Brevet FR3051129A1 — publié le 20171117

STRATE DE MODELE PERDU DESTINE A ÊTRE UTILISE EN FONDERIE [0001] L'invention est du domaine du moulage en fonderie utilisant un modèle perdu. Elle est relative aux modèles perdus utilisés 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 technologie est généralement en polystyrène expansé. [0004] Comme cela est, par exemple, décrit dans le brevet EP- 2 052 799 ou dans le brevet EP- 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 pour constituer des modèles 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. 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] L'assemblage des strates se fait généralement par collage, par exemple à l'aide d'une colle thermofusible. Un exemple de technique d'encollage par 3051129 2 pulvérisation d'une colle à base de polyuréthane en émulsion aqueuse est donné dans le brevet FR- 2 768 068. [0006] Certaines pièces de fonderie, comme les culasses de moteur, doivent intégrer des circuits de fluide, comme des circuits de liquide de refroidissement ou des circuits 5 d'huile à haute pression. [0007] Une première solution consiste à créer ces conduits dans la culasse in situ, lors de la coulée de la pièce, par des formes appropriées des strates. Mais dans ce cas, il est nécessaire de prévoir des artifices pour boucher les canaux, et les strates du moule perdu sont complexes à réaliser. 10 [000s] Une autre solution consiste à créer ces conduits par perçage de la pièce une fois coulée. Cette solution nécessite un usinage post-coulée qui rallonge significativement le temps de production de la pièce. [0009] L'invention a alors pour but de remédier à ces inconvénients. Elle a notamment pour but de permettre l'obtention de conduits dans une pièce de fonderie 15 obtenue par modèle perdu de façon plus simple et/ou plus rapide et/ou plus reproductible. [cm cl L'invention a tout d'abord pour objet une strate de modèle perdu destiné à être utilisé en fonderie pour l'obtention de pièces en métal, cette strate intégrant un composant, notamment un conduit, supportant des températures supérieures à la 20 température de fusion dudit métal, notamment supérieures à 500 ou 700°C. (Le composant peut a fortiori résister aux températures auxquelles on vient mouler/fabriquer la strate). [0011] L'invention propose ainsi d'incorporer directement dans la strate le composant (conduit) qui restera en place dans la pièce de fonderie une fois coulée : le métal 25 coulé vient remplacer le matériau de la strate par sublimation de celui-ci, et se durcit « autour » du le composant (conduit)qui, lui, résiste à haute température. On insère donc dans la strate, qui était jusque-là un matériau qui disparaissait totalement lors de la coulée du métal, un composant de la pièce de fonderie définitive. De fait, il devient inutile d'opérer des perçages et usinage après coulée, bien qu'il puisse être encore 3051129 3 nécessaire d'opérer sur la pièce coulée, des perçages du conduit. Cela peut notamment être le cas des conduits de circulation d'huile qui sont à munir d'orifices répartis sur leur longueur. [0012] Avantageusement, le composant (conduit) est choisi métallique, notamment 5 en acier, ou encore en laiton ou en alliage Cu-Al. Le composant peut également être en céramique. Ces sont des matériaux qui peuvent résister aux températures de coulée, qui sont généralement d'au moins 700°C. Ainsi, par exemple, si la pièce de fonderie est en aluminium, on choisit un matériau du composant qui a une température de fusion supérieure à celle de l'aluminium, par exemple en alliage Cu-Al 10 avec une proportion appropriée en cuivre par rapport à l'aluminium [0013] Avantageusement, la strate est en matériau sublimable, choisi parmi le polystyrène, le polyuréthane ou le polyéthylène. [0014] Avantageusement, le composant (conduit)est encapsulé au moins en partie dans la strate. 15 [0015] Selon un mode de réalisation, le composant est un conduit qui peut être fermé à l'une de ses extrémités, ou même à ses deux extrémités. Il pourra être percé ensuite, une fois inséré dans la pièce de fonderie. [0016] De préférence, la strate selon l'invention est faite en un corps de matériau sublimable, et le composant (conduit) se trouve relié au corps de la strate par au 20 moins une liaison en matériau sublimable, notamment sous forme de bride ou de manchon entourant au moins partiellement, localement, la circonférence du composant (conduit). Ainsi, le métal va remplacer le matériau sublimable lors de la coulée, et va créer un corps muni de brides maintenant en position le conduit. [0017] Selon un mode de réalisation, la strate comprend au moins quatre de ces 25 liaisons. Le nombre et le dimensionnement de ces liaisons dépend de la longueur du conduit, de la complexité de sa forme (courbures ....) et de celle de la pièce de fonderie. 