EP0648559B1 - Dispositif et procédé pour la réalisation d'une pièce de fonderie par le procédé à modèle perdu - Google Patents
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- the invention also relates to a method for producing a such a coating applicable to all existing refractory layers.
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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'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 (11)
- 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.
- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le liant minéral est un sel minéral réfractaire.
- Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le liant est du silicate de sodium.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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, etaux 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.
- 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.
- 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%.
- 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.
- 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.
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