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MEMOIRE DESCRIPTIF déposé à l'appui d'une demande de
BREVET D'INVENTION la sooiété anonyme: " SOCIETE ANONYME DES USINES ET ACIE-
RIES LEONARD-GIOT "
EMI1.1
" Procédé de moulage "
La présente invention est relative à un procédé de moulage en sable.. r
Le sable utilisé en fonderie pour la confection des moules doit présenter de la plasticité et, pour cela, conte- nir une certaine quantité de liant. C'est la raison pour laquelle en emploie du sable "gras" ou "mi-gras" qui contient une certaine quantité d'argile comme liant et peut, pour ce motif, être dénommé "sable alumineux". Les sables de rivière, de mer, de carrière, etc... qui ne contiennent presque pas d'argile,sont trop maigres pour être utilisés normalement en fonderie .
Ces sables peuvent être dénommés "sable siliceux".
'Leur emploi n'est connu qu'en mélange avec certains agglutinants, tels que l'huile de lin, la dextrine, la mélasse,qui leur donnent la plasticité qui leur manque naturellement.Le sable siliceux agglutiné a été proposé pour la confection de "noyaux" qui, après séehage, sont disposés dans le moule de façon à ménager une cavité à l'intérieur de la pièce ou sous
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des saillies à la surface extérieure de celle-ci.
Le sable siliceux agglutiné et séché est utilisé dans ce but parce qu'après la cuisson, si l'agglutinant est bien choisi et utilisé rationnellement , il est très dur et résiste bien à l'action du métal, tout en se laissant comprimer lors du retrait de celui-ci. D'autre part, il redevient friable ou se ramollit suivant le genre d'agglutinant sous l'effet de la haute température du métal en fusion, de telle sorte que le désablage du noyau se fait aisément.
Cependant, le sable siliceux agglutiné n'a jamais été employé pour la confection du moule proprement dit. On employait toujours, dans ce but, le sable alumineux dont le prix de revient est peu élevé, parce qu'il ne nécessite aucune addition d'agglutinant à condition d'être fortement damé autour du modèle dans un châssis approprié, ce qui nécessite beaucoup de main d'oeuvre et un matériel considérable.
Un autre inconvénient des moules en sable alumineux réside dans l'obligation d'y ménager des évents permettant l'évacuation de la vapeur d'eau formée pendant la coulée à partir de l'eau d'humidité et de l'eau de constitution ainsi que des gaz engendrés également pendant la coulé* . Lorsque les moules en sable alumineux ent été séchés correctement avant la coulée, l'eau d'humidité est disparue et seule l'eau de constitution se vaporise alors en tout ou en partie pendant la coulée.
Il est à noter en outre que lorsqu'un mouls en sable alumineux a servi à la coulée d'une pièce, le sable qui le constitue ne jouit plus des mêmes propriétés que le sable alumineux frais. On constate notamment qu'il n'a plus autant de plasticité et que sa perméabilité est réduite. C'est la raison pour laquelle ce sable ne peut être réutilisé que partiellement,en mélange à du sable neuf, pour les parties destinées à venir en centact avec le métal. La grande consem-
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mation de sable neuf qui en résulte et les frais que nécessi- te l'évacuation du sable usagé influencent le prix de revient des pièces coulées.
Par contre, le sable siliceux agglutiné qui a été em- ployé jusqu'à présent pour la confection de noyaux peut être réutilisé. Toutefois, dans la pratique actuelle, la réeupération n'est pas réalisée car, lers du démoulage, le sable se mélange nécessairement à la grande masse de sable alumi- neux du moule et est évacué en même temps que eelui-ei.
La présente invention a notamment pour but de remédier à ces inconvénients.
Dans le procédé suivant l'invention, en réalise le moule essentiellement au moyen de sable en principe siliceux mélangé à un agglutinant et on sèche le meule ainsi obtenu avant de l'utiliser pour la coulée du métal, le tout de la manière connue en soi pour la confection de noyaux en sable siliceux agglutiné utilisés dans les moules en sable alumineux.
En d'autres termes, en principe, on n'utilise plus que du sable siliceux agglutiné pour confectionner le moule et on sèche celui-ci avant de l'utiliser pour la coulée du 'métal.