3051129 4 [0018] L'invention a également pour objet le procédé d'obtention d'une strate telle que décrite précédemment, où l'on positionne dans un moule le composant (conduit) et où l'on injecte ensuite le matériau sublimable constitutif de la strate. [0019] De préférence, on positionne le composant (conduit) dans le moule à l'aide de 5 moyens de maintien mécaniques du type pinces. Elles sont solidarisées à la paroi du moule. Ce sont les moyens les plus simples à mettre en oeuvre pour garantir que le composant (conduit) ne bougera pas, notamment lors de la coulée du métal. [0020] L'invention a également pour objet un modèle perdu destiné à être utilisé en fonderie pour l'obtention de pièces métalliques et comportant un empilement de 10 strates, dont une telle que décrite précédemment. [0021] L'invention a également pour objet un modèle perdu qui correspond à la forme d'une culasse ou d'une portion de culasse de moteur thermique, le composant étant un conduit cheminant au voisinage des logements des butées hydrauliques destinées à être associées à la culasse. 15 [0022] L'invention a également pour objet une pièce de fonderie obtenue à partir du modèle perdu décrit plus haut. [0023] L'invention a également pour objet une telle pièce de fonderie, qui est une culasse de moteur thermique et telle que le composant est un conduit dans la culasse fait partie d'un circuit de circulation de fluide, notamment un circuit d'huile. 20 [0024] Le conduit peut alors être solidarisé à la culasse, de préférence, par des liaisons réparties sur la longueur du conduit. [0025] Le conduit peut être fermé à l'une de ses extrémités et percé d'orifices sur sa longueur. [0026] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture 25 de la description détaillée qui suit d'un mode de réalisation de l'invention, concernant l'obtention d'une culasse de moteur thermique, donné à titre d'exemple uniquement et en référence aux dessins qui représentent : 3051129 5 - figure 1 : une vue en coupe horizontale d'une culasse d'un moteur thermique (en position de montage dans un véhicule), ladite culasse intégrant un conduit de circulation d'huile haute pression obtenu selon une solution antérieure ; - figures 2, 3 et 4 : des vues de haut, respectivement d'une strate de moule 5 perdu pour faire une culasse de moteur thermique, d'un conduit de circulation d'huile haute pression, et de l'association de la strate et du conduit selon l'invention ; - figures 5 et 6 : des vues, respectivement de haut et en perspective, de la culasse intégrant le conduit à partir d'un moule perdu utilisant la strate associée au conduit de la figure 4. 10 [0027] Les composants identiques d'une figure à l'autre comportent la même référence. Les figures ne représentent pas nécessairement tous les composants à l'échelle et restent schématiques. [0028] II est proposé dans l'exemple suivant un modèle perdu pour mouler une pièce métallique par exemple ici à base d'aluminium, en l'occurrence une culasse de moteur 15 thermique de véhicule automobile à trois cylindres. On ne rentrera pas dans le détail du moulage à moule perdu, ou dans la fabrication du modèle, on pourra avantageusement se reporter aux brevets cités au préambule de la présente demande décrivant cette technique. [0029] La figure 1 représente une culasse 1 de moteur thermique qui a été obtenue 20 de façon conventionnelle par un procédé par moule perdu, à partir d'un moule en polystyrène. La culasse en question comprend trois cylindres 2,3,4, chacun étant munis de deux logements de soupapes d'admission 31,32 et deux soupapes d'échappement 33,34, et des quatre logements 21,22 et 23,24 pour les butées hydrauliques associées. Il est nécessaire de prévoir un circuit de circulation d'huile 25 haute pression pour lubrifier les butées hydrauliques. Pour créer ce circuit, on vient, sur la culasse une fois coulée, faire trois perçages par usinage, les directions dans lesquelles sont effectués les perçages sont symbolisées par les flèches ft f2, f3 . On obtient alors trois tronçons rectilignes de conduit connectés entre eux : deux tronçons parallèles 5,6 venant longer les logements des butées hydrauliques, et un troisième 3051129 6 tronçon 7 perpendiculaire à ceux-ci : les deux tronçons parallèles 5,6 viennent, à l'une de leurs extrémités, déboucher dans le tronçon perpendiculaire 7. Pour garantir l'étanchéité du circuit ainsi constitué, il faut, après usinage, fermer par des billes 8 d'une part les orifices aux connexions entre les tronçons 5,6 et le tronçon 7, et d'autre 5 part une extrémité du tronçon 7. Ces billes sont emmanchées en force, et sont généralement en acier. Cette solution nécessite donc une pluralité d'opérations post-coulée, ce qui augmente le temps de production global de la culasse. En outre, les conduits obtenus par perçage ne peuvent prendre que des formes géométriques simples : des tronçons rectilignes. 10 [0030] Les figures 2,3,4 illustrent la solution selon l'invention, et seront décrites conjointement. L'invention propose de modifier une des strates de l'empilement de strates constitutif du moule perdu utilisé pour le même type de culasse que celle représentée à la figure 1. il s'agit de la strate 9, en polystyrène, dont on modifie la fabrication pour y intégrer un conduit 10 qui définira le circuit d'huile dans la culasse 15 une fois coulée. La figure 2 représente la strate 9 seule, la figure 3 le conduit 10 seul, et la figure 4 représente l'association des deux (la vue de la strate étant tronquée en partie haute dans la figure 4). [0031] Les strates en polystyrène sont fabriquées par injection de polystyrène ou de son/ses précurseurs, dans un moule aux formes ad hoc. Selon l'invention, on vient 20 disposer dans le moule le conduit 10, en le maintenant en position par des moyens mécaniques du type pinces. On vient ensuite injecter le