Procédé de confection de moules de fonderie. La présente invention est relative à un procédé pour la confection de moules, notam ment pour la confection de moules d'une seule pièce présentant des cavités ou creux compli qués ou irréguliers. L'invention concerne éga lement un moule produit selon ce procédé.
Pour la préparation de moules en une seule pièce destinés à la coulée de pièces métalli ques, il a été usuel jusqu'à présent de fabri quer un modèle en une matière qui se trouve à l'état solide aux températures normales, par exemple en cire ou en un métal à bas point. de fusion. Ce modèle était ensuite incorporé à une autre matière capable de former un moule et convenant au métal que l'on désirait couler. La matière formant le moule était en suite séchée dans un four, et on la soumettait à une température suffisamment élevée pour faire fondre la cire ou le métal, que l'on éva cuait du moule pour obtenir une cavité dans laquelle on coulait le métal destiné à former la pièce coulée.
Mais la préparation de moules d'une seule pièce par ces procédés ne donnait. pas des ré sultats entièrement satisfaisants. La cire est relativement tendre et., par suite de sa faible résistance mécanique, les modèles de durée temporaire qui en sont faits doivent être limi tés dans leurs dimensions, ils sont sujets à la. déformation et ils doivent être incorporés à une matière également tendre.
Pour la fabri cation de modèles avec des métaux à bas point de fusion, il est nécessaire de mouler les mo- dèles de durée temporaire sous une pression élevée, par coulée cri matrices par exemple, afin de munir le moule principal de tous les détails avec la finesse nécessaire, ce qui aug mente les frais de production.
Mais le principal inconvénient de l'emploi de modèles en cire ou en métaux à bas point de fusion est le temps nécessaire et la. perte entraînée par la récupération de la cire ou du métal dans le moule final. Lors de la fusion du modèle, la tension superficielle de la ma tière liquéfiée est trop faible pour permettre la récupération de la totalité de la matière du modèle et il est donc nécessaire de volatiliser le reste de cire ou de métal à une tempéra ture relativement élevée. Il en résulte non seu lement. des pertes de temps, mais dans ces pro cédés, il- n'est pas possible pratiquement de récupérer la totalité de la matière coûteuse des modèles.
La température nécessaire à la volatilisation des derniers restes de la ma tière du modèle a également un effet. nuisible sur la. matière formant le moule, et ceci est en particulier le cas lorsque le moule a des dimen sions relativement grandes.
Le but de la présente invention est donc de créer un procédé pour la préparation de moules en une pièce à l'aide de modèles faits en un matériau métallique qui se trouve à l'état liquide à la température ambiante de fonderies et qui se gèle à des températures sensiblement au-dessous de zéro.
On peut uti liser des matières très variables, par exemple le mercure, les alliages liquides de sodium et de potassiiun, les amalgames du mercure qui sont liquides aux températures de traitement des moules, par exemple un amalgame du mercure avec une faible proportion de cad- mium, de zinc ou d'argent. Il y a lieu de noter que la plupart de ces amalgames sont liquides aux températures normales et se congèlent à des températures très inférieures au zéro degré centigrade.
On emploie de préférence le mercure à l'état relativemÉnt pur, étant donné qu'il pré sente des propriétés qui le rendent particu lièrement indiqué à cet effet. Mais il est bien entendu que l'invention ne se limite pas à ce cas spécial, le mercure pouvant.
contenir des impuretés, en solution ou en suspension ou retés n'affectent pas les propriétés physiques même amalgamées, à condition que ces impu- du mercure, qui. en font une matière particu lièrement indiquée pour le but envisagé.
Pour la fabrication de modèles temporaires employés dans la fabrication de pièces coulées, il a été trouvé que le mercure est spéciale ment indiqué grâce à sa tension superficielle élevée, qui lui permet de s'écouler facilement hors de moules ordinaires, ce qui permet éga lement la récupération de la totalité de la ma tière des modèles temporaires dans les moules ordinaires. De plus, le mercure se volatilise à des températures de 370 C et moins, et il se condense facilement, de sorte qu'il est possible de récupérer complètement la matière du mo dèle, même dans des moules de forme compli quée, sans qu'il en résulte une détérioration quelconque de ces moules.
Le mercure a également une densité élevée et il se laisse diviser mécaniquement en parti eules ayant presque des dimensions molécu laires. On évite ainsi la coulée avec centrifu gation ou sous pression des modèles tempo raires en vue de l'obtention d'une reproduc tion exacte des détails qui doivent être prévus dans le moule principal. Le mercure a égale ment des propriétés lubrifiantes et il n'affecte donc pas les cavités compliquées des moules principaux, de même qu'il n'exerce aucune action nuisible sur les parois du moule de cou- lée final. Le moule principal a donc une du rée relativement. longue et on peut obtenir des reproductions exactes avec le moule final.
Le,mercure produit également un effet de nettoyage de la surface du moule, et i1 peut être facilement épuré par simple filtrage. Une faible quantité de matière à modèle peut donc suffir pour une production sir une grande échelle.
De plus, le mercure possède des propriétés thermiques qui font qu'il est particulièrement indiqué pour la confection de modèles tempo raires dans les procédés de coulée. Par exem ple, il a un faible coefficient de dilatation thermique qui devient approximativement égal à zéro lorsque la matière se solidifie. Il en résulte que le mercure enregistre avec cer titude tous les détails du moule principal et que le modèle en mercure peut être facilement retiré de ce moule principal, même si ce mo dèle temporaire porte des garnitures trans versales rectilignes ou filetées. Le mercure possède également un coefficient élevé de con ductibilité thermique.
