Brevet FR3011194A1 — publié le 20150403

DISPOSITIF DE NOYAUTAGE POUR FONDERIE PAR GRAVITE pool L'invention se rapporte à une technique de fonderie, appelée fonderie par gravité, aussi désignée sous le terme de coulée par gravité, qui permet de mouler des pièces métalliques. La coulée gravité connaît plusieurs variantes de mise en oeuvre, dont par exemple la coulée gravité dite coquille, en source, basculée ou basse pression, l'invention s'intéressant à toutes ces variantes. [0002] L'invention s'intéresse plus particulièrement aux dispositifs dits de noyautage destinés à fabriquer des noyaux pour des moules utilisés dans ce type de technique. En fonderie, les noyaux sont, de façon connue, des composants du moule, réalisés à base de sable, qui permettent de réaliser les évidements intérieurs de la pièce à mouler, ou des zones en contre-dépouille de celle-ci. [0003] Ces dispositifs de noyautage sont généralement constitués de trois grandes parties, mobiles les unes par rapport aux autres. [0004] II y a tout d'abord la partie la plus amont, également appelée « tête de tir », qui présente une enceinte qui reçoit en partie haute le sable ou, plus généralement le sable associé à des composants du type résine(s) sous forme pulvérulente, provenant d'une trémie, et qui distribue ce mélange pulvérulent au travers d'au moins une plaque percée d'ouvertures dite « plaque de tir » par des buses de distribution dites buses de tir. [0005] II y a ensuite la « boîte à noyaux », qui délimite les cavités qui vont correspondre à la forme et aux dimensions des noyaux à fabriquer, les buses de tir mentionnées plus haut étant en connexion fluidique avec des ouvertures disposées en partie supérieure des cavités en question pour en permettre le remplissage. [0006] II y a, enfin, la partie « gazage », qui permet, une fois les cavités de la boîte à noyaux remplies du mélange pulvérulent, de durcir celui-ci, de manière à ce que la boîte à noyaux puisse finalement éjecter des noyaux durcis et manipulables de ses cavités vers les moules. Généralement, le durcissement se 3 0 1 1 194 2 fait par diffusion de gaz spécifique, d'où le terme de gazage, dans le mélange pulvérulent, ce gaz durcissant la résine contenue dans le mélange pulvérulent et donnant de ce fait la cohérence suffisante à l'ensemble du -mélange pulvérulent. [0007] Le remplissage des cavités par les buses de tir se fait généralement avec 5 un contact direct entre l'extrémité aval de la buse de tir et (« aval » étant en référence au sens d'écoulement général des composés pulvérulents au travers du corps de la buse) et le contour de l'ouverture d'alimentation de la cavité. Dans la configuration d'installation la plus usuelle, le corps de buse est disposé verticalement, en étant alimenté par son extrémité amont par la plaque de tir au- 10 dessus de la buse, et son extrémité aval - son nez - reposant contre l'ouverture d'alimentation de la cavité sous la buse. [000s] Les cavités sont généralement délimitées par la coopération de deux parties de moules, appelées généralement empreinte supérieure et empreinte inférieure, l'empreinte supérieure présentant les ouvertures d'alimentation pour les 15 buses de tir mentionnées plus haut. Ces empreintes présentent une durée de vie donnée, de par exemple plusieurs milliers de cycles de fabrication de noyaux, au-delà de laquelle il est nécessaire de réparer/rectifier les parois des cavités définissant la forme des noyaux, pour maintenir le niveau de qualité et de reproductibilité demandé pour ceux-ci. 20 [0009] Or, il s'est avéré que des traces d'usure prématurée pouvaient apparaître à la surface des cavités, provoquant des défauts de forme sur les noyaux, et ceci plus particulièrement quand les cavités présentaient une faible hauteur, c'est-à-dire une faible distance entre la paroi de l'empreinte inférieure et la paroi de l'empreinte supérieure en vis-à-vis. Des cavités de faible hauteur sont notamment utilisées 25 pour faire des noyaux destinés à former les cavités des boîtes à