Procédé de confection de noyaux ou moules de fonderie En fonderie, on confectionne les noyaux en uti lisant du sable siliceux ou toute autre matière réfrac taire, que l'on agglomère avec- un liant. On fait de la même façon certains moules, par exemple les moules de cylindres à ailettes ou encore les moules dits carapaces ou masques.
On appelle cohésion à vert la cohésion de la masse ainsi agglomérée au moment où l'on extrait de la boîte-modèle qui a servi à la former, et cohé sion à sec la cohésion qu'elle a après avoir subi un durcissement par cuisson, étuvage, action cata lytique, oxydation, gélification.
La cohésion à vert importe seulement lors du déboîtage de la masse et jusqu'à son durcissement final, ainsi que lors des opérations de manutention qui se placent entre ces deux stades opératoires. Elle est néanmoins importante, car la masse doit conserver sa forme et ses cotes durant ces opérations.
La cohésion à sec, seule, importe après durcis sement, c'est-à-dire durant les manutentions de stockage, de mise en place qui précèdent la coulée du métal, et surtout lors de la coulée.
Aussi bien les liants servant à agglomérer ces sables ou masses réfractaires sont-ils composés de manière à offrir la cohésion à vert et la cohésion à sec désirables. Malheureusement, on sait par expé rience qu'il y a antinomie entre ces deux cohésions et qu'il n'est généralement pas possible d'accroître l'une des cohésions sans détriment pour l'autre. On en est donc réduit à des compromis, qui ne donnent pas satisfaction dans des cas particuliers assez fré quents. L'un de ces compromis. consiste à démouler la masse sur une coquille dite de séchage ou de cuisson, qui en épouse les formes et la maintient, procédé coûteux en raison de l'outillage important qu'il implique, et qui ne convient que pour de gran des séries.
On a préconisé, pour les noyaux ou moules de grandes dimensions, l'emploi comme liant d'huiles auto-siccatives ; ce procédé donne une cohésion à vert élevée au démoulage, mais il implique des temps de prise de la masse qui ne sont pas toujours com patibles avec les nécessités de la production.
On a préconisé aussi, dans ce cas, l'emploi comme liant de résines synthétiques durcissables à froid par catalyse ; ce procédé convient aussi, mais impose les mêmes servitudes quant à la production.
Finalement, ces deux procédés ne valent que pour des noyaux ou moules dont la production est restreinte.
On a proposé, pour les noyaux ou moules de plus faibles dimensions, l'emploi comme liants de résines synthétiques et, comme outillage, des boîtes modèles métalliques chauffées provoquant la prise de la masse en un temps relativement court. Ce pro cédé convient mais implique l'emploi d'une pluralité de boîtes-modèles métalliques de même type, afin de compenser le temps de cuisson; il est donc coû teux et praticable seulement pour de grandes séries. De plus il n'admet pour la formation du noyau ou moule que le procédé par soufflage ou projection pneumatique, car la prise commence instantanément dans les régions au contact de la paroi chauffée de la boîte.
On a préconisé, pour éviter lie chauffage des boîtes ou pour permettre l'emploi de boîtes en bois, d'utiliser comme liant de base un silicate minéral alcalin, que l'on fait prendre en injectant dans la boîte du gaz carbonique. Ce procédé donne un temps de arise assez court. mais la cohésion à sec est g6né- ralement médiocre, et les arêtes du noyau ou moule sont friables, ce qui est dû à la nature même du liant, lequel n'est guère compatible avec des adju vants qui seraient susceptibles de combattre ces défauts.
Or finalement, c'est pourtant la cohésion à sec qui importe à la coulée et, à cet égard parti culier, le procédé a donc des emplois limités. Il présente aussi l'inconvénient d'enrichir le sable récupéré en agents Huants préjudiciables à la réfrac- tairité.
En résumé, on ne connaissait pas, à ce jour, de procédé réunissant à la fois les conditions suivantes prise rapide en boîte, cohésion à vert élevée au déboîtage, moulage en boîtes de toute nature, froides, choix possible de divers agglomérants, en parti culier en fonction de leur tenue à la coulée, cohésion à sec élevée, influence nulle sur la réfractairité du sable.
