Brevet FR2835207A1 — publié le 20030801

La présente invention a pour objet un moule à séchage rapide destiné à la fonderie à la cire perdue. Les industries mécaniques, aéronautiques, électroniques,... sont constamment à la recherche de pièces de fonderie toujours plus minces, plus complexes géométriquement et plus résistantes. A cet effet, et en particulier dans le cas de pièces de fonderie en alliage d'aluminium, de magnésium, de cuivre, voire d'argent,... on dispose du procédé de moulage bien connu des spécialistes dit à la cire perdue qui présente l'avantage de permettre de réaliser des pièces de grande précision. Conformément à ce procédé, l'étape de coulée du métal est mise en oeuvre dans des blocs céramique de préférence de forme essentiellement parallélépipédique réalisés en une composition céramique renfermant un mélange de produits réfractaires sous forme de poudre ou de grains agglomérés par du plâtre réfractaire en présence d'eau. Ces moules sont fabriqués dans une étape préliminaire. Lors de cette étape de fabrication, on prépare la composition céramique constitutive du bloc céramique par malaxage de ses constituants et on verse celle-ci dans une frette métallique de préférence de forme essentiellement parallélépipédique dans laquelle on a préalablement introduit au moins un modèle en cire pourvu d'un système de remplissage et d'alimentation. La composition céramique mise en oeuvre est propre à chaque fondeur mais renferme en règle générale des farines de silice, de zircon, ou d'alumine, de la cristobalite, une proportion variable d'argile calcinée et broyée (mullite ou molochite), le tout aggloméré par du plâtre réfractaire en présence d'une quantité d'eau représentant en moyenne 20 à 25 % de la masse totale du mélange mis en oeuvre. Après versement de la composition céramique dans la frette métallique et prise en masse de cette composition, le bloc céramique enrobe parfaitement le ou les modèles en cire. Le bloc céramique est ensuite transféré dans une enceinte chauffée à une température de l'ordre de 100 C de façon à liquéfier les modèles en cire et à les évacuer. Ces modèles laissent ainsi à leur place dans le bloc céramique une empreinte correspondant, en négatif à la forme des pièces et des systèmes de coulée à réaliser, dans laquelle on peut couler un métal ou un alliage métallique par gravité, par coulée basse pression ou encore par aspiration, ceci à l'air libre, sous vide, ou encore sous atmosphère contrôlée. Toutefois, avant de pouvoir couler du métal en fusion dans l'empreinte ainsi obtenue, il est indispensable de soumettre le moule à un cycle de cuisson dans un four permettant d'éliminer toute l'eau contenue dans la composition céramique ayant servi à réaliser le bloc de moulage. Or, la dimension et la complexité des pièces à produire étant de plus en plus grande, il est actuellement courant de couler des pièces s'inscrivant dans des moules de forme cubique de 800 mm de côté et dont la masse peut atteindre 900 kg. Dans un tel cas, étant établi que la composition céramique peut renfermer jusqu'à 25 % d'eau, cette opération nécessite l'élimination de plus de 200 litres d'eau. Cette eau est constituée à plus de 90 % d'eau de mouillage c'est-à-dire d'eau normale dont l'élimination requiert des températures de l'ordre de 180 à 200 C et pour la proportion restante d'eau dite de constitution qui se présente sous la forme de radicaux OH formant des ponts de liaison au sein des autres constituants du mélange dont la plus grande partie est constituée par des silicates (Si02-Si04). L'élimination de cette eau de constitution doit s'opérer à une température supérieure à 600 C. Cette élimination est compensée par l'apparition de nouvelles formes de liants, et par un phénomène de début de fusion des grains de silice (frittage partiel) qui permet de conserver la cohésion du matériau grâce à la création de ponts de liaison en composés siliceux au moins partiellement fondus. Par suite le cycle de cuisson des moules destinés à la fonderie à la cire perdue comporte une première phase mise en oeuvre à une température de l'ordre de 180 à 200 C de façon à éliminer l'eau de mouillage, suivie d'une phase intermédiaire d'augmentation progressive de la température du four, puis d'une seconde phase mise en oeuvre à une température supérieure à 600 C de façon à éliminer l'eau de constitution. La durée de cette phase d'élimination