Brevet FR2970886A1 — publié le 20120803

PROCEDE DE MOULAGE PAR MODELE PERDU [0001 L'invention se rapporte à un procédé de moulage par modèle perdu. [0002] Dans le cadre d'un développement d'une nouvelle pièce de fonderie telle qu'une nouvelle culasse, il peut être fait appel au procédé de moulage par modèle perdu (moulage en PMP). Le document US-A-5 009 260 décrit cette technologie avec un modèle perdu en mousse. [0003] Dans le cadre d'un développement d'une nouvelle culasse suivant le procédé de moulage en PMP, il est question de réaliser une culasse en polystyrène composée de plusieurs strates. La particularité de cette technologie est de pouvoir fabriquer plusieurs culasses en même temps (grappe de deux culasses). L'orientation de la grappe verticale permet d'optimiser le prix de la culasse. L'inconvénient de cette orientation est d'engendrer des défauts d'emprisonnement d'air (appelé « défaut de plafond ») sur les toiles horizontales. [0004 Il y a donc un besoin pour éviter des défauts d'emprisonnement d'air. [0005i Pour cela l'invention propose un procédé de moulage d'une pièce par modèle perdu, caractérisé en ce qu'il comprend la fixation d'un modèle de la pièce sur un descendant définissant un axe de coulée de métal, le modèle de la pièce étant fixé en des points de fixation qui sont sur une droite inclinée par rapport à l'axe de coulée du métal. [0006] Selon une variante, le modèle de la pièce est fixé au descendant s'étendant le long de l'axe de coulée de métal par des canaux d'alimentation transversaux à l'axe de coulée du métal, les canaux d'alimentation fixant le modèle de pièce par les points de fixation et ayant des longueurs différentes. [0007] Selon une variante, dans le sens de coulée du métal, les canaux d'alimentation ont une longueur qui diminue. [0008] Selon une variante, la droite sur laquelle sont les points de fixation est inclinée d'un angle de moins de 10° par rapport à l'axe de coulée du métal, de préférence d'un ange compris entre 2° et 5°, de préférence de 3°. [0009] Selon une variante, le modèle est en polystyrène. [oolo] Selon une variante, plusieurs modèles de pièce sont fixés au descendant pour former une grappe. [0011] Selon une variante, les modèles de pièce sont fixés au descendant en des points de fixation qui sont sur une droite inclinée par rapport à l'axe de coulée du métal. [0012] Selon une variante, le procédé comprend en outre l'enduction du ou des modèles par une couche réfractaire, le compactage de sable non lié autour du ou des modèles enduits et la coulée d'un métal sublimant le ou les modèles. [0013] Selon une variante, une pluralité de modèles formés par l'assemblage de strates sont réalisés, les étapes d'enduction, de compactage de sable et de coulée sont réalisées sur la pluralité de modèles pris simultanément. [0014] L'invention se rapporte aussi à une pièce de véhicule caractérisée en ce qu'elle est obtenue par le procédé décrit précédemment, la pièce étant choisie dans le groupe comprenant une culasse, un carter cylindres, un boîtier de sortie d'eau, une pompe à eau. [0015] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit des modes de réalisation de l'invention, donnés à titre d'exemple uniquement et en références aux dessins qui montrent : - figure 1, une vue éclatée d'un modèle de culasse; - figure 2, une vue du procédé de moulage par modèle perdu ; ^ figures 3 et 4, des vues en détail d'une pièce moulée ; - figure 5, une vue d'une grappe. [0016] Il est proposé un procédé de moulage d'une pièce par modèle perdu. Le procédé comprend la fixation d'un modèle de la pièce sur un descendant définissant un axe de coulée de métal. Le modèle de la pièce est fixé en des points de fixation qui sont sur une droite inclinée par rapport à l'axe de coulée du métal. Ceci permet d'éviter des défauts d'emprisonnement de gaz lors de la coulée du métal, l'inclinaison du modèle facilitant l'écoulement de gaz emprisonné. [0017] Le procédé décrit s'applique pour l'obtention de toute pièce de véhicule qui peut être obtenue par moulage en PMP, la pièce étant par exemple une culasse, un carter cylindre, un boîtier de sortie d'eau, une pompe à eau. Le procédé est sans contraintes d'architecture de masse pour la pièce. Par la suite, la pièce décrite sera non limitativement une culasse. [0018] L'intérêt technique est de pouvoir profiter des spécificités de cette technologie de moulage par modèle perdu pour ne pas avoir à modifier la pièce telle qu'une culasse, en particulier