Brevet FR3013618A1 — publié le 20150529

Procédé de réalisation d'un moule perdu destiné à être utilisé en fonderie pool L'invention est du domaine du moulage en fonderie utilisant un modèle perdu. Elle est relative aux modèles perdus utilisé pour la fabrication d'une pièce de fonderie, et au procédé d'assemblage de parties constitutives de modèles perdus. [0002] Dans le domaine de la fonderie, il est connu de fabriquer une pièce en un matériau métallique à partir de l'utilisation d'un modèle perdu. Ce dernier présente une conformation et des dimensions identiques à la pièce souhaitée. Le modèle perdu est formé d'une matière sublimable, telle que par exemple le polystyrène, le polyuréthane ou le polyéthylène. Le modèle perdu est placé à l'intérieur d'une matrice constituée de sable qui reçoit le matériau métallique en fusion. Au contact du matériau métallique en fusion, la matière sublimable est sublimée pour laisser place au matériau métallique. Après refroidissement de ce dernier, la pièce métallique obtenue est de forme et de dimensions identiques à celles du modèle perdu. [0003] Une utilisation de cette technologie intéressant la présente invention est le moulage de pièces métalliques de fonderie, notamment des pièces de moteur thermique comme des culasses. Le modèle perdu utilisé dans ce type de 20 technologie est généralement en polystyrène expansé. [0004] 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 25 fonderie appelés « modèles non permanents » ou « modèles perdus », puisque les modèles seront détruits et remplacés par du métal en fusion lors du moulage des pièces métalliques. Cette assemblage est nécessaire notamment quand les pièces de fonderie à obtenir sont de forme complexe, ce qui est le cas des culasses de moteur. [0005] Le brevet FR-2 959 432, dans ce contexte, s'intéresse à la fabrication de modèles en polystyrène constituées de plusieurs strates de 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 ». [0006] Quand la pièce de fonderie présente des conduits internes, des cavités de forme complexe, qui doivent éventuellement coexister sans communiquer entre eux/entre elles, on peut atteindre les limites des possibilités de conception des strates. C'est notamment le cas des circuits de fluide, notamment de liquide de refroidissement du type eau, d'une culasse de moteur. [0007] L'invention a alors pour but de permettre l'obtention de pièces de fonderie par moule perdu de formes complexes, notamment présentant des cavités ou conduits de géométrie et de positionnement relatif précis et complexe, sans complexifier significativement le procédé en lui-même. mos] L'invention a tout d'abord pour objet un procédé de réalisation d'un moule perdu destiné à être utilisé en fonderie pour l'obtention de pièces métalliques et comportant une pluralité de strates assemblées, notamment par collage. Ce comporte les étapes suivantes : - assemblage entre elles de certaines des strates du moule pour former une premier groupe de strates ; - perçage traversant dudit premier groupe de strates ; - poursuite de l'assemblage du premier groupe de strates avec la ou les strates restantes. [0009] L'invention consiste donc à tirer profit d'une étape intermédiaire d'assemblage de strates pour constituer un modèle perdu, en réalisant un/des 30 perçages n'affectant que certaines de ces strates avant l'assemblage complet du modèle. On peut ainsi obtenir des conduits qui, dans le modèle complet, peuvent être non débouchant, non communiquant entre eux, localisés sur deux ou plusieurs strates contiguës avec des formes complexes, non rectilignes notamment. Et le procédé de moulage dans son ensemble n'en est pas significativement modifié, n'imposant qu'une (au moins) intervention supplémentaire de perçage pendant l'assemblage des strates. [001 0] Le perçage peut être réalisé par tout outillage approprié, piloté et manipulé manuellement ou monté sur un robot piloté automatiquement. [0011] Selon une variante, le perçage définit un canal rectiligne dans le premier groupe de strates. [0012] Selon une autre variante, le perçage définit un canal coudé dans le premier groupe de strates. On comprend par « coudé » le fait que son orientation n'est pas rectiligne, et qu'il peut comporter un ou plusieurs coudes. [0013] Selon un mode de réalisation, le premier groupe de strates assemblé présente deux strates d'extrémité présentant chacune une face d'assemblage à la strate adjacente et une face