La présente invention comble cette lacune et per met de satisfaire à ces conditions; elle a pour objet un procédé de confection de noyaux ou moules de fonde rie à partir d'une matière réfractaire agglomérée avec un liant, ce procédé étant caractérisé en ce que, aussitôt après formation du noyau ou moule dans sa boîte, laquelle peut avoir lieu aussi bien à la main que par soufflage ou projection pneumatique, on injecte dans la boîte, à travers la masse, de l'air ayant une pression et une température telles que la masse prend rapidement une cohésion à vert élevée,
du fait de l'élimination de constituants volatils du liant employé et/ou d'un durcissement chimique de ce liant. Selon le genre de liant utilisé, celui-ci se déshydrate, ou perd ses solvants ou diluants, ou dur cit, ou polymérise, ou encore gélifie, plusieurs de ces effets pouvant se produire simultanément.
On peut citer notamment les cas suivants en employant un des liants classiques où un constituant hydrosoluble est l'agglomérant, c'est la déshydratation rapide de ce dernier et l'accroissement de sa viscosité, qui confèrent la cohésion à vert ; en employant un liant à base auto-siccative, c'est à la fois l'action de la chaleur et de l'air (oxy gène) qui, par polymérisation rapide, confère la cohésion à vert ; en employant comme liant une résine synthétique durcissable, en solution aqueuse, c'est à la fois l'ac tion de la chaleur et de l'air qui, par déshydratation et montée rapide en température, de préférence en présence d'un catalyseur, confère la cohésion à vert ;
en employant comme liant un silicate minéral al calin, c'est à la fois l'apport d'air et de chaleur qui, par gélification rapide, confère la cohésion à vert.
Si l'on a envisagé, dans les cas cités, des liants classiques du commerce, la présente invention permet des résultats encore meilleurs moyennant l'emploi de liants dont la composition est spécialement adaptée au procédé, en particulier de ceux contenant comme solvants ou diluants des alcools tels que l'alcool éthy lique, isopropylique, butylique. En effet, l'évapora tion rapide de ces solvants ou diluants, sous l'effet de la chaleur et de la pression d'air, provoque un durcissement très rapide de la masse, donc lui con fère une cohésion à vert élevée.
A titre d'exemple, le liant peut être une résine urée-formol en solution dans de l'eau et de l'alcool éthylique ; une résine de mélanine en solution dans de l'eau et de l'alcool éthylique ; une résine phénol-formol en solution dans de l'alcool éthylique ; une résine urée-formol modifiée en solution dans de l'alcool butylique ; une résine phénol-formol modifiée en solution dans de l'alcool butylique ; une résine contenant les mêmes bases ou encore d'autres bases telles que les résines glycéro-phta- liques, et éventuellement des plastifiants, en solution dans de l'alcool butylique.
Des catalyseurs ou accélérateurs de durcissement peuvent, également avec ces liants spéciaux, con tribuer au durcissement rapide de la masse.
On a donc, à l'aide du présent procédé, la pos sibilité d'utiliser des produits qui, jusqu'ici, ne l'avaient pas été comme liants des sables.
Il convient d'observer que l'insufflation d'air chaud est déjà connue en fonderie, mais pour des cas différents de celui que vise la présente invention ; pour déshydrater les gros moules intransporta bles, confectionnés en sable argileux où le liant est l'argile ; pour fluidifier par fusion du liant un mélange sable-résine en poudre, lequel durcit ensuite lors du refroidissement de la boîte métallique.
Dans le premier cas, il s'agit beaucoup plus d'une étuve mobile et d'un étuvage sur place, but complètement différent de celui que recherche la présente invention. Au surplus, un sable lié à l'argile, qui constitue les moules classiques, n'a aucune des propriétés spéciales qui sont le propre des noyaux ou moules agglomérés avec des liants spéciaux et ad hoc, aussi bien un moule en sable argileux n'est- il pas visé dans la conception usuelle des sables dits agglomérés, lesquels partent d'ailleurs d'un sable sili ceux pur et non pas argileux.
Dans le second cas, on vise à une opération exactement inverse de celle qui est l'objet de la pré sente invention, puisqu'on se sert d'air chaud pour fluidifier un mélange sable-liant en poudre, et qu'on obtient la solidification par refroidissement.
Pour la mise en aeuvre de la présente invention, on se sert avantageusement d'un injecteur d'air chaud. susceptible de fournir de l'air entre 2 et 6 kg/cm2 de pression et d'une température de 100 à 400oC, réglables à volonté. Le débit étant fonction de la masse des noyaux ou moules à traiter, il est indiqué de disposer de @ plusieurs injecteurs de capacités va riées.
