CA1263009A - Procede de moulage en fonderie et moule pour la coulee de precision sous basse pression, avec modele gazeifiable et moule en sable sans liant - Google Patents
Procede de moulage en fonderie et moule pour la coulee de precision sous basse pression, avec modele gazeifiable et moule en sable sans liantInfo
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Abstract
ABREGE DESCRIPTIF
L' invention concerne le moulage de précision en fonderie avec moule en sable sans liant et modèle perdu gazéifi-able et alimentation ascendante en métal liquide sous basse pres-sion, avec application d'une dépression sur le moule. Le moule comporte une paire de modèles en polystyrène expansé raccordes à
un masque de fonderie donnant la forme de l'embouchure de coulée.
Le masque est positionné et centré dans le moule par un manchon de centrage et de verrouillage sur le fond du châssis de moule.
Un extrémité de chaque modèle s'emboîte dans une ouverture du masque. L'invention a application à la coulée de la fonte, de l'acier allié ou non et des superalliages.
L' invention concerne le moulage de précision en fonderie avec moule en sable sans liant et modèle perdu gazéifi-able et alimentation ascendante en métal liquide sous basse pres-sion, avec application d'une dépression sur le moule. Le moule comporte une paire de modèles en polystyrène expansé raccordes à
un masque de fonderie donnant la forme de l'embouchure de coulée.
Le masque est positionné et centré dans le moule par un manchon de centrage et de verrouillage sur le fond du châssis de moule.
Un extrémité de chaque modèle s'emboîte dans une ouverture du masque. L'invention a application à la coulée de la fonte, de l'acier allié ou non et des superalliages.
Description
~.,Z~3~C~9 La presente invention est relative a la fabrication en fonderie de pieces moulees en fonte et autres alliages metalliques, ferreux ou non, legers ou non, en utilisant le procede de moulage sous basse pression.
Par le brevet US 2 830 343, on connait un procede de moulage de precision en fonderie utilisant un modele perdu en polystyrene expanse et du sable de moulage autour de ce modele, c'est-a-dire un melange durcissable de sable et de liant. Dans ce procedé, le moule est alimente en metal liquide par gravite.
Par le brevet FR-A- 2 163 455, on connait un procéde de moulage de precision en fonderie utilisant un modèle gazeifiable en polystyrene expanse et un moule en sable sans liant, rendu compact par depression ou pression negative ou pression sous-atmospherique. Un tel procede est decrit avec alimentation du moule par gravite. Le modele 15 gazeifiable n'est pas positionne ni fixe rigidement par rapport au caisson contenant le moule. Ce procede de coulee a alimentation gravitaire necessite une alimentation en metal liquide avec un debit constant, ni trop eleve (risque de degagement gazeux du polystyrene qui cree des inclusions gazeuses dans la piece moulee), ni trop faible 20 (risque d'evaporation prematuree et incontrôlee du polystyrene expanse et d'inclusions de sable). Ce procede necessite donc l'emploi d'un bassin de coulee ou cône d'alimentation relativement important pour mieux contrôler et regulariser le debit d'alimentation en metal liquide et par consequent presente un rendement faible en metal coule, 25 ce rendement s'evaluant par le rapport entre la masse de metal utile, constituant la piece moulee proprement, dite et la masse totale du metal coule comprenant :
- la piece moulee - ses appendices de coulee - et le metal solidifie dans le bassin de coulee.
En raison de sa fragilite, le modèle gazeifiable est revêtu d'une carapace de resine thermodurcissable.
On connait par ailleurs le brevet FR-A-2 455 491 suivant lequel un moule de fonderie est constitue pas un masque de fonderie (ou 35 carapace) et un noyau, bien centre et immobilise au milieu d'une masse de particules metalliques sans liant, rigidifiees par un champ magnetique, et alimente de bas en haut, sous basse pression.
~ 6.~(30~3 Un tel procéde est avantageux par I'emploi de la basse pression qui, notamment, d'une part permet de contrôler le debit de metal liquide pendant tcute la durée du rempl;ssage de la cavité de moulage et qui, d'autre part, ameliore considerablernent le rendement en métal 5 du fait que les chenaux de coulée sont tres courts et que l'excédent de metal liquide apres solidification de la piece moulee est recupere dans une poche, par chute brutale de la pression exercee sur le metal liquide contenu dans la poche. Un tel procede est egalement avantageux parce qu'il permet une evacuation contrôlee des gaz et parce qu~il 10 peut être combiné avec une aspiration contrôlee des gaz et par consequent evite les inclusions gazeuses, et parce qu'il permet d'alimenter ou nourrir une cavite de moulage en metal liquide chaud, sous pression, creant ainsi un effet de masselottage dynamique, sans reduire le rendement en metal coule puisque le metal reste liquide 15 hors de la cavite de moulage retornbe dans la poche.
Quant au modele perdu gazeifiable on sait qu'il peut être creux et mince, puisqu'il a la forme exacte de la piece moulee a obtenir, et qu'il permet une plus grande precision de moulage que tout autre procede traditionnel de moulage.
Cependant, en raison de leur fragilite, les modeles gazeifiables ou modeles perdus n'ont jamais ete utilises en fonderie, a la connaissance de la Demanderesse, dans le procede de moulage sous basse pression.
La Demanderesse s'est pose le probleme de beneficier a la fois 25 des avantages du modele perdu gazeifiable, du sable sans liant, et du procede de moulage sous basse pression, sans avoir les risques d'inclusion gazeuse, et d'entrainement de sable dans le conduit de coulee ascendante, lors du remplissage du moule en sable sans liant et lors de la coulee sous basse pression.
Ce probleme est resolu par le procede de moulage de l'invention, pour l'obtention de pieces en fonte et autres alliages metalliques ferreux ou non, legers ou non, et superalliages, dans lequel on utilise un moule en sable sans liant, vibre, tasse, enrobant un modele perdu gazeifiable, le moule etant rigidifie sous depression, 3S caracterise en ce que l'on positionne au moins un modele en polystyrene expanse en l'assemblant avec un conduit donnant la forme de l'embouchure de coulee du moule, a la partie inferieure du moule, , .
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3L~ 3~3~3 conduit que l'on f;xe et que l'on verrou;lle à la partie inférieure du moule en vue d'une alimen-tation en métal liquide ascendante et sous basse pression.
Ce problème est résolu également par le moule de l'invention, 5 pour la mise en oeuvre du procédé ci-dessus, ce moule, du type comportant deux modeles perdus gazéifiables en polystyrene expansé, enrobes d'une masse de sable sans liant, rigidifiee par tassement et mise sous depression, contenue dans un châssis metalliqùe a chambre de depression peripherique et a moyens d'obturation et d'aspiration, 10 caracterise en ce qu'il comporte pour le positionnement desdits modeles a l'interieur du moule un manchon de centrage et de verrouillage assemble directement ou indirectement avec chaque modele en polystyrène expanse, constituant au moins par sa partie inférieure l'embouchure de coulée du moule, et comportant des moyens de 15 verrouillage sur le fond du châssis du moule, ledit manchon étant en un melange durci de sable et de liant, et les modèles étant pourvus d'appendices de coulee en polystyrène expanse servant au raccordement direct ou indirect avec ledit manchon.
Grâce à cet agencement, les modèles sont parfaitement positionnes 20 et immobilises pendant le remplissage du moule en sable sans liant et restent immobilises pendant la coulee.
D'autres caracteristiques et avantages apparaitront au cours de la description qui va suivre .
Au dessin annexe, donne seulement à titre d'exemple.
La Fig. 1 est une vue schematique en coupe d'un moule de fonderie suivant l'invention, en position de coulée, La Fig. 2 est une vue en coupe d'un detail du moule suivant la ligne 2-2 de la Fig. 1, La Fig. 3 est une vue analogue a la Fig. 1 du moule en cours de 30 réalisation, pendant l'operation de remplissage en sable sec, sans liant, La Fig. 4 est une vue partielle en plan suivant la ligne 4-4 de la Fig. 3 d'un detail du moule, La Fig. 5 est une vue schematique a plus petite échelle d'une 35 installation de fonderie pour l'alimentation en metal liquide sous basse pression d'un moule suivant l'invention, ~3~
La Fig. 6 est une vue partielle de détails d'une vari ante de moule suivant l'lnvetntion Suivant l'exemple d'exécution des Fig. 1, 2 et 5, une installation de coulée sous basse pression dans laquelle on utilise un moule de fonderie suivant l'inven-tion, comporte essen-tiellement un four de fusion 1 (ou bien une poche de coulée sous basse pression) et un moule de fonderie 2, formant avec le four de fusion 1 un ensemble de coulée en vase clos.