externe, et le perçage traversant est effectué par perçage unique à partir d'une face externe d'une strate d'extrémité. [0014] Selon un autre mode de réalisation, le premier groupe de strates assemblé présente deux strates d'extrémité présentant chacune une face 20 d'assemblage à la strate adjacente et une face externe, et le perçage traversant est effectué par perçages à partir des faces externes de chacune des deux strates d'extrémité. [0015] Selon un exemple de réalisation, le premier groupe de strates est composé de deux strates. Selon d'autres exemples, il comprend au moins trois 25 strates : deux strates dites externes et au moins une strate dite intermédiaire disposée entre elles. [0016] Les strates restantes peuvent avantageusement être elles-mêmes pré- assemblées en un autre groupe de strates avant assemblage avec le premier groupe de strates. [0017] L'invention a également pour objet un modèle perdu obtenu par le procédé précédemment défini, et qui définit la forme d'une culasse d'un moteur thermique ou toute autre forme de pièce de fonderie. [0018] Ce modèle perdu peut être conçu de façon à ce que le perçage traversant participe à la définition d'un circuit de fluide de refroidissement de la culasse. [0019] L'invention a également pour objet une culasse de moteur thermique obtenue à partir du modèle perdu tel que défini plus haut, et qui comporte deux circuits de fluide de refroidissement distincts, le canal obtenu par le perçage traversant du modèle perdu faisant partie d'un desdits circuits. [0020] 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 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, en coupe transversale, du modèle de culasse, avec et sans application du procédé selon l'invention. [0021] II est proposé un procédé de moulage d'une pièce par modèle perdu. Le procédé comprend un assemblage particulier des strates en polystyrène formant le modèle perdu de la pièce à obtenir. [0022] On rappelle tout d'abord le principe de ce type de moulage à l'aide des figures 1 et 2 : [0023] 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, ici au nombre de quatre à titre d'exemple... Le modèle de culasse brut est en polystyrène, par exemple du polystyrène expansé. 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, de façon connue. [0024] La figure 2 montre les étapes du procédé de moulage par modèle perdu. Le 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 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 décrochage 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. [0025] La figure 3 représente le modèle perdu d'une culasse de moteur associant 4 strates 101,102,103,104 et présentant deux circuits de liquide de refroidissement : un circuit de liquide de refroidissement 30,30a dit supérieur et un circuit de liquide de refroidissement 40,40a,40b dit inférieur. Or, on ne veut pas que les deux circuits de refroidissement soient connectés, il faut que ceux-ci restent distincts l'un de l'autre. La difficulté est qu'il est, dans cet exemple nécessaire qu'il y ait un écoulement de fluide de refroidissement du carter cylindre (flèche F1) vers le circuit supérieur 30, il faut donc créer un passage permettant cet écoulement sans interférence avec le circuit inférieur 40. Comme représenté à la figure 3, ce passage 31 représenté en pointillés, s'il peut être obtenu avec une forme complémentaire appropriée des strates 101 et 102, va traverser le circuit inférieur 40 dans sa zone 40a, ce que l'on veut éviter. Une autre approche doit donc être trouvée. [0026] C'est l'objet de l'invention tel que représenté à la figure 4 : cette figure représente les strates 101 et 102 avant assemblage avec les strates 103,104 restantes. Le procédé d'assemblage modifié selon l'invention est le suivant : On assemble par collage les deux strates 101 et 102, qui ne sont pas modifiées dans leurs formes par rapport aux strates de la figure 3. On vient ensuite réaliser un double perçage de cet ensemble de strates, par un outillage approprié : on réalise un premier perçage par la face externe de la strate 101 (flèche F2), qui vient creuser un canal 50 de section substantiellement cylindrique et de direction rectiligne, substantiellement perpendiculairement au plan de la face externe de la strate 101dans la zone de perçage. Ce canal 50 s'arrête à proximité de l'interface entre les strates 101 et 102, dans le cas représenté un peu au-delà de cette zone d'interface. On réalise