EP2585239A1 - Cuve de moulage en modele perdu - Google Patents

Cuve de moulage en modele perdu

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EP2585239A1
EP2585239A1 EP11728352.3A EP11728352A EP2585239A1 EP 2585239 A1 EP2585239 A1 EP 2585239A1 EP 11728352 A EP11728352 A EP 11728352A EP 2585239 A1 EP2585239 A1 EP 2585239A1
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EP
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tank
cooler
model
walls
grooves
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EP2585239B1 (fr
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Stephane Lhote
Denis Defaucheux
Bruno Pia
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PSA Automobiles SA
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Peugeot Citroen Automobiles SA
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D15/00—Casting using a mould or core of which a part significant to the process is of high thermal conductivity, e.g. chill casting; Moulds or accessories specially adapted therefor
    • 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
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D27/00—Treating the metal in the mould while it is molten or ductile ; Pressure or vacuum casting
    • B22D27/04—Influencing the temperature of the metal, e.g. by heating or cooling the mould

Definitions

  • the invention relates to a mold cavity in a lost model.
  • the molding principle using a lost model is well suited to the production of complex parts, especially those implementing a model without the possibility of demolding.
  • the model is made of fusible or sublimable material. It can be achieved by assembling several parts giving the shape of the part or parts to be made as well as filling systems, supply and possibly feeder necessary for molding.
  • the model is for example made of wax, polystyrene or urea. It is common to make a cluster model thus making it possible to produce several pieces simultaneously.
  • the model is placed in a tank that is filled with molding sand.
  • the model After filling sand, in the case of a fuse material, the model is removed by melting it before casting the metal forming the part to be produced. In the case of a sublimable material the molten metal is directly poured into the mold and its temperature is sufficient to sublimate the model which is evacuated by the porosity of the sand.
  • the invention aims to improve the lost pattern molding process by increasing the cooling rate without degrading the cycle time.
  • the subject of the invention is a molded model casting vessel, characterized in that it comprises at least one cooler forming a wall of the vessel, in that an outer face of the cooler comprises means allowing a heat exchange greater than that obtained with walls of the tank without a cooler and in that an inner face of the cooler is intended to come into contact with a model placed in the tank.
  • the means for heat exchange include for example fins for cooling the vessel by convection.
  • At least two opposite walls of the tank may each be formed by a cooler ensuring the maintenance of the model. These walls both have a substantially flat inner face. To maintain the model in position in the tank, the planes in which the inner faces extend can form between them an acute angle so that the model is placed by gravity in the tank bearing against the inner faces. We can balance the support of the model on the inner faces. To do this, the inner faces are symmetrical with respect to a vertical plane.
  • the inner face of the cooler comprises grooves. Vertices of the grooves are intended to come into contact with the model. The grooves are oriented vertically so that molding sand can flow by gravity into the grooves when filling the tank.
  • FIG. 1 represents in perspective a molding tank whose walls are formed by coolers, the tank containing a cluster model;
  • FIG. 2 represents in section the molding vessel of FIG. 1;
  • Figures 3 and 4 show in perspective a portion of the molding vessel of Figure 1;
  • FIGS. 5 and 6 show in detail examples of internal faces of the coolers forming the walls of the tank.
  • FIG. 1 represents a molding vat 10 intended to allow a lost model molding operation.
  • a model January 1 is present in the tank 1 0.
  • the tank has substantially the shape of a parallelepiped bin.
  • the manufacture of the mold is done by filling the tank 10 of sand around the model 1 1.
  • the sand can be packed around the model 1 1 by subjecting the tank 1 0 to vibrations during the filling of sand.
  • the cooler 1 3 is particularly visible and its face 1 5, external to the tank 1 0, comprises fins 1 6 for cooling the vessel 1 0 by convection. More generally, the fins 1 6 allow a higher heat exchange than that obtained with walls 1 7 and 1 8 of the tank 1 0 without cooler.
  • the cooling can be obtained by natural or forced convection with the ambient air surrounding the tank 10 during the solidification of the metal intended to take the form of the model January 1. It is possible to change the convection during a molding cycle in order to adapt the cooling rate of the cast metal in the tank 10 to obtain a desired metallographic structure or to accelerate the molding cycle time.
  • FIG. 2 represents, in section along a vertical plane, the tank 10 of FIG. 1.
  • the model 1 1 is supported on the two coolers 13 and 14.
  • the model 1 1 comprises the forms 19 and 20 of two parts to achieve. These forms 19 and 20 are connected by the supply system 12.
  • Each of the forms 19 and 20 is supported on one of the coolers 13 and 14, thus allowing a significant heat exchange between the metal filling each form 19 and 20 and the cooler corresponding 13 and 14.
  • the invention can be implemented in the manufacture of aluminum alloy cylinder head implemented in the automotive industry.
  • This type of part comprises a large flat face intended to come into contact with a cylinder block via a cylinder head gasket.
  • the large surface of the flat faces of the cylinder heads allows a large contact with the coolers 13 and 14 and thus a good cooling efficiency of the metal used for molding during its solidification.
  • the inner faces 21 and 22 are flat and not parallel to each other.
  • the inner faces 21 and 22 form between them an acute angle a, clearly visible in Figure 2, so that the model 1 1 1 is placed in the tank 10 bears against the inner faces 21 and 22.
  • the weight of the model 1 1 allows it to come into contact with the inner faces 21 and 22.
  • the two inner faces 21 and 22 are symmetrical with respect to a vertical plane 23.
  • the weight of the model 1 1 is divided equally between the two chillers 13 and 14.
  • FIGs 3 and 4 show in perspective a part of the tank 10.
  • FIG 3 only the walls of the tank 10 formed by the coolers 13 and 14 and the model 1 1 have been shown and in the figure 4, a single wall forming the cooler 14 appears.
  • Coolers 13 and 14 are, in the example shown, identical.
  • Figures 5 and 6 show in detail examples of inner faces 21 or 22 of the coolers 13 and 14 forming the walls of the tank 10.
  • the inner faces are grooved.
  • the grooves 24 have flat bottoms.
  • the grooves 26 have triangular bottoms 27.
  • the grooves 24 and 26 have planar vertices, respectively 28 and 29, extending in the planes of the inner faces 21 and 22 of each of the coolers 13 and 14. The vertices 28 and 29 are intended to come into contact with the model 1 1 .
  • the grooves 24 and 26 are oriented vertically in the tank 10 so that the molding sand can flow by gravity into the grooves 24 and 26 when filling the tank 10.
  • the sand can reach from areas that would have been inaccessible if the inner faces 21 and 22 had been totally flat.
  • the grooves 24 and 26 making it possible, for example, to produce molded parts comprising blind holes that open only on a plane face intended to come into contact with the inner faces 21 and 22.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Molds, Cores, And Manufacturing Methods Thereof (AREA)