` 10 Le four de fusion est par exemple de type électrique, basculant au moyen d'un berceau 3 arqu~ porté par des galets 4 dont l'un est moteur et entra~ne en rotation par un groupe moto réducteur 5. Le four électrique 1, par exemple de type réver-bère, est chauffé par le rayonnement d'un barreau de graphitehorizontal 6. La voûte du four 1 provoque une re'verbération de la chaleur rayonnée sur le bain métallique, par exemple une fonte liquide F. Le four 1 comporte une goulotte ou un chenal de coulée 7, de section transversale fermée ou tubulaire, communi-quant avec la capacité intérieure du four, à la partie basse decelle-ci, et se revelant ~ l'extrémité libre par une buse de coulée 8, de préférence tronconique, destiné à communiquer de manière étanche avec une embouchure de coulée appartenant au moule 2.
Une conduite 9 débouchant dans la partie supérieure de la capacit~ intérieure du four 1, amene un flux gazeux inerte sous pression au-dessus de niveau du bain métallique de fonte F.
Le gaz inerte est de préférence de l'argon. Mais on peut egale-ment employer de'lazote ou de l'air sous pression. Sur la con-duite 9 est monte' un équipment 10 d'admission~et de réglage de pression, d'arrêt de pression et de mise a la decharge, avec robinet et avec cadran de mesure de la pression à l'intérieur de la capacité du four 1 au-dessus du bain de fonte F. ~ne telle installation est decrite dans la demande de brevet et France n 82 17 120 du 11 octobre 1982, publiée sous le numéro 2,534,167, ~63~
le 13 avril 198~.
Le moule 2 de fonderie es-t pose sur une table ou un pla-teau 11 (le plateau 11 pouvan-t appartenir à un convoyeur de moules) comportant une large ouverture 12 pour le passage de la goulotte de coulée a buse tronconique ~ et pour le posltlonnement de l'embouchure de coulée du moule, de préférence suivant l'axe vertical II de la buse troncônique 8. Sous la table 11, son-t fixés des dispositifs vibreurs 13 de part et d'autre de'ouverture 12.
4 a -263~
Le moule 2 comporte comme connu un châssis 14et des moyens d'aspiration ou de mise sous vide, de type décrit d~ns le brevet FR-A-21 63 455. Le châssis 14 parallélépipédique, et métallique, compor'ce une chambre peripherique lS de mise sous vide ou d'aspiration 5 delimitee par des cloisons internes periphériques, perforées 16 parallèles aux parois latérales ou flancs exterieurs du châssis 14.
Les perforations des cloisons 16 sont de dimensions suffisamment petites pour empêcher le passage du sable sec et sans liant S contenu dans le châssis 14. Le châssis 14 comporte un fond 17, métallique 10 comme le châssis, et, en guise de couvercle, est coiffé d'un plateau de serrage 18 surmonté d'une cloche d'aspiration 19. Le plateau de serrage 18, coif~ant la totalité du châssis 14 qu'il obture, comporte des orifices 20 debouchant dans la chambre périphérique 15 et des orifices à filtres 21 laissant passer l'air et les gaz mais 15 interdisant le passage au sable S. Il peut y avoir également des filtres 21 au-dessus de la chambre 15. Le plateau de serrage 18 est solidaire d'une tige de verin 22, par exemple d'axe XX, afin d'être appliqué sous pression sur le châssis 14 et d'appliquer sous pression l'ensemble du moule 2 sur la table 11. La cloche d'aspiration 19 est 20 raccordêe à un conduit d'aspiration 23 qui la traverse en débouchant dans l'espace compris entre la cloche 19 et le plateau de serrage 18.
Comme connu, des modèles perdus gazelfiables en polystyrène expansé, 24, par exemple au nombre de deux dans cet exemple, sont emprisonnés et noyes dans la masse de sable S compacte à l'interieur 25 du châssis 14 et plus prêcisément des cloisons internes 16. Les modèles 24, enduits de résine synthétique par exemple, et representes ici sous forme pleine mais pouvant être creux, s'ils sont destines à
l'obtention de pièces creuses telles que par exemple des tubulures d'echappement de moteur d'automobile, sont supportés et positionnes à
30 l'interieur de la masse de sable S de la manière suivante :
Au voisinage de l'extrèmite situee vers l'exterieur, ils sont supportes par des supports 25, par exemple en mélange durci de sable et de résine. Les supports 25 peuvent ne faire qu'un, par exemple sous forme d'un manchon tubulaire dont la base circulaire repose sur le 35 fond 17 du châssis 14. A leur extrémité la plus proche de l'axe XX, chaque modèle 24 comporte un appendice ayant la forme, et notamment la section transversale rectangulaire d'une attaque de coulée 26.
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,, ~ ~ Ei3~
Conformement à l'invention, les appendices 26 representant les attaques de coulee sont emboîtes symetriquement par rapport a l'axe XX
de l'ouverture 12, dans les ouvertures 27 d'un masque de ~onderie 28 admettant e~alement l'axe XX comme axe de symetrie. Le masque de 5 fonderie 28 ou carapace, est constitué d'un mé1ange durc; de sable et de résine thermodurcissable, ou est en céramique (mélange durc; de sable et de liant minéral) et forme un chapeau pour l'embouchure de coulee 29 du moule 2, raccordable de manière étanche a l'or;fice de coulee à buse tronconique 8 de la goulotte 7. Le masque 28 forme aussi lO le carre~our de raccordement de ladite embouchure 29 à chacune des attaques de coulee 26. Le masque 28 comporte donc une forme tubulaire concretisant 29 l'embouchure de coulee du moule 2, et au-dessus de cette forme tubulaire, un dôme de forme arquêe concave dans cet exemple, mais qui pourrait être de forme arquee convexe, qui constitue 15 le carrefour précité en Y sur la peripherie duquel sont prévues les ouvertures 27 d'emboitement des appendices de coulée 26 des modeles 24. Les ouvertures d'emboitement 27 ont donc une section rectangulaire conjuguee de celle des appendices de coulée 26. Conformément a l'invention egalement, les ouvertures d'emboitement 27 sont orientées 20 symetriquement de manière oblique par rapport a l'axe XX, ainsi que les appendices de coulée 26 emboités dans les ouvertures 27, dans le sens montant a partir de l'axe XX vers chaque modele 24.
Le support et le positionnement du masque de fonderie 28 est realisé conformement a l'invention de la maniere suivante :
Le fond 17 du châssis 14 comporte un bossage 30 d'axe XX a ouverture circulaire 31 (Fig. 1 et 4). L'ouverture 31 comporte, par exemple, une paire d'échancrures 32 de forme rectangulaire, diamétralement opposées, par rapport a l'axe de symétrie XX. Sur sa face inferieure, le bossage 30 est evide sous forme d'un embrevement 30 circulaire de diametre sensiblement supérieur a celui de l'ouverture 31 qui est elle-même de diametre supérieur a celui de la partie tubulaire du masque de fonderie 28 matérialisant l'embouchure de coulée du moule.
En prise sur ce bossage 30 vient se placer et se verrouiller, 35 conformément a l'invention, un manchon 34 en matiere céramique, par exemple en melange durci de sable et de resine thermodurcissable. Le manchon 34 dont le diamètre interieur correspond au dlamètre extérieur a~
de la partie tubulaire du masque de fonderie 28, recoit intérieurement ladite partie tubulaire qui s'ajuste donc sur le m,anchon de centrage 34. Ce manchGn 34 comporte ur,e bride inférieure 35 présentant une saillie in~erne circulaire par rapport a la cavité cylin~rique 5 dudit manchon 34 ou couronne interne, pour recevoir et supporter la tranche d'ex-trémite inferieure de la partie tubulaire du masque de fonderie 28. La bride 35 est destinee a etre logee a l'intérieur de l'embrevement 33 pour venir s'appliquer sur la face inferieure du bossage 30. Au-dessus de la bride inferieure 35, le manchon de - lO~centrage 34 comporte une paire de pattes rectangulaires 36 de verrouillage, espacees de la bride inferieure 35, d'une hauteur correspondant a l'épaisseur du bossage 30 évidé par l'embrevement 33.