son architecture. Le procédé est sans aucun coût supplémentaire et réduit le pourcentage de défaut en fonderie et par conséquent procure un gain économique. [0019] La figure 1 montre un modèle 10 éclaté d'une pièce de fonderie, en l'occurrence (et à titre d'exemple et pour le reste de la description) une culasse de moteur. Le modèle 10 de culasse est formé par assemblage d'une pluralité de strates 101, 102, 103, 104, ... Le modèle de culasse brut est en polystyrène, par exemple du polystyrène expansé ou PSE. Les strates sont conçues par exemple à l'aide d'un logiciel de conception assistée par ordinateur. Les strates sont des sous-ensembles du modèle, formant chacune une couche du modèle. La conception par strates permet de concevoir des pièces complexes, notamment en raison d'un nombre important de canaux (passages d'eau de refroidissement, d'air, carburant, gaz d'échappement). Le modèle est obtenu par exemple par collage des strates entre elles. [0020] La figure 2 montre les étapes du procédé de moulage par modèle perdu. La figure 2 montre un modèle 10 de culasse en polystyrène obtenu par assemblage des strates comme indiqué en figure 1. Le modèle 10 peut être fixé à un descendant 12 comportant un canal de coulée, et sur lequel une pluralité de modèles 10a, 10b (ou grappes de modèles) sont montés ensemble. Ceci permet de traiter plusieurs modèles simultanément. La grappe de modèles est descendue dans un bain 14 pour l'application d'une couche ou enduit réfractaire sur les modèles. Après étuvage, la grappe de modèle est introduite dans une cuve 16 où elle est noyée dans du sable 18 compacté afin de remplir toutes les cavités des modèles. Des vibrations soumises à la cuve 16 accentuent le remplissage homogène et le tassement du sable sur toute la surface du ou des modèles. Ensuite, la coulée 20 peut avoir lieu. Le métal utilisé est par exemple de l'aluminium. Le métal est coulé dans le canal de coulée et provoque la sublimation (ou la vaporisation) du modèle en polystyrène. Le métal prend peu à peu la place du modèle. La couche réfractaire permet l'évacuation d'au moins une partie des gaz dus à la combustion du polystyrène lors de la coulée et l'isolation du métal en fusion du sable 18 de moulage. Après la coulée, le sable n'étant mélangé à aucun produit, le décochage du sable est réalisé aisément, par gravité et par vibration. Le sable 18 est récupéré et renvoyé dans le processus de compactage d'une nouvelle grappe comme indiqué sur la figure 2. La pièce 22 de fonderie présente une peau en bon état, le sable 18 n'ayant pas adhéré à la pièce 22 ; seules quelques traces de la couche réfractaire étant à grenailler ou sabler. [0021] Toutefois, il se peut qu'une autre partie des gaz ne puisse pas s'évacuer. Ceci est par exemple le cas sur la figure 3 qui représente un détail de la pièce 22 moulée. Sur cette figure, la pièce est moulée verticalement. On voit que la zone 24 provoque un « défaut de plafond » néfaste pour la qualité de la pièce 22. La zone 24 est une zone de rétention de gaz (en particulier d'air) provoquant le défaut de plafond. Il s'agit d'une poche définie par le contour de la pièce et une horizontale H. Pour minimiser, voire supprimer, les défauts de plafond, on procède à une étude de positionnement du ou des modèles de pièce sur la grappe. Cette étude permet de ne pas modifier l'architecture de la culasse et surtout d'éviter des problèmes lors de la coulée de la grappe. [0022] La figure 4 montre un autre détail de la pièce 22 moulée. Sur cette figure, la pièce est moulée avec un angle. Sur cette figure 4, la zone 24 de rétention de gaz a disparu, ce qui permet de supprimer les défauts de plafond dans cette zone. [0023] La figure 5 montre le principe d'une grappe avec un angle. La grappe 25 comporte un descendant 12 définissant un canal de coulée le long d'un axe 28 de coulée de métal qui est vertical. Le modèle 10 de pièce est fixé au descendant 12 par des canaux 30 d'alimentation transversaux à l'axe 28. Le modèle 10 de la pièce est fixé en des points de fixation 32 qui sont sur une droite 34 inclinée par rapport à l'axe 28 de coulée du métal. Contrairement à la figure 3 sur laquelle la pièce est obtenue par un moulage d'une pièce verticale, la figure 5 montre que le modèle 10 est incliné ce qui permet la circulation des gaz et éviter la création de poches d'air. [0024] Plus spécifiquement, le modèle 10 de la figure 5 qui représente une partie de culasse, comporte des puits de bougie 34 en