Procédé de fabrication d'un moule pour moulage de précision à cire perdue La présente invention a pour objet un procédé de fabrication, d'un. moule pour moulage de précision à cire perdue tel qu'un moule en une seule pièce et à paroi mince, constitué par des matières céramiques réfractaires, et possédant des surfaces intérieures lis ses et fines, ainsi que des dimensions. intérieures précises.
Des. moules à parois épaisses, destinés au mou lage de précision, ont été fabriqués dans le passé par le procédé appelé à cire perdue . Ce procédé con siste à recouvrir un modèle en cire, matière plastique ou autre matière dilatable, avec une barbotine d'une matière céramique réfractaire finement divisée, à arroser le, revêtement pour le stuquer, avec une matière réfractaire grossière,
et à enrober le modèle ainsi revêtu dans une enveloppe réfractaire épaisse, à l'intérieur d'un récipient extérieur en acier<B>;</B> ensuite, on retire la cire en chauffant lentement le moule tout entier pendant plusieurs heures, dans une position inversée, de manière à faire fondre la cire. Un tel moule est nécessairement lourd et encombrant, car il doit comporter une enveloppe épaisse pour résis ter à l'importante force initiale d'expansion, du modèle en cire;
la dilatation de ce modèle atteint environ 9 % en: volume, quand on le chauffe jusqu'à sa température de fusion. Un moule d'une telle épaisseur ne possède qu'une médiocre conductibilité calorifique;
quand on coule un métal fondu dans la cavité laissée par le modèle en cire éliminé, la cou che superficielle intérieure du moule, couche chargée de commander la forme de l'objet désiré, est soumise à des chocs thermiques et à des forces d'expansion, qui la déforment et y produisent des fentes.
L'éli mination de la matière de l'enveloppe sur la pièce moulée obtenue est en général très difficile. Pour éviter ces. difficultés, on a proposé récem ment de fabriquer un moule à enveloppe mince, en utilisant pour former le modèle du mercure congelé, qui possède une très faible dilatation thermique au voisinage de sa température de fusion et qui peut être fondu et éliminé sans briser le moule.
En utili- sant ainsi un, modèle, dont la dilatation thermique, à son point de fusion et en dessous de ce point, est insuffisante pour provoquer la rupture du revête ment, il est donc possible de former un moule, dont l'épaisseur des parois est comprise, par exemple, entre 1,6 mm et 6,3 mm, et qui peut servir pour le moulage de précision, sans être revêtu d'une épaisse masse réfractaire de support.
L'emploi d'un; modèle en mercure congelé oblige à effectuer les différentes opérations de revêtement à une température inférieure à -390 C et exige l'uti lisation, d'une barbotine non aqueuse ou possédant un point de congélation assez bas. Les difficultés résultant de ces limitations de température sont variées, et ce procédé, bien qu'il permette de produire un moule extrêmement intéressant, est très coûteux et d'une exécution: difficile.
Le procédé conforme à la présente invention a pour but d'éviter les difficultés inhérentes au pro cédé à cire perdue, sans avoir recours à des tempé ratures basses, la dilatation thermique de la cire n'étant pas nuisible et le modèle en cire pouvant être dégagé en quelques minutes d'une manière sim ple et facile.
Le procédé selon l'invention, consistant à re couvrir un, modèle correspondant en cire avec une barbotine d'une matière céramique et réfractaire finement divisée, à recouvrir le revêtement résultant avec des particules plus grossières d'une matière céramique et réfractaire, est caractérisé en.
ce que l'on chauffe le modèle en cire, recouvert de son revêtement, de manière à en liquéfier et éliminer une partie., sur sa surface de contact avec l'enveloppe réfractaire, avant que les dimensions globales du modèle en cire aient sensiblement augmenté par dila tation thermique, de manière à réaliser un espace libre pour permettre sa dilatation ultérieure, puis.
en ce que l'on chauffe encore l'enveloppe réfractaire et le restant du modèle en, cire, pour éliminer complè tement le modèle en cire et pour agglomérer l'enve loppe réfractaire.
Pour mettre en aeuvre ce procédé, on, peut sou mettre le moule contenant le modèle en cire, de pré férence dans une position retournée, à une tempéra ture ambiante suffisamment élevée pour liquéfier le modèle en cire sur sa surface de contact avec l'enve loppe réfractaire, de manière à créer sur cette surface l'espace désiré permettant la dilatation thermique ultérieure du modèle en cire.
Ceci est obtenu de pré férence en. introduisant le moule, contenant le modèle en cire, dans un four, qui a été chauffé au préalable jusqu'à une température assez élevée pour éliminer une partie du modèle en cire, sur sa surface de con tact, avant que la température et le volume de l'en semble du modèle aient augmenté sensiblement.
Une température ambiante égale à 900o :C ou même infé rieure à cette valeur peut suffire pour retirer le modèle en cire sans briser le moule; cependant, une température d'au moins 1000 C est désirable, parce qu'une telle température, non seulement élimine le modèle en cire en un temps très court, mais produit aussi simultanément la cuisson de la composition réfractaire du moule en lui donnant la résistance désirée.