Les pattes rectangulaires 36 ont des dimensions legèrement inférieures a celles des échancrures rectangulaires 32 de maniere a pouvoir s'y 15 emboiter aYec jeu et à les traverser.
Les pattes 36 sont destinées à prendre appui sur la face - supérieure du bossage 30, en dehors des échancrures rectangulaires 32, - avec lesquelles elles constituent un systeme de verrouillage a balonnette. La bride 35 et les pattes 36 s'appliquent donc de part et 20 d'autre du bossage 30.
Enfin, la face superieure du bossage 30, les echancrures - --rectangulaires 32, les pattes 36 et une partie du manchon de centrage 34 sont recouverts d'une coiffe de protection 37 a profil de révolution d'axe XX en escalier ou double équerre, s'ajustant d'une 25 part sur la partie cylindrique du manchon de centrage 34 et d'autre part, reposant sur la face supérieure du bossage 30.
Dans cet exemple les mod?les 24 sont assemblés indirectement avec le manchon 34 par l'intermédiaire du masque 28.
Le moule de l'invention est confectionné de la maniere suivante 30-(Fig. 1, 2, 3 et 4) :
- Le châssis 14 est posé sur le plateau 11. Le support 25 des modeles 24 est mis en place en etant pose sur le fond 17 du châssis 14. Le châssis 14 est ouvert à l'air libre, c'est-à-dire non recouvert par le plateau 18. Le manchon de centrage et de verrouillage 34 est - 35 introduit dans l'ouverture circulaire 31 du bossage 30, à l'interieur du c~assis 14.
' ``'' ' ,, .
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~2~
Pour permettre cette introduction du manchon 34 jusqu'a ce que la bride inférieure 35 prenne appui sur la face plane de l'embrevement 33, il faut orienter convenablement le manchon 34 de maniere que les pattes 36 se trouvent en vis-a-vis des échancrures 32 du bossage 30, 5 qui sont a traverser. Lorsque les echancrures 32 ont été franchies par les pattes 36, le manchon 34 est tourne autour de l'axe XX de telle sorte que les pattes 36 viennent prendre appui sur la Face superieure du bossage 30 hors des echancrures 32 (Fig. 4). Le manchon 34 est alors verrouille en position de retenue sur le bossage 30 du fond 17 10 du châssis 14. La coiffe de protection 37 est introduite par le haut autour du manchon 34 et vient reposer a son tour sur la face superieure du bossage 30 en recouvrant les pattes 36 ainsi que les echancrures 32.
Le manchon 34 ainsi verrouille est prêt a recevoir et a supporter 15 le masque de fonderie 28 qui est introduit a son tour par le haut et qui vient reposer sur la couronne interne de la bride 35 faisant saillie a l'interieur du manchon 34.
Chaque modele 24 en polystyrene expansé est alors introduit separement par le haut, jusqu'a ce que l'appendice 26 d'attaque de 20 coulee vienne s'emboîter dans une ouverture d'emboîtement 27 du masque de fonderie 28. On laisse alors chaque modele 24 reposer sur le support 25.
Chaque modele 24 se trouve alors dans la position illustree a la Fig. 3, en equilibre stable d'une part sur le support 25, d'autre part 25 sur le masque de fonderie 28. Cette position d'equilibre stable est bien determinee, bien centree a l'interieur du chassis 14 et rendue fixe par le manchon de centrage verrouille 34. Le manchon 34 sert egalement de support direct du masque 28 et indirect de chaque modele 24.
Avant le remplissage du châssis 14 en sables sans liant, sec, on obture la chambre periphérique d'aspiration 15 par un plateau superieur 40 applique provisoirement. Le plateau 40 d'obturation est une bande carree ou rectangulaire fermee, correspondant a la forme du chassis 14, et son perimetre interne et son perimetre externe suivent 35 les perimetres interne et externe de l'enveloppe peripherique ~i3~
d'aspiration 15. L'utilisation du plateau 40 est une simple precaution, facultative, pcur éviter l'entrée de sable dans la chambre 15.
L'introduction de sable sec sans liant S s~effectue par une 5 trémie 41 qui peut être fixe et de préférence située dans l'axe XX du masque de fonderie 2~ qui est également l~axe de symétrie des modeles 24 placés dans le châssis 14, ou bien mobile pour être déplacée au-dessus de l'ouverture du plateau 40, en évitant toutefois dans 1a mesure du possible, une chute directe du sable S sur des surfaces 10 éventuellement horizontales ou faiblement inclinées des modeles 24.
Pendant le remplissage en sable S tFig. 3), les vibreurs 13 sont actionnés de maniere a faire vibrer le châssis 14 et a provoquer une bonne répartition du sable a l'intérieur du chassis 14 et son tassement.
Grâce a la position inclinee descendant vers l'axe XX des appendices 26 de chaque modele 24, et grâce a la position surélevée du support 25 par rapport aux ouvertures d'emboltement 27, chaque modele 24 a une position inclinée descendante qui facilite le glissement du sable sur la paroi de dessus du modele 24 et qui facilite la mise en 20 place du sable au-dessous de chaque modele 24, c'est-a-dire entre le fond 17 du châssis 14, la coiffe protectrice 37, le masque 28 et les parois de dessous de chaque modele 24.
Lorsque le support 25 et chaque modele 24 sont completement enrobês de sable sec sans liant S bien tassé, et lorsque chaque modele 25 24 est bien recouvert de sable S jusqu'a la hauteur du plateau 40, celui-ci est enlevé et remplacé par le plateau 18 de serrage destiné a obturer la partie supérieure du moule 2 et a bien appliquer le châssis 14 sur le plateau 11. Les vibreurs 13 sont mis a l'arrêt. Le plateau 18 combiné avec la cloche d'aspiration 19 est appliqué avec force par 30 la tige de vérin 22 sur la partie supérieure du châssis 14 et l'aspiration est mise en oeuvre par le conduit 23. Cette aspiration s'exerce sur la masse de sable S contenu dans le châssis 14, sur le dessus, a travers les filtres, par la cloche d'aspiration 19, a la fois en vue de maintenir la rigidification de la masse de sable S et 35 en vue d'évacuer ultérieurement les gaz lors de la coulée, au fur et a mesure de la montée du métal liquide d~ns l'embouchure de coulée 29, dans le masque 28, les attaques de coulée 26 et chaque modèle 24, les .
lo gaz se formant abondamment~ notamment par la yazéification de chaque modele 24 en polystyrene expanse qui laisse la place a une cavite que le metal liquide emplit.
AVANTAGES
Grâce au positionnement precis et fixe des modeles 24, d'abord par les attaques de coulée 26 bien emboîtées dans les ouvertures d'emboîtement 27, puis, apres fusion des appendices 26, par l'emprisonnement du reste des modeles 24 dans une masse de sable S
rigide, l'immobilité des empreintes de moulage c'est-a-dire des 10 cavités correspondant aux modeles 24 apres la fusion progressive du polystyrene expansé, est assurée.
Grâce au contrôle de la pression dans le conduit g, comme par exemple decrit dans la demande de brevet en France déposée sous le N
82 17 120, le remplissage des empreintes de moulage en métal liquide, 15 notamment en fonte, mais éventuellement en acier, s'effectue avec un débit contrôlé approprié qui n'est ni trop lent (risque de grillage du polystyrene des modeles 24 au lieu de la gazélfication) ni trop rapide qui ne laisserait pas le temps aux gaz de s'échapper et qui laisserait des inclusions gazeuses importantes dans la masse de métal coulée. Ce 20 débit, ni trop lent ni trop rapide, est un débit constant. Ce débit contrôlé est fonction de la forme des modeles 24.
Grâce a la combinaison du masque de fonderie 28 donnant la forme de l'embouchure de coulée 29 du moule et des modeles 24 en polystyrene expansé, on combine les avantages du modele en polystyrene expansé
25 permettant un moulage économique de précision, avec un bel état de surface et les avantages du masque de fonderie qui est suffisamment robuste pour recevoir la chute de sable S, lors du remplissage du moule (chute principale), de sorte que chaque modele 24, relativement fragile, ne recoit pas directement la chute de sable et évite ainsi 30 l'érosion. Cependant, le masque de fonderie 28, robuste, re~oit le premier choc de métal liquide amené sous basse pression avant de répartir ce métal liquide en écoulement laminaire, non turbulent, vers les modeles 24. Le masque 28 évite donc le contact direct du premier jet de métal liquide avec la masse de sable S et par conséquent 35 l'érosion de cette masse de sable S et la retombée éventuelle de sable provenant de cette érosion dans la buse de coulée 8.
