FR2963748A1

FR2963748A1 - Dispositif pour le moulage d'une piece mince

Info

Publication number: FR2963748A1
Application number: FR1056584A
Authority: FR
Inventors: Didier Tomasevic; Yves Longa
Original assignee: C T I F CT TECH DES IND de la FONDERIE
Current assignee: Centre Technique des Industries Mecaniques CETIM
Priority date: 2010-08-12
Filing date: 2010-08-12
Publication date: 2012-02-17
Anticipated expiration: 2030-08-12
Also published as: WO2012020204A1; FR2963748B1

Abstract

Dispositif pour le moulage d'une pièce mince par voie de fonderie, ce dispositif comprenant au moins deux parties (10, 20) de moule délimitant ensemble une empreinte de coulée (4a, 4b) pour le moulage de la pièce et pouvant être séparées l'une de l'autre pour extraire la pièce moulée, dans lequel au moins une partie de moule (20) comprend une carcasse (21) sur laquelle est montée une plaque de moulage (25), la face avant (25i) de la plaque de moulage (25) étant apte à être au contact du métal en fusion et délimitant l'empreinte (4a) de la pièce, ce dispositif étant caractérisé en ce que la face arrière (25j) de la plaque de moulage, située au dos de la face avant (25i), est séparée de la carcasse (21) par une couche d'isolant thermique.

Description

i DOMAINE DE L'INVENTION Le présent exposé concerne un dispositif pour le moulage d'une pièce mince par voie de fonderie. Un tel dispositif est destiné à être utilisé en fonderie, la fonderie regroupant les procédés de formage des métaux ou alliages, qui consistent à couler, dans un moule, un métal ou un alliage en fusion pour réaliser, après refroidissement, une pièce donnée. De tels procédés visent à limiter autant que possible les travaux ultérieurs de finition sur la pièce moulée. ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE io Plus précisément, le dispositif dont il est question est destiné à être utilisé dans les procédés de moulage en moule métallique, également appelés procédés de moulage en moule permanent ou en coquille. Dans ces procédés, le moule est formé de plusieurs parties de moule et est destiné à être réutilisé plusieurs fois. Le démoulage de la pièce est rendu possible par la différence de 15 matière entre le moule et le métal ou l'alliage coulé. Il est réalisé par séparation des parties de moule avec l'aide éventuelle de systèmes d'éjection de la pièce moulée. Parmi les procédés de moulage en moule permanent, les procédés de moulage par gravité consistent le plus souvent à couler par gravité un alliage 20 non ferreux (e.g. de base aluminium, cuivre ou zinc) dans le moule. Le moule, en acier ou en fonte, est généralement monté par bridage sur une machine de moulage qui permet une ouverture du moule, le démoulage et l'extraction de la grappe moulée. Typiquement, le moule comprend une partie fixe et une partie mobile 25 s'écartant l'une de l'autre pour extraire la pièce. En position assemblées, ces parties sont séparées par une surface de séparation appelée plan de joint. Le plan de joint se définit comme étant la surface qui libère la grappe moulée à l'ouverture du moule. On notera que le terme « plan de joint » peut être utilisé pour désigner une surface de séparation non plane. 30 Parfois, le moule comprend des broches latérales mobiles actionnées par des vérins ou des doigts de démoulage pour permettre de démouler des zones de pièce ne se démoulant pas naturellement. La grappe moulée est constituée de la pièce (ou des pièces) moulée(s), du système de remplissage (qui amène le métal ou l'alliage depuis le trou de coulée jusqu'à l'empreinte de la pièce à mouler) et d'éventuelle(s) masselotte(s). Afin de répondre à une exigence d'allègement des pièces moulées, rencontrée par exemple dans le domaine de l'automobile ou de l'aéronautique, les fondeurs cherchent à réaliser des pièces amincies sur tout ou partie de la pièce. Or, en utilisant des moules métalliques conventionnels, les fondeurs sont confrontés au problème du remplissage du moule. Par exemple, il est difficile de remplir une empreinte de moulage de faible épaisseur et de surface importante, car le métal ou l'alliage en fusion se solidifie rapidement au contact des parois io du moule et, ainsi, ne remplit que partiellement le moule. Pour palier ce problème de remplissage partiel du moule, des solutions sont connues à ce jour mais elles ne sont pas pleinement satisfaisantes. Ainsi, une solution connue consiste à chauffer le moule avec un brûleur ou un chalumeau. Cette solution a pour inconvénients de consommer beaucoup 15 d'énergie et d'entraîner des déformations du moule et des surchauffes localisées, préjudiciables à la durée de vie du moule. Une autre solution connue consiste à surchauffer l'alliage à la coulée (typiquement 150°C au-dessus du solidus de l'alliage) afin d'éviter une solidification prématurée de l'alliage dans les zones minces. Cette autre solution 20 a pour inconvénient de consommer beaucoup d'énergie et d'oxyder fortement le métal ou l'alliage coulé (ce qui est particulièrement vrai pour les alliages d'aluminium). Il existe donc un réel intérêt industriel à trouver une nouvelle solution à ce problème, qui soit dépourvue des inconvénients précités. 25 PRESENTATION DE L'INVENTION L'invention a pour objet un dispositif pour le moulage d'une pièce mince par voie de fonderie, ce dispositif comprenant au moins deux parties de moule délimitant ensemble une empreinte de coulée pour le moulage de la pièce et pouvant être séparées l'une de l'autre pour extraire la pièce moulée, au moins 30 une partie de moule comprenant une carcasse sur laquelle est montée une plaque de moulage, la face avant de la plaque de moulage étant apte à être au contact du métal en fusion et délimitant l'empreinte de la pièce à mouler. Ce dispositif est tel que la face arrière de la plaque de moulage, située au dos de la face avant, est séparée de la carcasse par une couche d'isolant thermique.

