Brevet FR2969516A1 — publié le 20120629

PROCEDE DE FABRICATION DE NOYAU DE SEL PAR COMPACTION ISOSTATIQUE UTILISABLE EN FONDERIE OU EN FONDERIE - FORGEAGE L'invention se rattache au secteur technique de la conception des noyaux pour pièces de fonderie. Le noyau, en fonderie, permet de réaliser des formes creuses dans 10 des pièces de fonderie. Il est généralement réalisé en sable ou en sel. Pour la compréhension de l'invention, on rappelle succinctement les différentes technologies utilisées pour la conception de différents types de noyaux avec leurs limites, en se référant aux figures des dessins. On a représenté aux figures 1A-1B un noyau de sable soufflé ou noyau de sel soufflé avant et après assemblages des particules. Selon cette première mise en oeuvre, le sable (1) est enduit d'un liant 20 (2) qui se durcit lors du tir du noyau. Le sable et le liant sont introduits dans une buse et de l'air est mis en pression en amont de cette buse. En aval se trouve la boîte à noyau. La pression est libérée et projette le sable dans la boîte à noyau qui peut être chaude ou froide. Le sable remplit l'empreinte de la boîte à noyau et est figé par le liant. Le remplissage des formes 25 complexes est difficile à mettre au point. Aussi il faut dans certains cas l'utilisation de deux points d'alimentation en sable dans la boîte à noyau, limiter les variations de formes et de section. Cependant, dans cette mise en oeuvre, les grains de sable ne sont pas déformés et on obtient un agglomérat de grains (figure 1B) faisant apparaître des porosités (p). 15 Dans le cas de noyau sel soufflé mettant en oeuvre la même méthode, l'opération s'effectue dans des conditions similaires, avec les mêmes contraintes et inconvénients, en particulier de porosité. Une autre solution connue celle du noyau de sel fritté illustrée figures 2A-2B. Dans ce cas, la technique de fabrication du noyau sel consiste en une 10 première opération de matriçage suivi d'un frittage d'un mélange poudre de sel avec un liant et un agent démoulant. On a représenté par (3) les grains de sel et par (4) la liaison obtenue des grains selon le procédé. Le matriçage conduit à l'obtention d'un noyau qui est suffisamment solide pour être manipulé. Sa solidité est complétée après une opération de frittage à haute 15 température. Lors du frittage, le liant se trouve dans un état semi-solide ou liquide et comble une partie des porosités persistant après le matriçage. Après refroidissement, les liaisons établies par le liant confèrent au noyau une résistance à rupture élevée mais la compressibilité reste élevée car toutes les porosités (p) ne sont pas comblées. Par ailleurs, l'opération de 20 matriçage entraîne des limitations de formes et de tailles pour pouvoir former le noyau. Les solutions mises en oeuvre selon l'Art Antérieur présentent donc des limites d'utilisation avec un degré de porosité du noyau obtenu pouvant 25 présenter des inconvénients lors du coulage du matériau de fonderie. En outre, le noyau obtenu selon les procédés précités, et par leur structure hétérogène, sont partiellement inadaptés pour servir d'autres traitements, tel que par exemple, une opération de forge.5 Indépendamment de la problématique du noyau de fonderie, le Demandeur est le concepteur du procédé COBAPRESS (marque déposée) défini dans le brevet européen 119 365. Ce procédé met en oeuvre pour des alliages d'aluminium deux opérations successives de coulée de fonderie pour l'obtention d'une préforme, laquelle est ensuite mise dans une matrice de forge pour être forgée. Cette technologie est très largement exploitée et développée par le Demandeur, mais aussi par d'autres, puisque que le brevet EP 119 365 relève du domaine public. Le Demandeur a aussi développé de nombreux perfectionnements à la technologie de base du procédé COBAPRESS avec par exemple l'insertion d'inserts métalliques dans la préforme, laquelle est ensuite forgée. Cela a été défini dans le brevet EP 586 314. Les inserts