FR2736850A1 - Moule de fonderie et procede de realisation d'un tel moule - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un moule de fonderie (1) comprenant un substrat (2) dont la surface interne est revêtue d'une couche (5) protectrice permanente en matériau réfractaire inerte vis-à-vis du métal coulé, remarquable en ce que ladite surface interne dudit substrat présente une texture rugueuse (3) et ladite couche protectrice est une couche mince épousant la texture rugueuse de la surface interne du substrat. L'invention concerne également un procédé de réalisation d'un tel moule.
Description
i La présente invention est relative à un moule de fonderie comprenant un
substrat dont la surface interne est revêtue d'une couche protectrice permanente en matériau réfractaire inerte vis-à-vis du métal
coulé, notamment l'aluminium ou un alliage à base d'aluminium.
Elle concerne également un procédé de réalisation d'un tel moule
de fonderie.
Le moulage en coquille (c'est-à-dire au moyen d'un moule métallique) constitue un procédé éprouvé et au point sur le plan
technologique, notamment pour le moulage d'alliages d'aluminium-silicium.
Classiquement, pour protéger les parois du moule des interactions entre, d'une part, l'alliage liquide et, d'autre part, l'acier ou la fonte qui constituent le moule, on revêt lesdites parois d'une couche de matériau réfractaire. Ce revêtement associe des liants et diverses charges minérales,
plus ou moins conductrices et inertes vis-à-vis du métal coulé.
Ce revêtement est habituellement réalisé par "poteyage", c'est-à-dire par dépôt (au pinceau ou en utilisant un pistolet de projection) d'une suspension ou solution, le moule ainsi revêtu étant ensuite étuvé aux
alentours de 300 C pour évacuer les solvants.
Cette couche réfractaire présente idéalement une texture
rugueuse, est friable et répond à plusieurs fonctions.
Elle permet d'éviter l'étamage, c'est-à-dire le collage de l'alliage
liquide sur les parois du moule. Elle assure la lubrification du moule.
En outre, de par sa "friabilité", elle facilite le démoulage: quelques grains à la surface du moule de fonderie sont arrachés à chaque extraction de
pièce coulée, sans pour autant altérer notablement cette surface.
Egalement, ce revêtement réfractaire protège le moule et évite
ainsi sa destruction prématurée.
En particulier, ce revêtement constitue une interface entre le
moule et l'alliage liquide, qui minimise les interactions.
Il constitue également une barrière thermique qui abaisse la température madximale atteinte à la surface de la coquille et prolonge ainsi la
durée de vie du moule.
En outre, un tel revêtement assure certains échanges thermiques
et participe à la maîtrise de la solidification dirigée.
Cependant, la faible résistance mécanique du dépôt réalisé par poteyage entraine une destruction progressive du revêtement lors des cycles de fabrication des pièces de fonderie. Cela amène à retoucher localement ce revêtement en cours de production et à régulièrement nettoyer complétement l'outil par grenaillage pour refaire alors l'opération dite de poteyage. La technique de poteyage est de ce fait coûteuse. Elle nécessite en particulier l'immobilisation et le démontage réguliers des moules. Le poteyage a donc une incidence non négligeable sur le prix de revient des pièces. Afin de pallier les inconvénients précédemment discutés, on a déjà proposé de remplacer les revêtements classiquement réalisés par poteyage par d'autres revêtements de protection. On pourra avantageusement se référer à cet égard à la demande de brevet EP- 252 862 qui met en oeuvre des
couches de protection à base de YQO.
Ces couches de protection sont déposées directement sur l'acier du moule et s'avèrent d'une tenue dans le temps peu satisfaisante. Elles se détériorent rapidement du fait de la différence importante entre leur coefficient de dilatation thermique et celui du substrat sur lequel elles sont déposées. Lors d'un cycle de moulage, en effet, un moule de fonderie est soumis à de forts écarts thermiques. Avant l'opération de coulée, il est chauffé par des brûleurs de façon à être maintenu à une température de l'ordre de 350 C. Puis, l'alliage y est coulé à une température qui est de l'ordre de 680) C dans le cas des alliages d'aluminium. Les températures des parois du moule varient donc entre 350C et 68()C à chaque fois qu'une pièce est coulée, les cadences de coulée pouvant atteindre le rythme d'une coulée toutes les cinq minutes. Ces écarts thermiques entre le substrat et son revêtement induisent des différences de dilatation qui par leur répétition détruisent ledit revêtement. Un but de l'invention est donc de proposer un moule de fonderie qui présente un revêtement réfractaire permanent, c'est-à-dire dont la durée de vie est augmentée de façon substantielle par rapport à celle des
revêtements obtenus par poteyage.