Un avantage important de ce procédé provient d'une réduction considérable de la main d'oeuvre nécessaire à la confection des moules.
A ce sujet, il y a lieu de noter d'abord que la confection du moule est beaucoup plus rapide parce que le séchage ultérieur du sable agglutiné permet d'obtenir une bonne résistance sans damage. La suppression du damage donne lieu à un gain de temps important et à une moindre dépense d' énergie.
Les autres opérations de moulage sent également plus rapides. Chest ainsi que des essais ont montré qu'un ouvrier peut confectionner plusieurs moules d'un objet simple par le procédé suivant l'invention pendant le temps où il n'en con- fectionnait qu'un seul par le procédé de moulage ordinaire
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au moyen de sable alumineux damé. L'économie de main d'oeu- vre est d'ailleurs proportionnellement d'autant plus grande que le moule eat plus compliqué.
L'économie de matériel est également considérable.
Ainsi qu'il a déjà été mentionné précédemment, lorsqu'il est fait usage de sable alumineux, celui-ci doit être fortement damé autour du modèle à l'intérieur d'un châssis métallique . Les châssis devant donner le complément de sehésion à l'ensemble, surtout pendant la coulée, ne sont libérés qu'après celle-ci . Or, la valeur des châssis constitue toujours un poste important dans l'ensemble des immobilisations d'une fonderie.
Certaines fonderies coulant des métaux très fluides, la fonte, par exemple, diminuent notablement le nombre de châssis pour la coulée en série en appliquant le travail en mette. Les châssis employés dans ce cas sont démontables et ne servent qu'au moulage et au renmoulage . Lorsque ces opérations sont terminées, en enlève le châssis, qui peut alors servir à la/fabrication d'un nouveau meule.
Le moule en sable siliceux agglutiné et séché étant plus résistant que le moule en sable alumineux, même séché, de même épaisseur, il favorise fortement le moulage en motte et rend pratiquement possible le moulage en mette pour la seulée de pièces en acier d'une hauteur plus grande que celle des pièces en fonte qu'on pouvait couler en mette avec le pro- cédé de moulage ordinaire.
Mime dans le cas où le moulage en motte est pratiquement applicable avec le sable alumineux, le présent procédé lui est préférable car, à cause de la plus grande résistance du sable agglutiné, l'épaisseur des parois peut être fortement diminuée . De plus, ces parois ont suffisamment de résistance propre pour ne pas devoir être consolidées par la présence d'armatures ou de ehêssis élémentaires en tôles, cemme e'est
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le cas dans le moulage en motte en sablé alumineux.
Le moulage en motte, favorisé dans tous les cas par le procède suivant l'invention et rendu pratiquement possible par lui dans la cas de la coulée de l'acier, permet de réduire la quantité de sable nécessaire à une production déterminée de pièces coulées car on peut aisément adapter la forme intérieure des châssis démontables utilisés pour la confection du meule à la forme du creux ménagé'dans le moule par le modèle, par le fait que le moulage en motte d'une série de pièces déterminées ne nécessite que peu de châssis démontables ( un, deux ou trois) .
Cela n'est économiquement pas possible dans le cas du moulage ordinaire pour la coulée en châssis car, dans ce cas, outre que le nombre de châssis utilisés pour le moulage de la coulée d'une série de pièces déterminées est grand par rapport à la production journalière de meules, un type de châssis doit-servir en général au moulage de nombreux types de pièces.
'Par le fait que la hauteur maximum des pièces coulées -dans des moules réalisés suivant l'invention est de loin supérieure à la hauteur maximum des pièces coulées dans des moules ordinaires en motte, on peut, pour un métal cou- lé déterminé, profiter beaucoup plus souvent des avantages de la coulée dite "en grappe" consistant à couler dans des moules superposés en communication les uns.avec les autres.
La coulée "en grappe" des moules en motte est plus économique que la coulée en grappe des moules en châssis,car ce dernier procédé entratne la nécessité de raboter tous les châssis sur les deux faces.
L'invention permet aussi de supprimer certains noyaux extérieurs.qui étaient utilisés dans le moulage en sable alumineux pour l'exécution de certaines parties délicates du moule, susceptibles d'être détriorées lers de l'enlè-
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vement du modèle par suite du damage énergique que doit subir le sable alumineux. Suivant le présent précède,ces parties externes sont réalisées en marne temps que le reste du moule sans nécessiter auoune précaution spéciale.
