EP0409726A1 - ProcÀ©dé de fabrication de moules-carapaces pour fonderie - Google Patents

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EP0409726A1
EP0409726A1 EP90402066A EP90402066A EP0409726A1 EP 0409726 A1 EP0409726 A1 EP 0409726A1 EP 90402066 A EP90402066 A EP 90402066A EP 90402066 A EP90402066 A EP 90402066A EP 0409726 A1 EP0409726 A1 EP 0409726A1
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Nadine Burkarth
Christian Marty
Yvan Rappart
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Safran Aircraft Engines SAS
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Societe Nationale dEtude et de Construction de Moteurs dAviation SNECMA
SNECMA SAS
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22C—FOUNDRY MOULDING
    • B22C9/00—Moulds or cores; Moulding processes
    • B22C9/02—Sand moulds or like moulds for shaped castings
    • B22C9/04—Use of lost patterns
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S264/00—Plastic and nonmetallic article shaping or treating: processes
    • Y10S264/57—Processes of forming layered products

Definitions

  • the present invention relates to a process for manufacturing shell molds for foundries, in particular intended for use in so-called lost wax foundry processes.
  • the lost-wax foundry processes using ceramic shell molds include the following steps: - production of a model, generally in wax, of the part to be produced, - deposit on the model of a ceramic suspension from a thick slip, - deposit of ceramic grains in stucco, - drying, for example in an oven, leading to elimination of the solvent from the suspension and consolidation of the layer, - depositing a new layer of ceramic suspension from a fluid slip, - new deposition of ceramic grains in stucco, - drying, as before, the layers are optionally renewed as many times as new elements must be introduced in order to obtain the characteristics sought in the particular application, whether they are of a physical, chemical or mechanical nature, - heat treatment of the assembly obtained under determined conditions, adapted to the compositions and products used, leading to the elimination of the organic model and to a "baking" of the mold with consolidation in particular by possibly reactive sintering, - Carrying out a part casting operation in the mold obtained.
  • slip composition examples are in particular given by FR-A-2 599 649.
  • compositions of the slip have been added, such as those based on nonylphenol.
  • surfactants have been added, such as those based on nonylphenol.
  • these additions involve a risk of destabilization of the compositions and usually have a foaming effect which requires an additional addition of an anti-foaming product.
  • the film is obtained from a solution of alkyl cellulose, wetting agent, formaldehyde and ammonium hydroxide in water.
  • a solvent product was prepared by mixing ethanol and ethyl acetate. Tests carried out using various proportions of the components have made it possible to establish that the acceptable proportions of each of the constituents are between 25% and 75%. In particular, it has been found that alcohol alone reacts with the adhesion agent used and makes it ineffective in less than 24 hours. Furthermore, ethyl acetate alone leads to a deterioration in the surface condition of the wax model by dissolution. On the other hand, the mixture of the two products in the proportions indicated limits the harmful reactions.
  • a solution is obtained by adding to said solvent 3% of an adhesion agent of the aminosilane type.
  • an adhesion agent of the aminosilane type Various commercial products supplied by the Dynamit Nobel Company under the trade names Dynasilan 1505 or Ammo, for example, have been successfully tested.
  • the solution obtained has good stability and has a shelf life in closed containers of several weeks.
  • step (b) of depositing a layer of ceramic suspension was carried out by dipping the model in a fluid slip, followed by step (c) of drying.
  • step b of the method according to the invention makes it possible to better coat the model in the locked up or inaccessible areas during the soaking operations and to better control the thicknesses deposited at draining.
  • the stucco grains are attached to a second layer reinforcing the first dry layer resulting from the fluid slip, which prevents the stucco from passing through the first layer, coming into contact with the wax of the model and deteriorating the surface condition. Whatever the stucco used, fine or coarse, an improvement of around 30% of Ra was thus observed in the surface condition of the shell obtained.
  • the effectiveness of the adhesion agent was tested on various waxes and on a rhodoid-type model material.
  • the mode of application of the solution comprising the adhesion agent which has been described by immersion can be carried out by spraying.
  • the adhesion agent can be obtained from an aminosilane type product.
  • the conventional process using a thick slip can be preserved by incorporating the prior step of depositing the adhesion agent, in accordance with the invention and by retaining the advantages of improving the sizing at the wax / ceramic interface and avoiding subsequent decohesions, especially in the case of overdrying.

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Abstract

Le procédé de fabrication de moules-carapaces, notamment pour des applications de fonderie à la cire-perdue, est caractérisé par l'utilisation d'un agent d'adhérence déposé sur le modèle avant dépôt de céramique. Une solution à 3 % d'aminosilane dans un solvant à base d'éthanol et d'acétate d'éthyle de 25 % jusqu'à 75 % chacun est utilisée. Le procédé évite les phénomènes de décollement à l'interface cire/céramique.

