<Desc/Clms Page number 1>
"NOYAUX ET MOULES EN SABLE"
La présente invention est relative à la coulée des métaux et concerne plus particulièrement des noyaux et moules en sable convenant à la coulée.
Pour couler des pièces comportant des cavités intérieures on emploie un noyau en sable qui remplit exacte- ment la cavité pendant la, coulée et qu'on enlève une fois le
<Desc/Clms Page number 2>
métal solidifié. A cet effet, un liant est nécessaire pour permettre au sable de conserver sa forme et l'empêcher de se déformer sous l'effet du métal chaud et cependant ce liant doit pouvoir être détruit à un moment approprié pour permet- tresu sable de se réduire en poudre et pour pouvoir l'enlever facilement.
Un des liants les plus couramment employés consiste en huile de lin. Le noyau en sable lié temporairement avec l'huile brute subit une cuisson au cours de laquelle l'huile se polymérise et le noyau devient dur et susceptible de résister à des pressions très considérables. Lorsqu'on verse le métal dans un moule dans lequel un noyau de cette nature a été posé, l'huile polymérisée brûle et au moment où le métal s'est solidifié et s'est légèrement refroidi, le no yau en sable est devenu friable et tombe en poudre, de sorte qu'on peut vider le sable en laissant subsister la cavité voulue dans la pièce moulée.
Les moules en sable sec doivent aussi satisfaire à des conditions tout à fait analogues. A l'état vert, ils doivent être assez fermes pour pouvoir être manipulés et tranc portés dans le four. Une fois cuits, ils doivent être suffi- samment résistants pour contenir le métal fondu et un peu plus tard leur cohésion doit être pratiquement détruite, pour qu'on ait qu'à soulever simplement la pièce moulée hors d'une masse de sable en vrac.
Diverses autres huiles végétales, huile de coton, d'abrasin, de menhaden, etc, des huiles d'animaux marins et diverses huiles préparées contenant des siccatifs, agents de mouillage, etc. font partie du même type de liants que l'huile de lin. L'emploi des résines naturelles et synthéti-
<Desc/Clms Page number 3>
ques est également très répandu, ainsi que celui des liants de céréales (formes d'amidons solubles).
Dans certains cas particuliers , il a été proposé d'employer des liants qui durcissent à la température am- biante de façon à éviter l'opération de cuisson. Des exemples de ces liants sont le ciment Portland , l' oxychlorure de magnésium, le silicate de sodium et les esters siliciq ues.
Ils ne conviennent pas à tous les cas, étant donné que le liant ne disparait pas complètement au moment de la coulée.
Un des objets de l'invention consiste en un liant pour noyaux en sable et moules en sable qui n'a pas besoin de cuisson et qui peut servir d'une manière tout à fait géné- rale. Un autre objet de l'invention consiste en un liant qui brûle et disparait complètement au cours de la coulée. L'in- vention a encore pour objet des noyaux et moules en sable possédant une résistance considérable à l'état vert et deve- nant remarquablement tenaces et durs lorsqu' on les laisse sécher sans cuisson. D'autres caractéristiques de l'invention apparaitront au cours de la description qui en est donnée ci- après.
Suivant l'invention, le liant des noyaux et moules en sable consiste en une gomme végétale en poudre fine. On mélange avec soin une quantité appropriée de sable de fonderie (de préférence de sable de silice sec) dans un mélangeur ordinaire de sable à noyau ou à moule avec une gomme végétale en poudre fine (de préférence de la gomme arabique) et une faible proportion dosée d'eau. Puis on fait prendre au mélan- ge la forme qu'on désire en le comprimant, le damant, ou de toute autre manière, dans un châssis à moule ou à noyau, on
<Desc/Clms Page number 4>
le retire du châssis et on le fait mûrir en le laissant sécher à la température ambiante. Le temps nécessaire au mûrissage dépend de la température et du degré hygrométrique de l'air environnant.
En été et par temps sec, à une température de 20 à 25 C, une heure est suffisante, mais dans des conditions moins favorables, une durée de 8 à 24 heures peut être né- cessaire. On peut abréger ces durées en règlant la tempéra- ture et le degré hygrométrique de l'atmosphère entourant les étagères de dépôt des noyaux. Aucun four à noyau tel que ceux qu'on emploie ordinairement n'est nécessaire. Le noyau ou moule vert est résistant, n'est pas collant, mais est sec au toucher et peut être c'onservé si on le désire dans l'atmosphère normale de la fonderie pendant des périodes de longue durée sans qu'il se détériore. Le noyau ou moule sec est remarquablement dur et tenace et n'est pas hygros- copique. En réalité, il n'est pas nécessaire d'attendre que le mûrissage soit terminé pour se servir du noyau ou du moule.