~2~i3{~
Grâce au centrage du masque ou de la carapace 2g par le manchon de centrae 34 et grâce au verrouillage de ce dernier par le systeme a baionnette des echancrures 32 et des pattes 36, le masque 28 est lui-même bien positionne et bien centre dans le châssis 14 et les modeles 5 24 sont, par voie de consequence, bien positionnes de maniere precise, et rendus immobiles pendant le remplissage en sable S et pendant la coulee.
Grâce au systeme d'aspiration/depression obtenu a la fois par l'alimentation en fonte liquide sous basse pression et par le maintien 10 de la depression par la cloche d'aspiration 19, pendant toute la coulee, on obtient differents avantages importants :
- un remplissage du moule 2 en fonte liquide a debit constant, precis, contrôle, ni trop lent ni trop rapide, mais cependant suffisamment rapide pour obtenir une cadence de production elevee, - on maintient la rigidite de la masse de sable sans liant, ce qui permet d'utiliser un tel sable et de realiser des economies importantes, tant dans la preparation de ce sable sec sans liant que dans le decochage des pieces moulees et le recyclage du sable sec sans liant S, 2G - on evacue rapidement et totalement les gaz au fur et a mesure de leur formation, de sorte que l'on évite les inclusions gazeuses et que l'on obtient des pieces saines.
Le systeme de verrouillage a baionnette du manchon de centrage 34 est susceptible d'être rendu automatique, pour la mise en place du 25 manchon 34, c'est-a-dire sa fixation sur le bossage 30 du châssis 14.
Ce procede de moulage et de coulee et ce type de moule suivant l'invention, ameliore sensiblement le rendement en metal liquide, c'est-a-dire le rapport entre le poids de chaque piece coulee proprement dite et le poids total de chaque piece coulee et des 30 appendices de coulee : ce rendement peut être au moins egal a 70 ~
alors qu'il n'est habituellement que de 30 % car ce type de moule permet de reduire au minimum les appendices de coulee 26 et d'eviter les events et masselottes en raison de la grande permeabilite du moule constitue par une masse de sable sans liant S, et de l'aspiration 35 maintenue par la cloche 19, a la fois pendant la confection du moule et pendant la coulee.
-~3~
Ce moule et ce mode de cou1ée permettent d'obtenir a l'état brut de fonderie, des pieces en fonte ou en acier de faible épaisseur, pouvant par exemple descendre Jusqu'a 2,5 mm.
VARIANTE
Suivant la variante illustrée a la Fig. 6, le ~,asque de fonderie 28 est supprimé et remplacé par un tronc 42 en polystyrene expansé, de meme forme que le masque de fonderie 28, c~est-a-dire présentant a sa partie superieure un dome de forme arquée concave ne faisant qu'une seule piece avec les appendices de coulée 26 qui constituent les lO branches du tronc 42, et constituant un carrefour en Y, avec lesdits appendices 26. Le tronc 42 a une forme extérieure cylindrique et présente un épaulement de maniere a s'emboiter et a reposer sur le manchon de centrage et de verrouillage 34. Le manchon 34 donne directement la forme de l'embouchure du moule et, a cet effet, ne 15 comporte plus de couronne inférieure en saillie interne dans le prolongement de la bride 35. Cette variante constitue une solution plus économique celle de l'exemple principal avec masque de fonderie et présente l'avantage de se preter facilement a un assemblage centre avec le manchon 34 du fait de la descente du modele en polystyrene 20 expanse, au plus pres de la buse de coulée 8.
Malgré un degagement gazeux supplementaire par rapport a l'exemple précedent, cette variante convient au moulage de pieces : massives pour lesquelles d'éventuelles inclusions gazeuses ne sont pas préjudiciables a la qualité des pieces.
Dans cette variante chaque modele 24 est assemblé directement avec le manchon 34.
Autres variantes : Le manchon de centrage et de support 34 peut etre rendu adhésif a la face plane de l'embrevement 33 du bossage 30, donc fixé par collage au lieu d'etre fixé par systeme de verrouillage 30 a baionnette, ce qui permet de supprimer les échancrures 32 et les pattes 36. Mais dans ce cas, dans l'état actuel de la technique, il est preferable de fixer manuellement le manchon 34.
Par ailleurs, au lieu de deux modeles 24, il peut n'y en avoir qu'un seul, ou bien au contraire plus de deux.
Par ailleurs, si, au lieu du four de fusion l, on emploie une poche de coulée sous basse pression, avec tube réfractaire vertical d'alimentation ascendante du moule 2, c'est le tube réfractaire 1',, V~.~r~ tl~ , r~ ,c~)r ~ rl i f,~r~ rl~,il(' ~j 'I ~ f?~iltJ()~ r r~ ? t (J~ f~'f' tJ~J sill Illtl~lA I i' 'rJ, ',()il (~ ,r~t~ slA~ r~1t~llrf~ ~?l-irlt l~t)PI-irluiit~ r~
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Par le brevet US 2 830 343, on connait un procede de moulage de precision en fonderie utilisant un modele perdu en polystyrene expanse et du sable de moulage autour de ce modele, c'est-a-dire un melange durcissable de sable et de liant. Dans ce procedé, le moule est alimente en metal liquide par gravite.
Par le brevet FR-A- 2 163 455, on connait un procéde de moulage de precision en fonderie utilisant un modèle gazeifiable en polystyrene expanse et un moule en sable sans liant, rendu compact par depression ou pression negative ou pression sous-atmospherique. Un tel procede est decrit avec alimentation du moule par gravite. Le modele 15 gazeifiable n'est pas positionne ni fixe rigidement par rapport au caisson contenant le moule. Ce procede de coulee a alimentation gravitaire necessite une alimentation en metal liquide avec un debit constant, ni trop eleve (risque de degagement gazeux du polystyrene qui cree des inclusions gazeuses dans la piece moulee), ni trop faible 20 (risque d'evaporation prematuree et incontrôlee du polystyrene expanse et d'inclusions de sable). Ce procede necessite donc l'emploi d'un bassin de coulee ou cône d'alimentation relativement important pour mieux contrôler et regulariser le debit d'alimentation en metal liquide et par consequent presente un rendement faible en metal coule, 25 ce rendement s'evaluant par le rapport entre la masse de metal utile, constituant la piece moulee proprement, dite et la masse totale du metal coule comprenant :
- la piece moulee - ses appendices de coulee - et le metal solidifie dans le bassin de coulee.
En raison de sa fragilite, le modèle gazeifiable est revêtu d'une carapace de resine thermodurcissable.
On connait par ailleurs le brevet FR-A-2 455 491 suivant lequel un moule de fonderie est constitue pas un masque de fonderie (ou 35 carapace) et un noyau, bien centre et immobilise au milieu d'une masse de particules metalliques sans liant, rigidifiees par un champ magnetique, et alimente de bas en haut, sous basse pression.
~ 6.~(30~3 Un tel procéde est avantageux par I'emploi de la basse pression qui, notamment, d'une part permet de contrôler le debit de metal liquide pendant tcute la durée du rempl;ssage de la cavité de moulage et qui, d'autre part, ameliore considerablernent le rendement en métal 5 du fait que les chenaux de coulée sont tres courts et que l'excédent de metal liquide apres solidification de la piece moulee est recupere dans une poche, par chute brutale de la pression exercee sur le metal liquide contenu dans la poche. Un tel procede est egalement avantageux parce qu'il permet une evacuation contrôlee des gaz et parce qu~il 10 peut être combiné avec une aspiration contrôlee des gaz et par consequent evite les inclusions gazeuses, et parce qu'il permet d'alimenter ou nourrir une cavite de moulage en metal liquide chaud, sous pression, creant ainsi un effet de masselottage dynamique, sans reduire le rendement en metal coule puisque le metal reste liquide 15 hors de la cavite de moulage retornbe dans la poche.
Quant au modele perdu gazeifiable on sait qu'il peut être creux et mince, puisqu'il a la forme exacte de la piece moulee a obtenir, et qu'il permet une plus grande precision de moulage que tout autre procede traditionnel de moulage.