Abstract

L'invention concerne une cuve de moulage en modèle perdu. Selon l'invention, la cuve (10) comprend au moins un refroidisseur (13, 14) formant une paroi de la cuve (10). Une face extérieure (15) du refroidisseur (13, 14) comprend des moyens (16) permettant un change thermique supérieur à celui obtenu avec des parois de la cuve (10) sans refroidisseur et une face intérieure du refroidisseur (13, 14) est destinée à venir au contact d'un modèle (11) placé dans la cuve (10).

Description

Cuve de moulage en modèle perdu
[0001] La présente invention revendique la priorité de la demande française 1055033 déposée le 24 Juin 2010 dont le contenu (texte, dessins et revendications) est ici incorporé par référence.
[ooo2] L'invention concerne une cuve de moulage en modèle perdu. Le principe de moulage utilisant un modèle perdu est bien adapté à la réalisation de pièces complexes, notamment celles mettant en œuvre un modèle sans possibilité de démoulage. Plus précisément, le modèle est réalisé en matière fusible ou sublimable. II peut être réalisé par assemblage de plusieurs parties donnant la forme de la ou des pièces à réaliser ainsi que les systèmes de remplissage, d'alimentation et éventuellement de masselotte nécessaires au moulage. Le modèle est par exemple réalisé en cire, en polystyrène ou en urée. Il est courant de réaliser un modèle en grappe permettant ainsi de réaliser plusieurs pièces simultanément. [ooo3] De façon connue, le modèle est placé dans une cuve que l'on remplit de sable de moulage. Après remplissage de sable, dans le cas d'une matière fusible, le modèle est éliminé par fusion de celui-ci avant coulée du métal formant la pièce à réaliser. Dans le cas d'une matière sublimable le métal en fusion est directement coulé dans le moule et sa température suffit à sublimer le modèle qui s'évacue par les porosités du sable.
[ooo4] Ce procédé de fabrication permet la réalisation de pièces beaucoup plus complexes qu'avec d'autres procédés de moulage comme par exemple le moulage coquille métallique. Néanmoins, la vitesse de solidification du métal moulé dans le procédé de moulage en modèle perdu est bien plus faible que pour le moulage en coquille. La lenteur de la solidification ne permet pas d'obtenir une structure métallographique aussi fine qu'avec le moulage en coquille. Le taux de porosité de la pièce obtenue est lui aussi nettement plus important. La combinaison de ces deux inconvénients entraine une forte chute des caractéristiques mécaniques notamment des capacités d'allongement du matériau. [0005] Pour augmenter la vitesse de solidification, on a tenté de placer des refroidisseurs à l'intérieur de la cuve de moulage. Ces refroidisseurs sont par exemple formés d'une masse métallique qui peut par son inertie thermique accumuler de la chaleur lors de la solidification. Ces refroidisseurs doivent à leur tour être refroidis et ce refroidissement se fait après décochage de la pièce. Ce temps de refroidissement augmente le temps mort entre deux cycles de moulage ce qui augmente le coût de réalisation de pièces en série.
[ooo6] L'invention vise à améliorer le procédé de moulage en modèle perdu en permettant d'augmenter la vitesse de refroidissement sans dégrader le temps de cycle.
[ooo7] A cet effet, l'invention a pour objet une cuve de moulage en modèle perdu, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins un refroidisseur formant une paroi de la cuve, en ce qu'une face extérieure du refroidisseur comprend des moyens permettant un échange thermique supérieur à celui obtenu avec des parois de la cuve sans refroidisseur et en ce qu'une face intérieure du refroidisseur est destinée à venir au contact d'un modèle placé dans la cuve. Les moyens permettant un échange thermique comprennent par exemple des ailettes permettant un refroidissement de la cuve par convection.
