Brevet FR3093660A1 — publié le 20200918

Description Titre de l'invention : Moule métallique avec élément moulant rapporté en céramique [0001] La présente invention concerne le domaine technique de la fonderie en moule mé- tallique. En particulier, l'invention concerne un moule métallique. [0002] Les éléments moulants en fonderie, tels que les empreintes, morceaux rapportés subissent d'importants chocs thermiques. Ils sont aujourd'hui fabriqués dans des aciers spéciaux. [0003] En fonderie d'aluminium, le collage de l'aluminium sur les éléments moulants est courant, car l'aluminium a la capacité à attaquer l'acier par dissolution. Cela engendre plus d'effort aux démoulage, de la fatigue mécanique jusqu'à la rupture des parties moulantes. De plus, le phénomène est amplifié avec les chocs thermiques, alors ces éléments moulants se détériorent très rapidement et peuvent engendrer des défauts sur pièce. Leur durée de vie est de fait également li mitée. [0004] On tonnait du document EP1318002 un moule à utiliser dans un appareil dc mise en forme utilisant un chauffage à induction, le moule comprenant une partie coulée qui est constituée d'une matière qui n'est pas susceptible de chauffer par induction et d'une couche dc garnissage en matière céramique de moule définissant une cavité dc moule. Ce moule est prévu pour le formage de pièce en matériaux composite, pas pour le moulage dc pièces en aluminium. [0005] Par conséquent, le problème à la base de l'invention est d'éviter en fonderie d'aluminium le collage dc l'aluminium sur les éléments moulants. [0006] Pour atteindre cet objectif, il est prévu selon l'invention un moule métallique comprenant des éléments moulants comportant chacun une empreinte de moulage et délimitant un volume de moulage pour une pièce à mouler, au moins un dc ces éléments moulants comportant un passage débouchant dans le volume de moulage et dans lequel est glissé une pièce rapportée, cette pièce rapportée dépassant en partie à l'intérieur du volume de moulage, caractérisé en ce que la partie de la pièce rapportée dépassant à l'intérieur du volume de moulage est entièrement en céramique. [0007] L'effet technique est d'éviter, par l'utilisation de la céramique, un collage du métal de la pièce à mouler avec la partie en céramique. On facilite ainsi le démoulage et diminue l'usure de cette tige rapportée. [0008] Diverses caractéristiques supplémentaires peuvent être prévues, seules ou en com- binaisons : [0009] Selon une réalisation, la partie de la pièce rapportée dépassant à l'intérieur du volume de moulage est constituée de la même céramique. 2 [0010] Selon une réalisation, la céramique est une céramique Si3N4. [0011] Selon une réalisation, la pièce rapportée est constituée d'un corps métallique fixé à la partie dépassant à l'intérieur du volume de moulage. [0012] Selon une réalisation, le corps métallique de la pièce est fixé par vissage à la partie dépassant à l'intérieur du volume de moulage. [0013] Selon une réalisation, la pièce rapportée présente la forme d'une tige. [0014] Selon une réalisation, la tige comprend un canal central non débouchant du côté de la partie de la tige dépassant à l'intérieur du volume de moulage. [0015] Selon une réalisation, le moule est destiné au moulage sous pression ou par gravité d'une pièce en aluminium. [0016] Selon une réalisation, la pièce en aluminium est un moteur à combustion interne. [0017] 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 dans lesquelles : [0018] [fig.1] Cette figure représente schématiquement en coupe un moule métallique de l' invention. [0019] La figure 1 représente schématiquement une coupe d'un moule métallique 1. Cc moule métallique est constitué de plusieurs éléments 2, 3, 4, 5 qui délimitent un volume 6 intérieur de moulage. Ces éléments sont dits éléments moulants car ils portent chacun une empreinte de moulage 2a, 3a, 4a, 5a. Une fois les éléments moulants positionnés les uns par rapport aux autres, la forme du volume 6 de moulage définit ainsi la forme de la pièce à mouler. [0020] Le