Procédé pour la fabrication d'un corps moulé et corps moulé obtenu par ce procédé. La présente invention comprend un pro cédé pour la. fabrication d'un corps moulé et. un corps moulé obtenu par ce procédé.
Eale est en particulier applicable à la fabrication de pièces moulées pour des cadres, des supports, des plaques de fondation, des poulies, des volants, des carters, des boîtes < i'enrrena#@es, des machines à vapeur, des ap pareils de marine, des pompes, des paliers, (les abris antibonibes, des turbines, des ma- eliines-outils, des tuyaux, des blindages de protection, et en général de toutes les pièces moulées dans lesquelles une bonne résistance mécanique, un poids relativement faible et un bas prix de revient sont des caractéristiques importantes,
mais dans lesquelles le volume occupé par la matière est d'importance secon daire. De telles pièces ont jusqu'ici été faites en métal moulé.
Selon le procédé objet de la présente in vention, on introduit dans un moule des élé- nients hélicoïdaux séparés en fil niétallione, de manière que ces éléments forment une -ucture enchevêtrée à trois dimensions uni <B>s</B> st t formément répartie dans le moule, et on rem plit. ensuite le moule d'une matière suseep- iible d'être moulée.
On peut. obtenir ladite structure en. lais sant tomber un à un de courts éléments héli- coïdaux ou en les introduisant dans le moule par plusieurs à la fois d'une manière conti nue, ces éléments étant de préférence au moins partiellement faits de fil métallique on- dulé, de préférence de manière à, présenter un grand nombre de petites ondulations planes dont la courbure chantre de signe de facon continue.
On peut obtenir ce résultat d'une manière simple en faisant passer le fil à travers deux engrenages de forme appropriée comprimant et moulant d'une manière permanente le fil entre leurs dents selon la courbe ondulée <B>dé-</B> sirée. On enroule ensuite ce fil ondulé en éléments hélicoïdaux et on coupe les longueurs nécessaires pour former des éléments héli coïdaux.
Les proportions des ondulations sont im portantes. Si A est l'amplitude de L'ondu lation, T la longueur d'une ondulation (c'est.. à-dire la. longueur d'une sinusoïde complète) et<I>D</I> le diamètre du fil, et si l'on pose @l <I>=</I> cD et<I>T =</I> 2i2D, des valeurs avantageuses de sont. comprises entre 0,5 et 1, et. celles de iii entre 5 et 10.
Les valeurs exactes de ces eoetti- cients dépendent de la résistance à. la trac tion du fil et aussi de la résistance à l'écrase ment de la matière remplissant les interstices et sont le plus avantageusement déterminées expérimentalement.
Par exemple, les éléments hélicoïdaux ont un pas égal à deux fois le diamètre de l'hélice; ils sont. coupés à une longueur d'une spire environ, et leur longueur développée est. d'en viron cent fois le diamètre du fil dont ils sont ïaits, ce diamètre étant compris entre 0,18 et (1,8 mni. Si le fil est d'une matière très dure, on peut augmenter la longueur des éléments jusqu'à environ trois cents fois le diamètre du fil avec un pas de deux à six fois le dia mètre de l'hélice et pour une spire.
Dans des cas spéciaux, on peut modifier ces proportions pour obtenir toute proportion de métal désirée dans le corps moulé.
Si un grand nombre de ces éléments sont introduits séparément dans un moule, il se forme dans le moule une structure enche vêtrée à trois dimensions. On peut préparer les éléments hélicoïdaux et les introduire dans le moule de faeon qu'en tout point la moitié des éléments soient des hélices dextrogv res et la moitié des hélices lév og;vres. Ces élément s'enchevêtrent automatiquement pour former une structure uniforme de fils répartis dans toutes les directions, semblable à. Lui sommier, avec des interstices suffisants pour recevoir la matière de remplissage.
Pour obtenir ce résultat, on laisse tomber les. éléments indé- penda.nment, par simple gravité, on on Les introduit dans le moule sous forme d'un cou rant continu d'éléments séparés, projetés à. l'aide d'un courant d'air on d'eau. Une fois le moule chargé d'éléments comme on vient de le décrire, la matière de remplissage est versé-- dans le moule de manière à enrober la totalité du sommier formé dans le moule.
