EP0648559A1 - Dispositif et procédé pour réalisation d'une pièce de fonderie par le procédé à modèle perdu - Google Patents

Dispositif et procédé pour réalisation d'une pièce de fonderie par le procédé à modèle perdu Download PDF

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EP0648559A1
EP0648559A1 EP94402292A EP94402292A EP0648559A1 EP 0648559 A1 EP0648559 A1 EP 0648559A1 EP 94402292 A EP94402292 A EP 94402292A EP 94402292 A EP94402292 A EP 94402292A EP 0648559 A1 EP0648559 A1 EP 0648559A1
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    • 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
    • B22C9/046—Use of patterns which are eliminated by the liquid metal in the mould
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22C—FOUNDRY MOULDING
    • B22C1/00—Compositions of refractory mould or core materials; Grain structures thereof; Chemical or physical features in the formation or manufacture of moulds
    • B22C1/16—Compositions of refractory mould or core materials; Grain structures thereof; Chemical or physical features in the formation or manufacture of moulds characterised by the use of binding agents; Mixtures of binding agents
    • B22C1/18—Compositions of refractory mould or core materials; Grain structures thereof; Chemical or physical features in the formation or manufacture of moulds characterised by the use of binding agents; Mixtures of binding agents of inorganic agents
    • B22C1/181—Cements, oxides or clays
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22C—FOUNDRY MOULDING
    • B22C7/00—Patterns; Manufacture thereof so far as not provided for in other classes
    • B22C7/02—Lost patterns

Definitions

  • the subject of the present invention is a device for producing a foundry part by the lost-model process comprising a model and a sinker made of alveolar pyrolyzable material embedded in compacted sand, said sinker being connected to a bucket of refractory material, the model and the descendant of casting being coated with a coating of refractory particles.
  • a piece of pyrolyzable material connecting the model to the supply of liquid metal is called "casting descendant”.
  • It also relates to a method of manufacturing said device and a method of producing a foundry part using this device.
  • the coating generally has a thickness of approximately 1 mm and is made up of refractory particles deposited for example by coating with slip (wet coating).
  • thermomechanically eroding very detrimental to the holding of this coating.
  • a third solution consists in carrying out a double coating.
  • the efficiency of this process is low and the over-coating, of the slip in particular, is delicate.
  • the drying of slip a few millimeters thick causes cracks in the material when it is removed.
  • the invention also relates to a method for producing such a coating applicable to all existing refractory layers.
  • the device according to the invention is characterized in that the coating of the lost model and / or of the casting descendant is, at least locally, reinforced with a mineral binder.
  • the lost model and the casting descendant are in known manner as a pyrolyzable cellular polymer, that is to say that the polymer transforms into pyrolysis gas on contact with the liquid metal, the latter occupying the space thus freed.
  • the purpose of the mineral binder is to harden the foundry coatings at the locations where it is deposited, so that these locations have better mechanical and thermal resistance during the various operations for handling the models, during the pouring of liquid metals onto the cellular polymer. and vis-à-vis the pressure of the gases generated by the pyrolysis of said polymer.
  • the binder is a refractory mineral salt, preferably sodium silicate.
  • the sodium silicate advantageously corresponds to the formula aSiO2, bNa2O, the a / b ratio being between 0.9 and 3.5, preferably of the order of 3.
  • the thickness of the reinforced coating is generally between 0.3 and 3 mm.
  • the coating of hardened particles is located at the places of the lost model where the compaction of the sand is insufficient, in particular at the sites of the cavities of the model and / or at the sites of the casting descendant where the attack of casting occurs or changes in orientation or section thereof.
  • the coating reinforced by the binder is impermeable to gases, it is preferable, in order to allow the gases from the pyrolysis to be evacuated, that the coating be reinforced only locally.
  • vents can be provided for the exhaust of gases, in known manner, vents can be provided.
  • the binder At the locations where the binder is deposited, it is present at the rate of 0.006 to 0.06 g / cm2 of coating.
  • the subject of the invention is also a method of manufacturing a device as described above, consisting in coating refractory particles with the surface of the lost model and of the casting descendant, characterized in that the less locally on said coating an aqueous solution of a mineral binder, in particular a refractory mineral salt.
  • the coating can be carried out separately before assembling the model and the casting descendant. It can also be carried out after the assembly of these two parts.
  • the concentration of the binder, in particular the mineral salt, in the solution can vary considerably depending on the nature of the particles and the hardness of the coating desired.
  • this concentration will be between 20 and 50% by weight, so as to obtain a surface mass of binder as indicated above at the chosen locations.
  • the coating of the solution is generally carried out by spraying followed by drying, preferably in an oven with hot air or by microwave heating.
  • the drying temperature normally varies between 40 ° C and 60 ° C.
  • the invention allows the production of a foundry part by the lost-model process by pouring liquid metal into a device as described above and by recovering the foundry part.
  • the invention also relates to the foundry part thus obtained.
  • a lost model of foundry intended for the manufacture of a cylinder block comprising cavities arranged in the appropriate locations, and a descendant of casting, these parts being of pyrolysable cellular polymer material, such as polystyrene, were coated with a layer of refractory particles 1 mm thick, ie a surface mass of 0.02 g / cm2.
  • a 30% solution of sodium silicate of formula a SiO2, b Na2O (a / b 3) was sprayed over the entire surface of the cavities and at the level of the pouring attack and the changes of direction of the casting descendant , so as to deposit approximately 0.02 g of binder per cm2 of surface concerned.
  • the model and the descendant are then dried with hot air.
  • the device for producing a foundry part comprises a model 1 comprising five cavities 2, said model being connected at its base 6 to a pouring cup 8 of liquid metal made of refractory material (ceramic fibers) by via a casting descendant 7 comprising at its outlet at the base 6 of the model, a narrowing 10 forming the casting attack, then, separated by three rectilinear segments respectively 11, 12 and 15, two elbows 13 and 14 which make it possible to connect the downcomer to the pouring cup.
  • the model and the descendant of casting are coated by spraying on their surface with a layer of refractory particles respectively 3, 9 with a thickness of 1 mm, said layer being hardened 4 by the binder as indicated above, at the surfaces. interior of the cavities, the shrinking surfaces 10 and the elbows 13, 14.
  • the model and the casting descendant are embedded in compacted sand 5, this sand also occupying the volumes delimited by the cavities 2 but with less compaction due to the geometry of these cavities.
  • Liquid metal poured, according to the foundry process, into the cup is led into the lost model. After solidification, the molded part is removed and it is found that no sand / metal amalgam has occurred on the surface of this part.

