Brevet FR3009993A1 — publié le 20150306

DISPOSITIF DE MOULAGE D'UNE PIECE EN POLYSTYRENE EXPANSE pool L'invention se rapporte au moulage de pièces en polystyrène 5 expansé. [0002] La mise en oeuvre de polystyrène expansible pour obtenir des pièces moulées comporte, de façon connue, trois étapes. Les perles de polystyrène expansible sont tout d'abord expansées par mélange avec de la vapeur d'eau dans une cuve agitée : c'est la pré-expansion ou le pré-moussage. Les 10 perles expansées sont alors stockées pendant une certaine période de temps à l'air libre : c'est la stabilisation ou la maturation. Enfin, elles sont soudées entre elles dans des moules par un nouveau chauffage, notamment à la vapeur d'eau : c'est le moulage à proprement dit. L'invention s'intéresse plus particulièrement à l'opération de moulage. 15 [0003] Les pièces moulées en polystyrène trouvent de nombreuses applications. Celle intéressant plus particulièrement la présente invention est l'utilisation de ces pièces dans le cadre du moulage par modèle perdu de pièces métalliques de fonderie, notamment des pièces de moteur thermique comme des culasses. En effet, le modèle perdu utilisé dans ce type de 20 technologie peut être à base de polystyrène expansé. Comme cela est, par exemple, décrit dans le brevet EP 2 052 799 ou dans le brevet FR 2 357 049 ou encore dans le brevet EP 2 397 245, des pièces moulées en polystyrène, dans ce cas appelées strates, peuvent être, après moulage, assemblées, généralement par collage, pour constituer des moules de fonderie appelés 25 « modèles non permanents » ou « modèles perdus », puisque les modèles seront détruits et remplacés par du métal en fusion lors du moulage des pièces métalliques. [0004] Le brevet FR-2 959 432, dans ce contexte, s'intéresse à la fabrication de modèles en polystyrène constituées de plusieurs strates de 30 collées entre elles afin d'obtenir un modèle pour une culasse de moteur. Afin d'obtenir une bonne précision dimensionnelle sur la culasse, il faut s'assurer de coller correctement les différentes strates entre elles, c'est la raison pour laquelle le brevet précité FR-2 959 432 propose de contrôler la qualité de l'assemblage des strates, en munissant les strates de polystyrène de repères visuels, et en opérant une vérification de l'assemblage des strates selon l'alignement de ces repères visuels. A noter, de façon connue, que les modèles peuvent à leur tour être assemblés entre eux, leur assemblage étant désignée de façon connue sous le terme de « grappes ». [0005] Si cette solution est intéressante, elle reste susceptible d'amélioration, à la fois en termes de qualité des strates et de qualité des 10 modèles obtenus par leur assemblage. [0006] On cherche ainsi, notamment, à garantir que les strates soient parfaitement collées, sans discontinuité dans la colle se trouvant à l'interface des strates. On cherche aussi à ce que les strates, individuellement, aient exactement la forme voulue, de la façon la plus reproductible possible, sans 15 avoir à les retoucher avant utilisation, notamment pour faire des modèles perdus. [0007] L'invention a tout d'abord pour objet un dispositif de moulage d'une pièce en polystyrène expansé comprenant un moule définissant une cavité de moulage et comportant des orifices d'échange gazeux entre la cavité de 20 moulage et l'extérieur du moule, lesdits orifices étant munis de filtres, tel que les filtres sont solidarisés par assemblage permanent au moule. mos] L'invention consiste ainsi à rendre les filtres immobiles dans les outillages de moulage du polystyrène, ce qui très avantageux à plusieurs titres. 25 [0009] En disposant les filtres dans les orifices des parois sans les immobiliser définitivement, comme cela était la pratique précédemment, par exemple en les insérant à force dans les orifices des parois, on s'exposait au risque que les filtres saillent de la paroi dirigée vers la cavité du moule, ou soient en retrait par rapport à celle-ci, créant de fait à la surface de la strate 30 résultante des défauts. On s'exposait aussi au risque, même si le positionnement initial des filtres était correct, à ce que les filtres soient amenés à bouger légèrement dans les orifices dans lesquels ils sont logés, notamment lors du nettoyage des moules entre deux séries de fabrication avec du