Brevet FR3018721A1 — publié le 20150925

DISPOSITIF DE MOULAGE D'UNE PIECE EN POLYSTYRENE EXPANSE pool L'invention se rapporte au moulage de pièces en polystyrène 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 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. [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 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 « 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] L'opération de moulage à proprement parlé, mentionné plus haut, est généralement suivie, une fois la strate extraite du moule, d'un marquage ou référencement de la strate, consistant à imprimer/graver localement à la surface de la strate en question des données, par exemple au laser. Or il s'est avéré que les données imprimées pouvaient être peu/insuffisamment lisibles, du fait d'un état de surface de la strate trop irrégulier dans la zone de marquage de la strate. [0005] L'invention a alors pour but d'améliorer l'état de surface des strates en polystyrène obtenues par moulage, au moins localement afin de faciliter/améliorer la lisibilité de leur marquage. Subsidiairement, elle cherche à ce que cette amélioration ne se fasse pas au prix d'une complexification déraisonnable du 5 procédé de moulage de la strate dans son ensemble. [0006] 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 moyens d'échange gazeux entre la cavité de moulage et l'extérieur du moule, lesdits moyens comprenant au moins un insert poreux qui est disposé 10 dans un orifice traversant dudit moule et dont une surface vient se substituer localement aux parois de ladite cavité. [0007] Selon le procédé de moulage connu antérieurement, les moyens d'échange gazeux entre l'extérieur du moule et la cavité définie par le moule sont constitués de filtres, qui se présentent le plus souvent comme des petits cylindres métalliques 15 ajourés qu'on vient insérer en force dans des orifices de forme complémentaire traversant le moule. Ces filtres sont répartis en grand nombre sur toute la surface du moule. Il s'est avéré que les défauts de surface de la strate créant des difficultés de lisibilité de marquage étaient principalement dus à la présence, dans la ou les zones de marquage, de traces de la présence de filtres, se traduisant par des 20 irrégularités d'aspect et/ou de couleur et/ou de rugosité. La solution proposée par l'invention a donc consisté à supprimer, au moins de la zone de marquage, les filtres, pour les remplacer par un insert, de préférence un unique insert par zone de marquage: la forme et la nature de l'insert permettent une meilleure continuité de surface du moule, car la surface de l'insert vient compléter au mieux, de préférence 25 de façon affleurante, la surface du moule tournée du côté de la cavité. En outre, on peut choisir une taille d'insert nettement plus importante que celle des filtres antérieurs : ainsi, la zone de marquage de la strate, au lieu de se trouver en regard de plusieurs filtres dans le moule, ne se retrouve plus, de préférence, qu'en regard d'un seul insert, avec donc un risque bien moindre de décrochage de surface / de 30 coloration différente dans la zone d'interface entre les parois du moule et la surface de l'insert. Un insert selon l'invention peut ainsi « remplacer » au moins deux à quatre filtres, avec le dimensionnement approprié. De fait, la surface de la zone de marquage peut être inférieure ou égale à la surface de la strate qui se trouvait lors du moulage en regard de l'insert : le marquage se fait alors uniquement sur une zone qui a été « moulée » par l'insert, donc d'aspect a priori homogène. [00os] Avantageusement, l'insert poreux est en métal ou en alliage métallique poreux. Il peut notamment être à base de bronze poreux. Ce métal poreux peut être obtenu, de façon connu à partir de billes en métal ou en alliage qu'on vient assembler à chaud en préservant une porosité contrôlée entre les billes. On peut ajuster la granulométrie des billes pour ajuster la porosité du matériau, donc sa capacité à réaliser les échanges gazeux voulus lors du moulage, et pour ajuster sa rugosité de surface, donc l'aspect de surface de la zone de la strate correspondante. [0009] De préférence, la surface de l'insert qui se substitue localement à la paroi du moule est usinée, de préférence par électroérosion. Cette technique permet d'assurer un état de surface suffisamment lisse de l'insert, sans pour autant 15 boucher ses pores indispensables aux échanges gazeux. [0olo] Avantageusement, l'insert est disposé dans le moule de façon amovible. On peut ainsi aisément remplacer un insert qui serait encrassé, usé ou défectueux sans avoir à démonter toute la partie de moule dans laquelle il se trouve (on parle ici de partie de moule, car usuellement le moule est constitué de deux demi-moules 20 de formes complémentaires). Le nettoyage de l'insert peut se faire hors moule, par exemple par trempage dans un solvant approprié. [001 1] On peut ainsi fixer l'insert au moule par des moyens de fixation mécanique, notamment du type vissage, goupillage, qui permettent un montage/démontage rapide de l'insert. 