Afin de chasser l'air et de favoriser la distribution uniforme de la matière de rem plissage, on peut faire continuellement, vibrer le moule jusqu'à ce qu'il soit complètement rempli. Le produit final, après la prise et le durcissement de la matière (le remplissage, est. un corps moulé présentant une résistance tri dimensionnelle uniformément augmentée, non seulement à la compression, ruais aussi à. la. traction, et qui peut être soumis à des efforts de flexion et de cisaillement dans toute direc tion.
Si on dispose les éléments an hasard, mais selon une succession régulière d'hélices droites et gauches, la structure résultante est un système de fibres enchevêtrées distribuées dans toutes les directions, présentant une structure à. trois dimensions régulière et iso trope. On a constaté qu'une telle structure (le fibres novées dans une matière de remplis sage, lorsqu'elle est soumise à tin ehanip (le force dans une direction donnée, résiste comme un système virtuel équivalent de fibres rectilignes parallèles continues clans cette di rection.
Par exemple, dans une unité tic vohime d'un corps moulé obtenu comme spécifié et contenant une proportion p de fil d'acier réparti de la faeon décrite, soumise à une tension dans une direction, le système virtuel équivalent de fibres parallèles reetiligne,
# et continues ayant .la même résistance dans cette direction a une proportion de ril d'acier par unité de volume égale<I>à.</I> kp. Le facteur li est plus petit que l'unité et, polir une répar tition tridimensionnelle isotrope, l,; est. le même dans tonte direction choisie et a une valeur de 1(;; environ.
On peut. obtenir une structure à trois di mensions non isotrope en utilisant des élé ments relativement longs par rapport à, une dimension transversale du corps, leur ]on- ,,,lueur étant égale à plusieurs fois le diamètre de l'hélice. De tels éléments, disposés sur une surface plane, constituent presque une struc ture à deux dimensions isotrope, le facteur k approchant de<B>1',</B> tandis que, dans la direc tion perpendiculaire à. la. surface, la valeur de 1c diminue.
Si les éléments sont empilés sur la surface plane, l'isotropie à deux dimensions se trans forme graduellement en isotropie à trois di mensions. En conséquence, (les plaques ainsi moulées présentent une résistance à. la flexion plus élevée si la face soumise à. un effort de traction se trouve du côté où les éléments sont tombés en premier lien dans le moule, du fait, que le facteur k est plus élevé près de cette surface plane.
Cette distribution est avantageuse pour des dalles soumises à, la flexion, par suite de la valeur élevée du fac teur A . dans le sens des tensions principales.
La dimension des éléments enroulés et la nature (le la matière de remplissage dépen dent de l'épaisseur requise pour le moulage. Pour des moulages minces, la section du fil peut être seulement fine petite fraction de millimètre carré, le fil pouvant être noyé dan-, du mortier ou du ciment. ordinaire; ou dans du ciment. mélangé avec du sable fin. Pour (les moulages très épais, les éléments en acier peuvent avoir clés sections de plusieurs cen timètres carrés et. être noyés dans un béton l'ait clé mortier et de gravier.
Si on le désire, on peut mélanger dans des proportions appropriées des éléments de dif férentes dimensions. Les corps moulés obtenus par le présent procédé sont habituellement très tenaces; ils sont (loués clé plasticité et peuvent supporter files efforts considérables de tension, de cisail- lcinent et de flexion dans toute direction.
Ceci est dû à la distribution uniforme des fibres (lui forment une structure enchevêtrée à trois dimensions dans chaque partie du corps moulé. Les expériences montrent que des fis sures ne peuvent pas se propager dans de tels eorps et que clés lézardes internes ne peuvent. pas se produire. On peut ainsi obtenir des eorps moulés clé n'importe quelle forme courbe et. compliquée, qui serait impossible à obtenir par d'autres moyens.
On peut faire, par exemple, des boîtes de paliers complètes en une seule pièce comportant toutes les cavités intérieures nécessaires pour loger les surfaees métalliques clé s-,port nécessaires, des cavités pour des bagues, un réservoir d'huile, des logements pour des rondelles de feutre et pour tout autre accessoire désiré.