L'injection peut avoir lieu par apposition sur la surface apparente du noyau ou moule, ou encore par les trous de soufflage de la boîte, d'une buse d'injection de dimensions appropriées, ou encore d'une cloche dans le cas d'une surface relativement grande. Elle peut avoir lieu, pour les noyaux ou moules de grandes dimensions, par des plongeoirs sous forme de tuyaux ajourés, qui peuvent notam ment être insérés au travers des portées de noyaux, et également servir d'armatures récupérables après coulée.
Etant donné que l'insufflation d'air chaud gazéifie les solvants ou diluants, on assure l'aspi ration des gaz ainsi produits au moyen d'une hotte placée convenablement.
La température et la pression de travail ne sont généralement pas critiques ; dans la majeure partie des cas, une pression de 2 à 3 kg/cm2 et une tem pérature de 200 à<B>2200C</B> suffit. Le temps d'in sufflation est fonction de la masse et de la forme des noyaux ou moules, ainsi que du dispositif buse et plongeoirs ; il se détermine à l'expérience et est dans tous les cas relativement court.
Une post-cuisson des noyaux ou moules, pos sible dans les mêmes conditions que d'ordinaire, est fonction de la nature du liant utilisé, mais dans tous les cas, elle est de durée plus courte vu que la plus grande partie des solvants ou diluants aura été évacuée, et que le processus de durcissement sera notablement avancé.
Process for making foundry cores or molds In foundry, the cores are made using silica sand or any other refractory material, which is agglomerated with a binder. Certain molds are made in the same way, for example the molds of finned cylinders or else the so-called shell or mask molds.
Green cohesion is the cohesion of the mass thus agglomerated at the moment when the model box which was used to form it is extracted from the model box, and dry cohesion the cohesion it has after having undergone hardening by firing, parboiling, catalytic action, oxidation, gelation.
Green cohesion is only important during the dislocation of the mass and until its final hardening, as well as during the handling operations which take place between these two operating stages. It is nevertheless important, because the mass must retain its shape and its dimensions during these operations.
The dry cohesion, alone, matters after hardening, that is to say during the handling of storage, installation which precedes the casting of the metal, and especially during the casting.
Also the binders serving to agglomerate these sands or refractory masses are they composed in such a way as to provide the desirable cohesion in green and cohesion in dry conditions. Unfortunately, we know from experience that there is an antinomy between these two cohesions and that it is generally not possible to increase one of the cohesions without detriment to the other. We are therefore reduced to compromises, which do not give satisfaction in rather frequent particular cases. One of those compromises. consists in unmolding the mass on a so-called drying or baking shell, which conforms to its shapes and maintains it, an expensive process due to the large tooling that it involves, and which is only suitable for large series.
It has been recommended, for large cores or molds, the use as a binder of self-drying oils; this process gives a high green cohesion on demolding, but it involves setting times which are not always compatible with the requirements of production.
It has also been recommended, in this case, the use as a binder of synthetic resins curable cold by catalysis; this process is also suitable, but imposes the same restrictions on production.
Finally, these two processes are only valid for cores or molds whose production is restricted.
It has been proposed, for the cores or molds of smaller dimensions, the use as binders of synthetic resins and, as tools, heated metal model cans causing the mass to set in a relatively short time. This process is suitable but involves the use of a plurality of metal model boxes of the same type, in order to compensate for the cooking time; it is therefore expensive and practicable only for large series. In addition, for the formation of the core or mold, it only admits the process by pneumatic blowing or spraying, since the setting begins instantly in the regions in contact with the heated wall of the box.
In order to avoid heating the boxes or to allow the use of wooden boxes, it has been recommended to use an alkali mineral silicate as a basic binder, which is made to set by injecting carbon dioxide into the box. This process gives a fairly short time to arise. but the dry cohesion is generally poor, and the edges of the core or mold are friable, which is due to the very nature of the binder, which is hardly compatible with additives which would be capable of combating these defects.
However, in the end, however, it is the dry cohesion that is important in casting and, in this particular respect, the process therefore has limited uses. It also has the drawback of enriching the sand recovered with Huants agents which are detrimental to refraction.
In summary, to date, we did not know of a process combining the following conditions at the same time rapid setting in a box, high green cohesion on dislocation, molding in boxes of any kind, cold, possible choice of various agglomerants, in part specific according to their resistance to casting, high dry cohesion, no influence on the refractoriness of the sand.