Cependant, en raison de leur fragilite, les modeles gazeifiables ou modeles perdus n'ont jamais ete utilises en fonderie, a la connaissance de la Demanderesse, dans le procede de moulage sous basse pression.
La Demanderesse s'est pose le probleme de beneficier a la fois 25 des avantages du modele perdu gazeifiable, du sable sans liant, et du procede de moulage sous basse pression, sans avoir les risques d'inclusion gazeuse, et d'entrainement de sable dans le conduit de coulee ascendante, lors du remplissage du moule en sable sans liant et lors de la coulee sous basse pression.
Ce probleme est resolu par le procede de moulage de l'invention, pour l'obtention de pieces en fonte et autres alliages metalliques ferreux ou non, legers ou non, et superalliages, dans lequel on utilise un moule en sable sans liant, vibre, tasse, enrobant un modele perdu gazeifiable, le moule etant rigidifie sous depression, 3S caracterise en ce que l'on positionne au moins un modele en polystyrene expanse en l'assemblant avec un conduit donnant la forme de l'embouchure de coulee du moule, a la partie inferieure du moule, , .
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3L~ 3~3~3 conduit que l'on f;xe et que l'on verrou;lle à la partie inférieure du moule en vue d'une alimen-tation en métal liquide ascendante et sous basse pression.
Ce problème est résolu également par le moule de l'invention, 5 pour la mise en oeuvre du procédé ci-dessus, ce moule, du type comportant deux modeles perdus gazéifiables en polystyrene expansé, enrobes d'une masse de sable sans liant, rigidifiee par tassement et mise sous depression, contenue dans un châssis metalliqùe a chambre de depression peripherique et a moyens d'obturation et d'aspiration, 10 caracterise en ce qu'il comporte pour le positionnement desdits modeles a l'interieur du moule un manchon de centrage et de verrouillage assemble directement ou indirectement avec chaque modele en polystyrène expanse, constituant au moins par sa partie inférieure l'embouchure de coulée du moule, et comportant des moyens de 15 verrouillage sur le fond du châssis du moule, ledit manchon étant en un melange durci de sable et de liant, et les modèles étant pourvus d'appendices de coulee en polystyrène expanse servant au raccordement direct ou indirect avec ledit manchon.
Grâce à cet agencement, les modèles sont parfaitement positionnes 20 et immobilises pendant le remplissage du moule en sable sans liant et restent immobilises pendant la coulee.
D'autres caracteristiques et avantages apparaitront au cours de la description qui va suivre .
Au dessin annexe, donne seulement à titre d'exemple.
La Fig. 1 est une vue schematique en coupe d'un moule de fonderie suivant l'invention, en position de coulée, La Fig. 2 est une vue en coupe d'un detail du moule suivant la ligne 2-2 de la Fig. 1, La Fig. 3 est une vue analogue a la Fig. 1 du moule en cours de 30 réalisation, pendant l'operation de remplissage en sable sec, sans liant, La Fig. 4 est une vue partielle en plan suivant la ligne 4-4 de la Fig. 3 d'un detail du moule, La Fig. 5 est une vue schematique a plus petite échelle d'une 35 installation de fonderie pour l'alimentation en metal liquide sous basse pression d'un moule suivant l'invention, ~3~
La Fig. 6 est une vue partielle de détails d'une vari ante de moule suivant l'lnvetntion Suivant l'exemple d'exécution des Fig. 1, 2 et 5, une installation de coulée sous basse pression dans laquelle on utilise un moule de fonderie suivant l'inven-tion, comporte essen-tiellement un four de fusion 1 (ou bien une poche de coulée sous basse pression) et un moule de fonderie 2, formant avec le four de fusion 1 un ensemble de coulée en vase clos.
` 10 Le four de fusion est par exemple de type électrique, basculant au moyen d'un berceau 3 arqu~ porté par des galets 4 dont l'un est moteur et entra~ne en rotation par un groupe moto réducteur 5. Le four électrique 1, par exemple de type réver-bère, est chauffé par le rayonnement d'un barreau de graphitehorizontal 6. La voûte du four 1 provoque une re'verbération de la chaleur rayonnée sur le bain métallique, par exemple une fonte liquide F. Le four 1 comporte une goulotte ou un chenal de coulée 7, de section transversale fermée ou tubulaire, communi-quant avec la capacité intérieure du four, à la partie basse decelle-ci, et se revelant ~ l'extrémité libre par une buse de coulée 8, de préférence tronconique, destiné à communiquer de manière étanche avec une embouchure de coulée appartenant au moule 2.
Une conduite 9 débouchant dans la partie supérieure de la capacit~ intérieure du four 1, amene un flux gazeux inerte sous pression au-dessus de niveau du bain métallique de fonte F.
Le gaz inerte est de préférence de l'argon. Mais on peut egale-ment employer de'lazote ou de l'air sous pression. Sur la con-duite 9 est monte' un équipment 10 d'admission~et de réglage de pression, d'arrêt de pression et de mise a la decharge, avec robinet et avec cadran de mesure de la pression à l'intérieur de la capacité du four 1 au-dessus du bain de fonte F. ~ne telle installation est decrite dans la demande de brevet et France n 82 17 120 du 11 octobre 1982, publiée sous le numéro 2,534,167, ~63~
le 13 avril 198~.
Le moule 2 de fonderie es-t pose sur une table ou un pla-teau 11 (le plateau 11 pouvan-t appartenir à un convoyeur de moules) comportant une large ouverture 12 pour le passage de la goulotte de coulée a buse tronconique ~ et pour le posltlonnement de l'embouchure de coulée du moule, de préférence suivant l'axe vertical II de la buse troncônique 8. Sous la table 11, son-t fixés des dispositifs vibreurs 13 de part et d'autre de'ouverture 12.
4 a -263~
Le moule 2 comporte comme connu un châssis 14et des moyens d'aspiration ou de mise sous vide, de type décrit d~ns le brevet FR-A-21 63 455. Le châssis 14 parallélépipédique, et métallique, compor'ce une chambre peripherique lS de mise sous vide ou d'aspiration 5 delimitee par des cloisons internes periphériques, perforées 16 parallèles aux parois latérales ou flancs exterieurs du châssis 14.
Les perforations des cloisons 16 sont de dimensions suffisamment petites pour empêcher le passage du sable sec et sans liant S contenu dans le châssis 14. Le châssis 14 comporte un fond 17, métallique 10 comme le châssis, et, en guise de couvercle, est coiffé d'un plateau de serrage 18 surmonté d'une cloche d'aspiration 19. Le plateau de serrage 18, coif~ant la totalité du châssis 14 qu'il obture, comporte des orifices 20 debouchant dans la chambre périphérique 15 et des orifices à filtres 21 laissant passer l'air et les gaz mais 15 interdisant le passage au sable S. Il peut y avoir également des filtres 21 au-dessus de la chambre 15. Le plateau de serrage 18 est solidaire d'une tige de verin 22, par exemple d'axe XX, afin d'être appliqué sous pression sur le châssis 14 et d'appliquer sous pression l'ensemble du moule 2 sur la table 11. La cloche d'aspiration 19 est 20 raccordêe à un conduit d'aspiration 23 qui la traverse en débouchant dans l'espace compris entre la cloche 19 et le plateau de serrage 18.
Comme connu, des modèles perdus gazelfiables en polystyrène expansé, 24, par exemple au nombre de deux dans cet exemple, sont emprisonnés et noyes dans la masse de sable S compacte à l'interieur 25 du châssis 14 et plus prêcisément des cloisons internes 16. Les modèles 24, enduits de résine synthétique par exemple, et representes ici sous forme pleine mais pouvant être creux, s'ils sont destines à
l'obtention de pièces creuses telles que par exemple des tubulures d'echappement de moteur d'automobile, sont supportés et positionnes à
30 l'interieur de la masse de sable S de la manière suivante :
Au voisinage de l'extrèmite situee vers l'exterieur, ils sont supportes par des supports 25, par exemple en mélange durci de sable et de résine. Les supports 25 peuvent ne faire qu'un, par exemple sous forme d'un manchon tubulaire dont la base circulaire repose sur le 35 fond 17 du châssis 14. A leur extrémité la plus proche de l'axe XX, chaque modèle 24 comporte un appendice ayant la forme, et notamment la section transversale rectangulaire d'une attaque de coulée 26.