Lorsqu'une croûte d'une épaisseur suffisante s'est form-ée par séchage à l'extérieur, le noyau est suffisamment dur pour pouvoir servir à couler toutes les pièces sauf les plus lourdes.
On met le noyau en place dans le moule de la manière ordinaire. Lorsqu'on verse/le métal fondu, le liant brûle et disparaît complètement et une fois le métal solidi- fié, le noyau s'effondre en général spontanément et le sable est facile à enlever. Par comparaison avec les types connus de liants, les gommes végétales ont pour effet de réduire notablement le dégagement de gaz et ces gaz, s'ils se dégagea ne sont pas irritants. De plus, les noyaux en sable suivant
<Desc/Clms Page number 5>
l'invention sont largement perméables, en permettant ainsi aux gaz de s'échapper librement. On peut "dégazer" le noyau comme d'habitude, si on le désire, surtout dans le cas de pièces dont les orifices de sortie des cavités intérieures sont limités.
La proportion de gomme végétale ajoutée suivant l'invention peut être comprise entre 0,75 et 3% ou davantage en poids de sable, la proportion adoptée de préférence étant de 2%. Si la proportion est plus forte, le noya u ou moule est extrêmement dur et s'effondre moins facilement après la coulée.
La proportion d'eau ajoutée est généralement com- prise entre 1 et 3,5%en poids du sable, c'est-à-dire suffisante pour permettre au sable de prendre et de conserver la forme du noyau ou du moule. On peut faire varier cette proportion suivànt la qualité du sable choisi, le fondeur expérimenté étant à même de choisir les proportions qui conviennent.
Les noyaux et moules en sable suivant l'invention pe uvent servir à couler tous les types de pièces en métaux ferreux et non ferreux.
La gomme végétale peut être employée en combinaison avec d'autres liants, en particulier des liants de céréa- les et/ou des sucres, tels que le sucrose ou le glucose. On peut y ajouter une matière colorante telle que l'oxyde de fer, si on le désire. Le liant étant en gomme arabique, l'a- dhérence est faible, sinon nulle, mais pour que le sable se détache facilement lorsqu'il contient d'autres liants ou une matière colorante, on peut ajouter au mélange une faible quantité de paraffine. L'addition de 0,1 à 2% en poids (de la masse totale de sable) d'acide borique ou de borax sec en
<Desc/Clms Page number 6>
poudre améliore encore la résistance (à l'état vert et à l'état sec).
Lorsqu'il s'agit de couler du magnésium, de l'aluminium et des alliages légers, on peut ajouter, comme d'habitude, du soufre en poudre et du borax ou de 'acide borique pour empêcher le métal de brûler.
Ainsi qu'il a déjà été dit, on ajoute de préférence 2% en poids de gomme arabique en poudre à titre de liant et les noyaux et moules en sable ainsi préparés présentent les avantages suivants, ainsi qu'on l'a constaté :
Résistance considérable à l'état vert, ténacité et dureté remarquables après mûrissage, disparition complète du liant par combustion pendant la coulée, diminution considérable du dégagement de gaz et les gaz éventuellement dégagés ne sont pas irritants, perméabilité suffisante, le noyau ou le moule ne sont pas collants à l'état vert, ils se conservent sans détérioration après le mûrissage, ils ne sot pas hygroscopiques, leur résistance ne diminue pas lorsqu'ils subissent un "super-mûrissage" ou brûlent, les éléments séparés de noyaux à l'état vert sont faciles à réunir par damage,
les noyaux ou moules s'effondrent facilement, en général spontanément, au moment de la solidification du métal ; le sable récupéré des noyaux et moules ayant servi ne con- tient pas de bouts ou joints de noyaux, étant donné que le liant résiduel éventuel se dissout facilement dans l'eau qu'on ajoute pour reformer le mélange de sable.
<Desc/Clms Page number 7>
Il est facile de voir qu'outre l'économie qu'on réalise en supprimant l'opération de cuisson, il est extrê- mement commode de pouvoir faire prendre sa forme au noyau ou moule et de le mûrir pratiquement à l'endroit où s'effectue la coulée, avantage qui résulte' du fait qu'on n'a pas besoin de four pour mûrir les noyaux ou moules.
Certains des avantages énumérés ci-dessus peuvent' être obtenus avec des sables à noyaux préparés avec des liants connus, mais autant qu'on puisse le savoir, il n'a pas été possible jusqu'à présent de préparer un sable à noyau qui présente tous ces avantages en combinaison, comme le sabe à noyau lié à la gomme arabique-et, à 'un degré moin- dre, le sable à noyau contenant d'autres.gommes végétales, telles que la gomme adragante, la résine, etc.
'Quoique les mélanges de sable préparés suivant l'invention mûrissent d'eux-mêmes du fait qu'ils n'ont pas besoin d'étuve de séchage, ils ne sont pas plus sensibles que les mélanges de sable d'usage courant aux conditions de conservation ordinaires, par exemple dans une trémïe fermée.