Cette propriété est par ticulièrement importante, parce qu'elle abrège le cycle de la fabrication et que, dans la pré paration du moule final, le mercure entre en fusion d'abord dans les petits angles du moule. D'autre part, et grâce à la tension su perficielle élevée, le mercure fondu maintient le caeur de mercure solide en suspension, de sorte que les détails de grande finesse du moule ne risquent pas d'être endommagés. Cette pro priété permet également d'ajouter des détails au modèle après son enlèvement du moule principal, ou bien le modèle peut être tra vaillé ou réparé.
On peut également confec tionner des fractions de modèles dans des moules principaux séparés, et assembler en suite les fractions à l'aide de broches en mer cure ou par fusion.
A l'état congelé, le mercure possède égale ment une bonne dureté superficielle et une résistance mécanique élevée, ce qui réduit la perte en finesse des détails ou les écarts de précision des dimensions au cours des mani pulations du modèle solide, pendant le cycle du moulage des pièces. Cette caractéristique permet également d'incorporer les modèles aux matériaux de moulage du commerce, tels que le sable de fonderie, et ces matériaux peuvent être bourrés ou pilonnés fortement contre la surface du modèle. Il n'existe donc aucune limite pour les dimensions des moules et les pièces coulées à produire.
En conséquence, un but de l'invention est de créer un procédé pour la préparation de moules.
Un autre but de l'invention est de pro duire un moule selon ledit procédé. L'invention a pour objet un procédé de préparation d'un moule, caractérisé en ce que l'on introduit un matériau métallique qui se trouve à l'état liquide à, la température am biante des fonderies, et qui se congèle à des températures inférieures à 0 C dans un moule principal, en ce que l.'on fait congeler ce ma tériau pour former un modèle, en ce que l'on enlève ce modèle congelé du moule principal, en ce que l'on enrobe ce modèle à l'état con gelé dans une composition de moulage et en ce que l'on soumet. le moule final ainsi obtenu à une température à laquelle le modèle se liquéfie, le liquide étant. ensuite évacué du moule final.
Des formes d'exécution pour la mise en aeuvre du procédé suivant l'invention vont être décrites à titre d'exemples.
Sur le dessin La fia. 1 est une vue d'ensemble représen tant les différentes opérations qui composent le procédé.
La fia. 2 est une vue en bout avec parties en coupe d'un moule principal servant à la fabrication du modèle temporaire.
La fia. 3 est une vue en coupe transver sale suivant la ligne 3-3 de la fia. 2.
La fia. 4 est une vue en coupe transversale suivant la ligne 4-4 de la fia. 1 et montre un appareil de réfrigération, le moule étant représenté en élévation.
La fig. -5 est une vue en perspective d'un modèle terminé, représenté dans son état soli difié par congélation.
La fig. 6 est une vue en élévation d'un châssis destiné à recevoir le modèle congelé et la, matière de moulage, certaines parties du châssis étant arrachées pour montrer les parties supérieures du modèle et du maté riau de moulage.
La fia. 7 est une vue en coupe transver sale suivant la ligne 7-7 de la fig. 6.
La fia. 8 est une vue en coupe transver sale suivant la ligne 8-8 de la fia. 1, et montre un appareil épurateur de mercure avec certaines parties en élévation, le châssis étant représenté dans une position renversée pour permettre l'écoulement du mercure hors du moule final.
La .fia. 9 est une vue en coupe d'un four pour le chauffage du matériau formant le moule final, et pour la volatilisation des der- iiiers restes du liquide.
La fia. 10 est une vue en coupe transver sale du moule final avec certaines parties représentées en élévation.
La fia. 11. est une vue en élévation de face montrant un modèle temporaire composé de plusieurs éléments également temporaires.
La fia. 12 est -une vue en élévation latérale du modèle que représente la. fie. 11.
La fie. 13 est une vite en élévation laté rale de la partie supérieure du modèle que montrent. les fia. 11 et 12, avant la mise en place des supports.
La. fia. 14 est une vue en coupe transver sale suivant la ligne 14-14 de la fie. 13.
Les fia. 1.5 et 16 sont des vues en élévation de petits modèles temporaires qui sont. fabri qués séparément et qui sont ensuite fixés sur d'autres modèles temporaires pour l'obtention d'un modèle composé tel que le montrent les fia. 11 et 12.
La fia. 1.7 est une vue en élévation d'un modèle solidifié ou congelé ayant. la forme d'un ressort.
La fig. 18 est une vue en élévation avec certaines parties en coupe du moule final pour la coulée du ressort, dont le modèle temporaire est représenté par la fig. 17.
La. fia. 19 est une vue en élévation de deux éléments de modèle, l'élément supérieur étant représenté en traits pleins tel qu'il sort du moule et en traits pointillés dans la position d'assemblage, dans laquelle il constitue un modèle composé avec l'élément inférieur.
La fig. 20 est une vue en bout des éléments de modèle que montre la fig. 19.
La. fig. 21 est une vue en élévation laté rale d'un modèle congelé ayant la forme d'iui maillon de chaîne.
La fi-. 22 est une suie en plan de modèles congelés en forme de maillons de chaîne, assemblés pour constituer une chaîne et incor porés à une masse de sable de fonderie.
La fig. 23 est une vue en coupe transver sale suivant la ligne 23-23 de la fig. 22. La fig. 21 est une vue en élévation d'un modèle congelé ayant la forme d'un maillon de chaîne, avec certaines parties de ce maillon écartées pour permettre la mise en place d'un maillon suivant.
La fig. 25 est une vue en élévation d'un modèle congelé composé de maillons de chaîne, dont certains sont assemblés et dont un se trouve dans une position d'assemblage.
Ainsi qu'il a été dit précédemment, on peut employer pour la confection du modèle et du moule en une pièce des matériaux dif férents qui se trouve à l'état liquide aux tem- pératures ambiantes auxquelles le moule est préparé.