.
,, ~ ~ Ei3~
Conformement à l'invention, les appendices 26 representant les attaques de coulee sont emboîtes symetriquement par rapport a l'axe XX
de l'ouverture 12, dans les ouvertures 27 d'un masque de ~onderie 28 admettant e~alement l'axe XX comme axe de symetrie. Le masque de 5 fonderie 28 ou carapace, est constitué d'un mé1ange durc; de sable et de résine thermodurcissable, ou est en céramique (mélange durc; de sable et de liant minéral) et forme un chapeau pour l'embouchure de coulee 29 du moule 2, raccordable de manière étanche a l'or;fice de coulee à buse tronconique 8 de la goulotte 7. Le masque 28 forme aussi lO le carre~our de raccordement de ladite embouchure 29 à chacune des attaques de coulee 26. Le masque 28 comporte donc une forme tubulaire concretisant 29 l'embouchure de coulee du moule 2, et au-dessus de cette forme tubulaire, un dôme de forme arquêe concave dans cet exemple, mais qui pourrait être de forme arquee convexe, qui constitue 15 le carrefour précité en Y sur la peripherie duquel sont prévues les ouvertures 27 d'emboitement des appendices de coulée 26 des modeles 24. Les ouvertures d'emboitement 27 ont donc une section rectangulaire conjuguee de celle des appendices de coulée 26. Conformément a l'invention egalement, les ouvertures d'emboitement 27 sont orientées 20 symetriquement de manière oblique par rapport a l'axe XX, ainsi que les appendices de coulée 26 emboités dans les ouvertures 27, dans le sens montant a partir de l'axe XX vers chaque modele 24.
Le support et le positionnement du masque de fonderie 28 est realisé conformement a l'invention de la maniere suivante :
Le fond 17 du châssis 14 comporte un bossage 30 d'axe XX a ouverture circulaire 31 (Fig. 1 et 4). L'ouverture 31 comporte, par exemple, une paire d'échancrures 32 de forme rectangulaire, diamétralement opposées, par rapport a l'axe de symétrie XX. Sur sa face inferieure, le bossage 30 est evide sous forme d'un embrevement 30 circulaire de diametre sensiblement supérieur a celui de l'ouverture 31 qui est elle-même de diametre supérieur a celui de la partie tubulaire du masque de fonderie 28 matérialisant l'embouchure de coulée du moule.
En prise sur ce bossage 30 vient se placer et se verrouiller, 35 conformément a l'invention, un manchon 34 en matiere céramique, par exemple en melange durci de sable et de resine thermodurcissable. Le manchon 34 dont le diamètre interieur correspond au dlamètre extérieur a~
de la partie tubulaire du masque de fonderie 28, recoit intérieurement ladite partie tubulaire qui s'ajuste donc sur le m,anchon de centrage 34. Ce manchGn 34 comporte ur,e bride inférieure 35 présentant une saillie in~erne circulaire par rapport a la cavité cylin~rique 5 dudit manchon 34 ou couronne interne, pour recevoir et supporter la tranche d'ex-trémite inferieure de la partie tubulaire du masque de fonderie 28. La bride 35 est destinee a etre logee a l'intérieur de l'embrevement 33 pour venir s'appliquer sur la face inferieure du bossage 30. Au-dessus de la bride inferieure 35, le manchon de - lO~centrage 34 comporte une paire de pattes rectangulaires 36 de verrouillage, espacees de la bride inferieure 35, d'une hauteur correspondant a l'épaisseur du bossage 30 évidé par l'embrevement 33.
Les pattes rectangulaires 36 ont des dimensions legèrement inférieures a celles des échancrures rectangulaires 32 de maniere a pouvoir s'y 15 emboiter aYec jeu et à les traverser.
Les pattes 36 sont destinées à prendre appui sur la face - supérieure du bossage 30, en dehors des échancrures rectangulaires 32, - avec lesquelles elles constituent un systeme de verrouillage a balonnette. La bride 35 et les pattes 36 s'appliquent donc de part et 20 d'autre du bossage 30.
Enfin, la face superieure du bossage 30, les echancrures - --rectangulaires 32, les pattes 36 et une partie du manchon de centrage 34 sont recouverts d'une coiffe de protection 37 a profil de révolution d'axe XX en escalier ou double équerre, s'ajustant d'une 25 part sur la partie cylindrique du manchon de centrage 34 et d'autre part, reposant sur la face supérieure du bossage 30.
Dans cet exemple les mod?les 24 sont assemblés indirectement avec le manchon 34 par l'intermédiaire du masque 28.
Le moule de l'invention est confectionné de la maniere suivante 30-(Fig. 1, 2, 3 et 4) :
- Le châssis 14 est posé sur le plateau 11. Le support 25 des modeles 24 est mis en place en etant pose sur le fond 17 du châssis 14. Le châssis 14 est ouvert à l'air libre, c'est-à-dire non recouvert par le plateau 18. Le manchon de centrage et de verrouillage 34 est - 35 introduit dans l'ouverture circulaire 31 du bossage 30, à l'interieur du c~assis 14.
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.
~2~
Pour permettre cette introduction du manchon 34 jusqu'a ce que la bride inférieure 35 prenne appui sur la face plane de l'embrevement 33, il faut orienter convenablement le manchon 34 de maniere que les pattes 36 se trouvent en vis-a-vis des échancrures 32 du bossage 30, 5 qui sont a traverser. Lorsque les echancrures 32 ont été franchies par les pattes 36, le manchon 34 est tourne autour de l'axe XX de telle sorte que les pattes 36 viennent prendre appui sur la Face superieure du bossage 30 hors des echancrures 32 (Fig. 4). Le manchon 34 est alors verrouille en position de retenue sur le bossage 30 du fond 17 10 du châssis 14. La coiffe de protection 37 est introduite par le haut autour du manchon 34 et vient reposer a son tour sur la face superieure du bossage 30 en recouvrant les pattes 36 ainsi que les echancrures 32.
Le manchon 34 ainsi verrouille est prêt a recevoir et a supporter 15 le masque de fonderie 28 qui est introduit a son tour par le haut et qui vient reposer sur la couronne interne de la bride 35 faisant saillie a l'interieur du manchon 34.
Chaque modele 24 en polystyrene expansé est alors introduit separement par le haut, jusqu'a ce que l'appendice 26 d'attaque de 20 coulee vienne s'emboîter dans une ouverture d'emboîtement 27 du masque de fonderie 28. On laisse alors chaque modele 24 reposer sur le support 25.
Chaque modele 24 se trouve alors dans la position illustree a la Fig. 3, en equilibre stable d'une part sur le support 25, d'autre part 25 sur le masque de fonderie 28. Cette position d'equilibre stable est bien determinee, bien centree a l'interieur du chassis 14 et rendue fixe par le manchon de centrage verrouille 34. Le manchon 34 sert egalement de support direct du masque 28 et indirect de chaque modele 24.
Avant le remplissage du châssis 14 en sables sans liant, sec, on obture la chambre periphérique d'aspiration 15 par un plateau superieur 40 applique provisoirement. Le plateau 40 d'obturation est une bande carree ou rectangulaire fermee, correspondant a la forme du chassis 14, et son perimetre interne et son perimetre externe suivent 35 les perimetres interne et externe de l'enveloppe peripherique ~i3~
d'aspiration 15. L'utilisation du plateau 40 est une simple precaution, facultative, pcur éviter l'entrée de sable dans la chambre 15.
L'introduction de sable sec sans liant S s~effectue par une 5 trémie 41 qui peut être fixe et de préférence située dans l'axe XX du masque de fonderie 2~ qui est également l~axe de symétrie des modeles 24 placés dans le châssis 14, ou bien mobile pour être déplacée au-dessus de l'ouverture du plateau 40, en évitant toutefois dans 1a mesure du possible, une chute directe du sable S sur des surfaces 10 éventuellement horizontales ou faiblement inclinées des modeles 24.
Pendant le remplissage en sable S tFig. 3), les vibreurs 13 sont actionnés de maniere a faire vibrer le châssis 14 et a provoquer une bonne répartition du sable a l'intérieur du chassis 14 et son tassement.