On va . décrire maintenant, à titre d'exemple et en se référant au dessin annexé, un mode d'exécution préféré du procédé selon l'invention.
La fig. 1 est une vue latérale d'un modèle ou noyau, qui est destiné à fabriquer un moule et qui comporte un jet de coulée et une masselotte.
La fig. 2 est une coupe du moule obtenu avec son jet de coulée et sa masselotte, après l'élimination du modèle.
On. recouvre un modèle en cire de l'objet, ayant des dimensions précises et comprenant son jet de coulée et sa masselotte, en le plongeant d'une ma nière répétée dans une barbotine contenant<B>de</B> la silice pulvérisée, fondue ou amorphe,
ou de préfé rence un verre à haute teneur en silice. Ce verre contient une proportion d'au moins 94% de silice pulvérisée, qui passe dans un tamis No 345.
Pour la couche primaire de revêtement, la barbo tine contient, de préférence, 97,5 parties en poids de la silice pulvérisée ou du verre à haute teneur en silice et 2,5 parties en poids .d'une argile figuline également fine, qui est destinée à réaliser la plasti cité et la liaison;
la silice et l'argile sont en suspen- sion dans la quantité nécessaire d'un véhicule aqueux approprié, contenant de préférence une petite pro portion d'un coagulant, tel que l'acide tartrique, une petite quantité de gomme soluble dans l'eau, telle que la gomme arabique, pour donner de la résis- tance au moule à l'état cru, une petite quantité de silice colloïdale en suspension pour donner une liai son réfractaire, et une petite quantité d'un agent mouillant, tel que le dioctylsulfosuccinate de sodium.
Bien que les proportions de ces éléments dans le véhicule aqueux ne soient pas particulièrement criti ques, les proportions suivantes conviennent très bien: 1,5 cm3 d'une solution. aqueuse à 50'% en. poids d'acide:
tartrique, 15 cm3 d'une solution aqueuse à 10'% en poids de gomme arabique, 5 ce d'une sus- pension aqueuse à 35 % en poids de silice colloïdale, 0,
1 cm3 d'une solution aqueuse à 75'% en poids de dioctylsulfosuccinate <B>de</B> sodium, et 9,5 ctri; d'eau distillée ou adoucie, pour 100 parties du verre et de l'argile.
Après avoir plongé le modèle en cire dans la barbotine, on le laisse égoutter pendant quelques minutes, puis on, l'arrose, pour le stuquer, avec de la silice pulvérisée fondue ou avec un verre à haute teneur en silice, dont les dimensions des, grains sont comprises entre celles des mailles des tamis NI 35 et NI 50. On fait ensuite sécher le modèle à l'air pendant environ une heure à la température ambiante.
Pour obtenir un revêtement d'une épaisseur appropriée, on plonge ensuite cinq fois dans la bar botine le modèle de cire, portant déjà sa couche pri maire sèche de revêtement, et on le fait sécher dans les intervalles entre les immersions successives ;
cependant, pour former les couches postérieures à la couche primaire, on supprime l'argile figulin.e dans la barbotine et on utilise 100 parties de la silice pul vérisée et fondue ou du verre à haute teneur en silice, tandis qu'on supprime l'acide tartrique et la gomme arabique dans le véhicule aqueux, et qu'on ajoute à leur place une petite quantité, 0,5 cm3, d'une solu- tion aqueuse à 1,
5'% en poids de. méthylcellulose. On utilise une matière céramique plus grossière, dont les particules ont des, dimensions comprises entre celles dies mailles des tamis N -20 et No 35, pour la seconde, la troisième et la quatrième couche de revêtement, et une matière, réfractaire encore plus grossière,
dont les particules ont des dimensions comprises entre celles des mailles des tamis No 10 et No 20 pour la cinquième et la sixième couche de revêtement. Quand le modèle est complètement re couvert, on le laisse sécher directement dans l'air, à la température ambiante et de préférence pendant au moins 16 heures.
Il est important que la température globale et le volume du modèle en cire n'augmentent pas suffi samment, après la formation de la couche primaire du revêtement, pour dilater le modèle au point de fendre cette couche et les couches ultérieures.
Il est aussi important, quand les différentes couches de revêtement ont été appliquées et séchées, que le modèle en cire soit éliminé, par une application locale de chaleur, avec une rapidité suffisante pour liquéfier localement et éliminer une partie du modèle, avant que la dilatation thermique totale de celui-ci soit suffisante pour fendre l'enveloppe réfractaire à l'état cru.