Dans le même ordre d'idées, le procédé suivant l'in- vention permet de supprimer certains noyaux intérieurs qui se réalisent alors en même temps que le reste du meule.
Le sable siliceux agglutiné et séché ayant une perméabilité supérieure à celle du sable alumineux m'orne séché et ne dégageant pendant la coulée aucune vapeur d'eau et très peu de gaz, (certains agglutinants n'en dégagent m'orne aucun) il est possible d'éviter les évents dans les Mules faits suivant l'invention,
Cela entratne une économie de temps de moulage et d'ébarbage.
Dans le cas du moulage en sable alumineux non séché (moulage à vert), qui est utilisé pour la soûlée des pièces relativement minées, certains endroits particulièrement exposés à l'érosion par le passage du métal en fusion sont prévus en noyaux en sable alumineux ¯ou agglutina sèches ou en réfractaire,, ceci peur avoir en ess endroits une meilleu- re résistance à l'érosion.
Dans le procédé suivant l'invention, cette préeaution coûteuse est inutile, le moule en ces endroits étant très résistant à l'érosion puisqu'il est constitué par du sable agglutiné séché*
Dans le cas du moulage en sable alumineux séché, certain, endroits sont garnis de réfractaires peur être plus résistants à l'éresion (la tige de coulé, netamment, très souvent) . Dans le procédé suivant l'invention; sett précaution seûteuse est également inutile, le sable sili- ceux agglutiné et séché étant plus résistant à l'érosion que le gable alumineux séché.
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Dans le précède suivant l'invention, en peut, sans mesures particulières, réutiliser de nombreuses fois le sable qui a servi à la confection de moules.
Le sable récupéré ne présente plus,après humidification, une plasticité teut à fait aussi grande que celle du.sable agglutiné n'ayant pas encore servi à la coulée du métal. Pour lui rendre la même plasticité qu'auparavant, il suffit de lui mélanger intimement par exemple au cours du broyage de morceaux d'aneiens moules, une fraction seulement de la quantité d'agglutinant qu'il avait été nécessaire d'ajouter initialement au sable siliceux vierge.
Des expérienees ont prouvé que le réemploi dans ces conditions de sable usagé pouvait se répéter un grand nombre de fois avant que les qualités du sable soient diminuées. A se moment, en peut d'ailleurs rendre au sable les qualités d'un sable siliceux vierge en le débarrassant de l'aggluti- nant cuit dont il est souillée par exemple par lavage à 1'eau,
Il résulte de ce qui précède que le sable utilisé dans le procédé de moulage suivant l'invention peut être employé indéfiniment à condition qu'il ne se perde pas au cours des opérations de moulage et de coulée et de décochage.
Cette perte est minime avec le présent procédé, car le sa- ble agglutiné sedétache aisément des pièces coulées si l'agglutinant est bien cheisa.
L'économie résultant de la diminution de la quantité de sable frais à acheter et de sable usagé à évacuer est im- portante.
En outre, le prix du sable siliceux est notablement inférieur à celui du sable alumineux de même granulométrie.
Il est vrai que dans le prix du sable siliceux agglutiné' doit intervenir le prix de l'agglutinant. Selon l'invention, en a constaté qu'on peut réduire sensiblement.par rapport au sable, la quantité d'agglutinant préconisée par les fournis-
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saura. Etant donné que cette dernière proportion était déjà relativement faible pour exemple, 1,5 % pour certains agglutinants et que les masses de sable agglutiné misée en jeu pour la cenfection des noyaux étaient petites, en n'avait jamais cherché à réduire davantage la proportion d'agglutinant par rapport au sable.
Dans la fabrication de moules suivant l'invention, on a grand intérêt à utiliser la moins possible d'agglutinant parée que la masse de sable mise en oeuvre est beauceu plus grande que celle nécessaire à la cenfection des noyaux seulement .
C'est pourquoi, selon l'invention, on veille à n'utiliser que la proportion d'agglutinant strictement indispensable à l'obtention de la solidité voulue du mouleséché.
A titre d'exemple, mentionnons qu'avec l'agglutinant connu sous la dénomination commerciale "Porosit", la proportion d'agglutinant a pu ttre réduite au quart de celle préconisée par le fournisseur de cet agglutinant.
