Brevet FR3053614A1 — publié le 20180112

DISPOSITIF D'ASSEMBLAGE DE STRATES D'UN MOULE PERDU [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 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 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 3053614 2 pulvérisation d'une colle à base de polyuréthane en émulsion aqueuse est donné dans le brevet FR- 2 768 068. [0006] D'autres techniques d'encollage existent. Ainsi, pour des productions industrielles de moule perdu, on peut avoir recours à des masques d'encollage, qu'on 5 vient immerger dans un réservoir de colle, puis placer au contact de la face de la strate que l'on souhaite encoller, afin de déposer un film de colle dans des zones précises de la strate. [0007] Ensuite, la face encollée de la strate est appliquée sur la face d'une autre strate, celle qui est destinée à être la strate « suivante » dans l'empilement de strates 10 qui va constituer le modèle perdu, à l'aide d'un dispositif d'assemblage, qui va presser la strate dont l'une des faces est encollée contre une autre strate, qui est seule ou qui fait déjà partie d'un empilement incomplet de strates pour constituer le moule perdu. Ce pressage se fait à l'aide de deux empreintes complémentaires mobiles l'une par rapport à l'autre. 15 [0008] II existe un besoin de marquer les pièces de fonderie obtenues par les modèles perdus ainsi obtenus. Cela peut être nécessaire pour avoir une traçabilité sur la pièce de fonderie des outillages d'encollage et d'assemblage des strates utilisés pour faire le modèle perdu, quand plusieurs outillages sont utilisés en parallèle dans une unité de production notamment, afin de pouvoir corriger un éventuel défaut sur un 20 outillage particulier. Cela peut être également nécessaire pour différencier deux pièces de fonderie, selon le modèle perdu utilisé. Pour effectuer le marquage de la pièce de fonderie, le plus simple consiste à marquer le modèle perdu dont elle est issue. [0009] Une première solution consiste à ajouter, lors de la fabrication du moule 25 perdu, une étape de marquage opérée par un outillage dédié, qui vient, par exemple, poinçonner localement le modèle perdu une fois achevé en laissant un marquage de type alphanumérique. Cette solution est efficace mais elle n'est pas dénuée d'inconvénient : elle augmente le temps de cycle de fabrication du modèle perdu en ajoutant une étape, elle renchérit le coût et la complexité des outillages en ajoutant un outillage dédié au marquage. 3053614 3 [cm cl L'invention a alors pour but d'améliorer la fabrication des modèles perdus. Elle a notamment pour but de permettre un marquage des modèles qui soit plus simple, plus rapide. [0011] L'invention a tout d'abord pour objet un dispositif d'assemblage de strates 5 d'un moule perdu, ledit dispositif comprenant deux conformateurs complémentaires définissant chacun une surface dite de pressage et montés mobile l'un par rapport à l'autre, lesdites surfaces de pressage étant destinées à presser l'une contre l'autre une première face, encollée, d'une première strate contre une deuxième face d'une deuxième strate. Selon l'invention, l'une des surfaces de pressage est munie d'un 10 insert définissant une zone de marquage en relief amovible par rapport à ladite surface de pressage. [0012] On comprend par « surface de pressage » le ou les composant(s) du conformateur dont la surface tournée vers le conformateur opposé définit la forme, la surface contre laquelle une strate est destinée à être en contact lors des opérations 15 d'assemblage par pressage. [0013] Le dispositif de l'invention permet de réaliser en même temps l'assemblage des strates et leur marquage : en intégrant un insert dans un des conformateurs, lors du pressage des strates entre les deux conformateurs, l'insert dont est muni l'un des conformateurs va marquer la strate en contact avec ce conformateur, en 20 « imprimant » à sa surface l'information en relief présente à la surface de l'insert, l'insert s'enfonçant légèrement dans l'épaisseur de la strate sous la pression exercée par les conformateurs. A noter que le marquage peut aussi être réalisé, de fait, non pas sur la strate qui est directement posée sur la surface de pressage du conformateur, mais sur une autre strate, disposée « au-dessus » de la state en 25 question et dont la