The present invention fills this gap and makes it possible to satisfy these conditions; it relates to a process for making cores or foundry molds from a refractory material agglomerated with a binder, this process being characterized in that, immediately after formation of the core or mold in its box, which can take place both by hand and by blowing or pneumatic spraying, air is injected into the box, through the mass, having a pressure and a temperature such that the mass quickly takes on a high green cohesion,
due to the elimination of volatile constituents from the binder employed and / or a chemical hardening of this binder. Depending on the type of binder used, it dehydrates, or loses its solvents or diluents, or hard cit, or polymerizes, or else gels, several of these effects being able to occur simultaneously.
The following cases may in particular be cited by employing one of the conventional binders where a water-soluble constituent is the binder, it is the rapid dehydration of the latter and the increase in its viscosity, which confer cohesion to green; by using a self-drying binder, it is both the action of heat and air (oxygen) which, by rapid polymerization, gives green cohesion; by using as binder a curable synthetic resin in aqueous solution, it is both the action of heat and air which, by dehydration and rapid rise in temperature, preferably in the presence of a catalyst, gives green cohesion;
by using an al-calin mineral silicate as binder, it is both the supply of air and heat which, by rapid gelation, gives cohesion to green.
While conventional commercial binders have been considered in the cases cited, the present invention allows even better results by means of the use of binders whose composition is specially suited to the process, in particular those containing as solvents or diluents alcohols such as ethyl, isopropyl, butyl alcohol. This is because the rapid evaporation of these solvents or diluents, under the effect of heat and air pressure, causes very rapid hardening of the mass, and therefore gives it a high green cohesion.
By way of example, the binder can be a urea-formaldehyde resin dissolved in water and ethyl alcohol; a melanin resin dissolved in water and ethyl alcohol; a phenol-formaldehyde resin dissolved in ethyl alcohol; a modified urea-formaldehyde resin in solution in butyl alcohol; a modified phenol-formaldehyde resin in solution in butyl alcohol; a resin containing the same bases or also other bases such as glycero-phthalic resins, and optionally plasticizers, in solution in butyl alcohol.
Curing catalysts or accelerators can, also with these special binders, contribute to the rapid hardening of the mass.
It is therefore possible, by means of the present process, to use products which, until now, had not been used as binders for sand.
It should be noted that the blowing of hot air is already known in foundry, but for cases different from that which the present invention is aimed at; to dehydrate large untransportable mussels, made from clayey sand where the binder is clay; for fluidizing by melting the binder a powdered sand-resin mixture, which then hardens upon cooling of the canister.
In the first case, it is much more of a mobile oven and on-site steaming, a completely different goal from that sought by the present invention. In addition, a sand bound to clay, which constitutes the classic molds, has none of the special properties which are characteristic of cores or molds agglomerated with special and ad hoc binders, as well a clay sand mold n ' is it not referred to in the usual conception of so-called agglomerated sands, which moreover start from a sand sili those pure and not clayey.
In the second case, the aim is to achieve an operation exactly the opposite of that which is the object of the present invention, since hot air is used to fluidify a powdered sand-binder mixture, and that the solidification by cooling.
For the implementation of the present invention, a hot air injector is advantageously used. capable of supplying air between 2 and 6 kg / cm2 of pressure and a temperature of 100 to 400oC, adjustable at will. As the flow rate is a function of the mass of the cores or molds to be treated, it is advisable to have several injectors of varying capacities.
The injection can take place by affixing on the visible surface of the core or mold, or by the blow holes of the box, of an injection nozzle of appropriate dimensions, or even of a bell in the case of a relatively large area. It can take place, for large cores or molds, by diving boards in the form of perforated pipes, which can in particular be inserted through the surfaces of the cores, and also serve as reinforcements which can be recovered after casting.
Since the insufflation of hot air gasifies the solvents or diluents, the gas thus produced is sucked in by means of a suitably placed hood.
The working temperature and pressure are generally not critical; in most cases, a pressure of 2 to 3 kg / cm2 and a temperature of 200 to <B> 2200C </B> is sufficient. The sufflation time is a function of the mass and shape of the cores or molds, as well as the nozzle and plungers device; it is determined by experience and is in any case relatively short.
Post-curing of the cores or molds, possible under the same conditions as usual, depends on the nature of the binder used, but in all cases, it is of shorter duration since most of the solvents or thinners will have been drained off, and the hardening process will be significantly advanced.