de l'eau de constitution n'est pas très importante, et il ne semble ni possible ni souhaitable de la réduire. En revanche, selon les dimensions et la masse du bloc céramique, l'élimination de l'eau de mouillage nécessite un temps de l'ordre de 20 à 50 heures. De plus, compte tenu de l'importance de la proportion d'eau de mouillage, il est essentiel que cette élimination soit mise en oeuvre avec le plus grand soin : il n'est en particulier pas possible d'éliminer l'eau de mouillage trop brutalement de façon à ne pas créer dans le bloc céramique des fissures très importantes qu'il conviendrait de reboucher. Compte tenu de ce qui précède, il serait souhaitable, à la fois en termes de gain de temps de cycle et d'économie d'énergie de trouver des moyens permettant de diminuer notablement le temps nécessaire à l'élimination de l'eau de mouillage. La présente invention a pour objet de parvenir à ce but en proposant un moule à séchage rapide destiné à la fonderie à la cire perdue. De façon classique, ce moule est constitué par un bloc céramique, de préférence de forme essentiellement parallélépipédique, réalisé en une composition céramique renfermant un mélange de produits réfractaires sous forme de poudre ou de grains agglomérés par du plâtre réfractaire en présence d'eau, ce bloc céramique enrobant au moins un modèle en cire, et étant entouré d'une frette métallique. Selon l'invention, ce moule est caractérisé en ce que le bloc céramique renferme une gaine poreuse en forme de serpentin débouchant vers l'extérieur à ses extrémités, de préférence par les faces opposées respectives de ce bloc. Selon une caractéristique particulièrement avantageuse de l'invention, la gaine poreuse est fixée sur les parois internes de la frette métallique, notamment au moyen de morceaux de fil de fer doux pouvant être recourbés manuellement. Lors de l'étape d'élimination de l'eau de mouillage du bloc céramique, cette gaine poreuse agit en pompant l'humidité à travers les grains ou particules de produits réfractaires tout en empêchant parallèlement celle-ci de se condenser sur les parois de la frette métallique. L'action de la chaleur augmente cet effet de pompage suite aux déplacements occasionnés par le gradient de température présent au sein du bloc céramique. Selon une caractéristique préférentielle de l'invention, les parois de la frette métallique comportent une série de trous de faible diamètre régulièrement espacés. Ces trous peuvent avantageusement avoir un diamètre de l'ordre de 1,5 mm. Ces trous ont pour fonction de faciliter l'évacuation de la vapeur d'eau lors de la phase d'élimination de l'eau de mouillage. Il est cependant nécessaire que la composition céramique ne puisse pas s'échapper par ces trous lors de son versement dans la frette métallique. A cet effet, et selon une autre caractéristique de l'invention, les parois de la frette métallique sont revêtues d'une couche de cire. Lors de l'étape d'évacuation du ou des modèles en cire, qui est mise en oeuvre préalablement au cycle de cuisson du bloc céramique, cette couche de cire se liquéfie et est elle aussi évacuée de façon à libérer les trous de la frette métallique, sans toutefois entraîner le coulage de la composition céramique puisque celle-ci est alors aussi solide que du plâtre. En revanche, dès que le moule est placé dans le four de cuisson et chauffé la vapeur d'eau commence à sortir par ces trous et par la gaine poreuse insérée dans le bloc céramique. L'invention concerne également un procédé de fabrication d'un moule à séchage rapide destiné à la fonderie à la cire perdue du type susmentionné. Selon l'invention, ce procédé est caractérisé en ce que : - on fixe la gaine poreuse sur les parois internes de la frette métallique, - on introduit au moins un modèle en cire dans cette frette, - on prépare la composition céramique constitutive du bloc céramique par malaxage de ses constituants, et on verse la composition céramique ainsi préparée dans la frette métal- lique, autour du ou des modèles en cire, de façon à obtenir le bloc cé- ramique après prise en masse de cette composition. Selon l'invention, la gaine poreuse est de préférence fixée sur les parois internes de la frette métallique, ce au moyen de morceaux de fil de fer doux que l'on recourbe manuellement, ce qui ne demande qu'environ deux minutes. Selon une autre caractéristique de l'invention, on perce des trous dans