La couche d'isolant thermique occupe donc l'espace situé entre la carcasse et la face arrière de la plaque de moulage. Généralement, cette couche s'étend plus en largeur et/ou en hauteur qu'en épaisseur. L'isolant thermique peut être de l'air et, dans ce cas, la couche d'isolant thermique est une couche d'air. Toutefois, d'autres isolants thermiques et, notamment, des isolants sous forme solide (y compris sous forme de fibres ou de mousse), pourraient être utilisés. En outre, la couche d'isolant thermique peut être formée par une superposition de sous-couches faites de matériaux identiques ou différents. io La solution proposée a donc pour principe de laisser un espace libre entre la face arrière de la plaque de moulage et la carcasse. Cet espace libre est ensuite rempli d'un isolant thermique ou laissé "vide". Dans ce dernier cas, l'évidemment se remplit naturellement d'air et forme une couche d'air. La couche d'isolant thermique limite les échanges thermiques entre la plaque de 15 moulage et la carcasse. Grâce à cette couche d'isolant, la chaleur du métal ou de l'alliage en fusion reste confinée au maximum dans le métal et dans la plaque de moulage, au lieu de se dissiper dans la carcasse. La solidification du métal ou de l'alliage est ainsi retardée. Ceci ce traduit pratiquement par un meilleur remplissage du moule et, en particulier, de l'empreinte de coulée. 20 Le dispositif proposé est applicable à tout type de moule métallique et utilisable pour différents procédés de fonderie et, notamment, le moulage par gravité, le moulage métallique statique, le moulage par basculement en moule métallique, le moulage basse pression ou par contre pression en moule métallique. 25 Il est également utilisable avec tout type de métal ou d'alliage coulé et, notamment, les alliages d'aluminium ou les alliages cuivreux. Les alliages d'aluminium qui peuvent être moulés de cette manière sont, par exemple, au sein de la famille aluminium-silicium, Al Si7Mg, Al SilOMg ou Al Si12 et, au sein de la famille aluminium-cuivre, Al Cu4Mg. 30 Le dispositif proposé est utilisable, en particulier, pour le moulage de pièces qui présentent un rapport supérieur ou égal à 100 entre l'épaisseur de la pièce (ou de la partie de pièce concernée) et la plus grande dimension de l'une des faces latérales de celle-ci.

