Brevet FR2858256A1 — publié le 20050204

"Noyau de fonderie à base de borates de potassium comportant une cavité de dissolution" L'invention concerne un noyau pour la réalisation de formes creuses par fonderie, un moule et un procédé pour la réalisation d'un tel noyau. L'invention concerne plus particulièrement un noyau pour la réalisation de formes creuses par fonderie, obtenu par moulage d'une coulée de sels minéraux en fusion dans un moule. Le document 2.819.205 décrit et représente un tel noyau 10 comportant des sels minéraux tels que du métaborate ou monoborate de potassium, du diborate de potassium, du triborate de potassium, du tétraborate de potassium, ou encore du pentaborate de potassium. Un tel noyau est compatible avec les procédés de fonderie 15 sous pression, pour la réalisation de formes creuses de géométries fines, et compatible avec tous les types d'alliages légers utilisés dans ces procédés. Il permet notamment de réaliser des pièces comportant des formes creuses de géométries complexes et présentant un bon 20 état de surface, tout en garantissant la propreté des cavités. Il peut être utilisé dans un procédé de fonderie sous pression, mais il peut aussi être utilisé dans un procédé de fonderie avec coulée par gravité, en vue d'améliorer l'état de surface des cavités et en vue de réaliser des cavités de 25 géométries plus complexes, par rapport à un procédé de fonderie avec coulée par gravité utilisant un noyau à base de sable ou de sels minéraux classiques. A l'issue du moulage d'une pièce de fonderie à l'aide d'un tel noyau, un noyau, quel qu'il soit, doit être ôté de la pièce brute 30 de démoulage afin de pouvoir utiliser et/ou usiner ladite pièce. Dans le cas particulier des noyaux du type décrit précédemment qui se dissolvent à l'eau, on a constaté que la dissolution du noyau s'opérait selon un front de dissolution s'étendant d'une extrémité du noyau, par laquelle l'eau est acheminée, à l'extrémité opposée du noyau. Ce phénomène s'oppose à une dissolution rapide du noyau, et augmente de ce fait la durée pendant laquelle la pièce 5 venant de fonderie est immobilisée dans l'attente de la dissolution de son ou ses noyaux. Pour remédier à cet inconvénient, I'invention propose un noyau du type décrit précédemment comportant des moyens destinés à favoriser la pénétration de l'eau dans le noyau et par 10 conséquent, à accélérer sa dissolution. Dans ce but, I'invention propose un noyau du type décrit précédemment, caractérisé en ce qu'il comporte une cavité intérieure destinée à permettre, après usage du noyau pour la réalisation d'une pièce de fonderie, à un solvant d'avoir accès par 15 capillarité au coeur du noyau afin d'en accélérer la dissolution. Selon d'autres caractéristiques de l'invention: - la cavité intérieure est réalisée lors de l'opération de moulage dudit noyau, - la cavité est constituée d'une retassure interne obtenue 20 par un refroidissement rapide de la surface extérieure du noyau. L'invention concerne aussi un procédé pour la réalisation d'un noyau du type décrit précédemment, du type qui comporte au moins une opération de moulage du noyau, caractérisé en ce que l'opération de moulage est suivie d'une opération de 25 refroidissement rapide de la surface extérieure du noyau. Selon d'autres caractéristiques du procédé: - au cours de l'opération de refroidissement rapide de la surface extérieure du noyau, on refroidit rapidement la paroi d'une empreinte du moule au contact avec le noyau, au cours de l'opération de moulage du noyau, on coule les sels minéraux en fusion par gravité dans le moule, - le procédé comporte de préférence une opération préliminaire de chauffage du moule préalable à l'opération de moulage, de manière à diminuer la différence initiale de température entre les sels minéraux et le moule, L'invention concerne encore un moule pour la réalisation d'un noyau comportant des moyens de refroidissement agencés à proximité de la paroi de l'empreinte du moule. Selon une autre caractéristique du moule, celui-ci comporte des moyens internes de chauffage. