Brevet FR2962057A1 — publié le 20120106

MODELE FUSIBLE POUR MOULAGE A MODELE PERDU AVEC EVIDEMENT CENTRAL [0001 L'invention se rapporte à un modèle fusible pour le moulage à modèle perdu d'une pièce de fonderie. L'invention se rapporte en outre à un procédé de moulage à modèle perdu. [0002] Dans le domaine de l'automobile, les caractéristiques mécaniques et thermiques des pièces sont soumises à des exigences croissantes. Le contrôle de la qualité des pièces est de plus en contraignant, ce qui provoque la mise au rebut de pièces ne présentant pas la santé matière suffisante. La santé matière est particulièrement critique pour les pièces obtenues par des procédés de fonderie, tels que le procédé de moulage à modèle perdu. [0003] Il existe donc un besoin d'obtention de pièces par moulage à modèle perdu présentant une meilleure santé matière. [0004 Pour cela, l'invention propose un modèle fusible pour le moulage à modèle perdu d'une pièce de fonderie, comprenant : - une première partie modélisant la pièce de fonderie à couler ; - une deuxième partie correspondant au système d'alimentation de la première partie, la deuxième partie comprenant : o une descente de coulée s'étendant entre une extrémité haute d'alimentation en matière fondue et une extrémité basse, o un canal d'alimentation haut et un canal d'alimentation bas, les deux canaux d'alimentation reliant radialement la descente de coulée à la première partie, et o un évidement central s'étendant depuis le canal d'alimentation bas vers l'extrémité haute d'alimentation ; l'évidement s'arrêtant à une hauteur intermédiaire entre le canal d'alimentation bas et le canal d'alimentation haut. [0005] Selon une variante, le modèle est réalisé en polystyrène. [0006] Selon une variante, la première partie modélise une deuxième pièce de fonderie à couler, les régions du modèle correspondant aux deux pièces de fonderie étant disposées de part et d'autre de la deuxième partie du modèle fusible. [000s] Selon une variante, l'évidement commence à s'étendre vers l'extrémité haute d'alimentation depuis l'extrémité basse de la descente de coulée. [000s] Selon une variante, le diamètre de l'évidement est supérieur ou égale à 10mm. [000s] L'invention propose en outre un procédé de moulage à modèle perdu d'une pièce comprenant : ^ le positionnement du modèle fusible précédent dans une cuve de sable ; - le coulage de matière fondue en lieu et place du modèle fusible. [0010] Selon une variante, la matière fondue est de l'aluminium. [0011] Selon une variante, le procédé comprend une étape préalable de réalisation de l'évidement central du modèle fusible en fonction de la régulation désirée du remplissage de la matière fondue. [0012] 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 explosée d'un modèle fusible selon un mode de réalisation de l'invention ; - figure 2, une vue en coupe longitudinale de la descente de coulée du modèle fusible de la figure 1 ; - figure 3, une schématisation du remplissage du modèle fusible selon la figure 2 à un instant donné après alimentation du modèle avec de la matière fondue ; - figure 4, une schématisation du remplissage d'un modèle fusible selon l'art antérieur au même instant après alimentation du modèle de la matière fondue que dans la figure 3. [0013] L'invention se rapporte à un modèle fusible pour le moulage à modèle perdu. Le modèle comprend une première partie modélisant la pièce de fonderie à couler. Le modèle comprend par ailleurs une deuxième partie correspondant au système d'alimentation de la première partie en matière fondue. [0014] La deuxième partie du modèle fusible comprend une descente de coulée s'étendant entre une extrémité haute d'alimentation en matière fondue et une extrémité basse. La deuxième partie comprend en outre au moins un canal d'alimentation haut et un canal d'alimentation bas. Les deux canaux d'alimentation relient radialement la descente de coulée à la première partie. [0015] La deuxième partie comprend par ailleurs un évidement central s'étendant depuis le canal d'alimentation bas vers l'extrémité haute d'alimentation. L'évidement s'arrête à une hauteur intermédiaire entre le canal d'alimentation bas et le canal d'alimentation haut. [0016] L'évidement de la descente de coulée oppose moins de résistance à la descente de la matière fondue par rapport à la résistance opposée par les portions pleines du modèle fusible. L'écoulement de matière fondue atteint alors rapidement le canal d'alimentation bas par lequel la matière fondue arrive dans une portion inférieure de la première partie du modèle. Cependant la matière fondue atteint le canal d'alimentation haut avant d'atteindre l'évidement. La première partie du modèle est alors remplie de matière fondue sensiblement en même temps par le canal d'alimentation haut et par le canal d'alimentation bas. Ceci