périphérie va être pressée par le conformateur dans la zone de marquage (en effet, les strates empilées les unes sur les autres présentent des tailles différentes, certaines dépassant en longueur/largeur des autres). [0014] Quand on mentionne une « première » strate et une « deuxième » strate, on rappelle que la technique d'assemblage par collage des différentes strates constituant 30 en final le modèle perdu consiste à coller les strates une à une, successivement, sur 3053614 4 l'empilement en cours de constitution. Donc ici on vient coller la strate (la première par convention) sur la deuxième, qui est soit seule (quand on démarre l'empilement), soit déjà encollée à une ou plusieurs autres strates. [0015] Avantageusement, la zone de marquage de l'insert représente un ou des 5 signes alphanumériques ou graphiques. Il peut s'agir d'une série de chiffres et de lettres, d'un logo, d'un signe particulier, qui va permettre, sur le modèle perdu complet, puis sur la pièce de fonderie obtenue, d'identifier, par exemple, l'outillage d'assemblage utilisé, le type de pièce ... Le fait que l'insert soit amovible permet de modifier le marquage très simplement, en remplaçant un insert par un autre. 10 [0016] De préférence, l'un des conformateurs est un conformateur de dépose fixe, l'autre conformateur étant un conformateur dit de préhension monté mobile au moins en translation par rapport au conformateur de dépose. [0017] L'insert peut indifféremment être monté sur l'un ou l'autre des conformateurs : il est destiné à marquer une strate de l'empilement final du modèle, pour identifier le 15 modèle et la pièce de fonderie, il est donc indifférent de marquer une strate plutôt qu'une autre, il suffit que le marquage sur l'une des strates reste visible sur le modèle perdu complet. [0018] L'insert peut, selon un mode de réalisation, comprend un poinçon amovible dont la tête affleure la zone de pressage et dont la tige est fixée sur un support par 20 des moyens mécaniques, notamment par vissage d'une portion filetée de la tige dans une cavité filetée complémentaire du conformateur. [0019] Selon un autre mode de réalisation, l'insert est fixé de manière amovible sur un support affleurant dans la zone de marquage, notamment par vissage, collage, coulissement dans des rails présents sur le support, aimantation. 25 [0020] Selon un autre mode de réalisation, l'insert est sous forme d'un ou plusieurs blocs assemblés fixé(s) de manière amovible dans une cavité de forme complémentaire du conformateur. 3053614 5 [0021] Avantageusement, la zone de marquage est située à la périphérie de la surface de pressage. En effet, la périphérie de la surface de pressage correspond à la périphérie de la strate qui est pressée contre cette surface lors de l'assemblage des strates, et il est préférable que le marquage affecte une zone périphérique de la 5 strate, afin que le marquage reste visible une fois l'empilement de strates terminé. En outre, de préférence, la zone de marquage se situe dans la surface de pressage, dans une zone qui ne correspond pas à une zone fonctionnelle dans le modèle perdu et donc dans la pièce de fonderie. On comprend par « zone fonctionelle », une zone qui correspond, dans la pièce de fonderie, à une fonction technique requise pour cette 10 pièce (par exemple, la zone de définition du noyau d'eau ou de la forme des ouvertures pour les soupapes...). [0022] Avantageusement, la zone de marquage est située dans une zone sensiblement plane, notamment sensiblement horizontale, de la zone de pressage. On comprend « horizontal » en référence aux conformateurs en position de 15 fonctionnement, car ils sont généralement montés de façon à ce que les surfaces de pressage soient sensiblement horizontales, le pressage s'effectuant par une translation selon un axe vertical de l'un des conformateurs par rapport à l'autre conformateur. Choisir une zone plane et horizontale ou légèrement oblique par rapport à l'horizontale est en effet préférable pour s'assurer que l'insert va marquer 20 correctement la strate, car la pression exercée par les conformateurs sur la strate va s'exercer, dans la zone de marquage, sensiblement perpendiculairement à celle-ci, ce qui est optimal pour que l'insert imprime correctement la strate, c'est-à-dire avec un enfoncement uniforme de l'ensemble des motifs en relief de l'insert dans la strate. [0023] De préférence, l'insert est en métal ou en matériau céramique. 