Cependant, pour simplifier la des cription, il ne sera question que de l'emploi du mercure. - D'une façon générale, pour la confection de moules par ce procédé, on prépare tout d'abord de la manière usuelle un moule prin cipal présentant un trou de coulée, et ce moule est introduit dans un appareil réfrigé rateur capable de congeler le mercure. On coule dans la cavité du moule principal du mercure à l'état liquide qui est ensuite con gelé. Le modèle en mercure congelé est enlevé du moule principal, placé dans un châssis et enrobé dans un matériau de moulage capable de s'agglomérer ou de se solidifier pour former le moule final.
Le mercure est alors liquéfié et évacué dit moule final et laisse dans celui-ci une cavité de forme similaire à celle du mo dèle en mercure. Le moule est ensuite séché dans un four convenable et le métal servant à la fabrication de la pièce coulée est coulé à l'intérieur du moule. Ce dernier est finale ment détruit pour l'enlèvement de la pièce coulée par les opérations de démoulage usuelles.
La marche générale du procédé est repré sentée par la fig. 1 du dessin, sur laquelle 1 désigne l'appareil réfrigérateur, 2 le maté riau de moulage, 3 l'appareil épurateur du mercure, 4 le four et 5 le moule final, d'une seule pièce, à l'aide duquel on fabrique par coulée la pièce métallique désirée.
Les fig. 2 à 10 représentent plus particu lièrement le procédé pour la fabrication d'un modèle temporaire en mercure congelé, ainsi que les opérations de la préparation du moule final. Ainsi que le montrent les fig. 2 et 3, on construit d'abord un moule principal divi sible, formé de deux coquilles 6 et 7 qui sont. maintenues assemblées par un dispositif tel, par exemple, qu'un ressort 8. Ce moule pré sente dans son plan d'assemblage un trou de coulée 9.
On voit que, dans le moule repré senté, les deux coquilles sont munies intérieu rement de nervures longitudinales 1.1 et 12, servant à former dans le modèle des rainures, et que ces deux coquilles portent également intérieurement deux garnitures rectangulaires rapportées 12 (dont une seule est représentée) et qui s'étendent sur un côté du moule au niveau du plan de division, en direction des extrémités opposées de la cavité du moule.
Deux garnitures similaires 14, de forme rec tangulaire, s'étendent dans la cavité du moule sur le côté opposé du moule. Les garnitures sont munies de poignées 15 qui permettent de les enlever commodément du modèle après la confection de celui-ci. Bien entendu, les gar nitures 1.1, 12, 13 et 14 peuvent recevoir une forme quelconque. Par exemple, elles peuvent être filetées pour former des trous filetés dans le modèle.
Pour la confection du modèle congelé, le moule principal est introduit dans un appa reil réfrigérateur, capable de provoquer la congélation dit mercure, et le mercure à l'état liquide est ensuite coulé dans la cavité de ce moule à travers le trou de coulée 9. Ainsi que le montre le dessin, cet appareil se compose d'un réservoir 16, dont les.
parois sont faites d'une matière mauvaise conductrice de la cha leur, et ce réservoir est divisé en deux chambres communicantes 17 et 1.8 à l'aide d'une cloison 19 qui s'arrête à une faible distance du fond. La. chambre 17 contient de la neige carbonique et. elle baigne dans un liquide ayant un bas point de congélation, liquide qui est, par exemple, constitué par de l'acétone ou du dichlorure d'éthylène. Ce li quide peut pénétrer librement dans la cham bre 18, où il entre en contact avec le moule principal et provoque la congélation du mer cure.
Ainsi que le montre le dessin, le liquide à bas point d'ébullition ne recouvre pas entière ment le moule principal, de sorte que le trou de coulée reste dégagé pour recevoir le mercure. Cependant, il importe peu que ce liquide puisse filtrer à l'intérieur de la cavité du moule. Toute quantité de liquide ayant éventuelle ment pénétré à l'intérieur de ce moule est dé placée par le mercure plus lourd, où le moule principal peut donc être entièrement immergé dans le liquide à bas point d'ébullition, la coulée du mercure dans la cavité du moule ayant alors lieu à travers le liquide relative ment léger.
En fait, ce dernier procédé pré sente certains avantages, étant donné que, lors qu'un liquide à bas point d'ébullition, en par ticulier l'acétone, est. déplacé dans le moule par le mercure, le démoulage et l'enlèvement. du modèle en mercure congelé en est facilité.
Après la congélation du mercure, le moule qui le contient est. retiré du bain de liquide, le ressort 8 est enlevé, le moule est ouvert et les garnitures 13 et 14 sont retirées. On ob tient de cette faon un modèle en mercure con gelé tel que le montre la fig. 5 du dessin.
Grâce à la densité élevée du mercure et grâce au fait qu'il se laisse diviser en parti- eules de grosseur moléculaire, il n'est pas né cessaire de mouler le mercure sous une forte pression pour obtenir l'enregistrement des dé tails les plus fins du moule. De plus, grâce aux propriétés lubrifiantes, le mercure n'at taque en aucune manière les saillies ou gar nitures placées dans la cavité du moule.
Le moule principal peut donc servir longtemps. Etant donné que le mercure a un faible coef ficient de dilatation thermique, qui est approximativement égal à zéro lorsque le mer cure se solidifie, on voit également que les garnitures 13 et 14 peuvent être facilement enlevées du modèle en mercure congelé. Ainsi que le montre le dessin, les nervures de sec tion angulaire forment sur le modèle des rai nures 20 qui reproduisent exactement la forme des nervures, et des garnitures forment des rainures rectangulaires 21 de forme identique.
Après son enlèvement du moule, le mo dèle en mercure a une stabilité considérable, une bonne dureté superficielle et une résis tance mécanique élevée. Il est ensuite enrobé dans une composition convenant à la prépa ration d'un moule servant à la fabrication de pièces coulées, par exemple dans du sable de fonderie.