L'expérience montre que le sommier de fils métalliques adhérents courbés selon les dimen- sions indiquées donne au corps moulé des pro priétés de ténaeité et de plasticité dans toute direction que rie présente pas la masse de remplissage seule.
Par exemple, on peut ainsi mouler des marteaux capables d'asséner un nombre clé coups considérable sans se désinté- riler. Ces propriétés sont. précieuses dans des corps moulés soumis à des vibrations, des chocs ou à un eliatiffage lion uniforme, tel.-, que des corps de paliers, des parties de ma- eliiiies, des carters. (les bâtis de machines outils, des plaques de blindage, des fourneaux, des générateurs de gaz et autres.
Le plus souvent, la proportion de fil mé tallique et en particulier de fil -d'acier dans les corps moulés obtenus est environ .d'un dixième en poids. Une économie de fer d'en- viron 90 % peut ainsi être obtenue en rem- plaçant des corps en fonte par des corps de même poids moulés obtenus par le présent procédé.
Dans tous les cas où des corps moulés mé talliques ordinaires doivent être faits beau coup plus épais qu'il n'est nécessaire pour assurer leur rigidité et leur résistance à, la corrosion, ces corps peuvent être remplacés par des corps moulés selon ledit. procédé et il en résulte une réduction considérable du poids. La densité de tels corps peut être com prise entre 2,30 et 2,50; elle est donc légère ment inférieure à celle de l'aluminium et environ le tiens de celle du fer.
Les corps moulés selon le procédé spécifié et dont la structure métallique est en acier présentent. une perméabilité magnétique éle vée et uniforme, et sont en conséquence appro priés pour la construction de carcasses mono bloc pour des générateurs et des moteurs électriques, réduisant. ainsi à un minimum la quantité de fer nécessaire pour constituer les pôles des stators ou des rotors. En outre, la structure particulière du sommier métallique des corps ainsi moulés empêche l'établisse ment de courants électriques parasites dans lainasse et, en conséquence, une relativemQnt faible quantité de chaleur est engendrée dans ces corps, dans des champs magnétiques alter natifs.
En augmentant la teneur en fer des corps moulés, on peut augmenter très notable- nient leur perméabilité et on peut directement utiliser de tels corps moulés dans des circuits magnétiques, par exemple dans la construc tion d'alternateurs, de dynamos et de trans formateurs. Pour augmenter encore la per méabilité magnétique de ces corps moulés, leur matière de remplissage peut être consti tuée par un mélange de plusieurs parties de limaille de fer pour une partie d'une compo sition liante.
Par leur résistance aux chocs, les corps moulés obtenus conformément à l'invention conviennent pour constituer des roues de tous genres, des poulies, des tambours, par exem ple pour des véhicules tels que des autocars, des camions, des tracteurs agricoles, des rou leaux compresseur:, et clés tramways. Dans la construction navale, lesdits corps moulés sont utiles grâce à leur résistance à la corrosion pour remplacer la. plupart des corps métalli ques moulés lourds et légers utilisés à bord d'embarcations. De tels corps peuvent cons tituer des hélices permanentes et des hélices de secours.
Pour un même poids, les corps moulés spé cifiés peuvent présenter des sections trois fois plus grandes que des corps moulés en fer. On obtient ainsi une plus grande rigidité et on peut adopter (les formes plus simples, ne pré sentant pas les renforcements compliqués né cessaires dans les corps moulés métalliques. En outre, de tels corps peuvent être facile ment moulés sur place, dans leur position définitive, ce qui permet d'éviter le transport de lourds corps moulés.
Le coefficient de dilatation thermique de corps moulés du type spécifié dont la struc ture est. en acier est ordinairement du même ordre que celui de l'acier, de sorte que de tels corps peuvent être incorporés à des pièce de fer ou d'acier. Des renforcements supplé mentaires peuvent facilement être constitués par des barres de traction disposées dans toutes les parties du corps où l'on peut s'atten dre à de grands efforts de traction.
Ceci per met de mouler, par exemple, des volants, des carters de machines à vapeur, et des blocs de cylindres pour machines à vapeur ou pour moteurs â. Combustion interne, des bâtis de machines-outils, en combinaison avec des bou- loirs et des anneaux et revêtements métalli ques limités aux seules parties où ils sont absolument nécessaires.