[ooo8] Avantageusement, plusieurs parois opposées de la cuve, selon les zones ou les nombres de pièces à refroidir, sont formées chacune par un refroidisseur. Les parois formées par un refroidisseur sont conformées de façon à assurer ensemble le maintien en position du modèle dans la cuve avant et pendant un remplissage de la cuve par du sable de moulage.
[ooo9] Au moins deux parois opposées de la cuve peuvent être formées chacune par un refroidisseur assurant le maintien du modèle. Ces parois comportent toutes deux une face intérieure sensiblement plane. Pour assurer le maintien en position du modèle dans la cuve, les plans dans lesquels s'étendent les faces intérieures peuvent former entre eux un angle aigu de telle sorte que le modèle se place par gravité dans la cuve en appui contre les faces intérieures. On peut équilibrer l'appui du modèle sur les faces intérieures. Pour ce faire, les faces intérieures sont symétriques par rapport à un plan vertical. [0010] Avantageusement, la face intérieure du refroidisseur comprend des rainures. Des sommets des rainures sont destinés à venir au contact du modèle. Les rainures sont orientées verticalement de façon à ce que du sable de moulage puisse s'écouler par gravité dans les rainures lors du remplissage de la cuve. [ooi i] L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages apparaîtront à la lecture de la description détaillée d'un mode de réalisation donné à titre d'exemple, description illustrée par le dessin joint dans lequel :
• la figure 1 représente en perspective une cuve de moulage dont des parois sont formés par des refroidisseurs, la cuve contenant un modèle en grappe ; · la figure 2 représente en coupe la cuve de moulage de la figure 1 ;
• les figures 3 et 4 représentent en perspective une partie de la cuve de moulage de la figure 1 ;
• les figures 5 et 6 représentent en détail des exemples de faces intérieures des refroidisseurs formant les parois de la cuve. [0012] La figure 1 représente une cuve de moulage 1 0 destiné à permettre une opération de moulage en modèle perdu. Sur cette figure un modèle 1 1 est présent dans la cuve 1 0. On distingue notamment le système d'alimentation 1 2 du modèle 1 1 . La cuve a sensiblement la forme d'un bac parallélépipédique. La fabrication du moule se fait en remplissant la cuve 10 de sable autour du modèle 1 1 . On peut tasser le sable autour du modèle 1 1 en soumettant la cuve 1 0 à des vibrations lors du remplissage de sable.
[0013] Selon l'invention, au moins une des parois de la cuve 1 0 est formée par un refroidisseur. Dans l'exemple représenté deux faces opposées sont chacune formées par un refroidisseur, respectivement 13 et 14. [0014] Sur la figure 1 , le refroidisseur 1 3 est particulièrement visible et sa face 1 5, extérieure à la cuve 1 0, comprend des ailettes 1 6 permettant un refroidissement de la cuve 1 0 par convection. Plus généralement, les ailettes 1 6 permettent un échange thermique supérieur à celui obtenu avec des parois 1 7 et 1 8 de la cuve 1 0 sans refroidisseur. Le refroidissement peut être obtenu par convection naturelle ou forcée avec l'air ambiant entourant la cuve 10 lors de la solidification du métal destiné à prendre la forme du modèle 1 1 . 11 est possible de faire évoluer la convection au cours d'un cycle de moulage afin d'adapter la vitesse de refroidissement du métal coulé dans la cuve 10 pour obtenir une structure métallographique souhaitée ou pour accélérer le temps de cycle de moulage.
[0015] La figure 2 représente, en coupe par un plan vertical, la cuve 10 de la figure 1 . Le modèle 1 1 est en appui sur les deux refroidisseurs 13 et 14. Dans l'exemple représenté le modèle 1 1 comprend les formes 19 et 20 de deux pièces à réaliser. Ces formes 19 et 20 sont reliées par le système d'alimentation 12. Chacune des formes 19 et 20 est en appui sur un des refroidisseurs 13 et 14, permettant ainsi un échange thermique important entre le métal remplissant chaque forme 19 et 20 et le refroidisseur correspondant 13 et 14.