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Abstract

L'invention concerne un dispositif pour la réalisation d'une pièce de fonderie par le procédé à modèle perdu comportant un modèle (1) et un descendant de coulée (7) en matériau pyrolysable alvéolaire, noyés dans du sable (5) compacté, ledit descendant de coulée étant relié à un godet de coulée en matériau réfractaire (8). Le modèle et le descendant de coulée sont revêtus d'un enduit de particules réfractaires, l'enduit étant, au moins localement, renforcé par un liant minéral. L'invention concerne également un procédé de réalisation d'une pièce de fonderie à l'aide d'un tel dispositif. <IMAGE>

Description

  • La présente invention a pour objet un dispositif pour la réalisation d'une pièce de fonderie par le procédé à modèle perdu comportant un modèle et un descendant de coulée en matériau pyrolysable alvéolaire noyés dans du sable compacté, ledit descendant de coulée étant relié à un godet de coulée en matériau réfractaire, le modèle et le descendant de coulée étant revêtus d'un enduit de particules réfractaires.
  • On appelle "descendant de coulée" une pièce en matériau pyrolysable reliant le modèle à l'alimentation en métal liquide.
  • Elle a également pour objet un procédé de fabrication dudit dispositif et un procédé de réalisation d'une pièce de fonderie à l'aide de ce dispositif.
  • Le dépôt d'un enduit sur le modèle en matériau alvéolaire et sur le descendant de coulée est rendu nécessaire afin de constituer une barrière entre le métal et le sable lors de la coulée. Cet enduit évite un amalgame sable/métal en surface de la pièce finie qui rendrait impossible tout usinage ultérieur.
  • L'enduit présente généralement une épaisseur d'environ 1 mm et est constitué de particules réfractaires déposées par exemple par enduction de barbotine (enduit humide).
  • Toutefois, l'application du procédé à modèle perdu à des pièces de géométrie complexe (épaisseurs dissymétriques, pièces très évidées, orifices multiples et très sollicités mécaniquement comme les culasses ou les bloc-cylindres) rendent l'effet barrière de cet enduit insuffisant.
  • En effet, aux emplacements des cavités, le serrage du sable est moindre du fait de la difficulté à le compacter à ces endroits.
  • De plus, dans le descendant de coulée, l'effet combiné de la température et des turbulences du métal liquide dans les zones de réduction des sections d'alimentation, de changements brusques de direction du flux métallique, du système d'attaque de coulée, produit une érosion thermomécaniquement très préjudiciable à la tenue de cet enduit.
  • Pour pallier les différents inconvénients évoqués ci-dessus, liés à la rupture de l'enduit, on a proposé plusieurs solutions.
  • On a ainsi proposé d'augmenter l'épaisseur de l'enduit déposé sur le modèle. Toutefois, au-delà d'un millimètre d'épaisseur de barbotine (enduit humide) déposée au trempé, des problèmes rhéologiques d'application (viscosité, thixotropie et instabilité) apparaissent.
  • On a également proposé d'appliquer un enduit plus cohésif, mais celui-ci sera moins perméable aux gaz de pyrolyse d'où un ralentissement de l'évacuation des gaz et un retard dans la propagation du métal liquide dans le polymère avec risque de "figeage" prématuré du métal par solidification.
  • Une troisième solution consiste à effectuer une double enduction. Toutefois, l'efficacité de ce procédé est faible et la surenduction, de la barbotine notamment, est délicate. Par ailleurs, le séchage de barbotine épaisse de quelques millimètres occasionne des fissures du matériau lors de son retrait.
  • L'invention propose de pallier les inconvénients des réalisations mentionnées ci-dessus et a notamment pour objet de proposer un dispositif pour la réalisation d'une pièce de fonderie présentant un enduit dont la cohésion des grains de réfractaire est améliorée tout en maintenant une perméabilité satisfaisante aux gaz de pyrolyse et permet en outre :
    • d'améliorer la stabilité physico-chimique de celui-ci en évitant toute décantation ou réaction chimique,
    • l'augmentation importante de la tenue mécanique à la température ambiante (charge à la rupture en flexion plusieurs fois améliorée) et à chaud,
    • une diminution de la porosité évitant localement la traversée de l'enduit par le métal liquide.
  • L'invention a également pour objet un procédé de réalisation d'un tel enduit applicable à toutes les couches réfractaires existantes.
  • Le dispositif selon l'invention est caractérisé en ce que l'enduit du modèle perdu et/ou du descendant de coulée est, au moins localement, renforcé par un liant minéral.
  • Le modèle perdu et le descendant de coulée sont de manière connue en polymère alvéolaire pyrolysable, c'est-à-dire que le polymère se transforme en gaz de pyrolyse au contact avec le métal liquide, celui-ci occupant l'espace ainsi libéré.