La résistance à la rupture par flexion (le dalles moulées obtenues par le présent pro cédé varie entre 150 et -150 kg/cm' et dépend de la résistance à la traction des éléments hélicoïdaux et de la qualité de la matière de remplissage. Cette résistance permet de cons truire ainsi des poutres, des dalles, des plan- ches et autres, présentant des capacités (le charge comparables à celle de pièces en ter coulé ou sections d'acier doux lanciné stan dard du même poids.
Les éléments hélicoïdaux utilisés pour fabriquer clés corps ?noulé-s peuvent être eu fils d'acier présentant une résistaiiee à- la rup ture de 3 à.
1? fois plus élevée que le fer ordi- naire ou que l'acier doux laminé. Ainsi, en dépit de la distribution isotrope des fibres métalliques dans ces corps moulés, leur résis- tance finale à, la traction, au cisaillement e? à la compression est élevée clans toutes les directions. Des sections de tels corps moulés présentent une résistance à la rupture plus élevée que celle des structures de béton armé ordinaires.
On peut par conséquent obtenir des constructions plus légères pour des plan chers, des toitures, des colonnes et autre parties de bâtiments.
Des colonnes moulées selon le procédé spécifié et soumises à de fortes pressions pré sentent habituellement des signes extérieurs de fatigue bien avant que leur section inté rieure soit écrasée, et servent ainsi de dispo sitifs avertisseurs: De tels corps moulés sont clone appropriés pour constituer des pièce,, de soutènement. clans les mines.
La matière la plus appropriée pour les éléments hélicoïdaux est l'acier, et la matière de remplissage la plus avantageuse est un mortier alumineux à prise rapide mélangé avec du sable et pouvant même être chauffé pour le moulage de petits corps. Les éléments hélicoïdaux peuvent cependant être fait.. de tout autre métal, et la matière de remplissage peut aussi être de la magnésie, du plâtre de Paris, ou toute autre matière telle due (le la silice, qu'une résine, ou qu'une composition à base d'argile susceptible (le se prendre sous l'influence de la chaleur.
Une autre propriété avantageuse que peu vent présenter les corps moulés obtenus con formément à l'invention est leur résistance à la pénétration clé projectiles. De tels corps sont. donc indiqués pour remplacer des pla ques de blindage en acier.
La densité de ces corps moulés est environ égale au tiers de celle (le l'acier. l;n conséquence, un blindage coltstitué par tut corps moulé peut être au moins trois fois plus épais, à poids égal, et peut. etre moulé sur place et d'une pièce, (le f < i(,on à ne présenter aucun joint constituant une partie plus faible.
La plus grande épais- seiii# opposée î'î la pénétration des projectiles, ainsi que la rigidité et, l'inertie élevées du @-oliune (-tu corps ?nonlé s'opposent à. la péné tration et permettent (le localiser le dommage à L'extérieur du hlindalge. Il connu que les niasses fibreuses telles que la sciure opposent une grande résistance au passage des projec tiles.
La structure fibreuse à trois dimensions novée dans lesdits corps moulés a un effet siinihtire.
1.a eoit(luctibilité thermique relativement faible (les corps moulés selon le présent pro cédé, combinée à leur ténacité et à leur résis tance à la pénétration, permet d'utiliser de tels corps (laits la. construction économique et rapide monobloc de tanks, de fortins mobiles, (le inities, d'abris antiaériens, de blindages de ponts, de coupoles (le canons, d'affûts, etc., ce qui assure une grande économie d'acier.
Quand (les éléments de fil métallique on- (Iltlé noyés dans un corps moulé sont soumis à un champ (le forces, ils produisent en tout point oit la courbure est prononcée, de fortes pressions locales orthogonale à l'aie du fil.
La prise augmente considérablement, (Foix il i-éstilte qu'une longueur très réduite des élé- inents hélicoïdaux est suffisante pour que la forte résistance à la traction du fil métallique soit. utile dans la. majeure partie de l'élément.
L'analyse mathématique et l'expérience mon trent que les bouts morts aux. extrémités (les Éléments, c'est-à-dire les parties de ces éléments dans lesquelles la traction à laquelle est soumise le fil diminue rapidement jus- (111à, s'annuler aux extrémités. sont réduits à. pr î#s <B>(Fini</B> dixième (les bouts morts d'éléments en fil non ondulé.