25 [0024] L'invention a également pour objet l'utilisation du décrit plus haut pour assurer la traçabilité du dispositif d'assemblage sur l'assemblage de strates (c'est-à-dire sur le modèle perdu complet) ou l'identification de l'assemblage de strates lui-même. [0025] L'invention a également pour objet un procédé d'assemblage mettant en oeuvre le dispositif décrit plus haut, où : - on dépose une première strate encollée sur 30 une de ses faces sur la surface de pressage de l'un des conformateurs, dit 3053614 6 conformateur de dépose, - on maintient par aspiration une deuxième strate, seule ou déjà collée à au moins une autre strate, sur la surface de pressage de l'autre conformateur, dit conformateur de préhension, - on vient presser la face encollée de la première strate sur la face libre de la deuxième strate entre les surfaces de 5 pressage des deux conformateurs, la zone de marquage de l'une des surfaces venant marquer en relief la face de la strate avec qui elle est mise en contact. [0026] L'invention a également pour objet un ensemble de strates assemblées avec le dispositif décrit plus haut, ou assemblées selon le procédé décrit plus haut, et qui présente une marque en relief dans une zone visible périphérique de l'une des 10 strates. [0027] L'invention a également pour objet une pièce de fonderie obtenue à partir du modèle assemblé selon le procédé ou avec le dispositif pré-mentionnés. [0028] Selon un exemple de réalisation, le modèle perdu selon l'invention définit la forme d'une culasse d'un moteur thermique. 15 [0029] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit de deux mode de réalisation de l'invention, relatifs à l'assemblage des strates d'un modèle perdu en vue de fabriquer une culasse d'un moteur thermique, ces modes de réalisation étant donnés à titre d'exemples uniquement et en référence aux dessins qui représentent : 20 - Figure 1 : une vue cavalière, du dispositif d'assemblage de l'invention avec les deux conformateurs en position ouverte ; - Figure 2 : une vue cavalière du dispositif d'assemblage de la figure 1 avec les deux conformateurs en position fermée ; - Figure 3 : une vue du conformateur de dépose muni de l'insert selon un 25 premier mode de réalisation de l'invention ; - Figures 4a, 4b : un agrandissement de l'insert de la figure 3, en position montée et en position démontée ; 3053614 7 - Figure 5 : une vue du conformateur de préhension muni de l'insert selon le deuxième mode de réalisation ; - Figures 6a, 6b : un agrandissement de l'insert de la figure 5, en position montée et en position démontée. 5 [0030] 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. Les composants sont représentés aux figures dans leur position de fonctionnement. [0031] II est proposé selon l'invention une technique d'assemblage de strates à base 10 de polystyrène pour constituer un modèle pour mouler une pièce métallique par modèle perdu, par exemple à base d'aluminium. Le procédé comprend un assemblage particulier des strates en polystyrène formant le modèle perdu de la pièce à obtenir, en l'occurrence une culasse de moteur thermique de véhicule automobile. On ne rentrera pas dans le détail du moulage à moule perdu, ou dans la fabrication 15 des strates elles-mêmes du modèle, on pourra avantageusement se reporter aux brevets cités au préambule de la présente demande décrivant cette technique. [0032] L'invention se concentre sur l'assemblage des strates par pression avec un outillage comportant un conformateur de dépose et un conformateur de préhension, la phase d'encollage préalable au pressage par cet outillage est conventionnelle et ne 20 sera pas détaillée ici. [0033] La figure 1 représente le dispositif d'assemblage 1 de l'invention avec les deux conformateurs en position ouverte : d'une part, le conformateur dit de dépose 2 et d'autre part un conformateur dit de préhension 3. Le conformateur de dépose 2 est fixe, et définit une surface de pressage sur laquelle, à la figure, une strate S1 est 25 posée. Le conformateur de préhension 3 définit également une surface de pressage, il est monté mobile en translation verticale (flèche f) : le principe de fonctionnement de ce dispositif est le