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PERFECTIONNEMENTS APPORTES AUX COMPOSITIONS POUR LA CONFECTION DE
NOYAUX ET MOULES DESTINES AU MOULAGE DES METAUX.
L'invention est relative à des perfectionnements apportés aux compositions pour la confection de noyaux et moules destinés au. moulage des métaux.
Dans certaines opérations de fonderie, il est nécessaires pour le moulage d'objets métalliques creuxde faire usage d'un noyau dont le contour détermine la conformation et les dimensions de l'inté- rieur ou creux du moulage.
Il est indispensable que., pratiquement,, ce noyau se décompose et se disloque sous l'influence de la chaleur à la température de coulée du métal afin qu'il puisse être enlevé sans difficulté.
Il est de pratique courante de confectionner des noyaux par cuisson de mélanges humides de sables contenant un agent liant, par exemple des résines urée-formaldéhyde, phénol-formaldéhyde et mélamine-formaldéhy- de, de l'huile de lin. des amindons et dextrines., de l'argiles etc...
Ces agents liants sont généralement dénommés "liants pour noyaux" et ils comprennent normalement tant de la résine qu'un liant 'céréale". L'agent liant du noyau est généralement présent dans la proportion de 1/2 à 4% du poids du sable.
Il est nécessaire que le mélange de sable ait une consistan- ce qui, avant cuisson, soit capable de retenir la forme lui donnée. .
Cette propriété est généralement connue sous le nom de "résistance en vert" et elle est mesurée en termes de résistance à la compression en Kg par cm2. Après cuisson, la résistance à sec est mesurée en termes de résistances à la compression et à la traction et par d'autres méthodes.
Les résines. ou l'huile de lin ou autres huiles,,, mentionnées plus hauts sont utilisées pour communiquer aux noyaux les propriétés ou qualités de résistance à sec nécessaires. tandis que les liants à base de céré-
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ales9 comme les amidons et dextrines, et 1$argile,, ont pour fonction principale de procurer les propriétés ou qualités de résistance en vert.
Lorsque on utilise dans ces mélanges de sables pour noyaux des résines urée-formaldéhyde9 mélamine-formaldéhyde ou une résine phé- nol-formaldéhyde soluble dans l'eau, une quantité suffisante d'eau et, ou d'un autre solvant doit être présente pour dissoudre et distribuer les quantités relativement petites de résiné et faire gonfler le liant à base de céréale. Plus l'addition est importante, jusqu'à environ 5% en poids sur l'ensemble du mélange ou jusqu'à environ 1 1/2 le poids du liant à base de céréale, et plus le noyau cuit est dur et solide, en raison de la distribution plus uniforme et du meilleur écoulement de la résine.
D'autre parts lorsqu'on ajoute un pourcentage d'eau relativement élevé il en résulte certains inconvénients, en particulier une aptitude accrue au collage du mélange de sables et une certaine perte de résistance en vert,, Pour réduire le collage et maintenir la résistance en vert, il est désirable de maintenir la teneur en eau relativement basse.
Les propriétés collantes d'un noyau de sable à base de résine synthétique peuvent être ennuyeuses, tant par la tendance à adhérer aux boites à noyaux de sable. La tendance au collage aux boites à noyaux est largement surmontée par l'emploi de composés "séparateurs" comme la paraffine ou les succédanés de térébenthine. qui peuvent être ajoutés aux mélanges de sable ou appliqués sur la surface interne de la boite à noyau. Il n'est pas remédié aux faibles propriétés ou aptitude à l'écoulement d'un noyau de sable à base de résine par de telles additions et l'effet de la résis- tance élevée au cisaillement ou absence de plasticité pendant le malaxage peut entraîner la surcharge de certains moulins ou machines utilisés pour malaxer le sable et les liants du noyau.
Ce défaut de mobilité rend égale- ment difficile la formation des noyaux dans une machine à souffler les noyaux, dans laquelle le sable du noyau est soufflé dans une boîte à noy- au à l'aide d'air comprimé.