25 [0012] 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, avec de préférence avec l'un des demi-moules muni de l'insert poreux et les deux demi-moules également équipés de moyens d'échange gazeux comprenant des filtres. En effet, l'invention ne cherche pas 30 nécessairement à remplacer tous les filtres par des inserts poreux en nombre moindre, mais à améliorer localement l'état de surface des strates. Naturellement, on peut cependant prévoir d'utiliser non pas un mais au moins deux inserts poreux, si la zone de marquage est importante ou si l'on prévoit plusieurs zones de marquage, notamment. [0013] Un mode de réalisation de l'insert poreux présente une portion disposée dans un orifice traversant dudit moule et une portion extérieure audit orifice traversant (hors de la cavité de moulage) pour recevoir des moyens de fixation. [0014] L'invention a également pour objet l'utilisation du dispositif décrit plus haut pour faire des strates en polystyrène destinés à être assemblées, notamment par collage, pour constituer des modèles de moulage par modèle perdu. [0015] L'invention a également pour objet une strate en polystyrène obtenue par moulage avec le dispositif décrit précédemment, et qui comprend au moins une zone de marquage gravée ou imprimée, notamment au laser, qui était, dans le moule, en regard de l'insert poreux. [0016] La zone de marquage de la strate en polystyrène peut être gravée ou imprimée de données alphanumériques ou codées, éventuellement de façon redondante, la redondance garantissant une lecture satisfaisante même si la zone de marquage était en partie dégradée/illisible. Cette zone gravée peut être destinée à être lue par un opérateur directement ou automatiquement par une caméra reliée à des moyens informatiques/électroniques. [0017] 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 ; - figure 3, une vue en perspective partielle d'un demi-moule appartenant au moule de la figure 2 ; - figure 4, une vue en perspective d'un insert selon l'invention. [0018] 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. [0019] La figure 1 représente donc un outillage A' connu selon l'art antérieur 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. [0020] 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 huit 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. [0021] 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 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. [0022] 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 (ou par envoi d'air pour démouler). [0023] L'outillage A' fonctionne de façon appropriée. Cependant, des traces de la présence des filtres peuvent apparaître à la surface de la strate de polystyrène une fois moulée, dans les zones qui étaient en regard de ces filtres dans le moule. Ces traces peuvent prendre la forme de zones ou de traits de coloration différente, de rugosité différente (rainure, surépaisseur ...). Or il y a beaucoup de filtres proches les uns des autres, et ces variations d'aspect peuvent soulever des problèmes lors du marquage des strates : les strates, avant assemblage, sont en effet usuellement marquées dans des zones prédéfinies, généralement au laser, pour les référencer. Les données peuvent être de type alphanumérique ou être sous forme de « flash tags » (étiquettes informatisées) lisibles par des caméras/capteurs reliés à des moyens informatiques/électroniques. Ce sont donc des impressions colorées, en noir par exemple, qui peuvent être difficiles à lire quand la strate présente un aspect non uniforme. [0024] La figure 2 représente un outillage A amélioré selon l'invention par rapport à l'outillage A de la figure 1. [0025] Toutes choses égales par ailleurs, on a remplacé, dans la zone du moule correspondant à la zone de la strate qui va être dédiée au marquage, les filtres 6 par un insert 12 en bronze poreux. Ce matériau est constitué à partir de billes de bronze, il est ici choisi de classe 30, ce qui signifie que les billes de bronze utilisées ont un diamètre de 3 dixièmes de millimètres. On pourra plus généralement choisir des métaux ou alliages métalliques de classe comprise entre 15 et 60 suivant