gaz comprimé, ce qui détériore la reproductibilité des formes des strates obtenues d'une série à l'autre, et la création de défauts, en outre différents, d'une série de strates à la suivante. Ces défauts peuvent en outre créer des difficultés lors du collage des strates entre elles pour former des modèles, avec notamment des risques de discontinuité de colle aux interfaces entre les strates. [001 0] Au contraire, en les fixant de façon permanente au moule, on garantit un moulage de strates de forme parfaitement reproductible, le positionnement des filtres étant figé au départ par rapport au moule. [0011] Un autre avantage significatif a découlé de ce choix : on peut se permettre de diminuer l'épaisseur des parois du moule sans risque de générer des défauts. En effet, une épaisseur de parois de moule plus fine est intéressante, car elle favorise un meilleur échange thermique entre le moule et le polystyrène qui remplit sa cavité. Or obtenir un meilleur échange thermique, c'est gagner en temps de cycle, le moule, généralement en aluminium, montant et descendant en température plus vite. Immobiliser les filtres permet d'envisager des filtres de hauteur inchangée glissés dans les orifices de paroi plus fine, dont l'épaisseur peut donc être voisine ou plus faible que la hauteur des filtres : il n'y a plus de risque que les filtres viennent glisser dans les orifices, puisqu'on les bloque, notamment de façon à ce qu'ils affleurent à la surface du moule tournée vers la cavité, quitte à ce qu'ils soient en retrait par rapport à la surface opposée du moule, celle tournée vers l'extérieur du moule. [0012] Avantageusement, les filtres peuvent être solidarisés au moule par des moyens de fixation mécanique permanents, ou par collage ou par soudure. [0013] De préférence, les filtres sont fixés par soudure sur la surface externe et/ou sur la surface interne des parois du moule. Le choix de la soudure d'un côté ou de l'autre du moule se fait notamment selon des critères d'accessibilité. [0014] Avantageusement, les filtres sont sous forme de pièces, notamment métalliques, ajourées. Ils peuvent être du même métal que le moule, notamment en aluminium ou à base d'aluminium. [0015] Selon un mode de réalisation, la hauteur des filtres est égale à ou voisine de l'épaisseur des parois du moule dans lesquelles sont pratiqués les orifices. [0016] Selon un autre mode de réalisation, cette hauteur des filtres est inférieure à l'épaisseur des parois en question. Comme évoqué plus haut, il est alors préférable que les filtres affleurent de la surface de la paroi du moule tournée vers la cavité, et soient en retrait par rapport à la surface de la paroi tournée vers l'extérieur du moule (ou dépassent de cette surface extérieure si, au contraire, la hauteur des filtres est supérieure à l'épaisseur des parois du moule). [0017] Selon un mode de réalisation, les filtres sont disposés dans les orifices avec un montage affleurant au moins du côté de la paroi du moule tournée vers la cavité de moulage, et notamment avec un montage affleurant des deux côtés des parois du moule. [0018] Avantageusement, l'épaisseur des parois du moule est inférieure à 10 mm, notamment inférieure à 9 mm, par exemple de 6 à 8 mm. On peut ainsi diminuer l'épaisseur des parois de 1 à 5 mm par rapport aux épaisseurs qu'on peut habituellement rencontrer, de par exemple 10 mm et plus), sans que cela ne crée des problèmes avec les filtres, qui, eux, peuvent garder le cas échéant leurs dimensionnements, et notamment leur hauteur, habituels. [0019] De préférence, le moule comporte deux demi-moules disposés dans une ou plusieurs chambres destinées à alimenter la cavité de moulage en gaz, notamment en gaz chaud de type vapeur d'eau. [0020] L'invention a également pour objet l'utilisation du dispositif précédemment décrit pour faire des strates en polystyrène destinés à être assemblées, notamment par collage, pour constituer des modèles de moulage par modèle perdu. [0021] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit d'un mode de réalisation de l'invention, donné à titre d'exemple uniquement et en référence aux dessins qui montrent : - figure 1, une vue en coupe verticale d'un moule de fabrication de pièces en polystyrène expansé selon l'art antérieur ; - figure 2, une vue en coupe verticale d'un moule