Cet avantage devient d'une importance primordiale quand 011 utilise des fils avant une très forte résistance à. la, trac tion. Par exemple, (les éléments faits cle fil présentant une résistance à la traction de l'ordre de ?70 1:
@nint@, s'ils sont faits (I'tin fil ondulé comme indiqué ci-dessus, présentent des bout,, morts s'étendant sur environ 50 fois le diamètre du fil seulement. 5i le même fil n'est pas ondulé, les bouts morts s'étendent sur 500 fois le diamètre dit fil.
En. consé quence, si pour des raisons pratiques les élé ments ont. une longueur totale de seulement 300 fois le diamètre du fil, lui fil ayant une telle résistance à la traction ne petit jamais ître eliargé à sa capacité totale s'il n'est pas ondulé. Cependant., si les éléments sônt faits (lu même fil ondulé de la faeon décrite, une longueur d'au moins \?50 fois le diamètre du fil sur la longueur totale (le 300 fois ee dia mètre peut.
être chargée à- sa capacité de résistance à la traction maximum, sans arra cher les bouts morts. Il s'ensuit qu'on petit utiliser des éléments faits d'un fil présentant une très grande résistance à. la traction, sans qu'il soit nécessaire de perdre une longueur considérable de fil dans les bouts morts.
Des éléments de fil ondulé novés dans des corps moulés remplissent une autre fonction importante, quand on utilise un fil de très haute résistance à, la traction. Un fil non ondulé en acier de haute résistance à la trac tion présente un allongement plastique ilégli- geable et peut se rompre en chaîne quand le corps moulé clans lequel il est noyé est sur chargé à la traction. Ainsi, clans des dalles soumises à la. flexion, les fibres externes des régions de traction sont rompues les pre mières et les autres fibres se rompent ensuite en succession rapide, en allant vers l'aie neu tre de la dalle.
Des fils ondulés très résistants à la trac tion présentent. un allongement effectif<B>dû à</B> de faibles compressions latérales élastiques et plastiques de la. matière de remplissage, cau sées par les courbures alternées du fil ondulé qui tend à s'étirer clans un champ de forces de traction. Un allongement effectif des élé ments en fil. ondulé est. ainsi possible, cet allongement étant de nature élastique et se produisant en dépit de l'absence d'allonge ment plastique du fil.
Dans une autre forme d'exécution du pro cédé, au lieu d'utiliser du fil ondulé sur toute la longueur des éléments hélicoïdaux, on uti lise du fil ondulé seulement dans les. bouts morts des extrémités de chaque élément. Dans ce cas, les longueurs ondulées sont détermi nées par la force nécessaire pour arracher les extrémités ondulées du fil de la matière de remplissage, qui doit être égale à. la force nécessaire pour rompre le même fil non on dulé par traction.
Dans ce cas, l'adhérence (le la matière à. la partie non ondulée de l'élé ment est vaincue clans un champ de traction intense et rie joue aucun rôle important quand la traction du fil atteint (les valeurs élevées. Les bouts morts ondulés agissent ainsi comme (les ancrages progressifs pour la partie inter médiaire. Les ondulations de ces extrémités peuvent présenter une amplitude variable, par exemple une plus grande amplitude aux extré.. mités, cette amplitude diminuant vers les par ties non ondulées (le l'élément hélicoïdal.
Une propriété importante (les corps moulés Selon le présent procédé est que la résistance à la traction du fil métallique est très peu affectée par des ondulations telles que celles décrites, pourvu qu'un grand nombre d'élé ments soient disposés selon chaque direction (fans le corps moulé. Ceci est dû au fait qu'il ne peut se produire (le déformation excessive (les ondulations de l'axe du fil. Sous une forte traction longitudinale, les ondulations ont. ten dance à. s'aplatir, mais ceci n'est possible que si la matière de remplissage est écrasée clans une direction perpendiculaire à l'axe du fil.
Un tel écrasement peut difficilement se pro- cluire, car il n'v a pas d'espace pour une expansion latérale. Il se produit clone une nouvelle distribution plastique dans la struc ture interne de la matière de remplissage et des tensions internes dans celle-ci.