Pour la préparation du moule final, le modèle en mercure est placé dans un châssis 22 qui peut avoir tune forme quelconque. Ainsi que le montre le dessin, ce chassis se compose de deux coquilles de section incurvée 23 et 21, articulées l'une sur l'autre en 25 et réunies entre elles par une broche 26 sur le côté opposé à l'articulation.
Les éléments su périeur et inférieur du châssis sont formés par des plateaux ou disques 27 et 27a, réunis par une entretoise 28, et le plateau supérieur 27 est percé d'une ouverture 29, à travers la quelle on peut introduire le matériau d'enro bage. Etant donné la dureté superficielle éle vée du modèle en mercure à l'état congelé, le matériau d'enrobage ou la composition petit être bourré ou pilonné, pour être bien serré tout autour du modèle.
Après la. prise de la composition d'enro bage, on laisse fondre le modèle en mercure, la masselotte 30 formant alors le trou de cou lée du moule. La fusion du modèle en mer cure peut avoir lieu à la température de l'air ambiant de la fonderie. Le châssis peut égale ment être introduit dans une chambre chaude ou bien on peut appliquer de la chaleur pour accélérer la fusion du modèle en mercure. Le châssis 22 est alors renversé de la manière indiquée par la fig. 8 et le mercure peut s'écouler hors du châssis.
Le mercure peut être commodément épuré par le fait qu'on le fait passer à travers im tamis 31 et un filtre 32 vers l'intérieur d'un récipient 33. Grâce à sa tension superficielle élevée, le mercure s'écoule entièrement hors de moules ordinaires, mais si ce moule est de forme compliquée, il peut devenir nécessaire de volatiliser les der niers restes du mercure. Ceci peut être com modément effectué au cours du séchage du moule, tel que le représente en particulier la fig. 9 du dessin, dans laquelle 34 désigne un four dans lequel est introduit le châssis 22 contenant le moule final.
Il y a en particulier lieu de noter que, lorsqu'on volatilise dans le moule de la cire ou des métaux à bas point de fusion, il est nécessaire de chauffer le moule à une température élevée, ce qui affecte la constitution du moule. Lorsqu'on emploie des modèles temporaires en mercure pour la préparation du moule, il suffit de chauffer le moule à une température d'envi ron 370 C pour récupérer ainsi les dernières traces de mercure.
Cette température est à peu près celle qui est nécessaire au séchage et au durcissement du moule. Ainsi que le montre la fig. 9, le mercure volatilisé peut s'échapper par une cheminée convenable 35, débouchant dans -une chambre de condensation 36, où le mercure se condense facilement pour être recueilli dans im récipient 37.
Le moule est ensuite retiré dit four et le métal est coulé dans la cavité de ce moule, de laquelle le modèle en mercure a été enlevé de la manière indiquée par la fig. 10. La cou lée finale du métal peut être effectuée par coulée simple ou par centrifugation ou coulée sons pression. Le châssis est ensuite retiré du. moule et celui-ci est détruit pour le démoulage de la pièce coulée.
Grâce à la conductivité thermique élevée des modèles en mercure congelé, on peut ajou ter certaines quantités de matière à modèle à l'état liquide, qui se soudent facilement ait modèle à l'état solide. Après enlèvement du modèle solidifié du moule principal, on peut ainsi ajouter des masselottes faisant une pièce avec le modèle en un point quelconque, ceci en vite de satisfaire les conditions du mou lage final.
On peut également confectionner séparément les différentes parties d'im modèle et les assembler par soudure ou à l'aide de bro ches faites de la même matière que l'ensemble du modèle. Les broches et les différents élé ments se soudent alors les uns aii-x autres pour former un bloc, qui peut être ensuite enrobé dans le moule final comme un modèle d'une seule pièce.
Les fig. 11 et 12 montrent un exemple d'un modèle compliqué en mercure congelé. Certaines parties de ce modèle sont représen tées séparément par les fig. 13 à 16. Ainsi que le montrent les fig. 11 et 12, le modèle en mercure se compose d'un socle 38 sur lequel est fixée par des broches 40 une glissière 39 for mée par mi modèle en mercure séparé. Les broches de centrage peuvent être d'une pièce avec la glissière 39 et on peut prévoir des trous dans le socle 38 au cours de la forma tion des modèles en mercure.
Après assem blage, ces éléments se soudent l'un à l'autre. D'autres éléments peuvent être ajoutés d'une manière similaire. Par exemple, on peut fabri quer dans un moule principal séparé deux modèles en mercure ayant la forme de chapes de coussinets percées .d'une ouverture 42. De même, on peut confectionner dans un antre moule principal des broches de centrage 43, et ces broches peuvent être insérées clans des évidements pratiqués dans la glissière 39, ainsi que le montre plus clairement la fig. 12.
D'une manière similaire, on peut confectionner des modèles en mercure séparés ayant la forme de bossages à coussinets 44, percés d'une ouver ture 45 et munis de broches de centrage 46, et ces modèles peuvent être fixés sur le socle, avec les broches de centrage engagées dans des trous pratiqués dans le socle, ainsi que le montrent en particulier les fig. 11 et 12. Lors que le modèle composé en mercure est terminé, il peut être enrobé dans une composition de moulage se prêtant à la confection du moule final, pour la coulée d'un métal de la manière précédemment décrite pour le modèle que montre la fig. 6.
Grâce aux caractéristiques très particu lières du mercure, on peut s'en servir pour la confection de beaucoup d'autres modèles, par exemple de celui que montre la fig. <B>17.</B> Un modèle en forme de fil ou de tige peut être congelé dans un moule principal. Après l'en lèvement du modèle en mercure et son expo sition à l'air pendant une courte durée à une température amenant le mercure à proximité de son point de fusion, ce mercure devient ductile et on peut l'enrouler autour d'un mandrin pour obtenir un modèle en mercure en forme de ressort. 47, tel que le montre la fig. <B>17</B> du dessin.