moule métallique 1 est de préférence destiné au moulage sous pression ou par gravité d'une pièce en aluminium. Cette pièce en aluminium peut être tout type de pièces de fonderie, pal- exemple un moteur à combustion interne. [0021] Comme illustré sur la figure 1, au moins un élément moulant 2 comprend un passage 7 qui traverse de part en part l'élément moulant 2 et débouche dans le volume 6 de moulage. [0022] Dans ce passage 7 est introduit par glissement une pièce rapportée 8. Sur la figure 1, la pièce rapportée présente la forme d'une tige 8, classiquement désignée broche dans le domaine de la fonderie. [0023] Cette tige 8 est positionnée dans le passage 7 de manière à ce qu'une partie 9 de cette tige dépasse à l'intérieur du volume 6 de moulage. Cette tige 8 est un élément rapporté est amovible dans l'élément moulant 2. [0024] Cette partie 9 de la tige 8 à l'intérieur du volume 6 de moulage permet de faire un trou dans la pièce à mouler. Une fois la pièce moulée, cette tige étant solidaire de l'élément moulant 2, le démoulage est réalisé. 3 [0025] Conformément à l'invention, la partie 9 de la tige 8 dépassant à l'intérieur du volume 6 de moulage est entièrement en céramique. De préférence, cette partie est 9 est constituée d'une même céramique, pour éviter à d'avoir une pièce complexe composé d'un coeur d'une première céramique avec un revêtement d'une seconde céramique. [0026] En effet, en particulier dans le cas de la fonderie de pièces en aluminium, la céramique n'est pas attaquée par l'aluminium, ce qui évite le collage de la pièce moulée à la partie 9 de la tige 8. On réduit ainsi la détérioration ou la casse de la partie 9 de la tige 8 dépassant à l'intérieur du volume 6 de moulage, ainsi que les défauts d'arrachements sur la pièce elle-même. Le démoulage est ainsi facilité. De plus, La céramique ayant une très bonne résistance mécanique et thermique, et la qualité des pièces moulé est améliorée. [0027] Parmi les céramiques choisies, le nitrure de silicium, qui est un composé chimique de formule Si.,N4, semble être le plus approprié car il a des caractéristiques supérieures à des aciers typiquement utilisé en fonderie aluminium sous pression, par exemple comme le montre le tableau 1 ci-dessous : [Tahleauxl] Céramique Si3N4 Acier Module de Young E (Gpa) 290 -330 environ 210 Dureté (Gpa) 1430 - 1600 Vickers 1000 Vickers après Nitruration Conductivité thermique (W/m K) 15 - 40 20 -26 (25 à 500°C) Capacité thermique spécifique (J/kg.K) 700 -850 450 - 600 (560 à 500°C) Coefficient de dilatation thermique moyen (106K1) 2,5 - 3,5 10 - 14 [0028] On peut prévoir encore que la partie 9 de la tige 8 dépassant à l'intérieur du volume 6 de moulage soit fixée à un corps 10 métallique de tige, cc qui permet de réduire la quantité de céramique utilisé. [0029] Afin de faciliter le montage et le remplacement de la partie en céramique, on peut prévoir que la partie 9 en céramique soit fixée au corps 10 métallique de la tige 8 par vissage. [0030] Afin de permettre le refroidissement de la tige 8 on peut également prévoir d'aménager dans la tige 8 un canal 11 central et longitudinal non débouchant du côté de la partie 9 de la tige 8 dépassant à l'intérieur du volume 6 de moulage. On peut ainsi introduire dans cc canal 11 un fluide de refroidissement qui peut atteindre l'extrémité en céramique de la tige 8. [0031] L'invention ne se limite pas au mode de réalisation présenté. En variante, la pièce rapportée 8 peut présenter une autre forme qu'une forme de tige. Par exemple, la pièce rapportée peut présenter une forme plus ramassée, comme par exemple un bloc. On peut également prévoir que la partie 9 en céramique du bloc 8 dépassant à l'intérieur du volume 6 de moulage soit fixée à une autre partie métallique du bloc. [0032] L'invention permet une augmentation la durée de vie des éléments constitutifs de la broche, une réduction de la quantité de liquide protecteur utilisée lors de l'étape de potcyage, une réduction du temps de cycle et une amélioration de la qualité des pièces obtenues. 5