Selon l'invention, le moule de fonderie est caractérisé en ce que la surface interne du substrat présente une texture rugueuse et la couche de protection est une couche mince épousant la texture rugueuse de la surface
interne du substrat.
On a constaté que l'utilisation directe d'une couche mince d'un revêtement réfractaire déposée par tout moyen approprié sur une surface interne lisse du substrat génère lors de la coulée des défauts de par la non adhérence de la pellicule d'oxyde en surface du moule. Par ailleurs, il s'est
avéré qu'il n'était pas possible de "texturer" ce revêtement.
De façon inattendue, le moule de fonderie et le procédé de réalisation de ce moule selon l'invention évite cette difficulté. Par l'expression "moule de fonderie", on entend un substrat
formant moule sur lequel est déposé un revêtement de protection.
Selon une variante avantageuse, la texture de la surface interne du
substrat reproduit celle d'un poteyage classique.
On doit noter que la texture d'un poteyage classique n'est pas constante et se modifie légèrement au fur et à mesure des coulées. De préférence, la texture correspond à la texture obtenue après quelques coulées. Le moule selon l'invention est particulièrement approprié pour la
coulée de pièces en aluminium ou en alliage à base d'aluminium.
La nature du matériau pouvant être déposé est très large: métallique, céramiques de type carbures, nitrures, borures, de composition
stoechiométrique ou non.
Parmi les matériaux testés, le TiCNO (oxvcarbonitrure de titane) est celui ayant montré la meilleure inertie chimique et thermique vis-à-vis de l'aluminium liquide. Par "couche mince", on entend une couche dont
l'épaisseur varie communément entre 2() et 3()() tm.
L'invention propose également un procédé pour la réalisatimon d'un moule de fonderie selon l'invention. Il comprend les étapes suivantes: a) préparation de la surface interne du substrat de façon à lui donner la texture rugueuse appropriée, b) suivie du dépôt en couche mince du matériau réfractaire sur la
surface préparée et récupération du moule.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront
encore de la description du procédé de réalisation qui suit. Cette description
est purement illustrative et non limitative. Elle doit être lue en regard des figures 1 et 2 annexées sur lesquelles on a représenté schématiquement, en vue en coupe, un détail avec arraché d'un substrat de texture appropriée
(figure 1) et d'un moule de fonderie 1 selon l'invention (figure 2).
Selon la figure 1, une partie d'un substrat 2 métallique est soumis a un enlèvement de matière par utilisation connue en soi d'un faisceau laser 4 de façon à obtenir une rugosité 3 correspondant à celle d'un revêtement
obtenu par poteyage classique.
La mémorisation préalable de la texture souhaitée par lecture laser et analyse d'image permet de commander au moyen d'un ordinateur le fraisage afin de reproduire fidèlement la structure. La structure réalisée peut également être issue d'une création numérique d'une texture rugueuse assurant la même fonctionnalité à la surface. Ce type de fraisage s'impose de
par la finesse des structures constatées ou leur complexité.
Cette première étape est suivie du dépôt sous vide (figure 2) d'une couche mince 5 de matériau réfractaire de type dépôt chimique ou physique
en phase vapeur connu en soi.
La liaison avec le substrat s'avère excellente car elle est à la fois mécanique (accrochage) et physico-chimique (grâce à des phénomènes de diffusion). L'invention est plus particulièrement décrite pour la fonderie des alliages d'aluminium en coquille par gravité. Elle s'applique bien entendu de façon générale à tout moulage en coquille, sans restriction quant à l'alliage coulé, et notamment au moulage en coquille sous haute pression ou sous basse pression. En outre, indépendamment du problème technique relatif aux moules de fonderie, précédemment évoqué, il a été constaté que, de faç(n générale, les pièces métalliques texturées selon le procédé décrit et recouvertes d'un revêtement du type de ceux qui viennent d'être décrits, présentent une résistance thermomécanique et une adhérence de leur
revêtement élevées.
Une application avantageuse de l'invention est la fabrication de pièces pour véhicules automobiles, et en particulier la fabrication de pièces
de moteurs traitées selon le procédé objet de l'invention.