Grâce a la position inclinee descendant vers l'axe XX des appendices 26 de chaque modele 24, et grâce a la position surélevée du support 25 par rapport aux ouvertures d'emboltement 27, chaque modele 24 a une position inclinée descendante qui facilite le glissement du sable sur la paroi de dessus du modele 24 et qui facilite la mise en 20 place du sable au-dessous de chaque modele 24, c'est-a-dire entre le fond 17 du châssis 14, la coiffe protectrice 37, le masque 28 et les parois de dessous de chaque modele 24.
Lorsque le support 25 et chaque modele 24 sont completement enrobês de sable sec sans liant S bien tassé, et lorsque chaque modele 25 24 est bien recouvert de sable S jusqu'a la hauteur du plateau 40, celui-ci est enlevé et remplacé par le plateau 18 de serrage destiné a obturer la partie supérieure du moule 2 et a bien appliquer le châssis 14 sur le plateau 11. Les vibreurs 13 sont mis a l'arrêt. Le plateau 18 combiné avec la cloche d'aspiration 19 est appliqué avec force par 30 la tige de vérin 22 sur la partie supérieure du châssis 14 et l'aspiration est mise en oeuvre par le conduit 23. Cette aspiration s'exerce sur la masse de sable S contenu dans le châssis 14, sur le dessus, a travers les filtres, par la cloche d'aspiration 19, a la fois en vue de maintenir la rigidification de la masse de sable S et 35 en vue d'évacuer ultérieurement les gaz lors de la coulée, au fur et a mesure de la montée du métal liquide d~ns l'embouchure de coulée 29, dans le masque 28, les attaques de coulée 26 et chaque modèle 24, les .
lo gaz se formant abondamment~ notamment par la yazéification de chaque modele 24 en polystyrene expanse qui laisse la place a une cavite que le metal liquide emplit.
AVANTAGES
Grâce au positionnement precis et fixe des modeles 24, d'abord par les attaques de coulée 26 bien emboîtées dans les ouvertures d'emboîtement 27, puis, apres fusion des appendices 26, par l'emprisonnement du reste des modeles 24 dans une masse de sable S
rigide, l'immobilité des empreintes de moulage c'est-a-dire des 10 cavités correspondant aux modeles 24 apres la fusion progressive du polystyrene expansé, est assurée.
Grâce au contrôle de la pression dans le conduit g, comme par exemple decrit dans la demande de brevet en France déposée sous le N
82 17 120, le remplissage des empreintes de moulage en métal liquide, 15 notamment en fonte, mais éventuellement en acier, s'effectue avec un débit contrôlé approprié qui n'est ni trop lent (risque de grillage du polystyrene des modeles 24 au lieu de la gazélfication) ni trop rapide qui ne laisserait pas le temps aux gaz de s'échapper et qui laisserait des inclusions gazeuses importantes dans la masse de métal coulée. Ce 20 débit, ni trop lent ni trop rapide, est un débit constant. Ce débit contrôlé est fonction de la forme des modeles 24.
Grâce a la combinaison du masque de fonderie 28 donnant la forme de l'embouchure de coulée 29 du moule et des modeles 24 en polystyrene expansé, on combine les avantages du modele en polystyrene expansé
25 permettant un moulage économique de précision, avec un bel état de surface et les avantages du masque de fonderie qui est suffisamment robuste pour recevoir la chute de sable S, lors du remplissage du moule (chute principale), de sorte que chaque modele 24, relativement fragile, ne recoit pas directement la chute de sable et évite ainsi 30 l'érosion. Cependant, le masque de fonderie 28, robuste, re~oit le premier choc de métal liquide amené sous basse pression avant de répartir ce métal liquide en écoulement laminaire, non turbulent, vers les modeles 24. Le masque 28 évite donc le contact direct du premier jet de métal liquide avec la masse de sable S et par conséquent 35 l'érosion de cette masse de sable S et la retombée éventuelle de sable provenant de cette érosion dans la buse de coulée 8.
~2~i3{~
Grâce au centrage du masque ou de la carapace 2g par le manchon de centrae 34 et grâce au verrouillage de ce dernier par le systeme a baionnette des echancrures 32 et des pattes 36, le masque 28 est lui-même bien positionne et bien centre dans le châssis 14 et les modeles 5 24 sont, par voie de consequence, bien positionnes de maniere precise, et rendus immobiles pendant le remplissage en sable S et pendant la coulee.
Grâce au systeme d'aspiration/depression obtenu a la fois par l'alimentation en fonte liquide sous basse pression et par le maintien 10 de la depression par la cloche d'aspiration 19, pendant toute la coulee, on obtient differents avantages importants :
- un remplissage du moule 2 en fonte liquide a debit constant, precis, contrôle, ni trop lent ni trop rapide, mais cependant suffisamment rapide pour obtenir une cadence de production elevee, - on maintient la rigidite de la masse de sable sans liant, ce qui permet d'utiliser un tel sable et de realiser des economies importantes, tant dans la preparation de ce sable sec sans liant que dans le decochage des pieces moulees et le recyclage du sable sec sans liant S, 2G - on evacue rapidement et totalement les gaz au fur et a mesure de leur formation, de sorte que l'on évite les inclusions gazeuses et que l'on obtient des pieces saines.
Le systeme de verrouillage a baionnette du manchon de centrage 34 est susceptible d'être rendu automatique, pour la mise en place du 25 manchon 34, c'est-a-dire sa fixation sur le bossage 30 du châssis 14.
Ce procede de moulage et de coulee et ce type de moule suivant l'invention, ameliore sensiblement le rendement en metal liquide, c'est-a-dire le rapport entre le poids de chaque piece coulee proprement dite et le poids total de chaque piece coulee et des 30 appendices de coulee : ce rendement peut être au moins egal a 70 ~
alors qu'il n'est habituellement que de 30 % car ce type de moule permet de reduire au minimum les appendices de coulee 26 et d'eviter les events et masselottes en raison de la grande permeabilite du moule constitue par une masse de sable sans liant S, et de l'aspiration 35 maintenue par la cloche 19, a la fois pendant la confection du moule et pendant la coulee.
-~3~
Ce moule et ce mode de cou1ée permettent d'obtenir a l'état brut de fonderie, des pieces en fonte ou en acier de faible épaisseur, pouvant par exemple descendre Jusqu'a 2,5 mm.
VARIANTE
Suivant la variante illustrée a la Fig. 6, le ~,asque de fonderie 28 est supprimé et remplacé par un tronc 42 en polystyrene expansé, de meme forme que le masque de fonderie 28, c~est-a-dire présentant a sa partie superieure un dome de forme arquée concave ne faisant qu'une seule piece avec les appendices de coulée 26 qui constituent les lO branches du tronc 42, et constituant un carrefour en Y, avec lesdits appendices 26. Le tronc 42 a une forme extérieure cylindrique et présente un épaulement de maniere a s'emboiter et a reposer sur le manchon de centrage et de verrouillage 34. Le manchon 34 donne directement la forme de l'embouchure du moule et, a cet effet, ne 15 comporte plus de couronne inférieure en saillie interne dans le prolongement de la bride 35. Cette variante constitue une solution plus économique celle de l'exemple principal avec masque de fonderie et présente l'avantage de se preter facilement a un assemblage centre avec le manchon 34 du fait de la descente du modele en polystyrene 20 expanse, au plus pres de la buse de coulée 8.
Malgré un degagement gazeux supplementaire par rapport a l'exemple précedent, cette variante convient au moulage de pieces : massives pour lesquelles d'éventuelles inclusions gazeuses ne sont pas préjudiciables a la qualité des pieces.
Dans cette variante chaque modele 24 est assemblé directement avec le manchon 34.
Autres variantes : Le manchon de centrage et de support 34 peut etre rendu adhésif a la face plane de l'embrevement 33 du bossage 30, donc fixé par collage au lieu d'etre fixé par systeme de verrouillage 30 a baionnette, ce qui permet de supprimer les échancrures 32 et les pattes 36. Mais dans ce cas, dans l'état actuel de la technique, il est preferable de fixer manuellement le manchon 34.
Par ailleurs, au lieu de deux modeles 24, il peut n'y en avoir qu'un seul, ou bien au contraire plus de deux.