communication avec une chambre 36 de compression. Une cloison 38 sépare une chambre d'eau 40 d'une chambre d'huile 42. La cloison 38 est un plafond d'eau ou un plancher d'huile. En haut de la culasse, un trou 44 de sortie vers un boîtier de sortie d'eau est représenté. L'inclinaison du modèle 10 sur la grappe se traduisant par l'inclinaison de la droite 34 passant par les points de fixation 32 du modèle 10, permet une meilleure circulation des gaz. [0025] Le procédé consiste donc à orienter selon un certain angle le positionnement d'une ou plusieurs culasses sur la grappe lors de la coulée afin de faciliter l'écoulement des veines d'air. Cette orientation est gratuite si elle est prise en compte à la conception des outillages d'injection de polystyrène. L'avantage est de ne pas avoir à modifier l'architecture fonctionnelle de la culasse. [0026] Les canaux d'alimentation 30 fixant le modèle 10 de pièce par les points de fixation 32 ont des longueurs différentes. Ceci permet d'incliner le modèle 10. Plus spécifiquement, dans le sens de coulée du métal le long de l'axe 26, les canaux d'alimentation 30 ont une longueur qui diminue. Ceci permet d'incliner dans le sens horaire le modèle 10. [0027] L'angle d'inclinaison est inférieur à 10°. En effet, si l'angle d'inclinaison est trop important (par exemple supérieur à 10°), cela conduit à des canaux d'alimentation 30 supérieurs qui ont une longueur telle que la quantité de métal à couler est trop importante. De préférence, l'angle d'inclinaison est compris entre 2° et 5°. Sur les exemples des figures, l'angle d'inclinaison est de 3° pour obtenir un bon compromis entre la circulation des gaz et la quantité de métal coulé. [0028] Le descendant peut supporter plusieurs modèles 10 afin de former une grappe. Les modèles 10 peuvent être tous inclinés comme décrit précédemment. Avec la grappe, on parvient ainsi à traiter plusieurs modèles en même temps. [0029] Le procédé permet un gain de temps pour la mise au point de la fonderie de la pièce et une réduction des défauts de plafond. De plus, le procédé n'implique pas de modification du produit à mouler. REVENDICATIONS1. Procédé de moulage d'une pièce par modèle (10) perdu, caractérisé en ce qu'il comprend la fixation d'un modèle (10) de la pièce sur un descendant (12) définissant un axe (28) de coulée de métal, le modèle (10) de la pièce étant fixé en des points de fixation (32) qui sont sur une droite (34) inclinée par rapport à l'axe de coulée du métal. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le modèle (10) de la pièce est fixé au descendant (12) s'étendant le long de l'axe (28) de coulée de métal par des canaux d'alimentation (30) transversaux à l'axe de coulée du métal, les canaux d'alimentation fixant le modèle de pièce par les points de fixation et ayant des longueurs différentes. 3. Le procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que, dans le sens de coulée du métal, les canaux d'alimentation ont une longueur qui diminue. 4. Le procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la droite (34) sur laquelle sont les points de fixation est inclinée d'un angle de moins de 10° par rapport à l'axe de coulée du métal, de préférence d'un ange compris entre 2 ° et 5 °, de préférence de 3 °. 5. Le procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le modèle est en polystyrène. 6. Le procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que plusieurs modèles de pièce sont fixés au descendant pour former une grappe. 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que les modèles de pièce sont fixés au descendant en des points de fixation qui sont sur une droite inclinée par rapport à l'axe de coulée du métal. 8. Le procédé selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le procédé comprend en outre l'enduction du ou des modèles par une couche réfractaire, le compactage de sable non lié autour du ou des modèles enduits et la coulée d'un métal sublimant le ou les modèles. 9. Le procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que une pluralité de modèles formés par l'assemblage de strates sont réalisés, les étapes d'enduction, de compactage de sable et de coulée sont réalisées sur la pluralité de modèles pris simultanément. 10. Une pièce (22) de véhicule caractérisée en ce qu'elle est obtenue par le procédé selon l'une des revendications 1 à 9, la pièce étant choisie dans le groupe comprenant une culasse, un carter cylindres, un boîtier de sortie d'eau, une pompe à eau.