eaux des culasses de moteur thermique. [0010] L'invention a alors pour but de remédier à cet inconvénient. Elle a notamment pour but de réduire voire de supprimer les risques d'usure prématurée des cavités des boîtes à noyaux. [0011] L'invention a tout d'abord pour objet un dispositif de noyautage pour fonderie par gravité, ledit dispositif de noyautage comportant une partie d'alimentation, dite tête de tir, une partie de constitution des noyaux, dite boîte à noyaux. La tête de tir est destinée à alimenter par des buses d'alimentation, dite buses de tir, en composé(s) pulvérulent(s) des cavités de la boîte à noyaux par des ouvertures d'alimentation pratiquées dans lesdites cavités. Selon l'invention, au moins une des cavités est équipée en regard de la ou d'au moins une de ses ouvertures d'alimentation d'un insert dont une surface vient se substituer localement aux parois de ladite cavité. [0012] II a été constaté la présence d'usure prématurée sous forme de creusement localisé sur les parois des cavités de la boîte à noyaux en regard des nez des buses de tir débouchant dans les cavités, tout particulièrement quand la distance séparant le nez de la buse de tir de la paroi qui lui fait face, appelée également « hauteur de tir » était faible. En effet, les composés pulvérulents destinés à remplir les cavités sont projetés dans celles-ci par les buses à des pressions élevées, et plus la paroi opposée à la buse est proche de celle-ci, plus l'impact des composés pulvérulent à sa surface est violent, venant progressivement creuser la surface de la paroi opposée. Et cela peut amener à devoir changer ou réparer l'empreinte concernée, généralement l'empreinte dite inférieure, dès 3000 ou 5000 cycles, au lieu des 15000 à 20000 cycles attendus, ce qui est pénalisant en termes d'immobilisation d'outillages, de frais de réparation, de risque de dégradation de qualité des noyaux. L'invention propose donc de remplacer localement, dans la zone d'impact en vis-à-vis du nez de la buse, la paroi de la cavité par la surface d'un insert dont les propriétés seront choisies pour mieux résister à la projection à haute pression de composés pulvérulents. [0013] On aurait pu envisager de traiter localement ou totalement la paroi de la cavité, plutôt que d'y ajouter un insert, mais un traitement local, de durcissement par exemple, n'était pas optimal en termes de gestion et réparation des outillages, puisqu'il nécessitait d'extraire toute l'empreinte inférieure pour vérifier/réparer le cas échéant la zone localement durcie. Choisir un insert est beaucoup plus simple de mise en oeuvre, puisqu'on est ainsi plus libre du choix du matériau et de son éventuel traitement de surface, indépendant du matériau de l'empreinte. En outre, en fin de vie, il est beaucoup plus simple de n'avoir à intervenir que sur un insert, sans avoir à démonter/extraire toute l'empreinte dans laquelle il est disposé. [0014] De préférence, l'insert selon l'invention présente des propriétés mécaniques supérieures à celles des parois de la cavité qu'elle remplace localement. [0015] Avantageusement, l'insert selon l'invention est substantiellement métallique, par exemple de type acier, et peut présenter au moins un traitement de surface, comme avec un traitement de renforcement superficiel chimique, de type chromage, et/ou mécanique, du type grenaillage. Le chromage permet de déposer un revêtement à base de chrome sur une faible épaisseur, par exemple par électrodéposition. [0016] De préférence, la ou les cavités de la boîte à noyaux est(sont) définie(s) par la coopération de parties de moules, dites empreintes, et l'insert est fixé à l'empreinte dont il remplace localement la surface définissant la cavité par des moyens de fixation mécanique amovibles, du type vissage, goupillage. On peut ainsi aisément remplacer un insert usé par un nouvel insert sans avoir à démonter l'empreinte dans laquelle il est monté. [0017] De préférence, la ou les cavités de la boîte à noyaux est (sont) définie(s) par la coopération