La présente invention est basée sur l'observation que par rem- placement, total ou partiel, dans un mélange pour noyaux du type décrit plus haut, ou dans un mélange pour noyaux ou analogues dont il sera ques- tion ci-dessous, de résine urée-formaldéhyde ou mélamine-formaldéhyde, par un composé méthylol d'urée ou mélamine, on peut obtenir un mélange pré- sentant une ou plus d'une propriété améliorée ou une combinaison amélio- rée de propriétés suivant le mode d'emploi du mélange. En réalisant les conditions nécessaires pour la résinification du composé méthylol pendant l'opération de cuisson, on obtient des noyaux ou moules dont les proprié- tés ne sont d9aucune manière inférieures et peuvent être améliorées com- parativement aux produits connus.
Par suite, conformément à la présente invention,,-on produit un mélange pour noyaux ou moules contenant un composé méthylol d'urée ou de mélamine, et un noyau ou moule est confectionné 1-'aide de ce mélange.
Les composés méthylol d'urée et de mélamine sont des composés non résineux de poids moléculaire relativement bas, de formaldéhyde avec -il-$ urée ou la mélamine, qui sont cristallins ou tout au moins possèdent un point de fusion déterminé. Le diméthylol-urée dont le point de fusion est 126 C est d'intérêt particulier dans la présente invention. Les méthodes de produc- tion des dits composés sont bien connues.
Dans l'opération de cuisson en utilisant un mélange conforme à l' invention, les composés de méthylol fondent avec résinification, grâce à quoi l'écoulement de la résine dans la masse est amélioré.
A titre d'exemple, lorsqu'un noyau de sable contenant du méthylol- urée est soumis au procédé de cuisson à des températures d'air ou d'atmos- phère de 130-180 C, les composés méthylol d'urée fondent et sont transfor- més en résines urée-formaldéhyde; pendant la réaction de résinification, de l'eau de condensation est séparée et au total l'écoulement de la résine est amélioré.
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Pourvu qu'une température élevée soit maintenue pendant une pé- riode de temps suffisante, à un pH approprié du mélange de sables, il se forme une résine infusible et insoluble.
Dans le cas d'un mélange humide, l'effet est par suite analogue à celui qui résulte de l'utilisation d'une plus grande quantité d'eau,mais sans les inconvénients correspondants, dont question plus haut, d'une tendance au collage et de qualités inférieures d'écoulement.
Il s'en suit que, conformément à une caractéristique de l'invention, un mé- lange type humide de sables pour noyaux peut être préparé en utilisant un composé méthylol (Purée ou de mélanine qui procurera de la résistance à secs et en utilisant un liant à base de céréale qui communiquera la résistance en vert nécessaire.,, lequel mélange sera notablement moins collant qu'un mélange de sables correspondant contenant de la résine urée-formaldéhyde . vu mélamine-formaldéhyde.
Un tel mélange de sables pour noyaux peut être séparé des boites à noyaux avec moins de difficulté.
Conformément à une autre caractéristique de l'invention., un mé- lange de sables et des composés méthylol spécifiés, peut être utilisé dans des machines à noyaux à soufflage, où il est désirable que la tendance au collage soit minimum, qu'il soit employé en mélange sec (s'il est cuit dans des enveloppes complètement fermées) ou bien comme un mélange légè- rement humide avec un certain degré de résistance en vert qui peut être communiqué par une addition convenable de liant à base de céréale.
Conformément à une autre caractéristique encore de l'inven- tion. les composés méthylol trouvent une application analogue dans la formation de noyaux et, ou de moules,. dans le procédé connu sous le nom de procédé "Croning" ou "C". Dans ce procédé, tel que modifié selon la présente invention, on utilise un mélange sec contenant du sable et jus- qu'à 10% des composés méthylol d'urée ou mélamine en même temps qu'un agent de durcissement qui peut être un acide ou un composé qui dégage de l'acide.
Dans ce procédé le composé méthylol fonda coule. et forme un moule ou noyau mince lorsqu'il est amené en contact avec un gabarit métallique chauffé com- me il est décrit dans les publications relatives à ce procédé (F.I.A.T.1168)'.