Pusqu'il est désirable également de renforcer l'enveloppe réfractaire à l'état cru, en la cuisant dès que possible, le procédé le meilleur pour éliminer le modèle en cire consiste à chauffer brusquement toute l'enveloppe, de préférence après l'avoir retournée ;
ainsi, l'enveloppe réfractaire, est cuite et sensiblement renforcée, tandis que le modèle en cire est en, même temps liquéfié, et même probablement vaporisé dans urne certaine mesure, tout d'abord sur sa face de contact, de sorte que sa dilatation ultérieure peut tout au plus chasser par pression la cire liquéfiée, sans exercer une pression exagérée sur l'enveloppe réfractaire. Une partie du modèle en cire tombe sans être fondue par l'extrémité ouverte de l'enveloppe, si l'on ne. s'y oppose pas.
Du fait que le moule ainsi obtenu a des parois très minces, par comparaison avec les anciens, mou les pour coulée de précision à cire perdue, la tempé rature, ambiante peut être transmise rapidement et même presque instantanément à travers les parois, de sorte que le. modèle en cire est liquéfié, sur sa face de contact avec l'enveloppe réfractaire, avant que sa température moyenne et son volume aient augmenté sensiblement.
On peut penser que la masse de cire fondue s'écoule en totalité à l'extérieur à travers l'extrémité ouverte de l'enveloppe, comme on l'a indiqué plus: haut, mais la porosité inhérente à celle-ci permet à la cire liquéfiée ou vaporisée de pénétrer dans l'enveloppe ; il est par conséquent pos sible qu'une petite quantité de la cire fondue s'échappe à travers les parois du moule.
11 est désirable d'introduire brusquement le moule, après l'avoir retourné, dans un four chauffé d'avance jusqu'à une température comprise entre 900e C et 1150 C, et de préférence égale à environ 1050 C. Des températures encore plus. élevées: ne procurent aucune amélioration, des résultats.; bien que de telles températures ne provoquent générale ment aucun dégât, elles, ne doivent pas être cepen dant assez élevées pour produire un commencement de fusion, ou de contraction de la matière réfractaire, ce qui porterait préjudice à la précision des dimen sions.
Des températures inférieures à 9000 C, et même descendant jusqu'à 750 C, ont été utilisées avec succès, mais une cuisson convenable de l'enve loppe réfractaire exige des températures plus. élevées.
On pourrait également éliminer le modèle en cire à une température trop basse pour cuire com- plètement l'enveloppe réfractaire et soumettre ensuite l'enveloppe vide à une température appropriée d'ag glomération, quoique cela soit moins avantageux.
Dans ce cas, la température à laquelle le modèle en cire est soumis initialement en. vue de l'éliminer, doit être seulement suffisamment élevée pour être sûr que le modèle en cire soit rapidement liquéfié ou vapo risé sur sa surface de contact avec l'enveloppe, avant qu'un temps suffisant se soit écoulé pour permettre aux portions;
intérieures du modèle d'atteindre la température de fusion. Cette température, à laquelle le modèle revêtu de son enveloppe doit être soumise initialement, dépend naturellement d'un; certain nom bre de facteurs, tels que la composition de la cire, la composition de la matière réfractaire et l'épaisseur du revêtement réfractaire.
Quand on introduit le moule dans le four chauffé au préalable, on, le renverse de préférence sur une grille ouverte en une matière réfractaire, par exem ple en alliage nickel-chrome, les mailles. de cette grille étant assez larges pour permettre à la cire fon due de traverser facilement, mais fournissant cepen- - dant un support stable pour le moule.
Le four peut aussi comporter dans son fond une ouverture appro priée, fermée par une partie amovible, que l'on peut retirer momentanément pour récupérer la plus grande partie de la cire fondue. Dans ces conditions:
, on éli mine la majeure partie du modèle en cire en une à trois minutes. Il est désirable .que cet intervalle de temps soit aussi court que possible car l'enlèvement de la partie amovible du fond du four peut entrainer une chute de température rapide, en particulier quand le four est assez grand pour recevoir simultanément un grand nombre de moules.
Il est désirable égale ment, quand la partie amovible du fond du four a été remise en: place et quand le four a récupéré sa température, que le chauffage du moule soit continué assez longtemps, par exemple vingt minutes environ, pour oxyder et brûler complètement toute la cire pouvant rester dans le moule.
On peut utiliser une, matière céramique réfrac taire quelconque ; cependant, la silice pulvérisée et fondue et le verre mentionné plus haut à haute teneur en silice sont particulièrement intéressants, parce que les moules fabriqués avec ces matières peuvent résister à des chocs thermiques sévères, en raison. de leur faible coefficient de dilatation thermi que.
On, a substitué avec succès à la silice et au verre siliceux, dans, la barbotine décrite plus haut, du zircon., de l'alumine, de l'argile réfractaire calci- née et de la sillimanite, sous une forme finement divisée.
Les, cires déjà connues et utilisées jusqu'à pré sent dans le procédé de coulée à cire perdue co#nvien- nent pour la mise en oeuvre du procédé décrit; il est possible cependant d'utiliser aussi, bien qu'avec des résultats moins satisfaisants, d'autres substances ther moplastiques connues dont la température de fusion est assez basse.
Le terme cire utilisé dans le pré sent exposé englobe ces substances thermoplastiques.