modifié selon l'invention. [0022] Ces figures sont extrêmement schématiques et ne respectent pas nécessairement l'échelle pour plus de clarté. Les références identiques d'une figure à l'autre correspondent aux mêmes éléments, qui ne seront donc pas décrits deux fois. [0023] La figure 1 représente donc un outillage A connu pour mouler des pièces en polystyrène expansé. Il comprend un moule comportant une partie de moule fixe 1 et une partie de moule mobile 2, ces parties de moule étant aussi communément désignées sous le terme d' « empreintes ». Ces deux empreintes 1,2 définissent conjointement une cavité dite de moulage 3 qui définit la forme de la pièce voulue. A l'interface entre les deux empreintes, on prévoit une ou plusieurs, ici deux, canaux d'introduction 10,11 des billes en polystyrène dans la cavité 3, qui permettent d'alimenter la cavité 3 en billes de polystyrène de l'extérieur de l'outillage A, en traversant les parois des empreintes 1,2 et celles des chambres 4,5. [0024] Les empreintes 1,2 sont à base d'aluminium et sont disposées dans des chambres 4,5. Ces chambres délimitent des cavités 7,8. Les parois des empreintes 1,2 sont munies d'une pluralité d'orifices 6 (dont seuls deux sont représentés, pour ne pas alourdir la figure) régulièrement répartis sur le moule, de façon à permettre un échange gazeux entre l'intérieur de la cavité 3 et les cavités 7,8 délimitées par les chambres 4,5. Il est en effet prévu de mouler à chaud les billes de polystyrène, une fois introduites dans la cavité 3, par envoi de vapeur d'eau depuis les chambres 4,5 vers la cavité 3 à travers ces orifices 6, la vapeur venant fondre et dilater les billes. [0025] Ces orifices 6 sont munis de composants appelés filtres 9, dont la fonction est de filtrer les particules solides, et notamment empêcher que des billes de polystyrène contenues dans la cavité de moulage 3 parviennent dans les cavités 7,8 des chambres 4,5. Ces filtres sont ici à base d'aluminium également. Les orifices 6 étant ici de forme cylindrique, les filtres se présentent sous la forme de petits cylindres ajourés de diamètre compatible avec celui des orifices. La hauteur h des filtres 9 - ici d'environ 8 mm - est un peu inférieure à l'épaisseur d - ici d'environ 10 mm - des empreintes 1,2. La fixation des filtres 9 dans les orifices 6 se fait par insertion à force, les filtres venant affleurer à la surface de la paroi de l'empreinte tournée vers la cavité 3 et étant retenus par un épaulement au voisinage de la surface de la paroi opposée. [0026] On rappelle brièvement le processus du moulage à chaud intervenant en dernière étape de la production de pièces en polystyrène rappelée au préambule de la présente demande : - on introduit via les canaux 10,11 des billes de polystyrène déjà pré expansées et stabilisées, dans la cavité 3 du moule fermé par un dispositif d'alimentation non représenté, l'air de la cavité étant progressivement évacué via les orifices 6 au fur et à mesure du remplissage de la cavité par les billes ; - on injecte de la vapeur d'eau depuis les chambres 4,5 dans la cavité via les orifices 6 ; après un temps donné dépendant de nombreux paramètres dont le volume de la cavité, on vient démouler la pièce en ouvrant le moule, l'empreinte mobile 2 étant déplacée par des vérins appropriés. [0027] L'outillage A fonctionne de façon appropriée. Cependant, le positionnement des filtres 9 dans les orifices 6 s'avère délicat : en insérant en force les filtres, on peut, initialement, de pas l'enfoncer suffisamment. Même s'il est correctement positionné au départ, il peut bouger, coulisser dans l'orifice 6, notamment lors de l'envoi de vapeur d'eau, ou, entre deux séries de fabrication, lors d'envoi de billes de nettoyage du moule. Ce risque de positionnement incorrect du filtre a des conséquences sur la qualité de la pièce obtenue, avec notamment, dans les zones de la pièce correspondant aux zones voisines des orifices 6, des surépaisseurs, des marques ... qu'il faut ensuite d'abord repérer puis araser/rectifier après moulage, ce qui impose des opérations manuelles additionnelles fastidieuses. [0028] La figure 2 représente un outillage A' amélioré selon l'invention par rapport à l'outillage A de la figure 1. Toutes choses égales par ailleurs, l'épaisseur d des parois des empreintes 