l'état de surface de la strate et le niveau de porosité recherchés. L'insert 12 vient remplacer localement la paroi de l'empreinte 1, en étant inséré dans une ouverture traversante de forme complémentaire à l'insert dans celle-ci. L'insert 12 est fixé par deux vis 13 au demi-moule correspondant, comme cela est représenté plus en détail aux figures 3 et 4. Comme montré en figure 4, l'insert 12 est ici sous la forme approximative d'un parallélépipède rectangle d'environ 5 cm de longueur, 1,5 cm de largeur et 10 mm d'épaisseur. Il est muni d'une rainure 14 sur l'une de ses faces selon la longueur du parallélépipède, et disposée approximativement aux deux tiers de sa largeur. Comme montré en figure 3, la portion 14a la plus étroite délimitée par la rainure vient donc combler l'ouverture pratiquée dans l'empreinte et remplacer localement celle-ci, par un montage affleurant du côté de la cavité de moulage 3. La portion 14b la plus large permet la fixation de l'insert au demi-moule par vissage à l'aide des deux vis 13. Pour donner un ordre de grandeur, l'insert ainsi dimensionné remplace environ 6 à 8 filtres de la configuration selon la figure 1. [0026] Naturellement, en fonction de la forme du marquage notamment, on peut adapter celle de l'insert pour qu'elle présente, une fois inséré dans l'empreinte tout contour et tout dimensionnement voulus. De préférence, il est localisé dans une zone de l'empreinte substantiellement plane, zone privilégiée pour faciliter le marquage post-moulage. Mais il est également possible de choisir un insert dont la surface qui vient remplacer la surface de l'empreinte et qui en est donc le prolongement soit non pas plane mais courbe ou présentant un décrochement. [0027] Les pièces en polystyrène obtenues avec l'outillage A sont ensuite marquées au laser dans une zone de marquage correspondant à la zone moulée par l'insert 12. Il a été observé que cette zone avant marquage avait un aspect homogène et reproductible, ce qui rendait le marquage lui-même plus reproductible, avec une lisibilité meilleure. Comme indiqué plus haut, on peut choisir la localisation et le dimensionnement de la zone de marquage pour qu'elle se situe, de préférence, entièrement dans la zone de strate qui a é été moulée en regard de l'insert. [0028] Les modèles ou assemblage de strates, 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 moyens d'échange gazeux entre la cavité de moulage (3) et l'extérieur du moule, caractérisé en ce que lesdits moyens comprennent au moins un insert poreux (12) qui est disposé au moins en partie dans un orifice traversant dudit moule et dont une surface vient se substituer localement aux parois de ladite cavité. 2. Dispositif de moulage (A) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'insert poreux (12) est en métal ou en alliage métallique poreux, notamment à base de bronze poreux. 3. Dispositif de moulage (A) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la surface de l'insert poreux (12) qui se substitue localement à la paroi du moule est usinée, de préférence par électroérosion. 4. Dispositif de moulage (A) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'insert poreux (12) est disposé dans le moule de façon 20 amovible. 5. Dispositif de moulage (A) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'insert poreux (12) est fixé au moule par des moyens de fixation mécanique (13), notamment du type vissage, goupillage. 25 6. Dispositif (A) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le moule comporte deux demi-moules (1, 2) disposés dans une ou plusieurs chambres (4,5) destinées à alimenter la cavité de moulage (3) en gaz, notamment en gaz chaud de type vapeur d'eau, avec l'un des demi-moules (1) muni de l'insert 30 poreux (12) et les deux demi-moules également équipés de moyens d'échange gazeux comprenant des filtres (9). 7. Dispositif (A) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'insert poreux (12) présente une portion (14a) disposée dans un orifice 35 traversant dudit moule et une portion extérieure (14b) audit orifice traversant pour recevoir des moyens de fixation (13). 8. 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. 9. Strate en polystyrène obtenue par moulage avec le dispositif selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins une zone de marquage gravée ou imprimée, notamment au laser, qui était dans le moule en regard de l' insert poreux (12). 10. Strate en polystyrène selon la revendication précédente, caractérisée en ce que ladite zone de marquage est gravée ou imprimée de données alphanumériques ou codées, éventuellement de façon redondante.15