Le modèle en mercure ainsi obtenu peut être enrobé dans une composition de moulage, par exemple du sable de fonderie. On laisse alors reposer le moule jusqu'à la prise clé la composition et, lorsque le mercure commence à fondre, il peut s'écouler hors du moule 48 pour former une cavité permettant d'obtenir la pièce coulée finale, après durcisse ment du matériau de moulage de la. manière habituelle.
Les fig. 19 à 23 montrent. de quelle maiiièrc on obtient une chaîne à l'aide du procédé. Ainsi que le montrent les fig. 19 et 20, on confectionne d'abord des modèles en mercure congelé 49 et 50. Le modèle supérieur est con gelé dans un moule principal et. reçoit des évidements 51, tandis que le modèle inférieur est congelé dans un moule principal qui le munit (le broches de centrage 52. La fig. 19 montre en traits pointillés l'élément supérieur du modèle dans sa position d'assemblage avec l'élément inférieur, les broches de centrage 52 étant engagées dans les évidements de l'élé ment 49 pour former un maillon de chaîne.
L'élément supérieur congelé est muni d'une masselotte 53 destinée à former utt trort de coulée dans le moule final. La fig. 21 montre un modèle en mercure congelé formant le maillon de chaîne suivant qui est. indiqué en 54. Ce maillon est égale ment muni d'une masselotte 55. Les modèles 49, 50 et 54 peuvent être fabriqués d'une ma nière similaire à celle indiquée pour le modèle de la, fig. 6.
Pour composer la chaîne, les éléments 49 et 50 sont assemblés à travers les' ouvertures 56 de deux maillons espacés 54, et on emploie autant de maillons qu'il en faut pour former une chaîne complète.
Le modèle composé en mercure ainsi ob tenu est. enrobé dans du sable de fonderie de la manière indiquée par la fig. 22. Il faut alors veiller à ce que le sable pénètre bien entre les maillons séparés. On laisse ensuite le mercure se liquéfier et le moule est renversé pour per mettre l'écoulement du mercure. On obtient de cette manière un moule d'une seule pièce clans lequel on peut couler le métal servant. à la fabrication de la chaîne. Le moule est. enfin détruit pour le démoulage de la chaîne, de la manière usuelle dans les fonderies.
Les fig. 24 et 25 du dessin représentent une variante du procédé pour la fabrication d'un modèle en mercure congelé ayant. la forme d'une chaîne. Dans cette variante, un certain nombre de modèles en mercure 57, composés de cieux branches<B>58</B> et :ï9 écartées L'une de l'autre et portant une masselotte 60, est formé de la manière indiquée par la fi-. 24.
Les modèles en mercure congelé sont obtenus clans -Lui moule principal de la ma nière précédemment décrite. Une autre série de modèles en mercure congelé est. fabriquée avec la forme représentée par la fig. 25. Ces maillons sont indiqués en 61a et 61b et cha cun porte une masselotte 62.
Les maillons en mercure congelé peuvent être assemblés par le fait qu'on fait. passer une branche du maillon 57 à travers l'ouverture d'un maillon 61a et à travers l'ouverture d'un maillon espacé 61b. ainsi que le montre la fig. 25. Grâce à. la nature ductile et. adhérente du mercure con- clé, après son exposition à l'air pendant une courte période, à une température amenant le mercure à proximité de son point de fusion.
les branches 58 et 59 peuvent être facilement serrées l'une contre l'autre, ainsi due l'indique la li--ne 63, et ces branches adhèrent l'une < : l'autre pour former un maillon fermé. On peut de cette manière obtenir une ciiaine ayant la longueur désirée. La chaîne est en suite enrobée clans (lu sable (le fonderie de la manière indiquée par la fia. 22.
Après la prise du moule et la liquéfaction du mercure, celui-ci est évacué pour former la cavité dans laquelle est coulé le métal servant à la fabri cation de la pièce coulée.
Process for making foundry molds. The present invention relates to a process for making molds, in particular for making molds in a single piece having complicated or irregular cavities or hollows. The invention also relates to a mold produced according to this process.
For the preparation of one-piece molds intended for the casting of metal parts, it has hitherto been customary to manufacture a model from a material which is in the solid state at normal temperatures, for example wax. or in a low point metal. fusion. This pattern was then incorporated into another material capable of forming a mold and suitable for the metal that was to be cast. The material forming the mold was then dried in an oven, and subjected to a temperature high enough to melt the wax or metal, which was evacuated from the mold to obtain a cavity in which the intended metal was poured. to form the casting.
But the preparation of one-piece molds by these methods did not work. not entirely satisfactory results. Wax is relatively soft and, due to its low mechanical strength, temporary-lasting models made from it must be limited in size, they are subject to. deformation and they must be incorporated into an equally soft material.
For the fabrication of models with low melting point metals, it is necessary to mold the temporary models under high pressure, for example by die casting, in order to provide the main mold with all the details. the required fineness, which increases production costs.
But the main disadvantage of using models made of wax or low-melting metals is the time required and the. loss caused by the recovery of wax or metal in the final mold. When melting the model, the surface tension of the liquefied material is too low to allow recovery of all of the model material and it is therefore necessary to volatilize the remainder of wax or metal at a relatively high temperature. . It is not only the result. waste of time, but in these processes it is not practically possible to recover all of the expensive material from the models.
The temperature required for the last remnants of the model material to volatilize also has an effect. harmful on the. material forming the mold, and this is in particular the case when the mold has relatively large dimensions.
The object of the present invention is therefore to provide a process for the preparation of one-piece molds using models made of a metallic material which is in the liquid state at ambient foundry temperature and which freezes at temperatures significantly below zero.