Le fait d'amincir la plaque de moulage permet de limiter la quantité de matière dans la plaque et ainsi de limiter la capacité de cette plaque à absorber la chaleur du métal en fusion. La diminution de l'épaisseur de la plaque s'accompagne toutefois d'une diminution de la résistance mécanique de celle-ci.

Aussi, selon un mode de réalisation, l'épaisseur de la plaque de moulage, entre ses faces avant et arrière, est comprise entre 2 et 15 mm et, de préférence, entre 2 et 10 mm. Une telle gamme d'épaisseur permet d'obtenir un bon compromis entre résistance mécanique et limitation des échanges thermiques. Selon un mode de réalisation, la plaque de moulage présente sur sa face io arrière plusieurs renfoncements séparés les uns des autres par des nervures de renfort. Les renfoncements créent dans la plaque des zones minces, tandis que les nervures de renfort compensent en partie le déficit de résistance lié aux renfoncements. Ceci permet d'amincir la plaque de moulage toute en préservant la résistance mécanique de celle-ci. 15 Selon un mode de réalisation, la superficie des zones minces représente au moins 75% de la superficie totale de la face arrière de la plaque de moulage et, de préférence, entre 85 et 95%. Dans ce cas, le reste de la superficie de la face arrière peut être occupé par les nervures de renfort. Par ailleurs, l'épaisseur de la couche d'isolant thermique doit être telle 20 que cette couche assure son rôle d'isolation thermique. Toutefois, il peut être intéressant de limiter cette épaisseur de manière à limiter l'encombrement du dispositif. Or, notamment dans le cas d'une couche d'air, au-delà d'une certaine épaisseur, on a constaté que l'augmentation d'épaisseur n'apportait qu'un faible gain en isolation. Aussi, selon un mode de réalisation, l'épaisseur de ladite 25 couche d'isolant thermique est comprise entre 2 et 20 mm et, de préférence, entre 4 et 10 mm. Une telle gamme d'épaisseur permet d'obtenir un bon compromis entre isolation thermique et encombrement. Selon un mode de réalisation, la plaque de moulage est montée sur la carcasse par l'intermédiaire de pions d'assemblage portés par la plaque ou la 30 carcasse, traversant la couche d'isolant thermique et coopérant avec des trous d'assemblage ménagés dans la carcasse ou la plaque. Ceci permet de limiter les zones de contact entre la plaque et la carcasse et, ainsi, de limiter au maximum les échanges de chaleur entre la plaque et la carcasse, via ces zones de contact.

BREVE DESCRIPTION DES DESSINS Les dessins annexés visent à illustrer les principes de l'invention. Sur ces dessins, d'une figure à l'autre, des éléments (ou parties d'élément) identiques sont repérés par les mêmes signes de référence.