de parties de moules, dites empreintes, et le montage de l'insert dans l'une des empreintes est étanche. On comprend par étanche le fait que l'insert est monté, par exemple avec ajustement, dans un orifice pratiqué dans la cavité, de façon à ce que l'interface entre l'insert et la paroi de la cavité dans laquelle il est inséré soit étanche, et interdise ainsi que les composés pulvérulents viennent se glisser à l'interface des deux composants. Ce montage avec ajustement peut être de type H7m6 selon la norme ISO 286-2. [0018] Selon une variante, la cavité comprend au moins une zone fonctionnelle et au moins une zone non fonctionnelle, l'insert étant disposé dans une zone fonctionnelle de la cavité et affleurant à la surface de ladite zone fonctionnelle. [0019] On comprend par zone « fonctionnelle » une zone qui correspond à une partie fonctionnelle du noyau, c'est-à-dire une partie dont le profil spécifique doit être respecté et qui correspond à une zone remplissant une fonction technique dans la pièce de fonderie finale. A contrario, une zone dite « non fonctionnelle » est une zone qui, dans la pièce de fonderie finale, ne participe pas activement à une fonction technique, et donc qui, généralement, présente un contour simple, lisse, par exemple plan localement. [0020] Selon cette variante, la ou au moins une buse de tir peut être en regard d'une telle zone dite fonctionnelle. Dans ce cas, il est nécessaire que la surface de l'insert tournée vers la cavité soit le prolongement précis du reste de la paroi dans lequel il est inséré. C'est alors un insert de forme et de dimensionnement spécifique au noyau voulu. [0021] Selon une autre variante, la cavité comprend au moins une zone fonctionnelle et au moins une zone non fonctionnelle, l'insert étant disposé dans une zone non fonctionnelle de la cavité. Dans ce cas de figure, la forme de l'insert est moins critique. On peut donc envisager des inserts de forme standard, par exemple sous forme de petits cylindres, éventuellement de différents diamètres. On peut alors prévoir que la surface de l'insert tournée vers la cavité dépasse, à l'intérieur de la cavité, de la surface du reste de la zone dans laquelle il est disposé. Ce dépassement correspond ainsi à une sorte de « patin anti usure », légèrement surélevé par rapport au reste de la paroi, qui augmente la durée de vie de l'insert. [0022] De préférence, toujours dans ce cas de figure, la surface de l'insert dépasse de la surface des parois de la cavité d'au moins 0,5 mm, par exemple 25 d'au moins 1 mm, notamment d'au plus 2 mm. En effet, notamment dans le cas des cavités de faible hauteur, ce dépassement qui reste peu important ne perturbe pas la géométrie du noyau à obtenir. [0023] Avantageusement, la hauteur de tir entre le nez de la buse de tir et l'insert en regard de celle-ci est d'au plus 40 mm, notamment d'au plus 35 mm ou d'au 30 plus 30 mm. C'est en effet dans cette configuration de petite hauteur de tir que le risque d'usure prématuré est le plus élevé et que l'utilisation de l'insert selon l'invention est recommandée. [0024] L'invention a également pour objet l'application du dispositif décrit précédemment pour fabriquer des noyaux correspondant à des composants de 5 moteur thermique, notamment des chambres à eau de culasses de moteur thermique. [0025] L'invention concerne également les noyaux obtenus par le dispositif précédemment décrit, ces noyaux étant dépourvus de traces de buses de tir. [0026] L'invention a également pour objet un procédé de fonderie par coulée 10 gravité de pièces de fonderie, qui utilise ces noyaux. [0027] D'autres particularités et avantages apparaîtront à la lecture de la description ci-après d'un mode particulier de réalisation, non limitatif de l'invention, faite en référence aux figures très schématiques suivantes : - la figure 1 représente dans son ensemble, en vue de face, un 15 dispositif de noyautage selon l'art antérieur ; - la figure 2 représente la boîte à noyaux du dispositif de noyautage de la figure 