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 est une vue schématique en coupe longitudinale avec arrachement d'un moule et d'un noyau selon l'invention au cours d'une opération de moulage en grappe du 15 noyau conforme à l'invention; - la figure 2 est une vue schématique en coupe longitudinale représentant la dissolution d'un noyau conventionnel dans une pièce de fonderie; - la figure 3 est une vue schématique en coupe 20 longitudinale représentant la dissolution d'un noyau selon l'invention dans une pièce de fonderie; Dans la description qui va suivre, des chiffres de référence identiques désignent des pièces identiques ou ayant des fonctions similaires. On a représenté à la figure 1 une opération de moulage en grappe de deux noyaux 10 destinés à la réalisation d'une pièce de fonderie du type de la pièce 12 qui a été représentée aux figures 2 et 3. Comme l'illustre la figure 1, au cours de l'opération de 30 moulage du noyau 10, on réalise une coulée de sels minéraux en fusion dans un entonnoir d'alimentation 14 d'un moule 16. L'entonnoir d'alimentation communique à son extrémité inférieure avec une empreinte 18 du moule 16. Au moins une partie des sels minéraux est choisie par exemple parmi les borates de potassium pour obtenir un noyau 10 présentant des caractéristiques mécaniques élevées. Dans ces conditions, les sels minéraux se répartissent par 5 gravité dans l'empreinte 18 du moule 16 suivant les flèches "F" pour constituer, après refroidissement, le noyau 12. Le résultat obtenu est un noyau 12 analogue à celui qui a été représenté aux figures 2 et 3. Comme l'illustrent les figures 2 et 3, une pièce de fonderie 10 12 comportant une forme creuse 20 est obtenue par une opération de moulage avec le noyau 10 précédemment obtenu. La forme creuse 20 est complémentaire du noyau 10, et il est nécessaire pour pouvoir exploiter cette forme creuse 20 de dissoudre le noyau 10 à l'aide d'un solvant, par exemple de l'eau dans le cas 15 d'un noyau 10 selon l'invention comportant des sels à base de borate de potassium. Comme l'illustre la figure 2 qui représente une opération de dissolution d'un noyau 10 conventionnel, le solvant est introduit par une ouverture 22 d'extrémité du moule 12. Avec le noyau 10 20 conventionnel plein qui a été représenté à la figure 2, le solvant se propage dans le noyau 10 suivant des lignes de front 24 successives, en dissolvant progressivement le noyau 10 de la droite vers la gauche de la figure 2. De ce fait, I'opération de dissolution du noyau 10 est une 25 opération longue qui, dans le cas d'une production de grande série, engendre des coûts d'immobilisation élevés dans l'atelier où est effectué la dissolution des noyaux 10. Comme l'illustre la figure 3, pour remédier à cet inconvénient, I'invention propose un noyau 10 comportant une 30 cavité intérieure 26 destinée, après usage du noyau 10 pour la réalisation d'une pièce 12 de fonderie, à permettre à un solvant d'avoir accès par capillarité au coeur du noyau 10 afin d'en accélérer la dissolution dans la pièce 12. Ainsi, lors de l'opération de dissolution du noyau 10, le solvant pénètre dans la cavité 26 comme représenté à la figure 3 et se propage de l'intérieur vers l'extérieur du noyau suivant des directions 28 variées représentées par les flèches de la figure 3. Conformément à l'invention, la cavité intérieure 26 est réalisée lors de l'opération de moulage du noyau 10. La cavité 10 pourrait, de manière non limitative de l'invention, être réalisée par perçage ou en introduisant, préalablement au moulage du noyau, un élément de température 10 de fusion plus élevée que les sels à base de borate de potassium, élément qui serait ôté du noyau 10 préalablement à l'opération de dissolution du noyau 10 pour former la cavité 26. Toutefois, dans le mode de réalisation préféré de l'invention, la cavité 26 est constituée d'une retassure interne du noyau obtenue grâce à un refroidissement rapide de la surface extérieure 28 du noyau 10 lors de son moulage. A cet effet, un procédé de fabrication du noyau 10 comporte au moins une opération de moulage telle que précédemment évoquée en référence à la figure 1, suivie d'une 20 