polystyrène ou son précurseur dans le moule, ce qui vient, de fait, intégrer/encapsuler au moins partiellement le conduit 10 dans la strate 9 en polystyrène. [0032] Le conduit 10 est choisi en un matériau qui est apte à supporter sans 25 détérioration la température d'injection du polystyrène lors de son moulage, et les températures de coulée de métal du type aluminium, bien plus élevées, donc des températures voisines ou supérieures à 700°C. On peut le choisir par exemple en un acier, ou en céramique. On obtient donc une strate « composite », selon la figure 4, qui comprend une matrice en polystyrène qui est destinée à être détruite dans le processus de fonderie, et un conduit 10 qui, lui, est destiné à rester intègre dans la 305 1 1 2 9 7 pièce de fonderie coulée. Le conduit peut présenter la forme géométrique la plus appropriée à sa fonction finale : on voit qu'ici il n'est pas rectiligne, avec une section ici circulaire mais qui pourrait ne pas l'être, et un cheminement qui présente des courbures. On a un unique conduit, plutôt qu'une pluralité de tronçons à connecter 5 entre eux. [0033] A chaque moulage de la strate 9, on vient donc ajouter dans le moule un nouveau conduit 10. Comme on le voit de la figure 4, selon la forme de la strate et du conduit, on prévoit que la matrice en polystyrène présente des zones assurant la liaison matrice/conduit, sous forme de brides ou autres. Ces zones de liaison se 10 retrouveront, en métal, dans la pièce de fonderie finale. Elles comprennent notamment un manchon 11 pour retenir une des extrémités du conduit 10, et des brides 12 réparties sur sa longueur, notamment à proximité des zones des logements 21,22,23,24 qui vont recevoir les butées hydrauliques dans la pièce de fonderie finale. [0034] Les figures 5 et 6 représentent la culasse 13 une fois obtenue avec un moule 15 perdu intégrant la strate selon la figure 4 : on y retrouve le conduit 10 qui chemine à proximité des soupapes des trois cylindres 2,3,4. Une des extrémités du conduit se trouve dans un manchon 11' correspondant au manchon 11 de polystyrène de la strate 9, l'autre extrémité est bouchée. Le conduit est également maintenu dans la culasse 13 par des brides 12' correspondant aux brides 12 de la strate 9. Il ne reste 20 plus qu'à percer le conduit localement à proximité de chaque logement de butée hydraulique pour assurer la lubrification par circulation d'huile : on obtient donc un conduit de circulation d'huile au moins aussi performant que celui obtenu par usinage selon la figure 1. [0035] La strate « composite » de l'invention peut, dans d'autres modes de 25 réalisation, intégrer non pas un conduit de circulation d'huile, mais tout autre conduit ou portion de conduit permettant de faire circuler un fluide, sous forme liquide ou gazeuse, quelle que soit la forme de sa section, sa longueur, son dimensionnement de façon générale. Elle peut aussi intégrer un composant sous une forme autre qu'un conduit, qui se retrouvera dans la pièce de fonderie finale. 30 REVENDICATIONS1. Strate (9) de modèle perdu destiné à être utilisé en fonderie pour l'obtention de pièces en métal, caractérisée en ce qu'elle intègre un composant, notamment un conduit (10), supportant des températures supérieures à la température de fusion dudit métal, notamment supérieures à 500 ou 700°C. 2. Strate (9) selon la revendication précédente, caractérisée en ce que le composant, notamment le conduit (10), est métallique, notamment en acier, laiton ou alliage Cu-Al, ou en céramique. 3. Strate (9) selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle est en matériau sublimable, choisi parmi le polystyrène, le polyuréthane ou le polyéthylène. 4. Strate (9) selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le composant, notamment le conduit (10), est encapsulé au moins en partie dans la 15 strate. 5. Strate (9) selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le composant est un conduit (10), qui est fermé à l'une de ses extrémités. 6. Strate (9) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la strate est faite en un corps de matériau sublimable et en ce que le composant, 20 notamment le conduit (10), se trouve relié au corps de la strate par au moins une liaison (11,12) en matériau sublimable, notamment sous forme de bride ou de manchon entourant au moins partiellement, localement, la circonférence du conduit. 7. Procédé d'obtention d'une strate (9) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'on positionne dans un moule le composant, 25 notamment le conduit (10), et en ce qu'on injecte ensuite le matériau sublimable constitutif de la strate. 3051129 9 8. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'on positionne le composant, notamment le conduit (10), dans le moule à l'aide de moyens de maintien mécaniques, notamment du type pinces. 9. Modèle perdu destiné à être utilisé en fonderie pour l'obtention de pièces 5 métalliques et comportant un empilement de strates dont une (9) selon l'une des revendications 1 à 6. 10. Modèle perdu selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'il correspond à la forme d'une culasse (13) ou d'une portion de culasse de moteur thermique, et en ce que le composant est un conduit (10) qui chemine au voisinage 10 des logements de butées hydrauliques (21,22,23,24) destinées à être associées à la culasse.