suivant : le conformateur de préhension 3 vient par aspiration plaquer contre sa surface de pressage une strate S2 (ou un ensemble de n strates déjà assemblées, mais par simplicité on parlera seulement, par la suite, du cas d'une 3053614 8 strate S2 seule, quand l'assemblage démarre donc) dont la face opposée à la surface de pressage a été préalablement encollée. [0034] Comme indiqué plus haut, on ne donne pas de détails sur la phase préalable d'encollage, connue en soi : schématiquement, le conformateur de préhension est 5 également mobile en translation horizontale, et il est apte à mettre la face de la strate à encoller dans un bain de colle ad hoc avant de la pression contre le conformateur de dépose. [0035] Puis, comme représenté à la figure 2, le conformateur de préhension 3 vient s'abaisser verticalement de façon à presser cette strate S2 contre la strate S1 10 déposée sur le conformateur de dépose 2, pour presser les deux strates l'une contre l'autre avec une force suffisante et pendant un temps suffisant pour assurer le collage de la strate S1 contre la strate S2. [0036] Ensuite, le conformateur de préhension se lève à nouveau, l'encollage de la face inférieure de la nouvelle strate S1 collée à la strate S2 est effectué, on vient 15 déposer une nouvelle strate S3 sur le conformateur de dépose et on recommence l'opération précédente, pour assembler cette fois l'ensemble des strates S1 + S2 à la nouvelle strate S3, et ainsi de suite jusqu'à la constitution du modèle perdu complet, qui peut comprendre entre 3 et 6 strates dans les cas les plus courants. [0037] Dans tout le présent texte, on peut utiliser les termes de strates « inférieure » 20 et « supérieure » et de faces « supérieure » et « inférieure », « haut » ou « bas » car le procédé d'assemblage se fait généralement par un empilement de strates verticalement, où l'on commence l'empilement avec une strate, dont la face inférieure est encollée puis posée sur la face supérieure d'une autre strate, l'ensemble des deux strates étant ensuite encollé sur une nouvelle strate dite inférieure etc... Ces termes 25 spatiaux sont donc indiqués par soucis de concision et de clarté, mais l'invention doit se comprendre comme englobant aussi toute technique d'assemblage où l'empilement de strates se ferait différemment, par exemple selon un axe horizontal (strates disposées selon des plans verticaux) ou verticalement mais en sens inverse (on vient ajouter une strate au-dessus de l'empilement en cours de constitution, au 3053614 9 lieu d'ajouter l'empilement en cours de constitution à une strate disposée en dessous de celui-ci). [0038] Selon un premier mode de réalisation de l'invention, et comme représenté aux figures 3 et 4a-4b, le conformateur de dépose a été modifié selon l'invention pour 5 comporter une zone dite de marquage 21 sur sa surface de pressage 22. Cette zone de marquage 21 se trouve en partie périphérique, dans une partie sensiblement plane et horizontale de la surface de pressage, non fonctionnelle. La figure 4a est un agrandissement de cette zone de marquage 21, avec un insert 22 en position de fonctionnement. Cet insert 22 est en métal, présente une surface tournée vers le haut 10 23 qui est munie de signes alpha numériques en relief. Cette surface est sensiblement carrée et fait partie d'un bloc sensiblement parallélépipédique visible à la figure 4b, prévu pour pouvoir être monté par coulissement dans une cavité de forme complémentaire. La taille (hauteur) du bloc et de la cavité sont ajustées de façon à ce que la surface tournée vers le haut 23 dépasse légèrement du reste de la 15 surface de pressage. Ainsi, cette surface 23 va « s'imprimer » sur la surface de la strate qui va être pressée contre la surface de pressage, en imprimant, en creux, la forme des signes alpha numériques sur la strate. [0039] On peut concevoir ces inserts comme les types d'imprimerie d'autrefois : le bloc peut être composé de plusieurs blocs accolés, chacun présentant une surface 20 avec un ou plusieurs signes alphanumériques, leur combinaison permettant d'imprimer sur la strate une série d'au moins deux signes, à partir d'un jeu de blocs. On peut insérer le bloc dans sa cavité en force, et le retirer, par exemple, à l'aide d'un aimant quand il est de nature métallique. A noter que le bloc peut aussi