sont disposés de manière définitive dans la préforme et la pièce finale obtenue. Comparativement à la technologie des noyaux de fonderie qui peuvent ensuite être évacués, ce n'est pas le cas des inserts. Il y a donc un obstacle majeur pour les raisons évoquées. Dans le cadre de la technologie du coulé-forgé, correspondant au procédé COBAPRESS, il a été proposé l'utilisation de noyau. Par exemple, il a été proposé dans le brevet PCT WO 2009/050382 la mise en oeuvre d'un noyau en sel ou en sable, réalisé à l'aide d'une boîte froide ou chaude ou "croning" inséré dans une préforme de fonderie pour subir ensuite une opération de forgeage de la préforme. En pratique, ce brevet qui tente d'élargir le mode de réalisation du noyau fait essentiellement référence à un noyau constitué de sable et de résine ce qui correspond à l'Art Antérieur précité initialement. Ce noyau est en fait pourvu d'au moins un conduit d'évacuation de gaz pour évacuer les gaz hors du moule lors de l'opération de moulage. Ces gaz, selon le Demandeur de ce brevet, peuvent provenir de la combustion des résines ou liants faisant partie du noyau. En outre, dans ce document, le ou les conduit(s) d'évacuation des gaz assure(nt) le positionnement du noyau dans le moule lors de l'opération de moulage. Cela génère donc une structure très particulière, avec des contraintes techniques liées à cette mise en oeuvre particulière, avec en particulier des moyens spécifiques pour l'étanchéité de l'ébauche de préforme. On connaît aussi par le brevet EP 850 825 l'utilisation d'un noyau en matériau perdu pour constituer la partie creuse d'une manivelle de pédale de bicyclette. Ce noyau est prolongé par une partie de support servant à positionner le support à l'intérieur du moule de fonderie dans lequel le métal est coulé. L'opération de forgeage qui s'ensuit requiert l'enlèvement partiel préalable du noyau. Cela nécessite donc des opérations très spécifiques avec des risques de laisser des débris du noyau dans le moule pouvant être gênants et créer des zones d'affaiblissement lors de l'opération de forge. C'est donc à partir de l'ensemble de ces considérations que le Demandeur a recherché une solution qui puisse remédier à l'ensemble des inconvénients et contraintes cités de l'Art Antérieur. Le Demandeur s'est orienté dans sa démarche d'une manière différente des techniques décrites précédemment, sur une nouvelle conception de fabrication du noyau de fonderie pouvant être réalisée sans modification de structure dans la préforme en vue de l'opération de forgeage. La solution trouvée et expérimentée par de nombreux tests a permis de valider le choix du Demandeur en vue de la fabrication de ce noyau. Selon une première caractéristique de l'invention, le procédé de fabrication du noyau de sel en vue d'être introduit dans un moule de fonderie par coulage d'un matériau connu en fonderie en vue de l'obtention d'une préforme est remarquable en ce que le noyau est une poudre de sel et subit pour sa mise en forme une opération de compression isostatique de la poudre de sel, le noyau obtenu aux formes souhaitées étant ensuite introduit dans le moule de fonderie pour réaliser la forme à obtenir. Selon une autre caractéristique, la forme issue de l'opération de fonderie est une préforme incluant le noyau en poudre de sel obtenue par compression isostatique, la dite préforme étant ensuite forgée en vue de l'obtention de la forme finale du produit à obtenir, et le noyau étant ensuite évacué. Ces caractéristiques et d'autres encore ressortiront bien de la suite de la description. Pour fixer l'objet de l'invention illustré d'une manière non limitative aux figures des dessins où : Les figures 1A-1B sont des vues représentant la microstructure d'un noyau de sel ou sable soufflé avant et après assemblage selon l'Art Antérieur, Les figures 2A-2B sont des vues représentant la microstructure d'un noyau sel subissant les opérations de matriçage et de frittage selon l'Art Antérieur, Les