Il en ré sulte qu'après que toute la matière a été sou mise à un champ de traction notable, quand les forces extérieures cessent d'être appliquées, la structure interne reste dans un état tel que les éléments de fil. ondulé res tent soumis à une traction permanente et que la matière (le remplissage reste soumise à un champ permanent de forces de compression.
Ces conditions sont très avanta;euses, car elles permettent de mieux utiliser les propriétés respectives de résistance à. la traction (lu fil métallique et. de résistance à la compression (le la matière de remplissage.
Pour obtenir une dalle moulée <B>pli,</B> le pro cédé selon l'invention et dans laquelle les élé ments en fil métallique sont soumis à des efforts de traction et la matière (le remplis sage à. des efforts de compression en l'absence de ehar-e de la dalle, il suffit (le soumettre la dalle à. une charge préliminaire supérieure à.
la charge normale prévue. Cette charge pré liminaire rie doit pas dépasser la charge (le sécurité que la dalle peut supporter sans désa grégation de la matière cle remplissage, (lue à (les déformations internes excessives. Tonte charge inférieure a pour effet de réduire les efforts cle compression initiaux auxquels la. matière de remplissage est soumise et (l'ac croître les efforts de traction auxquels sont soumis les éléments (le fil ondulé.
L'adliérenee due aux ondulations due pré sentent les éléments ondulés obtenus comme indiqué ci-dessus est entièrement différente de l'adhérence produite par collage de la matière de remplissage à (les fils non ondulés.
La diffé rence apparaît clairement si l'on considère que le fil ondulé rie pourrait être arraché ]lors de son logement dans la matière (le rem plissage, même si le coefficient (le frottement était nul.
Gr < < ee il la rigidité relative c1'orr(lu- lations présentant les ,proportions indiquées plus haut, l'adhérence provient principalement de la nécessité de rompre la matière (1e rem- plissage sur une grande section afin d'arra cher le fil ondulé.
Cette section est propor tionnellement plus grande que pour des ü15 carrés ou rectangulaires tordus qui présentent des propriétés similaires.
Comme la résistance à la traction (1r1 corps moulé est directement proportionnelle à la résistance à la traction du fil, il est possible d'augmenter la résistance -r la traction (le ce corps au maximum err utilisant lin poids niiril- mum de fil d'acier et, en même temps, (le laisser un grand espace pour la matière de remplissage entre les éléments de fil.
On sait. que des paquets préfabriqués de copeaux métalliques, de paille de fer, de laine métallique, (le fils métalliques et autres ont été proposés pour renforcer des matières (le remplissage susceptibles d'être moulées.
Les filtres (le formes irrégulières dont ces textures sont. faites ne présentent ni la courbure voulue, ni la répartition uniforme qui sont des eon- ilitions essentielles pour donner au corps niofé une résistance à la traction uniforme et acer-ne clans tontes les directions, compara ble à celle de corps moulés métalliques.
Ces paquets préformés de fibres ne peuvent être insérés dans (les moules compliqués sans lais ser des surfaces de discontinuité en lesquelles les fibres (le paquets adjacents ne sont pas enchevêtrées. Dans ces surfaces de diseont.i- imité,
la résistance à la traction du corps moulé reste pratiquement la même que si la matière (le remplissage n'avait pas été renfor- eée (1n tout.
lie corps moulé obtenu conformément à la présente invention est clone nettement diffé rencié de tous les corps moulés obtenus en encastrant des paquets préformés de fils de l'ormes irrégulières dans une matière suseep- tible (l'être moulée.
On a également proposé de renforcer des matières susceptibles d'être moulées en y noyant des ressorts hélicoïdaux parallèles ou adjacents et comprenant chacun plusieurs spires. Les structures ainsi obtenues ne pré sentent pas la répartition tridimensionnelle uniforme des fibres, capable de résister à la. traction dans toutes les directions, particulière aux corps moulés fabriqués par le présent procédé.
Tout. champ de traction, parallèle à, l'axe (les ressorts on transversal à cet. axe, entraîne premièrement. la rupture de la ma tière de remplissage et ensuite l'ouverture (les ressorts.