Les composés d'urée décrits peuvent être ajoutés au mélange de sable pour noyaux, soit sous forme de poudre sèche ou sous forme d'une bouillie en concordance du procédé considéré.
Les exemples ci-après illustrent l'invention :
Exemple 1. On confectionne des mélanges contenant 100 parties de sable,
1,5 partie de liant à base de céréale et 1,5 partie d'eau., et dans un de ces mélanges on incorpore dans un but de comparaison 1.0 parties de résine urée- formaldéhyde (50 % sirop) tandis que dans un autre on utilise 1,0 partie de diméthylol-urée (environ 50% de solides).
Dans chaque cas, le mélange a été confectionné en ajoutant d' abord le liant à base de cérale au sable (c'est-à-dire les ingrédients secs).
Dans un cas la résine et l'eau ont été ajoutés avec malaxage et dans l'autre le diméthylol urée est mélangé à l'eau et le tout est alors ajouté au mélange sec. Le mélange produit dans le dernier cas était moins collant et plus faci- le à préparer et à appliquer que dans le premier cas.
Après cuisson de deux noyaux conformés, identiques, on a cons- taté que la résistance de compression moyenne à sec des noyaux produits à 'partir du mélange de résine était de 82,70 Kgs/cm2 et celle des noyaux exé- cutés à partir de diméthylol-urée était de 88,36 Kgs/cm2 (résistances mesurées par les méthodes standards de l'Association des Fondeurs Américains) sans dif- férence substantielle dans les autres propriétés.
Exemple 2. D'une manière analogue, en utilisant 100 parties de sable, 1,5 partie de liant à base de céréale, 0,5 partie de bentonite et 2.0 parties d'eau dans des mélanges comparatifs contenant respectivement 1,5 partie de
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résine et 1,5 partie de diméthylol-urée, ce dernier mélange possédait la meilleure combinaison de propriétés.
Les valeurs pour la résistance moyenne de compression à sec des noyaux produits sont 51,31 Kgs/cm2 et 58,70 Kgs/cm2 respectivement.
Le sable utilisé dans les exemples 1 et 2 était du sable blanc de silice de Parish.
Il doit être entendu que les propriétés d'un mélange pour noy- aux, en particulier sa résistance en vert et sa perméabilité, sont grande- ment influencées par le type de sable utilisé, par exemple par les dimen- sion et forme de ses particules.
Les produits des exemples 1-4 peuvent être considérés comme des mélanges pour noyaux pour les usages généraux, y compris l'emploi dans les machines à noyaux à soufflage. Le processus dans les exemples 3 et 4 est le même que celui de l'exemple 1.
Exemple 3. (Pour résistance en vert élevée)
EMI4.1
<tb> 100 <SEP> parties <SEP> sable <SEP> de <SEP> Congleton
<tb>
<tb> 1,5 <SEP> parties <SEP> Diméthylol-urée <SEP> (40% <SEP> de <SEP> solide)
<tb>
<tb> 1.5 <SEP> G.B. <SEP> Kordek
<tb>
<tb> 1,5 <SEP> eau
<tb>
<tb> Résistance <SEP> en <SEP> vert <SEP> 0,175 <SEP> Kg/cm2
<tb>
<tb> Résistance <SEP> traction <SEP> 10.53 <SEP> Kg/cm2
<tb>
<tb> Résistance <SEP> à <SEP> compression <SEP> à <SEP> sec <SEP> 59,75 <SEP> Kg/cm2
<tb>
Exemple 4. (Pour faible résistance en vert)
EMI4.2
<tb> 100 <SEP> parties <SEP> de <SEP> sable <SEP> de <SEP> silice <SEP> (Parish <SEP> ou <SEP> Southport)
<tb>
<tb>
<tb> 1,5 <SEP> parties <SEP> G.B.