figures 3A-3B sont des vues représentant la microstructure d'un noyau sel compacté isostatiquement selon l'invention, La figure 4 est un diagramme représentant selon le rapport de compressibilité et de déformation, les courbes correspondant à des noyaux obtenus selon les techniques connues, noyau de sel soufflé, noyau sable soufflé, noyau sel fritté, et selon l'invention, noyau à compaction isostatique. Afin de rendre plus concret l'objet de l'invention, on le décrit maintenant d'une manière non limitative illustrée aux figures des dessins. En se référant aux figures 3A-3B, le noyau (10) est réalisé en poudre de sel. Selon le procédé de l'invention, la mise en forme du noyau s'effectue par compression isostatique en introduisant la poudre de sel dans un moule ayant une très haute limite élastique de déformation et une très bonne aptitude à reprendre sa forme initiale après déformation. Une fois le moule rempli de poudre de sel, il est scellé en introduisant dans une enceinte de pression isostatique contenant le plus souvent un liquide porteur de la pression, le vecteur de cette pression pouvant être aussi du gaz. La dite enceinte est fermée et mise sous pression. Cette pression s'applique sur la poudre de sel au travers du moule. Les grains de poudre de sel se déforment, peuvent se fragmenter et en final s'agglomèrent pour constituer un ensemble compact sans porosités. La pression élevée appliquée et sa répartition homogène dans la poudre de sel donne un noyau compact ayant une très bonne cohésion et ne nécessitant pas d'autres traitements tel que le frittage. On obtient ainsi une différence de structure du noyau qui offre une optimisation maximum dans le cadre de l'invention d'utilisation sans moyens complémentaires. La solution décrite selon l'invention permet l'obtention de noyaux adaptés à la formation de cavités dans une pièce de fonderie traditionnelle. La configuration du noyau selon l'invention lui donne une très faible 10 compressibilité. La conception de la pièce de fonderie qui est ensuite forgée avec le noyau selon l'invention en est facilitée. L'effort de presse lors du forgeage sert uniquement a déformé en déviatorique le noyau et le métal, la montée en pression n'étant pas affectée par une diminution du volume du noyau. 15 Selon l'invention, le procédé met en oeuvre un ou plusieurs noyaux en poudre de sel obtenu(s) par compaction isostatique dans le moule de fonderie. 20 Le diagramme représenté figure 4 met ainsi en valeur les courbes de compressibilité du noyau dans chaque type de réalisation connue rappelé ci-avant et selon l'invention. On constate ainsi la différenciation très nette qui est obtenue avec le noyau sel par compaction isostatique en égard de l'Art Antérieur. Il y a lieu de préciser également que l'invention ne requiert 25 aucun liant pour la fabrication du noyau par compaction isostatique de poudre de sel. Cela signifie donc qu'il n'y a pas de nécessité d'évacuer le liant ou les gaz provenant de la combustion des liants comme il apparaît dans le brevet PCT WO 2009/050382.5 REVENDICATIONS-1- Procédé de fabrication du noyau de sel en vue d'être introduit dans un moule de fonderie par coulage de tous matériaux connus en fonderie en vue de l'obtention d'une préforme est caractérisé en ce que le noyau est une poudre de sel et subit pour sa mise en forme une opération de compression isostatique de la poudre de sel, le noyau obtenu aux formes souhaitées étant ensuite introduit dans le moule de fonderie pour réaliser la forme à obtenir. 2- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la forme issue de l'opération de fonderie est une préforme incluant le noyau en poudre de sel obtenue par compression isostatique, la dite préforme étant ensuite forgée en vue de l'obtention de la forme finale du produit à obtenir, et le noyau étant ensuite évacué. 3- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il comprend un ou plusieurs noyaux disposé(s) dans le moule de fonderie20