Description

  • La présente invention concerne un procédé de fabrication de moules-carapaces pour fonderie, notamment destinés à être utilisés dans des procédés de fonderie dits à la cire perdue.
  • Comme il est déjà bien connu, les procédés de fonderie à la cire perdue utilisant des moules-carapaces en céramique comportent notamment les étapes suivantes :
    - réalisation d'un modèle, généralement en cire, de la pièce à réaliser,
    - dépôt sur le modèle d'une suspension de céramiques à partir d'une barbotine épaisse,
    - dépôt de grains de céramique en stucco,
    - séchage, par exemple en étuve, entraînant une élimination du solvant de la suspension et une conso­lidation de la couche,
    - dépôt d'une nouvelle couche de suspension de céramiques à partir d'une barbotine fluide,
    - nouveau dépôt de grains de céramique en stucco,
    - séchage, comme précédemment,
    - les couches sont renouvelées éventuellement autant de fois que de nouveaux éléments doivent être introduits en vue d'obtenir les caractéristiques recherchées dans l'application particulière, qu'elles soient de nature physique, chimique ou mécanique,
    - traitement thermique de l'ensemble obtenu dans des conditions déterminées, adaptées aux compositions et produits utilisés, conduisant à l'élimination du modèle organique et à une "cuisson" du moule avec une conso­lidation notamment par frittage éventuellement réactif,
    - réalisation d'une opération de coulée de pièce dans le moule obtenu.
  • Des exemples de composition de barbotine sont notamment donnés par FR-A-2 599 649.
  • Dans l'utilisation d'un procédé tel qu'il a été schématiquement décrit ci-dessus diverses difficultés sont apparues imposant des précautions particulières d'emploi. Le dépôt de la première couche sur le modèle en cire s'avère notamment délicat. Il est nécessaire en effet d'utiliser une barbotine épaisse pour obtenir cette première couche, de la revêtir d'un dépôt de grains et de surveiller de près les conditions de séchage pour éviter un surséchage. Toutes ces conditions contraignantes sont en effet nécessaires pour limiter les décohésions de ladite première couche et éviter un phénomène de feuilletage. Ces difficultés sont aggravées notamment lorsque le modèle présente des zones peu accessibles dites "enfermées" et des problèmes d'adhérence du dépôt céramique sur le modèle en cire entraînant des décollements de la couche apparaissent également en présence d'angles vifs ou de sections fines. Ces configurations sont notamment rencontrées dans des applications particulièrement visées par l'invention à des pièces aéronautiques, notamment destinées à des moteurs aéronautiques, et qui présentent ces particularités, comme par exemple des aubes refroidies pour turbines.
  • Certaines tentatives de solution ont consisté notamment à rechercher des ajustements de compositions des barbotines. C'est ainsi que, notamment dans le cas de compositions d'un type connu en soi comportant un liant colloïdal, des produits tensio-actifs ont été rajoutés, tels que à base de nonylphénol. Toutefois ces rajouts comportent un risque de déstabilisation des compositions et ont habituellement un effet moussant qui impose un ajout supplémentaire d'un produit anti-moussant.
  • On connaît également par US-A-2 908 952 le principe d'application d'un film d'adhérence et de protection sur un modèle pour réaliser un moule. Dans ce cas, le film est obtenu à partir d'une solution d'alkyl cellulose, agent mouillant, formaldéhyde et hydroxyde d'ammonium dans l'eau.
  • Ces problèmes ont été résolus grâce à l'invention sans entraîner les inconvénients des solutions précédemment connues et en procurant de nombreux avantages notamment par rapport au choix connu des produits utilisés pour l'adhérence, au moyen d'un procédé de fabrication de moules-carapaces pour fonderie du type précédemment évoqué comportant les étapes successives suivantes :
    • (a) -dépôt sur le modèle d'un agent d'adhérence ;
    • (b) dépôt d'une couche d'une suspension de céramiques à partir d'une barbotine fluide ;
    • (c) -séchage ;
    • (d) -dépôt d'une nouvelle couche de suspension de céramique à partir de la même barbotine fluide précédemment utilisée à l'étape (b) ;
    • (e) -dépôt de grains de céramique en stucco ;
    • (f) -séchage.
    caractérisé en ce que l'agent d'adhérence déposé à ladite étape (a) du procédé est constitué d'une solution à 3% d'une amino-silane dans un solvant constitué d'un mélange d'éthanol et d'acétate d'éthyle chacun dans une proportion comprise entre 25% et 75% du solvant.
  • D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre d'un exemple non limitatif de réalisation illustrant l'invention.
    • EXEMPLE
  • On a préparé un produit solvant par mélange d'éthanol et d'acétate d'éthyle. Les tests réalisés à partir de diverses proportions des composants ont permis d'établir que les proportions acceptables de chacun des constituants se situent entre 25% et 75%. On a notamment constaté que l'alcool seul avait une réaction avec l'agent d'adhérence utilisé et le rend inefficace en moins de 24 heures. Par ailleurs, l'acétate d'éthyle seul conduit à une détérioration de l'état de surface du modèle en cire par dissolution. Par contre le mélange des deux produits dans les proportions indiquées limitent les réactions néfastes.