1 en section verticale selon l'art antérieur ; - la figure 3 représente un graphe représentatif d'une usure progressive localisée d'une paroi de cavité de la boîte à noyaux selon la figure 2 ; 20 - la figure 4 représente un premier exemple selon la présente invention de boîte à noyaux, en section verticale ; - la figure 5 représente un deuxième exemple selon la présente invention de boîte à noyaux, en section verticale. [0028] Ces figures sont simplifiées pour en simplifier la compréhension, les 25 éléments représentés ne sont donc pas nécessairement à l'échelle. Chaque référence conserve la même signification d'une figure à l'autre. La représentation des outillages se fait dans leur configuration habituelle d'utilisation et c'est dans ce 301 1 194 7 sens qu'il faut comprendre les références spatiales du type « supérieur », « inférieur », « haut » ou « bas » ... [0029] La figure 1 est donc une vue de face d'un dispositif de noyautage complet selon l'art antérieur, qui est un dispositif connu et dont tous les composés et le mode de fonctionnement ne seront donc pas détaillés. Ce dispositif 1 comprend donc schématiquement une partie 2 dite « Ensemble tête de tir » alimentée en mélange pulvérulent de sable et de résine par un conduit 3 dans lequel débouche une trémie non représentée. Le dispositif 3 comprend aussi une partie 4 dite « Ensemble de gazage » et une partie 5 dite « Boîte à noyaux ». La boîte à noyaux 5 est montée mobile selon un axe vertical X et selon un axe horizontal Z, et l'ensemble de gazage 4 et l'ensemble tête de tir sont montés mobiles selon un axe horizontal Y. La boîte à noyaux 5 comprend un caisson 6, une empreinte inférieure 8, une empreinte supérieure 7, des fourches 9, et des cavités pour définir les formes et dimensions des noyaux à fabriquer à l'intérieur du caisson 6. L'ensemble de gazage 4 comprend une plaque de gazage 10 et une plaque d'éjection supérieure 11. La tête de tir 2 comprend une plaque de tir 12 percée d'ouvertures qui débouchent dans des buses de tir 13. [0030] Schématiquement, le fonctionnement du dispositif consiste à ce que la tête de tir alimente en mélange pulvérulent par des buses de tir 13 les cavités de la boîte à noyaux 5 en position haute (la figure 1 la représente en position basse), puis en ce que la boite à noyaux descende vers une position basse permettant à l'ensemble de tir 2 de se déplacer horizontalement selon l'axe Y et à l'ensemble de gazage 4 de le remplacer à l'aplomb de la boite à noyaux, permettant l'opération de gazage à proprement dit, à savoir la diffusion de gaz à travers les ouvertures de la plaque de gazage 10 en regard des cavités de la boite à noyaux remplis de mélange pulvérulent, selon un débit et une durée déterminés pour que le mélange durcisse suffisamment. Puis la boîte à noyaux 5 est ouverte, et permet l'éjection des noyaux durcis qui sont évacués horizontalement par des fourches 9 montées mobiles selon un plan horizontal et vertical pour les conduire vers les moules de fonderie. [0031] La figure 2 est un agrandissement de la figure 1 centrée sur la boîte à noyaux en position haute, où l'empreinte supérieure 7 et l'empreinte inférieure 8 sont en contact pour définir conjointement une/des cavités fonctionnelles 14. L'acheminement du mélange pulvérulent est représenté par la flèche f1 à la figure, depuis la tête de tir, puis sur la hauteur des corps des buses de tir 13 orientées verticalement jusqu'à une ouverture d'alimentation 14a pratiquée dans la paroi supérieure de la cavité fonctionnelle 14 représentée. Le nez 13a de la buse 13 est monté sensiblement affleurant à cette ouverture 14a. La distance d qui sépare l'extrémité du nez 13a de la buse monté dans l'empreinte supérieure 7 (ou l'orifice d'alimentation 14a) de la paroi de l'empreinte inférieure 8 en regard est appelée hauteur de tir. Ici, la hauteur de tir est d'environ 35 mm. La figure représente la zone d'usure 15 de l'empreinte inférieure 8 en regard du nez de la buse au bout de 3000 cycles de tirs : elle se