  • Le liant minéral a pour but de durcir les enduits de fonderie aux emplacements où il est déposé, afin que ces endroits aient une meilleure tenue mécanique et thermique lors des différentes opérations de manipulation des modèles, lors de la coulée des métaux liquides sur le polymère alvéolaire et vis-à-vis de la pression des gaz générés par la pyrolyse dudit polymère.
  • Selon une variante avantageuse, le liant est un sel minéral réfractaire, de préférence du silicate de sodium.
  • Le silicate de sodium répond avantageusement à la formule aSiO₂, bNa₂O, le rapport a/b étant compris entre 0,9 et 3,5, de préférence de l'ordre de 3.
  • L'épaisseur de l'enduit renforcé est généralement comprise entre 0,3 et 3 mm.
  • Comme indiqué précédemment, l'enduit de particules durcies est localisé aux endroits du modèle perdu où le compactage du sable est insuffisant, notamment aux emplacements des cavités du modèle et/ou aux emplacements du descendant de coulée où l'attaque de coulée se produit ou de changements d'orientation ou de section de celui-ci.
  • L'enduit renforcé par le liant étant imperméable aux gaz, il est préférable, afin de permettre aux gaz de la pyrolyse d'être évacués, que l'enduit ne soit renforcé que localement. Pour l'échappement des gaz, de manière connue, des évents peuvent être prévus.
  • Aux emplacements où le liant est déposé, celui-ci est présent à raison de 0,006 à 0,06 g/cm² d'enduit.
  • L'invention a également pour objet un procédé de fabrication d'un dispositif tel qu'il vient d'être décrit précédemment consistant à enduire de particules réfractaires la surface du modèle perdu et du descendant de coulée, caractérisé en ce qu'on dépose au moins localement sur ledit enduit une solution aqueuse d'un liant minéral, notamment un sel minéral réfractaire.
  • L'enduction peut être réalisée séparément avant l'assemblage du modèle et du descendant de coulée. Elle peut être également réalisée après l'assemblage de ces deux pièces.
  • La concentration du liant, notamment du sel minéral, dans la solution peut varier considérablement selon la nature des particules et la dureté de l'enduit souhaitée.
  • En général, cette concentration sera comprise entre 20 et 50 % en poids, de façon à obtenir une masse surfacique de liant telle qu'indiquée ci-dessus aux emplacements choisis.
  • L'enduction de la solution est effectuée généralement par pulvérisation suivie d'un séchage, de préférence en étuve à air chaud ou par chauffage à microondes.
  • La température de séchage varie normalement entre 40°C et 60°C.
  • L'invention permet la réalisation d'une pièce de fonderie par le procédé à modèle perdu en coulant du métal liquide dans un dispositif tel que décrit précédemment et en récupérant la pièce de fonderie. L'invention a également pour objet la pièce de fonderie ainsi obtenue.
  • L'exemple ci-après illustre un mode de réalisation selon l'invention que l'on décrira en liaison avec la figure présentée en annexe qui est une vue en coupe d'un dispositif de principe présentant les différentes formes de cavité pour la réalisation d'une pièce de fonderie.
  • Un modèle perdu de fonderie destiné à la fabrication d'un bloc-cylindres, comportant des cavités disposées aux emplacements appropriés, et un descendant de coulée, ces pièces étant en matériau polymère alvéolaire pyrolysable, tel que du polystyrène, ont été enduits d'une couche de particules réfractaires de 1 mm d'épaisseur, soit une masse surfacique de 0,02 g/cm². Une solution à 30% de silicate de sodium de formule a SiO₂, b Na₂O (a/b = 3) a été pulvérisée sur toute la surface des cavités et au niveau de l'attaque de coulée et des changements de direction du descendant de coulée, de façon à déposer environ 0,02 g de liant par cm² de surface concernée. Le modèle et le descendant de coulée sont ensuite séchés à l'air chaud.
  • Selon la figure unique précitée, le dispositif de réalisation d'une pièce de fonderie comprend un modèle 1 comportant cinq cavités 2, ledit modèle étant relié à sa base 6 à un godet de coulée 8 du métal liquide en matériau réfractaire (fibres céramiques) par l'intermédiaire d'un descendant de coulée 7 comportant à sa sortie au niveau de la base 6 du modèle, un rétrécissement 10 formant l'attaque de coulée, puis, séparés par trois segments rectilignes respectivement 11, 12 et 15, deux coudes 13 et 14 qui permettent de relier le descendant de coulée au godet de coulée.
  • Le modèle et le descendant de coulée sont revêtus par pulvérisation sur leur surface d'une couche de particules réfractaires respectivement 3, 9 d'une épaisseur de 1mm, ladite couche étant durcie 4 par le liant comme indiqué ci-dessus, au niveau des surfaces intérieures des cavités, des surfaces de rétrécissement 10 et des coudes 13, 14.
  • Le modèle et le descendant de coulée sont noyés dans du sable compacté 5, ce sable occupant également les volumes délimités par les cavités 2 mais avec un compactage moindre du fait de la géométrie de ces cavités.
  • Du métal liquide versé, selon le procédé de fonderie, dans le godet est conduit dans le modèle perdu. Après solidification, on retire la pièce moulée et on constate qu'il ne s'est produit aucun amalgame sable/métal à la surface de cette pièce.