[ooi 6] L'invention peut être mise en œuvre dans la fabrication de culasse en alliage d'aluminium mises en œuvre dans l'industrie automobile. Ce type de pièce comprend une face plane de grande dimension destinée à venir au contact d'un bloc cylindre par l'intermédiaire d'un joint de culasse. La surface importante des faces planes des culasses permet un contact important avec les refroidisseurs 13 et 14 et donc une bonne efficacité du refroidissement du métal utilisé pour le moulage lors de sa solidification.
[ooi 7] De façon connue, dans le procédé de moulage en modèle perdu, on maintient le modèle 1 1 en position dans la cuve 10 au moyen d'une pince lors du remplissage de la cuve 10 avec du sable de moulage. Il est possible de se passer de cette pince en assurant le maintien en position du modèle 1 1 dans la cuve 10 directement par les refroidisseurs 13 et 14. Autrement dit, on peut utiliser plusieurs parois formés chacune par un refroidisseur pour assurer ensemble le maintien du modèle 1 1 dans la cuve 10. A cet effet, on peut prévoir des formes particulières sur des faces intérieures 21 et 22 des refroidisseurs, respectivement 13 et 14. Ces formes doivent être adaptées à la pièce à réaliser et de ce fait perdent en polyvalence. Pour éviter ces formes particulières, on utilise avantageusement les faces 21 et 22 qui sont opposées pour maintenir le modèle 1 1 dans la cuve 10. Les faces intérieures 21 et 22 sont planes et non parallèles entre elles. Les faces intérieures 21 et 22 forment entre elles un angle aigu a, bien visible sur la figure 2, de telle sorte que le modèle 1 1 se place dans la cuve 10 en appui contre les faces intérieures 21 et 22. Le poids du modèle 1 1 permet à celui-ci de venir au contact des faces intérieures 21 et 22. Pour assurer un même effort de contact sur les deux refroidisseurs, les deux faces intérieures 21 et 22 sont symétriques par rapport à un plan vertical 23. Ainsi le poids du modèle 1 1 est réparti à part égale sur les deux refroidisseurs 13 et 14. En réalisant des pièces identiques à partir des formes 19 et 20, les pressions de contact du modèle 1 1 sur chacun refroidisseur 13 et 14 sont égales.
[0018] Les figures 3 et 4 représentent en perspective une partie de la cuve 10. Sur la figure 3, seules les parois de la cuve 10 formées par les refroidisseurs 13 et 14 ainsi que le modèle 1 1 ont été représentées et sur la figure 4, une seule paroi formant le refroidisseur 14 apparaît. Les refroidisseurs 13 et 14 sont, dans l'exemple représenté, identiques.
[0019] Les figures 5 et 6 représentent en détail des exemples de faces intérieures 21 ou 22 des refroidisseurs 13 et 14 formant les parois de la cuve 10. Les faces intérieures sont rainurées. Sur la figure 5, les rainures 24 ont des fonds 25 plats. Sur la figure 6, les rainures 26 ont des fonds 27 triangulaires. Les rainures 24 et 26 ont des sommets plans, respectivement 28 et 29, s'étendant dans les plans des faces intérieurs 21 et 22 de chacun des refroidisseurs 13 et 14. Les sommets 28 et 29 sont destinés à venir au contact du modèle 1 1 .
[0020] Les rainures 24 et 26 sont orientées verticalement dans la cuve 10 de façon à ce que le sable de moulage puisse s'écouler par gravité dans les rainures 24 et 26 lors du remplissage de la cuve 10. Le sable peut ainsi atteindre de zones qui auraient été inaccessibles si les faces intérieures 21 et 22 avaient été totalement planes. Les rainures 24 et 26 permettant par exemple la réalisation de pièces moulées comprenant des trous borgnes ne débouchant que sur une face plane destinée à venir au contact avec les faces intérieures 21 et 22.