La FIG 1 représente, en perspective, un exemple de dispositif selon l'invention. La FIG 2 représente, en vue arrière, une des plaques de moulage de la FIG 1. La FIG 3 est une vue en coupe d'une partie de moule de la FIG 1, suivant io le plan III-III. La FIG 4 est une vue en coupe d'une partie de moule de la FIG 1, suivant le plan IV-IV. DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION Un exemple de dispositif pour le moulage d'une pièce par voie de fonderie 15 est décrit en détail ci-après, en référence aux dessins annexés. Cet exemple illustre les caractéristiques et les avantages de l'invention. Il est toutefois rappelé que l'invention ne se limite pas à cet exemple. La FIG 1 représente un dispositif comprenant deux parties de moule 10, 20, chacune de ces parties comprenant une carcasse 11, 21, et une plaque de 20 moulage 15, 25. Les carcasses 11, 21 peuvent être réalisées en fonte ou en acier et, par exemple, en acier de type XC38, X38 CrMoV5 ou X35 CrMoV5. Les parties de moule 10, 20, délimitent ensemble une empreinte de coulée 4 pour le moulage d'une pièce mince (non représentée). Cette empreinte de coulée 4 comprend une empreinte 4a de la pièce à mouler et une empreinte 4b 25 du système de remplissage. Plus précisément, l'empreinte 4a de la pièce à mouler est délimitée par les plaques de moulage 15, 25, et l'empreinte 4b du système de remplissage est délimitée en partie par les carcasses 11, 21, et en partie par les plaques de moulage 15, 25. 30 Les faces avant 15i, 25i, des plaques de moulage 15, 25, destinées à être au contact du métal en fusion, délimitent l'empreinte 4a de la pièce à mouler. Ces faces avant 15i, 25i, sont donc tournées vers le plan de joint P du moule. Les plaques de moulage 15, 25, peuvent être réalisées en acier plus noble que les carcasses 11, 21, et leurs faces avant 15i, 25i, peuvent être traitées thermiquement et/ou faire l'objet d'un traitement de surface (e.g. d'une carbonitruration). Pour le moulage, les parties de moule 10 et 20 sont jointes à l'aide d'organes d'assemblage 30. Une fois jointes, ces parties 10, 20, forment un 5 moule complet. Les plaques de moulage 15 et 25 sont respectivement montées sur les carcasses 11, 21, avec un jeu permettant une certaine dilatation, à l'aide d'un système de pions et de trous d'assemblage décrit plus loin. Sur la FIG 1, les plaques de moulage 15, 25 et les carcasses 11, 21 ne sont pas montrées en io position assemblée, mais dans une position précédant l'assemblage. Ainsi, sur la FIG 1, les plaques de moulage 15, 25 sont plus écartées des carcasses 11, 21 qu'en position assemblée. Sur les FIGS 3 et 4, la plaque de moulage 25 et la carcasse 21 sont montrées en position assemblée. Dans l'exemple des figures, les plaques de moulage 15 et 25 sont 15 identiques et leurs modes de fixation aux carcasses 11, 21, sont également identiques. Par conséquent, par souci de concision, seule la plaque de moulage 25 est décrite en détail ci-après. La plaque de moulage 25 est plate et de forme générale rectangulaire. La FIG 2 est une vue arrière de cette plaque de moulage 25. Sur son côté arrière, 20 la plaque 25 présente deux rebords longitudinaux 23 s'étendant le long de ses plus grands côtés. L'épaisseur de ces rebords 23 représente l'épaisseur maximum de la plaque 25. Les trous d'assemblage 31-34 de la plaque 25 sont ménagés dans ces rebords 23. Entre ces rebords, la plaque 25 présente une zone centrale qui constitue la face arrière 25j de la plaque au sens du présent 25 exposé. Cette face arrière 25j s'étend au dos de l'empreinte de la pièce et, dans l'exemple, s'étend également au dos du canal de remplissage 5 faisant partie de l'empreinte de remplissage 4b. Entre ses faces avant et arrière 25i, 25j, la plaque 25 présente une épaisseur limitée. De plus, la plaque de moulage présente sur sa face arrière 30 25j plusieurs renfoncements 26 séparés les uns des autres par des nervures de renfort 27. Au niveau des renfoncements 26, l'épaisseur de la plaque 25 est la plus fine. Cette épaisseur limitée permet de limiter la capacité d'absorption de chaleur de la plaque 25 et, donc, de conserver le maximum de chaleur dans l'alliage ou le métal coulé.

Les nervures de renfort 27 sont orientées dans le sens de la longueur et de la largeur de la plaque rectangulaire 25. Ces nervures 27, en améliorant la résistance mécanique de la plaque 25, garantissent un meilleur comportement de celle-ci lors du moulage et augmentent la durée de vie de la plaque.

