cette stratification s'étend également sur le chant de la plaque 21 qui forme le patin. Elle s'étend aussi sur les inserts 23 en les recouvrant. Lorsque cette opération est terminée, et que l'extrados 13 présente une résistance suffisante, l'opération suivante consiste à installer sur cet extrados, un berceau 26 constitué par exemple de planches 27,28 disposées sur chant, respectivement longitudinalement et transversalement, assemblées entre elles par tout moyen approprié du genre assemblage à mi-bois et congés et résine pâte. Ces planches sont en contreplaqué par exemple, et leur chant qui est posé sur l'extrados 13, est découpé de façon à épouser le profil de cet extrados. Ce berceau 26 est fixé sur l'extrados, comme représenté figure 6, au moyen de plusieurs points d'ancrage 29. Cet ancrage est par exemple réalisé au moyen de pastilles 30 découpées dans un ruban adhésif, lesquelles pastilles sont disposées sur l'extrados 13. La liaison du berceau 26 avec l'extrados 13 est réalisée par exemple au moyen de points de colle 31 avec de la résine sous forme de pâte ; ces points de colle sont interposés entre le dos des pastilles 30 et la planche correspondante dudit berceau. Le berceau 26 est ainsi assemblé à l'hélice de façon à pouvoir être démonté facilement tout en conservant la possibilité d'être remis en place tout aussi facilement grâce aux pastilles adhésives. La surface supérieure du berceau 26 est dressée de façon à former une surface de référence parallèle à la surface de référence initiale 1. Après cette opération de dressage du berceau 26, le bloc est retourné de façon à être posé, comme illustré figure 7, sur ledit berceau 26 afin de poursuivre l'opération de façonnage du modèle sur la machine outil. Cette opération consiste à réaliser avec l'outil 11, le contour du modèle, comme précédemment figure 2. Le volume initial du bloc apparaît en traits pointillés, figure 7. Dès que l'opération de chantournement est terminée, les quatre coins restants 34,35, 36 et 37 du bloc sont éliminés et l'outil 11 poursuit son opération de sculpture par usinage du bloc, jusqu'à l'obtention de l'intrados 38, donnant la forme définitive du modèle comme représenté figure 8. Les inserts 23 apparaissent également sur l'intrados 38, mis à niveau automatiquement lors du dressage de la surface. La bordure périphérique 19 de l'hélice a été dressée également et le ruban adhésif 24 a été éliminé lors de cette opération. Une nouvelle stratification est réalisée sur l'intrados 38 et sur la bordure 19 ainsi que sur le chant de la plaque 21. Cette stratification, comme précédemment, est effectuée au moyen de résine et de plusieurs couches d'un tissu 25 en fibres de verre. Le modèle peut être livré avec son berceau 26 ce qui permet lors des opérations ultérieures de fonderie, de réaliser des gains de temps conséquents en particulier lors des opérations de positionnement du modèle pour la préparation du moule. Un tel modèle peut être conservé sans craindre une quelconque altération au fil du temps. Il peut être conservé posé sur son berceau 26 et stocké sans précaution particulière notamment vis-à-vis des variations de degré hygrométrique. - REVENDICATIONS- 1. - Procédé de préparation de modèle pour fonderie et en particulier de modèle de grandes dimensions, caractérisé en ce qu'il consiste à réaliser, sur une machine outil appropriée, une véritable opération de sculpture par usinage, d'un bloc en matériau stable et léger comme le polystyrène expansé, pour en tirer ledit modèle. 2.-Procédé de préparation selon la revendication 1 d'un modèle de fonderie du genre hélice de bateau, caractérisé en ce que l'opération de sculpture par usinage se déroule en deux temps avec, dans un premier temps, l'usinage concernant l'une des surfaces du modèle et dans un second temps, l'usinage de l'autre surface, chaque opération d'usinage étant suivie d'une opération de dépose d'un revêtement du genre stratification. 3.-Procédé de préparation d'un modèle pour fonderie selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il consiste : - à préparer un bloc parallélépipédique (10), en matériau du genre polystyrène expansé, dont les dimensions sont supérieures à celles de l'enveloppe parallélépipédique dudit modèle ; - à préparer sur ledit bloc (10) une surface de référence (1) au moyen d'une machine d'usinage appropriée ; - à retourner ledit bloc pour poser ladite surface de référence (1) sur la table de la machine outil ; - à usiner le bloc de façon à sculpter l'une des surfaces du modèle d'hélice, et le patin, sur la machine outil ; - à stratifier la surface usinée, au moyen d'une résine et d'un matériau du genre tissu (25) en fibres de verre ; - à installer sur la surface stratifiée, un berceau (26) temporaire de façon à reconstituer une surface parallèle à la surface de référence (1) toujours existante ; - à surfacer ledit berceau (26) pour dresser une nouvelle surface de référence, parallèle à la surface initiale de référence (1) ; - à retourner le modèle en plaçant la surface de référence du berceau (26) sur la table de la machine outil ; - à usiner le bloc de façon à sculpter l'autre face du modèle ; - à stratifier la dernière face usinée du modèle, au moyen d'une résine et d'un matériau du genre tissu (25) en fibres de verre. 4.-Procédé de préparation d'un modèle de fonderie selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il consiste à sculpter, dans un premier temps, la surface du modèle qui correspond à l'extrados dans le cas d'une hélice, de façon à conserver tout au long de cette première phase d'usinage, un maximum de matière au niveau du bloc en polystyrène. 5.-Procédé de préparation d'un modèle de fonderie selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il consiste, avant l'opération de stratification de l'extrados (13), à préparer, dans l'épaisseur du modèle, au moins une cavité (22), puis à poser, dans ladite cavité, un insert (23) approprié, lequel insert permet, avec des moyens complémentaires du genre crochets, de faciliter la manutention du modèle lors des opérations de préparation des moules. 6.-Procédé de préparation d'un modèle de fonderie selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il consiste, avant de réaliser l'opération de stratification de l'extrados (13), à installer une plaque de bois (21) sur le patin (20) du modèle en forme d'hélice, laquelle plaque de bois sert de surface de référence pour les opérations ultérieures de fonderie. 7.-Procédé de préparation d'un modèle de fonderie selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisé en ce qu'il consiste à installer, sur l'extrados (13) du modèle, un berceau (26) destiné à offrir une surface de référence parallèle à la surface de référence initiale (1). 8.-Procédé de préparation d'un modèle de fonderie selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il consiste à réaliser un berceau (26) au moyen de planches de bois, assemblées entre elles, formant un treillis, lequel berceau est fixé sur ledit extrados au moyen de pastilles (30) de ruban adhésif et d'une liaison réalisée au moyen d'un dépôt (31) de résine sous forme de pâte par exemple, lequel dépôt est placé entre lesdites planches et la portion de ruban adhésif. 9.-Procédé de préparation d'un modèle de fonderie selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il consiste, avant de réaliser l'opération de stratification de l'extrados (13), à poser un ruban adhésif (24) sur la tranche ou bordure périphérique (19) du modèle, de façon à délimiter la zone de stratification sur ledit chant. 10.-Modèle de fonderie du genre modèle de grandes dimensions comme par exemple un modèle d'hélice destinée à des bateaux ou autres de gros tonnage, caractérisé en ce qui est constitué d'un matériau du genre polystyrène expansé recouvert d'un stratifié sur toute sa surface, hors patin.