  • Une solution est obtenue en ajoutant dans ledit solvant 3% d'un agent d'adhérence de type aminosilane. Divers produits commerciaux fournis par la Société Dynamit Nobel sous les dénominations commerciales Dynasilan 1505 ou Ammo, par exemple, ont été testés avec succès. La solution obtenue présente une bonne stabilité et a une durée de conservation en bidon fermé de plusieurs semaines.
  • L'étape (a) du procédé de fabrication de moules-carapaces pour fonderie caractéristique de l'invention et consistant en un dépôt d'un agent d'adhérence sur le modèle peut alors être effectuée selon le processus suivant :
    • (a1) -immersion du modèle dans la solution dont la prépa­ration a été décrite ci-dessus, pendant 3 à 4 minutes au moins ;
    • (a2) -élimination du solvant par évaporation à l'ambiante;
    • (a3)-rinçage éventuel à l'eau pour éliminer les coulures éventuelles ou surplus d'agent d'adhérence ;
    • (a4) -séchage à l'ambiante.
  • L'efficacité du dépôt d'agent d'adhérence ainsi obtenu sur le modèle est conservée pendant environ 24 heures et une réactivation reste possible, simplement en répétant le processus a1 à a4 décrit ci-dessus.
  • Après ce dépôt, on a procédé à l'étape (b) de dépôt d'une couche de suspension de céramique par trempage du modèle dans une barbotine fluide, suivie de l'étape (c) de séchage.
  • La suppression de l'utilisation précédemment mise en oeuvre dans les procédés antérieurs connus d'une barbotine épaisse pour la réalisation de la première couche présente divers avantages :
    - du fait de sa densité, cette barbotine épaisse nécessi­tait l'utilisation d'un mélangeur particulier pour sa préparation ;
    - sa stabilité est moins assurée et on rencontrait des difficultés à contrôler et maintenir constante cette barbotine épaisse du fait de l'évolution sensible dans le temps de ses caractéristiques rhéologiques et de son pH ;
    - un procédé de trempage utilisant un robot ne lui était guère applicable, contrairement à la barbotine fluide utilisée selon l'invention.
  • On a ensuite répété autant de fois que nécessaire pour obtenir les épaisseurs désirées et les caractéristiques du moule recherchées les étapes suivantes du procédé conforme à l'invention :
    • - (d) dépôt d'une nouvelle couche de suspension de céramiques à partir de la même barbotine fluide utilisée à l'étape (b) ;
    • - (e) dépôt de grains de céramique en stucco;
    • - (f) séchage.
  • L'utilisation d'une barbotine fluide dès le premier trempage du modèle (étape b du procédé selon l'invention) permet de mieux napper le modèle dans les enfermés ou zones peu accessibles lors des opérations de trempage et de mieux maîtriser les épaisseurs déposées à l'égouttage. L'accrochage des grains en stucco est réalisé sur une seconde couche renforçant la première couche sèche issue de la barbotine fluide, ce qui empêche le stucco de traverser la première couche, d'entrer en contact avec la cire du modèle et de détériorer l'état de surface. Quel que soit le stucco utilisé, fin ou grossier, on a ainsi observé une amélioration, de l'ordre de 30% du Ra, de l'état de surface de la carapace obtenue.
  • A partir de cet exemple de réalisation qui a permis de constater dans la mise en oeuvre du procédé conforme à l'invention les avantages du dépôt sur le modèle d'un agent d'adhérence de nombreux avantages dont certains ont déjà été signalés et notamment :
    - la suppression de l'adjonction de produits tensio-actifs dans les barbotines et des inconvénients qui en découlaient ;
    - l'obtention d'une liaison entre les surfaces du modèle et de la carapace présentant une bonne résistance mécanique ;
    - une tolérance plus importante vis à vis des conditions de séchage,
    des variantes de réalisation restent possibles.
  • L'efficacité de l'agent d'adhérence a été testée sur diverses cires et sur un matériau de modèle de type rhodoïd.
  • Les essais décrits ci-dessus ont été réalisés en utilisant des barbotines en suspensions aqueuses comportant un liant à base de silice colloïdale. Mais des applications peuvent également être envisagées avec des suspensions en milieu alcool, notamment en utilisant des barbotines comportant du silicate d'éthyle.
  • Le mode d'application de la solution comportant l'agent d'adhérence qui a été décrit par immersion peut être effectué par aspersion.
  • Par ailleurs, en dehors des produits commerciaux signalés, l'agent d'adhérence peut être obtenu à partir d'un produit de type aminosilane.
  • On notera enfin, comme avantage du procédé selon l'invention offrant de grandes souplesses d'utilisation, qu'il permet, en effectuant un dépôt sélectif de l'agent d'adhérence sur certaines zones choisies d'un modèle, de n'effectuer un dépôt de couche céramique que sur ces parties intéressantes du modèle.
  • En fonction des contraintes de fabrication, le procédé classique utilisant une barbotine épaisse peut être conservé en incorporant l'étape préalable du dépôt de l'agent d'adhérence, conformément à l'invention et en conservant les avantages d'amélioration de l'encollement à l'interface cire/céramique et évitant les décohésions ultérieures, en cas de surséchage notamment.