En effet, une période de 24 heures peut s'écouler normaleme nt. entre les moments où on mélange et où on utilise les mélanges de sable suivant l'invention.
L'invention a été décrite-en tant que s'appliquant au procédé courant dans la pratique de préparation des mé- 'langes-de sable, pour noyaux et moules, mais il doit être bien entendu que le liant peut aussi être incorporé au sable suivant l'invention par d'autres moyens. Par exemple, on peut réaliser une économie de gomme végétale dans certains cas en faisant prendre sa forme au sable humide et en arrosant ensuite la surface du noyau ou moule ayant reçu sa forme avec
<Desc/Clms Page number 8>
une solution aqueuse de la gomme végétale, par exemple avec une solution à 10% de gomme arabique. En séchant ensuite le noyau ou moule de la manière décrite ci-dessus, on obtient un noyau ou moule comportant une croûte mince très dure.
Si on le désire, on peut appliquer le procédé de la pulvérisation pour recouvrir un noyau'ou moule en sable, déjà mûri et préparé avec un liant connu quelconque, d'une croûte plus dure et durant plus longtemps, et ce même procédé de pulvérisation peut être appliqué à des noyaux ou moules mûris préparés avec une gomme végétale à titre de liant, suivant l'invent ion. La croûte dure ainsi obtenue est assez mince pour ne donner lieu à aucune difficulté lorsqu'il . s'agit d'enlever le sable, une fois la coulée effectuée. Le liant brûle complètement, le sable se réduit en poudre d'une manière tout à fait normale et est facile à enlever.
<Desc / Clms Page number 1>
"SAND CORES AND MOLDS"
The present invention relates to the casting of metals and relates more particularly to cores and sand molds suitable for casting.
For casting parts with interior cavities a sand core is used which exactly fills the cavity during casting and which is removed once the casting.
<Desc / Clms Page number 2>
solidified metal. For this purpose, a binder is necessary to allow the sand to retain its shape and prevent it from deforming under the effect of the hot metal and however this binder must be able to be destroyed at an appropriate time to allow the sand to be reduced. powder and for easy removal.
One of the most commonly used binders is linseed oil. The sand core temporarily bonded with the crude oil undergoes firing during which the oil polymerizes and the core becomes hard and capable of withstanding very considerable pressures. When metal is poured into a mold in which a core of this nature has been placed, the polymerized oil burns and by the time the metal has solidified and cooled slightly, the sand core has become crumbly. and falls into a powder, so that the sand can be emptied leaving the desired cavity in the molded part.
Dry sand molds must also satisfy quite similar conditions. When green, they should be firm enough to be handled and cut into the oven. Once fired, they must be strong enough to contain the molten metal and a little later their cohesion must be practically destroyed, so that one simply has to lift the molded part out of a mass of loose sand. .
Various other vegetable oils, cottonseed, tung oil, menhaden oil, etc., marine animal oils and various prepared oils containing siccatives, wetting agents, etc. are part of the same type of binders as linseed oil. The use of natural and synthetic resins
<Desc / Clms Page number 3>
ques is also very common, as well as that of cereal binders (soluble starch forms).
In certain particular cases, it has been proposed to use binders which harden at room temperature so as to avoid the curing operation. Examples of such binders are Portland cement, magnesium oxychloride, sodium silicate, and silicon esters.
They are not suitable in all cases, since the binder does not completely disappear when pouring.
One of the objects of the invention is a binder for sand cores and sand molds which does not need baking and which can be used in a quite general manner. Another object of the invention consists of a binder which burns and disappears completely during casting. A further object of the invention is sand cores and molds which have considerable green strength and which become remarkably tough and hard when allowed to dry without cooking. Other characteristics of the invention will become apparent from the description which is given below.
According to the invention, the binder of the cores and sand molds consists of a vegetable gum in fine powder. A suitable amount of foundry sand (preferably dry silica sand) is carefully mixed in an ordinary core or mold sand mixer with a fine powdered vegetable gum (preferably gum arabic) and a small amount. metered water. Then we make the mixture take the shape we want by compressing it, tamping it, or in any other way, in a mold or core frame, we
<Desc / Clms Page number 4>
remove it from the frame and cure it by allowing it to dry at room temperature. The time required for ripening depends on the temperature and humidity of the surrounding air.
In summer and in dry weather, at a temperature of 20 to 25 C, one hour is sufficient, but under less favorable conditions a period of 8 to 24 hours may be necessary. These times can be shortened by adjusting the temperature and humidity of the atmosphere surrounding the nucleus deposition shelves. No core furnace such as those ordinarily employed is necessary. The green core or mold is strong, not sticky, but is dry to the touch and can be stored if desired in the normal foundry atmosphere for long periods of time without deterioration. The dry core or mold is remarkably hard and tenacious and is not hygroscopic. In fact, it is not necessary to wait until ripening is complete to use the kernel or the mold.