A wide variety of materials can be used, for example mercury, liquid alloys of sodium and potassium, amalgams of mercury which are liquid at mold processing temperatures, for example amalgam of mercury with a low proportion of cad- mium, zinc or silver. It should be noted that most of these amalgams are liquid at normal temperatures and freeze at temperatures well below zero degrees centigrade.
Mercury is preferably used in a relatively pure state, since it has properties which make it particularly suitable for this purpose. But it is understood that the invention is not limited to this special case, as mercury can.
contain impurities, in solution or in suspension or retains do not affect the physical properties even amalgamated, provided that these impu- of mercury, which. make it a particularly suitable material for the intended purpose.
For the manufacture of temporary models used in the manufacture of castings, it has been found that mercury is specially indicated due to its high surface tension, which allows it to flow easily out of ordinary molds, which also allows recovering all of the material from the temporary models in the ordinary molds. In addition, mercury volatilizes at temperatures of 370 C and below, and it condenses easily, so that it is possible to completely recover the material of the model, even in molds of complicated shape, without this results in any deterioration of these molds.
Mercury also has a high density and can be mechanically divided into parts having almost molecular dimensions. This avoids the centrifugal or pressure casting of the temporary models in order to obtain an exact reproduction of the details which must be provided in the main mold. Mercury also has lubricating properties and therefore does not affect the complicated cavities of the main molds, nor does it exert any detrimental action on the walls of the final casting mold. The main mold therefore has a relatively high value. long and exact reproductions can be obtained with the final mold.
The mercury also produces a cleaning effect on the surface of the mold, and it can be easily cleaned by simple filtering. A small amount of pattern material may therefore suffice for large-scale production.
In addition, mercury has thermal properties which make it particularly suitable for making temporary models in casting processes. For example, it has a low coefficient of thermal expansion which becomes approximately zero as material solidifies. As a result, the mercury confidently registers all the details of the main mold and the mercury model can be easily removed from this main mold, even if this temporary model carries straight or threaded transverse gaskets. Mercury also has a high coefficient of thermal conductivity.
This property is particularly important, because it shortens the manufacturing cycle and, in the preparation of the final mold, the mercury melts first in the small angles of the mold. On the other hand, and thanks to the high surface tension, the molten mercury keeps the solid mercury core in suspension, so that the fine details of the mold are not likely to be damaged. This property also allows details to be added to the model after it has been removed from the main mold, or the model can be worked on or repaired.
It is also possible to make model fractions in separate main molds, and then assemble the fractions using sea curing or fusion pins.
In the frozen state, mercury also has good surface hardness and high mechanical strength, which reduces loss of fineness of detail or deviations in dimensional accuracy during handling of the solid model, during the cycle of molding of parts. This feature also allows models to be incorporated into commercial casting materials, such as foundry sand, and these materials can be stuffed or pounded strongly against the surface of the model. There is therefore no limit to the dimensions of the molds and the castings to be produced.
Accordingly, an object of the invention is to provide a process for the preparation of molds.
Another object of the invention is to produce a mold according to said process. The subject of the invention is a process for preparing a mold, characterized in that a metallic material is introduced which is in the liquid state at the ambient temperature of the foundries, and which freezes at temperatures less than 0 C in a main mold, in that this material is frozen to form a model, in that this frozen model is removed from the main mold, in that this model is coated with the frozen state in a molding composition and in that which is subjected. the final mold thus obtained at a temperature at which the model liquefies, the liquid being. then discharged from the final mold.
Embodiments for carrying out the process according to the invention will be described by way of examples.
On the drawing La fia. 1 is an overview showing the different operations that make up the process.
The fia. 2 is an end view with parts in section of a main mold used in the manufacture of the temporary model.
The fia. 3 is a cross-sectional view taken along line 3-3 of the fia. 2.
The fia. 4 is a cross-sectional view taken along line 4-4 of the fia. 1 and shows a refrigeration apparatus, the mold being shown in elevation.
Fig. -5 is a perspective view of a finished model, shown in its solidified state by freezing.
Fig. 6 is an elevational view of a frame for receiving the frozen model and the molding material, with parts of the frame broken away to show the upper parts of the model and the molding material.
The fia. 7 is a cross-sectional view taken along line 7-7 of FIG. 6.
The fia. 8 is a cross-sectional view taken along line 8-8 of the fia. 1, and shows a mercury scrubber with some parts in elevation, the frame being shown in an inverted position to allow mercury to flow out of the final mold.
The .fia. 9 is a sectional view of an oven for heating the material forming the final mold, and for volatilizing the last remains of the liquid.
The fia. 10 is a cross-sectional view of the final mold with certain parts shown in elevation.
The fia. 11. is a front elevational view showing a temporary model made up of several equally temporary elements.
The fia. 12 is a side elevational view of the model shown in. trust. 11.
The fie. 13 is a quick side elevation of the upper part of the model shown. them. 11 and 12, before placing the supports.
The. Fia. 14 is a cross-sectional view taken along line 14-14 of the fie. 13.
The fia. 1.5 and 16 are elevation views of small temporary models which are. manufactured separately and which are then attached to other temporary models to obtain a composite model as shown in fia. 11 and 12.
The fia. 1.7 is an elevational view of a solidified or frozen model having. the shape of a spring.
Fig. 18 is an elevational view with certain parts in section of the final mold for the casting of the spring, the temporary model of which is shown in FIG. 17.
The. Fia. 19 is an elevational view of two model elements, the upper element being shown in solid lines as it exits the mold and in dotted lines in the assembly position, in which it constitutes a model composed with the element inferior.
Fig. 20 is an end view of the model elements shown in FIG. 19.
Fig. 21 is a side elevational view of a frozen model in the form of a chain link.