opération de refroidissement rapide de la surface extérieure 28 du noyau 10. Au cours de cette opération de refroidissement rapide de la surface extérieure 28 du noyau 10, on refroidit rapidement la paroi de l'empreinte 18 du moule 16 qui est au contact avec le 25 noyau 10. A cet effet, comme l'illustre la figure 1, le moule 16 comporte des moyens 30 de refroidissement agencés à proximité de la paroi de l'empreinte 18 du moule 16. Tous les moyens de refroidissement connus de l'état de la 30 technique peuvent être utilisés pour la bonne réalisation de l'invention. Sur l'arrachement de la figure 1, on a représenté, à titre d'exemple et de manière non limitative, des moyens 30 de refroidissement constitués d'un échangeur 32 logé dans le moule 16. Comme l'illustrent les flèches, l'échangeur est alimenté en fluide caloporteur par un conduit d'arrivée 34 et ce fluide est évacué par un conduit 36. Cette configuration permet d'évacuer un grand nombre de calories en une durée très réduite. De tels échangeurs 34 sont répartis suivant toute la périphérie de l'empreinte 18, pour assurer une refroidissement rapide et uniforme de l'empreinte 18. Enfin, préalablement à l'opération de moulage du noyau 10, le procédé peut comporter une opération préliminaire de 10 chauffage du moule 16 de manière à diminuer la différence initiale de température entre les sels minéraux et le moule 16. A cet effet, le moule 16 comporte des moyens internes de chauffage 38, par exemple une ou plusieurs résistances électriques 40 logées dans le moule 16 et destinée(s) à permettre 15 son élévation de température de manière uniforme. L'invention permet donc de réaliser des noyaux en sels minéraux à base de borates de potassium qui ont la particularité d'être rapidement dissolvables, ce qui permet de réduire les coûts et les temps de production de pièces 12 moulées avec de tels 20 noyaux. REVENDICATIONS 1. Noyau (10) pour la réalisation de formes creuses par fonderie, obtenu par moulage d'une coulée de sels minéraux en fusion dans un moule (16), caractérisé en ce qu'il comporte une cavité intérieure (26) destinée à permettre à un solvant d'avoir accès par capillarité au coeur du noyau afin d'en accélérer la dissolution dans la pièce (12) après usage du noyau. 2. Noyau (10) selon la revendication précédente, 10 caractérisé en ce que la cavité (26) intérieure est formée lors du moulage de celui-ci. 3. Noyau (10) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la cavité (26) est constituée d'une retassure interne du noyau obtenue suite à un refroidissement rapide de sa surface extérieure (28). 4. Procédé de fabrication d'un noyau (10) selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'opération de moulage est suivie d'une opération de refroidissement rapide de la surface extérieure (28) du noyau (10). 5. Procédé de fabrication d'un noyau (10) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que, au cours de l'opération de refroidissement rapide de la surface extérieure (28) du noyau (10), on refroidit rapidement la paroi d'une empreinte (18) du moule (10) au contact avec le noyau (10). 6. Procédé de fabrication d'un noyau (10) selon l'une des revendications précédentes 4 ou 5, caractérisé en ce que les sels minéraux en fusion sont coulés par gravité dans le moule (16) au cours de l'opération de moulage du noyau. 7. Procédé de fabrication d'un noyau (10) selon l'une 30 quelconque des revendications 4 à 6, caractérisé en ce qu'il comporte une opération préliminaire de chauffage du moule (16) préalable à l'opération de moulage, en vue de diminuer la différence initiale de température entre les sels minéraux et le moule (16). 8. Moule (16) pour la réalisation d'un noyau (10) selon les revendications I à 3 suivant un procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens (30) de refroidissement agencés à proximité de la paroi de l'empreinte (18) du moule (16). 9. Moule (16) pour la réalisation d'un noyau (10) selon les revendications 1 à 3 suivant un procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que le moule (16) comporte des moyens internes (38) de chauffage. O10