les parois de la frette métallique, et avant d'y verser la composition céramique on trempe celle-ci dans de la cire liquide de façon à revêtir ses parois d'une couche de cire. Cette cire liquide se solidifie immédiatement au contact du métal constitutif de la frette. On a pu vérifier que la mise en oeuvre du moule conforme à l'invention permet de diminuer la durée de l'étape d'élimination de l'eau de mouillage d'au moins 30 % et jusqu'à 50 % selon les dimensions des blocs céramiques et des pièces à mouler. Cette économie est encore augmentée grâce à une diminution significative des fissurations généralement constatées dans les moules classiques qui entraînent des gerces de métal sur les pièces qu'il faut enlever par ébarbage. Les caractéristiques du moule à séchage rapide ainsi que du procédé qui font l'objet de l'invention seront décrites plus en détail en se référant au dessin annexé qui est une vue schématique d'un tel moule. Selon la figure, le moule à séchage rapide est constitué par un bloc céramique 1 de forme cubique enrobant un modèle en cire 2 et entouré d'une frette métallique 3. Le bloc céramique est réalisé en une composition céramique renfermant un mélange de produits réfractaires sous forme de poudre ou de grains agglomérés par du plâtre réfractaire en présence d'eau. Une gaine poreuse 4 en forme de serpentin est fixée sur les parois internes de la frette métallique 3 au moyen de morceaux de fer doux 5. La gaine poreuse 3 débouche vers l'extérieur à ses extrémités opposées 41, 42 par les faces opposées respectives 11, 12 du bloc céramique 1 non entourées par la frette métallique 3. Selon la figure, les parois des quatre côtés de la frette métallique 3 sont percées d'une série de trous 6 régulièrement espacés ayant un diamètre de l'ordre de 1,5 mm. Les parois de la frette métallique 3 sont par ailleurs revêtues d'une couche de cire non représentée sur la figure. REVENDICATIONS l') Moule à séchage rapide destiné à la fonderie à la cire perdue et constitué par un bloc céramique (1) de préférence de forme essentiellement parallélépipédique réalisé en une composition céramique renfermant un mélange de produits réfractaires agglomérés par du plâtre réfractaire en présence d'eau, ce bloc céramique (1) enrobant au moins un modèle en cire (2) et étant entouré d'une frette métallique (3), caractérisé en ce que le bloc céramique (1) renferme une gaine poreuse (4) en forme de serpentin débouchant vers l'extérieur à ses extrémités (41, 42), de préférence par les faces opposées respectives (11, 12) de ce bloc. 2 ) Moule selon la revendication 1, caractérisé en ce que la gaine poreuse (4) est fixée sur les parois internes de la frette métallique (3). 3 ) Moule selon la revendication 2, caractérisé en ce que la gaine poreuse (4) est fixée à la frette métallique (3) au moyen de morceaux de fil de fer doux (5). 4 ) Moule selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les parois de la frette métallique (3) comportent une série de trous (6) de faible diamètre régulièrement espacés. 5 ) Moule selon la revendication 4, caractérisé en ce que le diamètre des trous (6) des parois de la frette métallique (3) est de l'ordre de 1, 5 mm. 6 ) Moule selon l'une quelconque des revendications 4 et 5, caractérisé en ce que les parois de la frette métallique (3) sont revêtues d'une couche de cire. 7 ) Procédé de fabrication d'un moule selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que - on fixe la gaine poreuse (4) sur les parois internes de la frette métalli- que (3), - on introduit au moins un modèle en cire (2) dans cette frette, - on prépare la composition céramique constitutive du bloc céramique (1) par malaxage de ses constituants, et - on verse la composition céramique ainsi préparée dans la frette métal- lique (3), autour du ou des modèles en cire (2), de façon à obtenir le bloc céramique (1) après prise en masse de cette composition. 8 ) Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'on fixe la gaine poreuse (4) sur les parois internes de la frette métallique (3) au moyen de fils de fer doux (5) que l'on recourbe manuellement. 9 ) Procédé selon l'une quelconque des revendications 7 et 8, caractérisé en ce que l'on perce des trous (6) dans les parois de la frette métallique (3), et avant d'y verser la composition céramique on trempe celle-ci dans de la cire liquide de façon à revêtir ses parois d'une couche de cire.