entraîne un remplissage du modèle fusible plus homogène au niveau de la première partie du modèle. En conséquence de cette homogénéité améliorée, la santé matière des pièces de fonderie obtenues est meilleure. [0017] En définitive, le modèle fusible précédemment décrit permet l'obtention de pièces par moulage à modèle perdu présentant une meilleure santé matière. [0018] Par ailleurs, l'augmentation de la santé matière des pièces obtenues permet de diminuer le nombre de contrôles qualité à la suite du coulage des pièces et donc d'alléger les coûts de production de ces pièces. [0019] La figure 1 montre une vue explosée du modèle fusible selon un mode de réalisation proposé. La première partie 20 du modèle fusible 80 modélise deux pièces de fonderie à obtenir par la mise en oeuvre d'un moulage à modèle perdu en utilisant le modèle fusible précédemment décrit. Les régions du modèle correspondant aux deux pièces de fonderie à obtenir sont ici disposées de part et d'autre de la deuxième partie 30, formant une grappe. Lors du coulage de matière fondue en lieu et place du modèle 80, la première partie 20 est alimentée en matière fondue par l'intermédiaire de la deuxième partie 30 du modèle 80. Dans ce but d'alimentation de la première partie 20, la deuxième partie 30 comporte une pluralité de canaux d'alimentation dont les canaux d'alimentation haut 32 et les canaux d'alimentation bas 42. Ces canaux d'alimentation 32 et 42 coopèrent avec des bouches d'alimentation 24 comprises dans la première partie 20. Le nombre de canaux d'alimentation haut 32 et bas 42 peut varier selon la taille des pièces de fonderie à obtenir et la rhéologie de la matière fondue. [0020] L'ensemble du modèle 80 peut être réalisé en polystyrène. Le mode de réalisation en polystyrène du modèle 80 sera utilisé dans la suite de cette description à titre d'illustration non limitative. [0021] La figure 2 montre une vue en coupe longitudinale de la deuxième partie 30. L'évidement 40 commence à s'étendre depuis l'extrémité basse 34 vers l'extrémité haute 38 d'alimentation de la descente de coulée 36 (encore appelée descendant). L'évidement 40 s'arrête avant d'atteindre la hauteur à laquelle sont disposés les canaux d'alimentation hauts 32 de la première partie 20 du modèle fusible 80. [0022] La figure 3 montre un schéma du remplissage en matière fondue 90 lors de la mise en oeuvre du procédé de moulage à modèle perdu avec le modèle fusible 80 précédemment décrit. De façon comparative, la figure 4 montre un schéma du remplissage en matière fondue 90 lors de la mise en oeuvre du procédé de moulage à modèle perdu avec un modèle fusible ne comportant pas d'évidement 40. Les figures 3 et 4 montrent un axe Z ascendant et un axe X horizontal, sur lesquels sont rapportées en mètres, respectivement la hauteur et la largeur du modèle fusible dans la cuve 60. Le modèle possède alors une largeur maximale au niveau de l'extrémité haute 38 qui est inférieure à 0,32 m alors et une hauteur inférieure à 1,1 m. Par ailleurs les figures 3 et 4 présentent une échelle graduée de 0,50 à 2,00 comportant les repères intermédiaires 8,88 , 1,25 et 1,62. Cette échelle correspond à une échelle de vitesses de remplissage en mètre par seconde du modèle fusible par la matière fondue. Ainsi les figures 3 et 4 représentent un remplissage des modèles fusibles avec la même vitesse de remplissage soit 0,50 m/s. De plus les figures 3 et 4 représentent le remplissage des modèles fusibles au même instant après le début du remplissage du modèle avec de la matière fondue, c'est-à-dire après une même durée de remplissage. Les quantités de matière fondue remplissant les modèles fusibles à l'instant des figures 3 et 4 sont donc les mêmes. [0023] La suite de la description présente la mise en oeuvre du procédé de moulage à modèle perdu utilisant le modèle proposé. Le procédé est ici illustré en utilisant l'aluminium en tant que matière fondue. [0024] Le modèle fusible 80 est tout d'abord disposé dans une cuve 60 de sable. Le sable 68 de la cuve 60 est fluidisé de manière à venir épouser parfaitement le pourtour de la forme extérieure du modèle fusible 80. Dans le mode de réalisation préféré où l'évidement 40 de polystyrène commence à s'étendre depuis l'extrémité basse 34 de la descente de coulée 36, il est utile de prévoir une obturation (non représentée) de l'extrémité basse 34 du modèle 80 de manière à empêcher l'introduction de sable dans l'évidement 40 lors du positionnement du modèle dans la cuve 60. Cette obturation peut être réalisée par la mise en place d'une épaisseur de polystyrène au niveau de l'extrémité basse 34. [0025] Le modèle fusible 80 est ensuite alimenté en aluminium 90 par l'extrémité haute 38 d'alimentation de la descente de coulée 36. L'aluminium brûle le polystyrène du modèle fusible 80 qui se vaporise et