présente sous forme d'un creusement de pourtour sensiblement circulaire à l'aplomb du jet de composés pulvérulents sous pression sortant du nez de la buse. [0032] La figure 3 est un graphe qui représente l'évolution de la zone d'usure 15 au cours du temps, avec en abscisse le nombre de cycles subi et en ordonnées la profondeur de la zone d'usure en mm. Quand la zone d'usure se situe dans une zone fonctionnelle de la cavité 14, il est nécessaire de réparer/changer l'empreinte inférieure 8 dès 3000 ou 4000 tours, alors qu'il est généralement prévu de réviser les empreintes plutôt tous les 15 000 à 20 000 tours. Cette usure précoce est due à la faible hauteur de tir, qui rend l'impact du jet de poudre à haute pression particulièrement corrosif. [0033] La figure 4 représente un premier exemple de modification de la boîte à noyaux selon l'invention. Toutes choses égales par ailleurs par rapport à la boîte à noyaux de la figure 2, on utilise un insert 16 dont la paroi supérieure 16a vient localement remplacer la paroi de l'empreinte, dans la zone d'usure 15. Cet insert présente une paroi latérale sensiblement cylindrique, une paroi supérieure 16a déjà évoquée qui présente une forme spécifique, et une paroi inférieure 16b plane et horizontale. On le dispose par un montage à ajustement , appelé H7m6 selon la norme ISO 286-2, dans une cavité 17 aménagée dans l'épaisseur de l'empreinte inférieure 8, cavité elle aussi de forme sensiblement cylindrique, au dimensionnement approprié pour recevoir à force l'insert en assurant l'étanchéité à l'interface entre l'empreinte et la paroi latérale de l'insert. La cavité 17 se prolonge jusqu'à la sole de l'empreinte par un canal plus étroit 18 destiné à recevoir une vis 19, la vis maintenant en position l'insert en étant montée dans un canal fileté prévu dans l'insert, depuis sa paroi inférieure 16b jusqu'à environ la moitié de sa hauteur, la tête de vis étant bloquée dans un logement 21 dans lequel débouche le canal 18 une fois le vissage terminé pour immobiliser la vis et de fait l'insert. [0034] II est à noter que l'insert selon l'invention peut prendre d'autres formes, et notamment présenter une section qui soit carrée, rectangulaire, ovoïde ou toute autre forme appropriée selon la forme, la configuration de la zone de la cavité à renforcer, notamment dans le cas où l'insert est destiné à être dans une zone fonctionnelle de la cavité. [0035] Cet insert est en acier, chromé en surface sur sa paroi supérieure 16a pour mieux résister à l'effet corrosif du jet de composés pulvérulents que le reste de la paroi de l'empreinte inférieure, elle aussi généralement en acier. Le chromage, de façon connue, consiste à déposer un revêtement contenant du chrome, sur une épaisseur généralement d'au plus 0,05 mm et habituellement par un procédé électrochimique de déposition de chrome. [0036] En lieu et place du procédé de chromage, on peut effectuer sur la surface 16a un grenaillage. Dans les deux cas, on renforce considérablement la résistance de la surface 16a, et on ralentit l'usure de l'empreinte dans cette zone sensible. [0037] On peut ainsi maintenir un rythme de maintenance de l'outillage à au moins 10 000 cycles au lieu de l'effectuer tous les 3000 ou 4000 cycles, ce qui est très performant. Cet insert, en maintenance, peut être facilement remplacé par un insert neuf. [0038] La figure 5 propose un autre exemple qui concerne le cas de figure où la zone d'usure est disposée dans une zone non fonctionnelle de la cavité 14, c'est-à-dire une zone plane sans incidence sur le fonctionnement du composant de fonderie une fois obtenu avec le noyau. Dans ce cas, on peut prévoir un insert 16' standard, par exemple de forme cylindrique et qui est monté comme dans l'exemple précédent affleurant au reste de la paroi de la cavité, ou, comme représenté à la figure 5, en dépassant légèrement de la paroi. Ce dépassement peut constituer un patin d'usure, un « réservoir » d'usure : l'insert reste ainsi opérationnel après l'usure de cette