When a crust of sufficient thickness has formed by drying on the outside, the core is hard enough to be used to cast all but the heaviest parts.
The core is placed in the mold in the ordinary way. When pouring / molten metal, the binder burns and disappears completely and once the metal has solidified the core usually collapses spontaneously and the sand is easily removed. Compared with the known types of binders, vegetable gums have the effect of significantly reducing the evolution of gases and these gases, if they are released, are not irritating. In addition, the following sand cores
<Desc / Clms Page number 5>
the invention are largely permeable, thereby allowing gases to escape freely. The core can be "degassed" as usual, if desired, especially in the case of parts where the outlets of the interior cavities are limited.
The proportion of vegetable gum added according to the invention may be between 0.75 and 3% or more by weight of sand, the proportion adopted preferably being 2%. If the proportion is higher, the core or mold is extremely hard and collapses less easily after casting.
The proportion of water added is generally between 1 and 3.5% by weight of the sand, that is to say sufficient to allow the sand to take and maintain the shape of the core or the mold. This proportion can be varied according to the quality of the sand chosen, the experienced founder being able to choose the appropriate proportions.
The sand cores and molds according to the invention can be used for casting all types of parts in ferrous and non-ferrous metals.
The vegetable gum can be used in combination with other binders, in particular grain binders and / or sugars, such as sucrose or glucose. A coloring material such as iron oxide can be added thereto, if desired. Since the binder is gum arabic, the adhesion is low, if not zero, but in order for the sand to come off easily when it contains other binders or a coloring matter, a small amount of paraffin can be added to the mixture. The addition of 0.1 to 2% by weight (of the total mass of sand) of boric acid or dry borax in
<Desc / Clms Page number 6>
powder further improves resistance (green and dry).
When it comes to casting magnesium, aluminum and light alloys, powdered sulfur and borax or boric acid can be added as usual to prevent the metal from burning.
As has already been said, preferably 2% by weight of gum arabic powder is added as a binder and the cores and sand molds thus prepared have the following advantages, as has been observed:
Considerable resistance in the green state, remarkable toughness and hardness after curing, complete disappearance of the binder by combustion during casting, considerable reduction in the evolution of gas and the gases possibly released are not irritating, sufficient permeability, the core or the mold do not are not sticky in the green state, they keep without deterioration after ripening, they are not hygroscopic, their resistance does not decrease when they undergo "super-ripening" or burn, the elements separated from nuclei at the green state are easy to assemble by damage,
the cores or molds collapse easily, generally spontaneously, when the metal solidifies; the sand recovered from the used cores and molds does not contain any ends or joints of the cores, as any residual binder dissolves easily in the water which is added to reform the sand mixture.
<Desc / Clms Page number 7>
It is easy to see that in addition to the economy which one achieves by eliminating the cooking operation, it is extremely convenient to be able to make the core or mold take its shape and to mature it practically at the place where s 'performs the casting, an advantage which results' from the fact that there is no need for an oven to ripen the pits or molds.
Some of the advantages listed above can be obtained with core sands prepared with known binders, but as far as is known it has not heretofore been possible to prepare a core sand which exhibits. all these advantages in combination, such as kernel sabe bound to gum arabic - and, to a lesser extent, kernel sand containing other vegetable gums, such as gum tragacanth, resin, etc.
'Although the sand mixtures prepared according to the invention mature on their own because they do not need a drying oven, they are no more sensitive than the sand mixtures in common use to the conditions. ordinary storage, for example in a closed hopper.
In fact, a period of 24 hours may elapse normally. between the times when the sand mixtures according to the invention are mixed and when the sand mixtures are used.
The invention has been described as applying to the process common in the practice of preparing sand mixes, cores and molds, but it should be understood that the binder can also be incorporated into the sand. according to the invention by other means. For example, it is possible to save on vegetable gum in certain cases by making the wet sand take its shape and then spraying the surface of the core or mold having received its shape with
<Desc / Clms Page number 8>
an aqueous solution of the vegetable gum, for example with a 10% solution of gum arabic. By then drying the core or mold in the manner described above, a core or mold is obtained having a very hard thin crust.
If desired, the spray process can be applied to coat a core or sand mold, already cured and prepared with any known binder, with a harder and longer lasting crust, and the same spray process. can be applied to cores or ripened mussels prepared with a vegetable gum as a binder, according to the invention. The hard crust thus obtained is thin enough that it does not give rise to any difficulty. It is about removing the sand, once the casting has been made. The binder burns completely, the sand is powdered in a completely normal way and is easy to remove.