Claims

REVENDICATIONS
1. Cuve de moulage en modèle perdu, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins un refroidisseur (13, 14) formant une paroi de la cuve (10), en ce qu'une face extérieure (15) du refroidisseur (13, 14) comprend des moyens (16) permettant un échange thermique supérieur à celui obtenu avec des parois de la cuve (10) sans refroidisseur et en ce qu'une face intérieure (21 , 22) du refroidisseur (13, 14) est destinée à venir au contact d'un modèle (1 1 ) placé dans la cuve (10).
2. Cuve selon la revendication 1 , caractérisée en ce que plusieurs parois de la cuve (10) sont formées chacune par un refroidisseur (13, 14), en ce que les parois formées par un refroidisseur (13, 14) sont conformées de façon à assurer ensemble le maintien en position du modèle (1 1 ) dans la cuve (10) avant et pendant un remplissage de la cuve (10) par du sable de moulage.
3. Cuve selon la revendication 2, caractérisée en ce qu'au moins deux parois opposées de la cuve (10) sont formées chacune par un refroidisseur (13, 14) et comportent toutes deux une face intérieure (21 , 22), en ce que les faces intérieures (21 , 22) sont sensiblement planes et en ce que les plans dans lesquels s'étendent les deux faces intérieures (21 , 22) forment entre eux un angle aigu (a) de telle sorte que le modèle (1 1 ) se place par gravité dans la cuve (10) en appui contre les faces intérieures (21 , 22).
4. Cuve selon la revendication 3, caractérisée en ce que, les deux faces intérieures (21 , 22) sont symétriques par rapport à un plan vertical (23).
5. Cuve selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la face intérieure (21 , 22) du refroidisseur (13, 14) comprend des rainures (24, 26), en ce que des sommets (28, 29) des rainures (24, 26) sont destinés à venir au contact du modèle (1 1 ) et en ce que les rainures (24, 26) sont orientées verticalement de façon à ce que du sable de moulage puisse s'écouler par gravité dans les rainures (24, 26) lors du remplissage de la cuve (10).
6. Cuve selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens permettant un échange thermique comprennent des ailettes (16) permettant un refroidissement de la cuve (10) par convection.
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