1,2 a été diminuée à 8 mm, la conception et le dimensionnement des filtres 9 restant inchangés (hauteur maintenue à 8 mm). En outre, ici, on vient fixer de façon permanente les filtres 9 dans les orifices par soudure laser : - soit, comme représenté sur l'orifice 6a, on vient souder par deux points laser 12 le filtre 9 par l'arrière, c'est-à-dire que l'on vient souder le filtre au bord de l'orifice sur la surface du moule tournée vers la chambre 4, - soit, comme représenté sur l'orifice 6a, on vient souder par deux points laser 12' le filtre 9 par l'avant, c'est-à-dire que l'on vient souder le filtre au bord de l'orifice sur la surface du moule tournée vers la cavité 3 du moule. [0029] Selon la forme de pièce voulue et de la complexité du moule correspondant, on peut adopter une soudure des filtres que par l'avant, que par l'arrière ou mixer les deux types de soudure. En outre, on évoque ici à titre d'exemple deux points de soudure par filtre, mais on adapte naturellement le nombre de points de soudure selon le diamètre du filtre ou pour d'autres configurations. On peut aussi souder le filtre sur le moule sur tout son pourtour, et pas seulement dans les points ou zones de soudure localisé(e)s. [0030] Avec l'invention, les filtres 9 ne peuvent plus bouger par rapport aux empreintes, on élimine ainsi les défauts crées sur les pièces par des filtres mal positionnés. La solution est simple et efficace. Elle autorise en outre d'utiliser les empreintes un peu plus minces, ici de 2 mm de moins, sans difficulté de mise en oeuvre, apportant un avantage non négligeable en termes de cadence de production (meilleur échange thermique entre chambres et cavité de moulage), de poids et de cout des moules. [0031] Les pièces en polystyrène obtenues sont donc de meilleure qualité et de meilleure reproductibilité. Elles peuvent servir de strates qu'on vient assembler par collage en modèles sans risquer de problèmes lors du collage. Ces modèles sont ensuite utilisés avec le procédé par moule perdu pour obtenir, par exemple, des pièces métalliques de véhicule du type culasse, une carter cylindre, un boîtier de sortie d'eau, une pompe à eau. REVENDICATIONS1. Dispositif de moulage (A') d'une pièce en polystyrène expansé comprenant un moule (1,2) définissant une cavité de moulage (3) et comportant des orifices (6a,6b) d'échange gazeux entre la cavité de moulage et l'extérieur du moule, lesdits orifices étant munis de filtres (9), caractérisé en ce que les filtres sont solidarisés par assemblage permanent au moule. 2. Dispositif (A') selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les filtres (9) sont solidarisés au moule (1,2) par des moyens de fixation mécanique permanents, ou par collage ou par soudure. 3. Dispositif (A') selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les filtres (9) sont fixés par soudure sur la surface externe et/ou sur la surface interne des parois du moule (1,2). 4. Dispositif (A') selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les filtres (9) sont sous forme de pièces, notamment métalliques, ajourées. 5. Dispositif (A') selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la hauteur (h) des filtres (9) est inférieure à, égale à, ou voisine de l'épaisseur (d) des parois du moule (1,2) dans lesquelles sont pratiqués les orifices (6a,6b). 6. Dispositif (A') selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les filtres (9) sont disposés dans les orifices (6a,6b) avec un montage affleurant au moins du côté de la paroi du moule (1,2) tournée vers la cavité de moulage (3), et notamment avec un montage affleurant des deux côtés des parois du moule. 7. Dispositif (A') selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'épaisseur (d) des parois du moule (1,2) est inférieure à 10 mm, notamment inférieure à 9 mm, par exemple de 6 à 8 mm. 8. Dispositif (A') selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le moule comporte deux demi-moules (1,2) disposés dans une ouplusieurs chambres (4,5) destinées à alimenter la cavité de moulage (3) en gaz, notamment en gaz chaud de type vapeur d'eau. 9. Utilisation du dispositif (A') selon l'une des revendications précédentes pour faire des strates en polystyrène destinés à être assemblées, notamment par collage, pour constituer des modèles de moulage par modèle perdu.