l'aluminium prend la place du polystyrène vaporisé. L'aluminium progresse ainsi dans le modèle fusible 80 jusqu'à atteindre le premier canal d'alimentation haut 32. [0026] A cet instant, l'aluminium se sépare en deux fronts. Le premier front d'aluminium commence sa progression dans une portion supérieure de la première partie 20 alors que le deuxième front d'aluminium continue à descendre en suivant la descente de coulée 36. Le deuxième front atteint bientôt l'évidement central 40 où l'absence de polystyrène entraîne une augmentation de la vitesse du deuxième front. L'écoulement de matière fondu atteint alors rapidement les canaux d'alimentation bas 32 par lequel l'aluminium arrive dans une portion inférieure de la première partie 20 du modèle 80. La figure 3 schématise le deuxième front 94 d'aluminium à l'instant où il atteint l'évidement 40. Au même instant, lors de la mise en oeuvre du procédé de moulage à modèle perdu avec un modèle fusible sans évidement, la figure 4 montre que le deuxième front 98 d'aluminium a progressé beaucoup moins rapidement. [0027] La disposition d'un évidement dans la descente de coulée 36 permet au deuxième front 94 de rattraper le premier front d'aluminium qui remplit déjà la portion haute de la première partie 20 par l'intermédiaire des canaux d'alimentation hauts 32. En fonction de la longueur et du diamètre de l'évidement 40, on peut ajuster le décalage temporel entre le moment où le premier front d'aluminium rentre dans la première partie 20 et le moment où le deuxième front d'aluminium rentre dans la première partie 20. Ainsi il est possible de réguler le remplissage d'aluminium dans la première partie 20 du modèle 80 par la réalisation de l'évidement central 40 avec une géométrie adéquate avant la mise en oeuvre du procédé de moulage à modèle perdu. L'évidement 40 est ainsi réalisé en fonction de la régulation désirée du remplissage de l'aluminium. L'évidement 40 peut par exemple présenter un diamètre supérieur ou égale à 10 mm avec une longueur L supérieure ou égale à 400 mm. A la limite, la géométrie de l'évidement peut être adaptée pour assurer le remplissage de la portion inférieure de la première partie 20 avant que le remplissage de la portion supérieure de la deuxième partie 20 ne soit achevée. [0028] Par ailleurs la réalisation d'un modèle fusible avec un évidement permet d'obtenir un modèle fusible plus léger et moins coûteux en économisant le volume évidé de polystyrène. Les coûts de fabrication de pièces de fonderie sont alors encore réduits. REVENDICATIONS1. Un modèle fusible pour le moulage à modèle perdu d'une pièce de fonderie, comprenant : ^ une première partie (20) modélisant la pièce de fonderie à couler ; - une deuxième partie (30) correspondant au système d'alimentation de la première partie (20), la deuxième partie (30) comprenant : o une descente de coulée (36) s'étendant entre une extrémité haute (38) d'alimentation en matière fondue et une extrémité basse (34), o un canal d'alimentation haut (32) et un canal d'alimentation bas (42), les deux canaux d'alimentation (32, 42) reliant radialement la descente de coulée (36) à la première partie (20), et o un évidement central (40) s'étendant depuis le canal d'alimentation bas (42) vers l'extrémité haute d'alimentation (38) ; le modèle étant caractérisé en ce que l'évidement (40) s'arrête à une hauteur intermédiaire entre le canal d'alimentation bas (42) et le canal d'alimentation haut (32). 2. Le modèle selon la revendication 1, caractérisé en ce que le modèle (80) est réalisé en polystyrène. 3. Le modèle selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la première partie (20) modélise une deuxième pièce de fonderie à couler, les régions du modèle correspondant aux deux pièces de fonderie étant disposées de part et d'autre de la deuxième partie (30) du modèle fusible (80). 4. Le modèle selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'évidement (40) commence à s'étendre vers l'extrémité haute d'alimentation (38) depuis l'extrémité basse (34) de la descente de coulée (36). 5. Le modèle selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le diamètre de l'évidement (40) est supérieur ou égale à 10mm. 6. Un procédé de moulage à modèle perdu d'une pièce, caractérisé en ce qu'il 30 comprend :- le positionnement d'un modèle fusible (80) selon l'une des revendications 1 à 5 dans une cuve (60) de sable (68) ; - le coulage de matière fondue (90) en lieu et place du modèle fusible (80). 7. Le procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que la matière fondue (90) est de l'aluminium. 8. Le procédé selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce qu'il comprend une étape préalable de réalisation de l'évidement central (40) du modèle fusible (80) en fonction de la régulation désirée du remplissage de la matière fondue (90).