La faible proportion d'agglutinant utilisée dans le procédé suivant l'invention permet la réduction de l'humidité du sable . Grâce à se fait, le coût et le temps de sé- chage sont réduits.
Le séchage des moules en sable siliceux agglutiné est en fait beaucoup plus économique que celui des moules en sable alumineux non agglutiné, à poids égaux de sable.
Or, ce qui précède montre que le précédé suivant l'invention permet de réduire le poids de sable du meule d'une pièce donnée et de supprimer les châssis.
Le moule en sable siliceux agglutiné d'une pièce dénuée étant moins lourd que celui en sable alumineux de la même pièce, le sable siliceux agglutiné sentenant une proportion d'humidité notablement moindre que le sable alumineux, et le moule en sable siliceux agglutiaé étant
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en mette, c'est-à-dire débarrassé de son châssis démontable au moment de son séchage alors que celui en sable alumineux est à l'intérieur d'un châssis métallique relativement lourd, le août du séchage du meule en sable siliceux agglutiné est extraerdinairement moins élevé que celui du moule correspondant de la même pièce faite par le procédé habituel de moulage .
Le séchage est ainsi beaucoup plus facile non seulement parce que le sable siliceux agglutiné est plus poreux que le sable alumineux, mais aussi parée que la surface par laquelle les gaz et les vapeurs peuvent s'échapper est plus grande par suite de l'absence de châssis.
Le coût du séchage est tellement réduit qu'il peut être négligé dans la comparaison du prix du moule en sable siliceux agglutiné séché d'une pièce donnée et celui du meule en sable alumineux non séché (à vert) de la même pièce, si l'en tient compte des avantages du moulage en sable séché par rapport au moulage en sable à vert sur les qualités de la pièce obtenue . D'ailleurs, certains agglutinants permet- tent le séchage l'air des moules en sable silieoux agglu- tiné.
Dans le procédé de moulage ordinaire, si des noyaux en sable siliceux agglutiné inter venaient, la récupération du sable de ces noyaux était théoriquement possible après la coulée, mais n'était en pratique jamais faite , ce sable siliceux agglutiné se mélangeant à la grande masse de sable alumineux du moule et étant évacué en même temps.
Dans le procédé suivant l'invention, le sable siliceux agglutiné des noyaux est récupéré après soûlée au même titre que celui du moule.
Pour réaliser l'invention, on peut évidemment utiliser divers agglutinants. Les essais ont prouvé que l'emploi de silicatede soude est spécialement avantageux pour la =ou- lée de l'acier.
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Le silicate de soude ne nécessite en effet qu'une très faible quantité d'eau pour assurer l'agglutination du sable. Il en résulte que le séchage est favorisé. De plus, après séchage, le silicate de soude ne reprend pas l'humidité de l'air.
Un autre avantage de l'emploi de silicate de soude résulte de ce que le moule peut être séché à une température plus élevée qu'avec les agglutinants usuels sans qu'il se détériore . Dans le cas de séchage des meules au four,cela permet de réduire l'importance des fours peur le même poids de meules à sécher dans un temps déterminé.
Dans le cas eu en emploie du silicate de soude comme agglutinant, il importe d'effectuer le séchage à l'abri de l'anhydride carbonique pour que le meule ne se désagrège pas au cours du séchage . Si en ne prend pas cette précau- tion, la silicate de soude réagit avec l'anhydride sarbonique pour former du sarbonate de soude et de la silice.
Si le séchage se fait au four, les moules au sable siliceux agglutiné au silicate de soude ne peuvent donc être en contact avec les gaz provenant d'un foyer.'Dans le cas du séchage fait au four, le fluide chauffant peut être un courant d'air chauffé d'une façon quelconque, par exemple électriquement.
Le sable alumineux maigre, ehest-à-dire dent la teneur en argile n'est pas suffisante pour lui donner une @@hésion propre, peut remplacer le sable siliceux dans la fabrication du sable agglutiné et présente une grande partie des avantages de ce dernier.,
Dans le présent texte, il faut donc comprendre par "sâble silieoux " ou par "sable en principe siliceux", non seulement le sable siliceux proprement dit, mais également le sable alumineux maigre.