<SEP> Kordek
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 1,5 <SEP> parties <SEP> Diméthylol-urée <SEP> (40% <SEP> de <SEP> solides)
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 2,0 <SEP> parties <SEP> eau
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Résistance <SEP> en <SEP> vert <SEP> 0,052 <SEP> Kg/cm2
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Résistance <SEP> traction <SEP> 15.46 <SEP> Kg/cm2
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Résistance <SEP> à <SEP> compression <SEP> à <SEP> sec <SEP> 112,50 <SEP> Kg/cm2
<tb>
Exemple 5. Cet exemple et 1 exemple 6 visent des mélanges pour noyaux qui conviennent spécialement pour le procédé Croning.
100 parties de sable à grains ronds passant au tamis de 90-100 mailles (B.S.S. 410).
7.5 parties de Diméthylol-urée en poudre passant au tamis de 80-90 mailles B.S.S.
1.0 partie de bi-carbonate d'ammonium
Les ingrédients ci-dessus sont intimement mélangés et versés dans une boite à noyau qui a été chauffée à 220-250 C. Après 2-3 minutes . la boite est renversée pour permettre le départ de l'excédent de sable., lais- sant une chemise ou gaine de sable semi-durcie de 4.75 mm d'épaisseur en- viron. Cette chemise ou gaine est enlevée de la boite à noyau ,'et son dur- cissement est complété par chauffage (par exemple dans un four) pendant quelques minutes à une température de 180-200 C.
Exemple 60
100 parties de sable à grains ronds passant au tamis de 90-100 mailles (B.S.S.410).
5 parties Diméthylol-urée en poudre passant au tamis de 80-90
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mailles (90-100 B.S.S.)
1 partie mélamine
Le processus est comme dans l'exemple 5. Les mêmes mélanges que dans les exemples 5 et 6 peuvent être utilisés pour confectionner des mou- les de sable de haute précision. Dans ce cas une quantité suffisante de mélange de sable est appliquée à la forme du moule chauffé pour donner 1' épaisseur requise de chemise ou gaine. Lorsqu'il est suffisamment durcie le mou- le de sable est séparé de la forme de moule et la stabilisation de la résine du liant est complétée par un chauffage de quelques minutes dans un four à 180-200 C.
REVENDICATIONS.-
EMI5.1
-"""""--"-I:c8¯""".-;r- l.- Dans la fabrication d'un noyau ou moule destiné à être uti- lisé pour le moulage de métaux.,, la liaison ou agglutination de la matière du noyau ou moule par incorporation à cette matière d'un composé méthylol d'urée ou de mélamine et transformation du dit composé en une substance rési- neuse par application de chaleur.
2.- Une méthode de fabrication d'un noyau destine à être utili- sé pour le moulage de métauxs dans laquelle on confectionne un mélange com- prenant du sable, de 1?eau, un composé méthylol d'urée ou de mélamine et un liant à base de céréale., le mélange est conformé pour constituer le noyau et le mélange conformé est chauffé pour transformer le composé méthylol en une substance résineuse.
3.- Une méthode de fabrication d'un noyau destiné à être utilisé pour le moulage de métaux, dans laquelle un mélange sec comprenant du sable et un composé méthylol d'urée ou de mélamine, ou bien un mélange légèrement humide comprenant les mêmes ingrédients, avec un liant à base de céréale, est utilisé dans une machine à noyaux à soufflage., et le mélange conformé est chauffé pour transformer le composé de méthylol en une substance résineu- se.
4.- Une méthode de fabrication d'un noyau ou moule destiné à être utilisé pour le moulage de métaux.,, dans laquelle un mélange sec compre- naiit du sable, un composé méthylol d'urée ou de mélamine et un agent de durcissement est utilisé dans le procédé "Croning".
5.- Une méthode de fabrication telle que revendiquée dans l'une quelconque des revendications 1 - 4. dans laquelle du diméthylol-urée est utilisé comme composé méthylol.
6.- Une méthode de fabrication d'un noyau ou moule destiné à être utilisé dans le moulage de métaux, conduite ou exécutée en substance comme décrit dans l'un quelconque des exemples donnés.
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