Par ailleurs, si, au lieu du four de fusion l, on emploie une poche de coulée sous basse pression, avec tube réfractaire vertical d'alimentation ascendante du moule 2, c'est le tube réfractaire 1',, V~.~r~ tl~ , r~ ,c~)r ~ rl i f,~r~ rl~,il(' ~j 'I ~ f?~iltJ()~ r r~ ? t (J~ f~'f' tJ~J sill Illtl~lA I i' 'rJ, ',()il (~ ,r~t~ slA~ r~1t~llrf~ ~?l-irlt l~t)PI-irluiit~ r~
,er~ !dI(IIre ~le I jJ r()r~ !lle d'~il.ln(:rli~llfJ~ ~3, ~;Ur I jJ br;df~J ~,t~ (JU
Ill~lri('rl~)n ~ l;,r'hln~ rll'fir''i~!Ur'r! dlAd'lt, ~,Ui:)e r~ifr~lt,k~ire Ver7,~ st 1r(lt'~(', (;n!1~111~1 (;l~rlrlU, (lilr~ 1 P(Jrll,e ~ (,(Jrltt,~nUt! diArlt.i 'i~,7 por,'ile, 'rll'ill, ~ )irl(;t3 ~ f()rll;e ii(~ 'itil', ~)n ~(,!IAt t,()~Al(~r dt,' t;t?ttt3 Irli~rl'i~?re . n~ lrJl~'i Illi~'i,illll~ll,l~'~', ()X~/d~AI)I(~ 1 I;ellil)~,ir'al;lAr'e tlÇ,~ t~ ?ç1 t,levt'ir,' S~ r'lellr`~r f~ l'i tlUf,! It'!C, il~:'it,'r'i îll ~ ,"it l'`i~lblt'lnt3nt a7'1'1'iéti OlA
r~ rl A7 1 IQ~ rl~ lt~ s SlAI)t~'r'tll I iiItl(3S, (,'f,3'it,~rJ~tlirf.? It?S i31 I'iiltJt!s It) t(!rllurl~ t)lr7~ t~ , (It~ fr~r f?l; tlt'"i l3()1Ar(,(~r~ti3~Jf~ or7`;i~nts dr~
n l ~,kt~ l, rl~ r ()~ l dr! t,t)bil I k ( ~ tlCC; ~ e~r n l r:kf.3 I t,l~rtJrllrl - f er rl I t`d~ ellr ulllr! (~t)t)~l I 1. ) .
Claims (12)
DROIT EXCLUSIF DE PROPRIETE OU DE PRIVILEGE EST REVENDIQUE, SONT
DEFINES COMMES IL SUIT:
1. Procédé de moulage de précision en fonderie de pièces en fonte et autres alliages métalliques, ferreux ou non, légers ou non, et superalliages, dans lequel on utilise un moule en sable sans liant, vibré, tassé, enrobant un modèle perdu gazèifiable, le moule étant rigidifié sous dépression, carac-térisé en ce que l'on positionne au moins un modèle en poly-styrène expansé en l'assemblant avec un conduit donnant la forme de l'embouchure de coulée du moule, a la partie inférieure du moule, conduit que l'on fixe et que l'on verrouille à la partie inférieure du moule en vue d'un alimentation en métal liquide ascendante et sous basse pression.
2. Moule de fonderie pour la mise en euvre du procédé
suivant la revendication 1 ce moule du type comportant deux modè-les perdus gazéifiables en polystyrene expansé, enrobes d'une masse de sable sans liant rigidifiée par tassement et mise sous dépression, contenue dans un châssis métallique à chambre de dépression périphérique et a moyens d'obturation et d'aspiration caractérisé en ce qu'il comporte pour le positionnement desdits modèles à l'interiéur du moule un manchon de centrage et de ver-rouillage assemblé directement ou indirectement avec chaque mod-èle en polystyrène expansé et constituant au moins par sa partie inférieure l'embouchure de coulée du moule et comportant des moyens de verrouillage sur le fond du châssis du moule ledit man-chon étant en un mélangé durci de sable et de liant, et les mode-les étant pourvus d'appendices de coulée en polystyrene expansé
servant au raccordement direct ou indirect avec ledit manchon.
suivant la revendication 1 ce moule du type comportant deux modè-les perdus gazéifiables en polystyrene expansé, enrobes d'une masse de sable sans liant rigidifiée par tassement et mise sous dépression, contenue dans un châssis métallique à chambre de dépression périphérique et a moyens d'obturation et d'aspiration caractérisé en ce qu'il comporte pour le positionnement desdits modèles à l'interiéur du moule un manchon de centrage et de ver-rouillage assemblé directement ou indirectement avec chaque mod-èle en polystyrène expansé et constituant au moins par sa partie inférieure l'embouchure de coulée du moule et comportant des moyens de verrouillage sur le fond du châssis du moule ledit man-chon étant en un mélangé durci de sable et de liant, et les mode-les étant pourvus d'appendices de coulée en polystyrene expansé
servant au raccordement direct ou indirect avec ledit manchon.
3. Moule suivant la revendication 2 caractérisé en ce que le manchon de centrage et de verrouillage du masque formant l'embouchure de coulée s'emboîte par sa partie tubulaire sur le fond du châssis et s'applique par une bride et des pattes rectan-gulaires de part et d'autre d'un bossage du fond du châssis pourvu échancrures rectangulaires de forme et de dimensions correspondant aux pattes du manchon.
4. Moule suivant la revendication 3 caractérisé en ce que la bride et les pattes s'appliquent de part et d'autre du bossage du fond du châssis du moule par rotation du manchon de centrage et de verrouillage, de telle sorte que les pattes soient décalées par rapport aux échancrures, après traversée desdites échancrures avec lesquelles elles constituent un système de ver-rouillage de type baionnette.
5. Moule suivant la revendication 3 caractérise en ce que le bossage du fond du châssis est évidé par un embrèevement sur le fond duquel s'applique la bride du manchon.
6. Moule suivant la revendication 2 caractérisé en ce que les deux modèles perdus gazéifiables en polystyrène expansé
sont assembles indirectement au manchon par l'intermediaire d'un masque de fonderie tubulaire en mélange durci de sable et de liant donnant la forme de l'embouchure de coulée du moule, ledit masque étant raccordé d'une part a chaque modèle gazéifiable, d'autre part au manchon pour le centrage et le verrouillage du masque sur le fond du châssis du moule.
sont assembles indirectement au manchon par l'intermediaire d'un masque de fonderie tubulaire en mélange durci de sable et de liant donnant la forme de l'embouchure de coulée du moule, ledit masque étant raccordé d'une part a chaque modèle gazéifiable, d'autre part au manchon pour le centrage et le verrouillage du masque sur le fond du châssis du moule.
7. Moule suivant la revendication 6 caractérisé en ce que chaque modèle comporte un appendice de coulée de section transversale rectangulaire qui s'emboîte dans une ouverture de section rectangulaire du masque de fonderie.
8. Moule suivant la revendication 6 caractérisé en ce que le manchon de centrage et de verrouillage comporte une couronne intérieure en saillie par rapport a la partie tubulaire du manchon, en prolongement de la bride, ladite couronne interne supportant la tranche d'extrémite inférieure du masque de fonderie, ladite bride étant raccordée de manière etanche a une buse tronconique de coulée par interposition d'une rondelle d'étancheite entre bride et buse.
9. Moule suivant la revendication 6 caractérisé en ce que le masque de fonderie tubulaire donnant la forme de l'embouchure de coulée du moule comporte au-dessus de sa forme tubulaire un dôme de forme arquée concave constituant un car-refour en Y de raccordement de l'embouchure de coulée avec les ouverture d'emboîtement des appendices de coulée des modèles,
10. Moule suivant la revendication 2 caractérisé en ce que les appendices de coulée de chaque modèle sont orientés symétriquement et obliquement par rapport à l'axe (X-X) de l'embouchure de coulée du moule dans le sens montant a partir du-dit axe vers chaque modèle.
11. Moule suivant la revendication 2 caractérisé en ce que, dans le manchon est emboîté, centre et appuyé un tronc en polystyrène expansé donnant la forme de l'embouchure de coulée et ne faisant qu'une seule pièce avec les appendices de coulée qui constituent les branches du tronc, les modèles étant alors assem-bles directement au manchon.
12. Moule suivant la revendication 11 caractérise en ce que le tronc en polystyrène expansé a la même forme que le masque de fonderie et présente a sa partie supérieure un dôme de forme arquée concave constituant un carrefour en Y de raccordement du tronc avec les appendices de coulée des modèles.
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