Claims (12)

  1. Dispositif pour la réalisation d'une pièce de fonderie par le procédé à modèle perdu, comportant un modèle (1) et un descendant de coulée (7) en matériau pyrolysable alvéolaire, noyés dans du sable compacté (5), ledit descendant de coulée étant relié à un godet de coulée (8) en matériau réfractaire, le modèle et le descendant de coulée étant revêtus d'un enduit (3,9) de particules réfractaires, caractérisé en ce que l'enduit est, au moins localement, renforcé (4) par un liant minéral.
  2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le liant minéral est un sel minéral réfractaire.
  3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le liant est du silicate de sodium.
  4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que le silicate de sodium répond à la formule aSiO₂, bNa₂O, le rapport a/b étant compris entre 0,9 et 3,5, de préférence de l'ordre de 3.
  5. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'épaisseur de l'enduit renforcé est comprise entre 0,3 et 3 mm.
  6. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'aux emplacements où la couche de particules est durcie par le liant,0,006 g à 0,06 g de liant sont présents par cm² de couche de particules.
  7. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'enduit renforcé est localisé :
    - aux emplacements du modèle perdu où le compactage du sable est insuffisant, notamment aux emplacements des cavités du modèle, et
    - aux emplacements du descendant de coulée où l'attaque de coulée se produit, ou aux changements d'orientation ou de section de ce descendant de coulée.
  8. Procédé de fabrication d'un dispositif selon l'une des revendications 1 à 7, consistant à enduire de particules réfractaires la surface du modèle perdu et du descendant de coulée, caractérisé en ce qu'on dépose au moins localement sur ledit enduit une solution aqueuse d'un liant minéral, notamment un sel minéral réfractaire.
  9. Procédé de fabrication selon la revendication 8, caractérisé en ce que la concentration du sel minéral dans la solution est comprise entre 20 et 50%.
  10. Procédé de fabrication selon la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce que le dépôt de la solution est effectué par pulvérisation suivie d'un séchage, de préférence par air chaud ou par chauffage à micro-ondes.
  11. Procédé de réalisation d'une pièce de fonderie par le procédé à modèle perdu, caractérisé en ce que du métal liquide est coulé dans un dispositif selon l'une des revendications 1 à 7 et on récupère la pièce moulée.
  12. Pièce de fonderie obtenue selon le procédé de la revendication 11.
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FR2711081B1 (fr) 1996-01-05
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