surépaisseur, ce qui en augmente la durée de vie et espace donc encore la maintenance de l'outillage. Cette surépaisseur h peut par exemple être de l'ordre de 0,5 à 3 mm. On peut ainsi prévoir un jeu d'inserts standards, faciles à changer et utilisables pour toute zone non fonctionnelle d'une cavité de boîte à noyaux. [0039] II est également possible de prévoir des inserts anti-usure dans des zones qui ne sont pas nécessairement en vis-à-vis de buses de tir, mais aussi dans des zones aux formes complexes, en retrait, comme la zone 21 de la figure 4. Mais l'usure la plus significative reste celle des zones en regard des nez de buse, quand la hauteur de tir est faible, d'au plus 40 mm. [0040] Avec ce type de cavité peu haute, on fait notamment des noyaux pour boite à eau de culasses de moteur, ou toute autre pièce de fonderie dont la géométrie doit être très précise et reproductible. REVENDICATIONS1. Dispositif (1) de noyautage pour fonderie par gravité, ledit dispositif de noyautage comportant une partie d'alimentation, dite tête de tir (2), une partie de constitution des noyaux, dite boîte à noyaux (5), la tête de tir étant destinée à alimenter par des buses d'alimentation, dite buses de tir (13), en composé(s) pulvérulent(s) des cavités (14) de la boîte à noyaux par des ouvertures d'alimentation pratiquées dans lesdites cavités, caractérisé en ce qu'au moins une des cavités est équipée en regard de la ou d'au moins une de ses ouvertures d'alimentation d'un insert (16,16') dont une surface vient se substituer localement aux parois de ladite cavité. 2. Dispositif selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'insert (16,16') présente des propriétés mécaniques supérieures à celles des parois de la cavité (14) qu'elle remplace localement. 3. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'insert (16,16') est substantiellement métallique, de type acier, avec un traitement de renforcement superficiel chimique, de type chromage, et/ou mécanique, du type grenaillage. 4. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la ou les cavités de la boîte à noyaux est (sont) définie(s) par la coopération de parties de moules (7,8), dites empreintes, et en ce que l'insert (16,16') est fixé à l'empreinte (8) dont il remplace localement la surface définissant la cavité par des moyens de fixation mécaniques amovibles (19), du type vissage, goupillage. 5. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé la ou les cavités (14) de la boîte à noyaux (5) est (sont) définie(s) par la coopération de parties de moules (7,8), dites empreintes, et en ce que le montage de l'insert (16,16') dans l'une des empreintes (8) est étanche. 6. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la cavité (14) comprend au moins une zone fonctionnelle et au moins une zone non fonctionnelle, l'insert (16,16') étant disposé dans une zone fonctionnelle de la cavité et affleurant à la surface de ladite zone fonctionnelle. 7. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la cavité (14) comprend au moins une zone fonctionnelle et au moins une zone non fonctionnelle, l'insert (16,16') étant disposé dans une zone non fonctionnelle de la cavité. 8. Dispositif selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la surface (16a) de l'insert (16,16') tournée vers la cavité (14) dépasse, à l'intérieur de la cavité, de la surface du reste de la zone dans laquelle il est disposé. 9. Dispositif selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la surface (16a) de l'insert (16,16') dépasse de la surface des parois de la cavité d'au moins 0,5 mm, notamment d'au moins 1 mm, notamment d'au plus 2 mm. 10. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la hauteur de tir (d) entre le nez (13a) de la buse de tir (13) et l'insert (16,16') en regard de celle-ci est d'au plus 40 mm, notamment d'au plus 30 ou 35 mm. 11.Application du dispositif selon l'une des revendications précédentes pour fabriquer des noyaux correspondant à des chambres à eau de culasses de moteur thermique.