être en un matériau donné, sur lequel on vient rapporter une plaque (mince) munie des signes 25 alpha numériques, par collage ou fixation mécanique. [0040] Selon un deuxième mode de réalisation représenté aux figures 5 et 6a-6b, la zone de marquage 31 est réalisée sur le conformateur de préhension 3. L'insert 32 qui équipe cette zone est un peu différent de l'insert 22 décrit précédemment : il a davantage une forme de poinçon, avec une tête 33 munie du ou des signes 30 alphanumériques voulus montée sur une tige qui est avantageusement filetée pour 3053614 10 permettre son vissage dans un orifice correspondant dans le conformateur. Cette zone de marquage 31 est située dans une zone périphérique non fonctionnelle et sensiblement horizontale de la surface de pressage du conformateur. Le principe est le même que pour le premier mode de réalisation : le poinçon dépasse légèrement du 5 reste de la surface de pressage du conformateur, et lors du pressage va laisser la marque en creux correspondant au signe alphanumérique sur la strate appliquée contre la surface de pressage. On peut changer de poinçon facilement en dévissant la tige filetée. 10 REVENDICATIONS1. Dispositif (1) d'assemblage de strates d'un moule perdu, ledit dispositif comprend deux conformateurs complémentaires (2,3) définissant chacun une surface dite de pressage et montés mobile l'un par rapport à l'autre, lesdites surfaces de pressage étant destinées à presser l'une contre l'autre une première face, encollée, d'une première strate contre une deuxième face d'une deuxième strate, caractérisé en ce que l'une des surfaces de pressage est munie d'un insert (22,32) définissant une zone de marquage (21,31) en relief amovible par rapport à ladite surface de pressage. 2. Dispositif (1) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la zone 10 de marquage représente un ou des signes alphanumériques ou graphiques. 3. Dispositif (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'un des conformateurs est un conformateur de dépose fixe (2), l'autre conformateur étant un conformateur dit de préhension (3) monté mobile au moins en translation par rapport au conformateur de dépose. 15 4. Dispositif (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'insert comprend un poinçon amovible (32) dont la tête affleure la zone de pressage et dont la tige est fixée sur un support par des moyens mécaniques, notamment par vissage d'une portion filetée de la tige dans une cavité filetée complémentaire du conformateur. 20 5. Dispositif (1) selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'insert est fixé de manière amovible sur un support affleurant dans la zone de marquage (21,31), notamment par vissage, collage, coulissement dans des rails présents sur le support, aimantation. 6. Dispositif (1) selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'insert 25 est sous forme d'un ou plusieurs blocs (22) assemblés fixé(s) de manière amovible dans une cavité de forme complémentaire du conformateur. 3053614 12 7. Dispositif (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la zone de marquage (21,31) est située à la périphérie de la surface de pressage. 8. Dispositif (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la zone de marquage (21,31) est située dans une zone sensiblement plane, 5 notamment sensiblement horizontale, de la zone de pressage. 9. Utilisation du dispositif (1) selon l'une des revendications précédentes, pour assurer la traçabilité du dispositif sur l'assemblage de strates ou l'identification de l'assemblage de strates lui-même. 10. Procédé d'assemblage mettant en oeuvre le dispositif (1) selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'on dépose une première strate (S1) encollée sur une de ses faces sur la surface de pressage de l'un des conformateurs (2), dit conformateur de dépose, on maintient par aspiration une deuxième strate (S2), seule ou déjà collée à au moins une autre strate, sur la surface de pressage de l'autre conformateur (3), dit conformateur de préhension, on vient presser la face encollée de la première strate sur la face libre de la deuxième strate entre les surfaces de pressage des deux conformateurs, la zone de marquage (21,31) de l'une des surfaces venant marquer en relief la face de la strate avec qui elle est mise en contact.