Claims (10)
1) Moule de fonderie (1) comprenant un substrat (2) dont la surface interne est revêtue d'une couche (5) protectrice permanente en matériau réfractaire inerte vis-à-vis du métal coulé, caractérisé en ce que ladite surface interne dudit substrat présente une texture rugueuse (3) et ladite couche protectrice est une couche mince épousant la texture rugueuse
de la surface interne du substrat.
2) Moule de fonderie selon la revendication 1, caractérisé en ce que la texture de la surface interne du substrat est celle d'un poteyage
classique.
3) Moule de fonderie selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le matériau de la couche protectrice permanente est choisi dans le
groupe constitué par les métaux ou les céramiques.
4) Moule de fonderie selon la revendication 3, caractérisé en ce que les céramiques sont choisies dans le groupe constitué par les carbures,
les nitrures, les borures, de composition stoechiométrique ou non.
S) Moule de fonderie selon la revendication 4, caractérisé en ce que la céramique est l'oxycarbonitrure de titane (TiCNO) de composition
stoechiométrique ou non.
6) Moule de fonderie selon la revendication 1, caractérisé en ce
que l'épaisseur de la couche mince varie entre 2() et 300 (tm.
7) Moule de fonderie selon la revendication 1, caractérisé en ce
qu'il est destiné au moulage d'aluminium ou d'alliages à base d'aluminium.
8) Procédé de réalisation d'un moule de fonderie selon l'une des
revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes:
a) préparation de la surface interne du substrat de façon à lui donner la texture rugueuse appropriée, b) suivie du dépôt en couche mince du matériau réfractaire sur
la surface préparée et récupération du moule.
9) Procédé de réalisation selon la revendication 8, caractérisé en
ce que l'étape a) est effectuée par fraisage laser.
) Procédé de réalisation selon la revendication 9, caractérisé en ce que le fraisage est commandé par un ordinateur ayant mémorisé la texture
d'un poteyage par analyse préalable d'une telle texture.
11) Procédé de réalisation selon la revendication 9, caractérisé en ce que le fraisage est commandé par un ordinateur ayant mémorisé la texture
d'un poteyage obtenue par création numérique.
12) Procédé de réalisation selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'étape b) est effectuée par dépôt sous vide de type dépôt chimique ou
physique en phase vapeur.
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR9508721A FR2736850B1 (fr) | 1995-07-19 | 1995-07-19 | Moule de fonderie et procede de realisation d'un tel moule |
| EP96401620A EP0754514A1 (fr) | 1995-07-19 | 1996-07-19 | Moule de fonderie et procédé de réalisation d'un tel moule |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR9508721A FR2736850B1 (fr) | 1995-07-19 | 1995-07-19 | Moule de fonderie et procede de realisation d'un tel moule |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FR2736850A1 true FR2736850A1 (fr) | 1997-01-24 |
| FR2736850B1 FR2736850B1 (fr) | 1997-10-10 |
Family
ID=9481128
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FR9508721A Expired - Fee Related FR2736850B1 (fr) | 1995-07-19 | 1995-07-19 | Moule de fonderie et procede de realisation d'un tel moule |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0754514A1 (fr) |
| FR (1) | FR2736850B1 (fr) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR1257063A (fr) * | 1960-02-13 | 1961-03-31 | Renault | Procédé de préparation de moules de fonderie |
| EP0543444A1 (fr) * | 1991-11-22 | 1993-05-26 | BORGO-NOVA SpA | Revêtement pour moule |
| GB2273718A (en) * | 1988-11-29 | 1994-06-29 | Chromalloy Gas Turbine Corp | Preparation and coating of composite surfaces |
| EP0670190A1 (fr) * | 1994-03-01 | 1995-09-06 | Automobiles Peugeot | Moule de fonderie et son procédé de réalisation |
| FR2721240A1 (fr) * | 1994-06-21 | 1995-12-22 | Renault | Procédé d'application d'un revêtement sur la surface intérieure d'un moule métallique. |
-
1995
- 1995-07-19 FR FR9508721A patent/FR2736850B1/fr not_active Expired - Fee Related
-
1996
- 1996-07-19 EP EP96401620A patent/EP0754514A1/fr not_active Withdrawn
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR1257063A (fr) * | 1960-02-13 | 1961-03-31 | Renault | Procédé de préparation de moules de fonderie |
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| FR2721240A1 (fr) * | 1994-06-21 | 1995-12-22 | Renault | Procédé d'application d'un revêtement sur la surface intérieure d'un moule métallique. |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FR2736850B1 (fr) | 1997-10-10 |
| EP0754514A1 (fr) | 1997-01-22 |
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