un deuxième perçage (flèche F3) à partir de la face externe de la strate 102, qui vient creuser un canal 51 de même section que le canal 50 et qui vient le rejoindre pour former un unique canal traversant l'ensemble des deux strates de part en part. Comme le montre la flèche F3, ici l'orientation du perçage est inclinée par rapport au plan de la face externe de la strate 102 dans la zone de perçage. On obtient ainsi un canal unique 50,51 coudé au voisinage de l'interface entre les deux strates. Ce coude permet très avantageusement de contourner la portion 40a du circuit de refroidissement inférieur 40. [0027] On peut ensuite poursuivre l'assemblage avec les strates suivantes 103,104, par collage, de façon connue, pour obtenir l'écoulement de fluide voulu sans interaction entre les deux circuits de refroidissement et un minimum de modifications dans le procédé de fabrication des strates puis d'assemblage de celles-ci. En effet, la forme et la fabrication des strates restent inchangées. Seule intervient une étape intermédiaire de perçage d'un pré-assemblage de certaines des strates. On peut ainsi compléter le réseau des cavités/conduits défini par la forme des strates et obtenu par moulage par un(e ) ou des conduits/cavités obtenus par perçage des strates une fois moulées et pré-assemblées, avec une très grande souplesse de mise en oeuvre : Les conduits additionnels obtenus peuvent affecter entre 2 et n strates. Ils peuvent avoir des formes et de dimensionnements variés, et permettre la formation de moules qu'on ne pourrait pas obtenir aisément, ou au prix d'une complexification déraisonnable, sur le plan industriel, du procédé de moulage des strates. On peut prévoir la création de plusieurs canaux séparés dans un même pré-assemblage de strates. On peut faire des perçages intermédiaires sur plusieurs sous-ensembles de strates avant de les assembler, ces perçages pouvant ensuite s'interconnecter, ou pas, d'un sous-ensemble à un autre. [0028] Les opérations de perçage peuvent être faites pars des outils manipulés manuellement ou par des outils robotisés. REVENDICATIONS1. Procédé de réalisation d'un moule perdu destiné à être utilisé en fonderie pour l'obtention de pièces métalliques et comportant une pluralité de strates assemblées, notamment par collage, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes : - assemblage entre elles de certaines des strates (101,102) du moule pour former une premier groupe de strates ; - perçage traversant dudit premier groupe de strates ; - poursuite de l'assemblage du premier groupe de strates avec la ou les strates restantes (103,104). 2. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le perçage définit un canal rectiligne. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le perçage définit un canal coudé (50,51). 4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le premier groupe de strates assemblé présente deux strates d'extrémité (101,102) présentant chacune une face d'assemblage à la strate adjacente et une face externe, et en ce que le perçage traversant est effectué par perçage unique à partir d'une face externe d'une strate d'extrémité. 5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le premier groupe de strates assemblé présente deux strates d'extrémité (101,102) présentant chacune une face d'assemblage à la strate adjacente et une face externe, et en ce que le perçage traversant est effectué par perçages à partir des faces externes de chacune des deux strates d'extrémité. 6. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le premier groupe de strates est composé de deux strates (101,102). 7. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les strates restantes sont elles-mêmes pré-assemblées en un autre groupe de strates avant assemblage avec le premier groupe de strates. 8. Modèle perdu obtenu par le procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il définit la forme d'une culasse d'un moteur thermique. 9. Modèle perdu selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le perçage traversant participe à la définition d'un circuit de fluide de refroidissement (30) de la culasse. 10. Culasse de moteur thermique obtenue à partir du modèle perdu selon l'une des revendications 8 ou 9, caractérisée en ce qu'elle comporte deux circuits de fluide de refroidissement distincts (30,40), le canal (50,51) obtenu par le perçage traversant du modèle perdu faisant partie d'un desdits circuits (30).