Claims (5)

1. Procédé de fabrication de moules-carapaces pour fonderie utilisant un modèle, notamment en cire, de la pièce de fonderie à réaliser comportant les étapes successives suivantes :
(a) - dépôt sur le modèle d'un agent d'adhérence ;
(b) - dépôt d'une couche d'une suspension de céramiques à partir d'une barbotine fluide ;
(c) - séchage ;
(d) - dépôt d'une nouvelle couche de suspension de céramiques à partir de la même barbotine fluide précédemment utilisée à l'étape (b) ;
(e) - dépôt de grains de céramique en stucco ;
<(f) - séchage,
les étapes (d) à (f) étant, de manière connue en sol, répétées autant de fois qu'il est nécessaire pour obtenir les épaisseurs et les caractéristiques du moule recherchées et suivies d'un traitement thermique de cuisson et consolidation du moule par frittage avec élimination du modèle organique,
caractérisé en ce que l'agent d'adhérence déposé à ladite étape (a) du procédé est constitué d'une solution à 3% d'un produit de type aminosilane dans un solvant obtenu par mélange d'éthanol et d'acétate d'éthyle, chacun dans une proportion comprise entre 25% et 75% du solvant.
2. Procédé de fabrication de moules-carapaces selon la revendication 1 dans lequel ladite étape (a) du procédé est effectuée selon le processus suivant :
(a1) - immersion du modèle dans ladite solution pendant 3 à 4 minutes au moins ;
(a2) - élimination du solvant par évaporation à l'am­biante ;
(a3) - rinçage éventuel à l'eau pour éliminer les coulures ou surplus d'agent d'adhérence ;
(a4) - séchage à l'ambiante.
3. Procédé de fabrication de moules-carapaces selon la revendication 1 dans lequel ladite étape (a) du procédé est effectuée par aspersion du modèle au moyen de ladite solution.
4. Procédé de fabrication de moules-carapaces pour fonderie utilisant un modèle, notamment en cire, de la pièce de fonderie à réaliser caractérisé en ce qu'il comporte les étapes successives suivantes :
(a) - dépôt sur le modèle d'un agent d'adhérence constitué d'une solution à 3% d'un produit de type aminosilane dans un solvant obtenu par mélange d'éthanol et d'acétate d'éthyle, chacun dans une proportion comprise entre 25% et 75% du solvant,
(b) - dépôt sur le modèle d'une suspension de céramique à partir d'une barbotine épaisse ;
(c) - dépôt de grains de céramique en stucco ;
(d) - séchage ;
(e) - réitération de dépôt d'une ou plusieurs couches selon le processus (b) (c) et (d) à partir d'au moins une barbotine de fluidité adaptée.
5. Procédé de fabrication de moules-carapaces selon la revendication 4 dans lequel ladite étape (a) du procédé est effectuée selon le processus suivant :
(a1) - immersion du modèle dans ladite solution pendant 3 à 4 minutes au moins
(a2) - élimination du solvant par évaporation à l'am­biante ;
(a3) -rinçage éventuel à l'eau pour éliminer les coulures ou surplus d'agent d'adhérence ;
(a4) -séchage à l'ambiante.
EP90402066A 1989-07-20 1990-07-18 Procédé de fabrication de moules-carapaces pour fonderie Expired - Lifetime EP0409726B1 (fr)

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PATENT ABSTRACTS OF JAPAN, vol. 9, no. 87 (M-372)[1810], 17 avril 1985; & JP-A-59 215 241 (SUMITOMO DUREZ K.K.) 05-12-1984 *

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RU2742096C1 (ru) * 2020-07-02 2021-02-02 Владимир Михайлович Волков Способ изготовления форм при литье по выплавляемым моделям

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