The fi-. 22 is a plan soot of frozen models in the form of chain links, assembled to form a chain and incorporated into a mass of foundry sand.
Fig. 23 is a cross-sectional view taken along line 23-23 of FIG. 22. Fig. 21 is an elevational view of a frozen model in the form of a chain link, with parts of this link separated to allow placement of a next link.
Fig. 25 is an elevational view of a frozen model composed of chain links, some of which are assembled and one of which is in an assembled position.
As stated above, different materials which are in the liquid state at the ambient temperatures at which the mold is prepared can be used for making the model and the mold in one piece.
However, to simplify the description, only the use of mercury will be discussed. - In general, for the making of molds by this process, first of all is prepared in the usual manner a main mold having a tap hole, and this mold is introduced into a refrigerating appliance capable of freezing the mercury. Mercury in the liquid state is poured into the cavity of the main mold, which is then frozen. The frozen mercury model is removed from the main mold, placed in a frame, and embedded in a molding material capable of agglomerating or solidifying to form the final mold.
The mercury is then liquefied and evacuated, said final mold, and leaves therein a cavity similar in shape to that of the mercury model. The mold is then dried in a suitable oven and the metal used in the manufacture of the casting is poured inside the mold. The latter is finally destroyed for the removal of the casting by the usual demolding operations.
The general progress of the process is shown in fig. 1 of the drawing, in which 1 designates the refrigerator apparatus, 2 the molding material, 3 the mercury purifier, 4 the oven and 5 the final mold, in one piece, from which the by casting the desired metal part.
Figs. 2 to 10 more particularly represent the process for the manufacture of a temporary model in frozen mercury, as well as the operations for the preparation of the final mold. As shown in Figs. 2 and 3, we first build a divisible main mold, formed of two shells 6 and 7 which are. held together by a device such as, for example, a spring 8. This mold has a tap hole 9 in its assembly plane.
It can be seen that, in the mold shown, the two shells are provided internally with longitudinal ribs 1.1 and 12, serving to form grooves in the model, and that these two shells also carry two internal rectangular fittings 12 (of which only one is shown) and which extend on one side of the mold at the division plane, towards the opposite ends of the mold cavity.
Two similar linings 14, rec-tangular in shape, extend into the mold cavity on the opposite side of the mold. The linings are provided with handles 15 which allow them to be conveniently removed from the model after making it. Of course, the gar nitures 1.1, 12, 13 and 14 can receive any shape. For example, they can be threaded to form threaded holes in the model.
To make the frozen model, the main mold is introduced into a refrigerator, capable of causing the so-called mercury freezing, and the mercury in the liquid state is then poured into the cavity of this mold through the taphole 9 As shown in the drawing, this device consists of a reservoir 16, of which the.
The walls are made of a material which is a poor conductor of heat, and this tank is divided into two communicating chambers 17 and 1.8 by means of a partition 19 which stops at a short distance from the bottom. Chamber 17 contains dry ice and. it is bathed in a liquid having a low freezing point, a liquid which is, for example, constituted by acetone or ethylene dichloride. This liquid can freely enter chamber 18, where it comes into contact with the main mold and causes the curing sea to freeze.
As shown in the drawing, the low boiling point liquid does not completely cover the main mold, so the taphole remains clear to receive the mercury. However, it does not matter that this liquid can filter inside the mold cavity. Any amount of liquid that may have penetrated inside this mold is displaced by the heavier mercury, where the main mold can therefore be fully immersed in the low-boiling liquid, the mercury pouring into the cavity of the mold then taking place through the relatively light liquid.
In fact, the latter process has certain advantages, since, while a low boiling point liquid, in particular acetone, is. moved in the mold by mercury, demoulding and removal. of the frozen mercury model is facilitated.
After freezing mercury, the mold that contains it is. removed from the liquid bath, the spring 8 is removed, the mold is opened and the linings 13 and 14 are removed. In this way, a frozen mercury model is obtained as shown in fig. 5 of the drawing.
Thanks to the high density of mercury and the fact that it can be divided into particles of molecular size, it is not necessary to mold the mercury under high pressure to obtain the recording of the most detailed details. ends of the mold. Moreover, thanks to the lubricating properties, the mercury does not attack in any way the protrusions or seals placed in the mold cavity.
The main mold can therefore be used for a long time. Since mercury has a low coefficient of thermal expansion, which is approximately zero when the curing sea solidifies, it is also seen that the linings 13 and 14 can be easily removed from the frozen mercury model. As shown in the drawing, the angular section ribs form on the model grooves 20 which exactly reproduce the shape of the ribs, and linings form rectangular grooves 21 of identical shape.
After removal from the mold, the mercury model has considerable stability, good surface hardness and high mechanical strength. It is then coated in a composition suitable for the preparation of a mold used for the manufacture of castings, for example in foundry sand.
For the preparation of the final mold, the mercury model is placed in a frame 22 which can have any shape. As shown in the drawing, this frame consists of two shells of curved section 23 and 21, articulated one on the other at 25 and joined together by a pin 26 on the side opposite to the articulation.
The upper and lower elements of the frame are formed by plates or discs 27 and 27a, joined by a spacer 28, and the upper plate 27 is pierced with an opening 29, through which one can introduce the coating material. bage. Given the high surface hardness of the mercury model in the frozen state, the embedding material or composition may be stuffed or pounded, in order to be tight all around the model.
After the. Once the coating composition has been taken, the model is allowed to melt in mercury, the weight 30 then forming the neck hole of the mold. Melting of the sea-cure model can take place at ambient air temperature in the foundry. The frame can also be introduced into a hot chamber or heat can be applied to accelerate the melting of the model into mercury. The frame 22 is then overturned in the manner shown in FIG. 8 and mercury may flow out of the chassis.
Mercury can be conveniently purified by passing it through a screen 31 and a filter 32 to the interior of a container 33. Thanks to its high surface tension, the mercury flows entirely out of molds. ordinary, but if the mold is complicated in shape, it may become necessary to volatilize the last remaining mercury. This can be done moderately during the drying of the mold, as shown in particular in FIG. 9 of the drawing, in which 34 denotes an oven into which is introduced the frame 22 containing the final mold.
In particular, it should be noted that, when wax or low melting point metals volatilize in the mold, it is necessary to heat the mold to a high temperature, which affects the constitution of the mold. When using temporary mercury models for the preparation of the mold, it suffices to heat the mold to a temperature of about 370 C to recover the last traces of mercury.
This temperature is about that which is necessary for drying and hardening of the mold. As shown in fig. 9, the volatilized mercury can escape through a suitable chimney 35, opening into a condensing chamber 36, where the mercury easily condenses to be collected in a container 37.
The mold is then removed from said furnace and the metal is poured into the cavity of this mold, from which the mercury model has been removed in the manner indicated in fig. 10. The final casting of the metal can be effected by simple casting or by centrifugation or pressure casting. The chassis is then removed from the. mold and this is destroyed for demolding of the casting.
Due to the high thermal conductivity of the frozen mercury models, certain amounts of material can be added to the model in the liquid state, which easily weld to the solid state model. After removing the solidified model from the main mold, we can thus add weights forming a part with the model at any point, this quickly to satisfy the conditions of the final molding.
The different parts of the model can also be made separately and assembled by welding or using pins made of the same material as the whole model. The pins and the different elements then weld together to form a block, which can then be embedded in the final mold as a one-piece model.
Figs. 11 and 12 show an example of a complicated frozen mercury model. Some parts of this model are shown separately in figs. 13 to 16. As shown in fig. 11 and 12, the mercury model consists of a base 38 on which is fixed by pins 40 a slide 39 formed by a separate mercury model. The centering pins may be integral with the slide 39 and holes may be provided in the base 38 during forming of the mercury models.
After assembly, these elements are welded to each other. Other elements can be added in a similar way. For example, one can fabricate in a separate main mold two mercury models in the form of bearing caps pierced with an opening 42. Likewise, centering pins 43 can be made in a separate main mold, and these pins can be inserted in the recesses made in the slide 39, as shown more clearly in FIG. 12.
In a similar fashion, separate mercury models can be made in the form of pad bosses 44, pierced with an opening 45 and provided with centering pins 46, and these models can be attached to the base, with the pins. centering pins engaged in holes made in the base, as shown in particular in FIGS. 11 and 12. When the mercury compound model is finished, it can be embedded in a molding composition suitable for making the final mold, for casting a metal in the manner previously described for the model shown in Fig. fig. 6.
Thanks to the very special characteristics of mercury, it can be used for making many other models, for example the one shown in fig. <B> 17. </B> A wire or rod shaped model can be frozen in a main mold. After removing the mercury model and exposing it to air for a short time at a temperature bringing the mercury close to its melting point, this mercury becomes ductile and can be wound around a mandrel. to obtain a spring-shaped mercury model. 47, as shown in fig. <B> 17 </B> of the drawing.
The mercury model thus obtained can be coated in a molding composition, for example foundry sand. The mold is then left to rest until the composition sets in place and, when the mercury begins to melt, it can flow out of the mold 48 to form a cavity making it possible to obtain the final casting, after the material has hardened. molding of the. usual way.
Figs. 19 to 23 show. of which material a chain is obtained using the process. As shown in Figs. 19 and 20, frozen mercury models 49 and 50 are first made. The upper model is frozen in a main mold and. receives recesses 51, while the lower model is frozen in a main mold which provides it (the centering pin 52. Fig. 19 shows in dotted lines the upper element of the model in its assembly position with the element. lower, the centering pins 52 being engaged in the recesses of the element 49 to form a chain link.
The frozen upper element is provided with a weight 53 intended to form a casting trort in the final mold. Fig. 21 shows a frozen mercury model forming the next chain link which is. indicated at 54. This link is also fitted with a weight 55. Models 49, 50 and 54 can be manufactured in a similar way to that indicated for the model in, fig. 6.
To compose the chain, the elements 49 and 50 are assembled through the openings 56 of two spaced links 54, and as many links are used as are necessary to form a complete chain.
The resulting mercury compound model is. coated in foundry sand in the manner shown in fig. 22. It is then necessary to ensure that the sand penetrates well between the separated links. The mercury is then allowed to liquefy and the mold is inverted to allow the mercury to flow. In this way a one-piece mold is obtained in which the serving metal can be poured. to the production of the chain. The mold is. finally destroyed for the release of the chain, in the usual way in foundries.
Figs. 24 and 25 of the drawing show a variant of the process for the manufacture of a frozen mercury model having. the shape of a chain. In this variation, a number of mercury models 57, composed of branched skies <B> 58 </B> and: ï9 apart from each other and carrying a weight 60, are formed in the manner indicated by the fi-. 24.
The frozen mercury models are obtained in the main mold in the manner previously described. Another series of models is frozen mercury. manufactured with the form shown in fig. 25. These links are indicated at 61a and 61b and each wears a weight 62.
The frozen mercury links can be put together by doing. pass a branch of link 57 through the opening of a link 61a and through the opening of a spaced link 61b. as shown in fig. 25. Thanks to. ductile nature and. adherent mercury, after being exposed to air for a short time, at a temperature bringing the mercury close to its melting point.
the branches 58 and 59 can be easily clamped against each other, as indicated by line 63, and these branches adhere to one another to form a closed link. In this way, it is possible to obtain a ciiaine having the desired length. The chain is then coated clans (read sand (the foundry in the manner indicated by fia. 22.
After the mold has set and the mercury liquefies, the latter is evacuated to form the cavity in which the metal used for the manufacture of the casting is poured.