Dans l'exemple des figures, les nervures de renfort 27 sont droites. Dans un autre exemple (non représenté) les nervures de renfort 27 sont courbes, ce qui permet de limiter les contraintes internes lors des variations de température. En position assemblée (voir FIGS 3 et 4), la plaque de moulage 25 et la io carcasse 21 sont séparées par une couche d'air 22 qui permet de limiter les échanges de chaleur entre la plaque de moulage 25 et la carcasse 21 et, ainsi, de confiner au maximum la chaleur dans la plaque de moulage 25 et dans le métal ou l'alliage coulé. La plaque de moulage 25 est montée sur la carcasse 21 par l'intermédiaire 15 de pions d'assemblage 41-44, visibles sur la FIG 1. Ces pions 34 sont portés par la carcasse 21, traversent la couche d'air 22 et coopèrent avec des trous d'assemblage 31-34 ménagés dans la plaque 25, ces trous étant visibles sur la FIG 2. Plus précisément, la plaque de moulage 25 présente à sa périphérie 20 quatre trous d'assemblage 31, 32, 33, 34, disposés aux quatre coins d'un rectangle. Le premier trou d'assemblage 31 a une section correspondant à la section d'un premier pion d'assemblage 41. Le pion 41 ne peut donc que coulisser dans le trou 31, suivant l'axe central de celui-ci (i.e. dans le sens de 25 l'épaisseur de la plaque 25). Les deuxième et troisième trous d'assemblage 32, 33, sont de forme oblongue, et encadrent le premier trou 31. Ces trous 32, 33 ont des sections oblongues orientées respectivement, suivant la longueur et la largeur dudit rectangle (i.e. la plus grande dimension de la section oblongue du trou 32 est 30 orientée suivant la largeur du rectangle, et la plus grande dimension de la section oblongue du trou 33 est orientée suivant la longueur du rectangle). Ces trous 32, 33 de section oblongue autorisent, respectivement, le déplacement des deuxième et troisième pions d'assemblage 42, 43 suivant la longueur et la largeur dudit rectangle.

Le quatrième trou d'assemblage 34 est diagonalement opposé au premier trou 31, et présente une section plus grande que celle du quatrième pion d'assemblage 44, ce qui autorise le déplacement du quatrième pion d'assemblage 44 dans n'importe quelle direction et, notamment, suivant la s longueur et la largeur dudit rectangle. Cette configuration particulière des pions 41-44 et de leurs trous 31-34 respectifs garantit un bon positionnement de la plaque 25 par rapport à la carcasse 21 tout en autorisant un léger déplacement relatif entre la plaque 25 et la carcasse 21. Ce déplacement relatif autorisé limite ou évite l'apparition de io contraintes dans la plaque 25 ou la carcasse 21 suite à la différence de dilatation entre ces deux pièces. En effet, la plaque 25 et la carcasse 21, formées de matériaux différents et soumises à des températures différentes lors du moulage, se dilatent différemment le plus souvent.

Claims

REVENDICATIONS1. Dispositif pour le moulage d'une pièce mince par voie de fonderie, ce dispositif comprenant au moins deux parties (10, 20) de moule délimitant ensemble une empreinte de coulée (4a, 4b) pour le moulage de la pièce et pouvant être séparées l'une de l'autre pour extraire la pièce moulée, dans lequel au moins une partie de moule (20) comprend une carcasse (21) sur laquelle est montée une plaque de moulage (25), la face avant (25i) de la plaque de moulage (25) étant apte à être au contact du métal en fusion et io délimitant l'empreinte (4a) de la pièce, ce dispositif étant caractérisé en ce que la face arrière (25j) de la plaque de moulage, située au dos de la face avant (25i), est séparée de la carcasse (21) par une couche d'isolant thermique.
2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel la couche d'isolant 15 thermique est une couche d'air (22).
3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, dans lequel l'épaisseur de la couche d'isolant thermique est comprise entre 2 et 20 mm. 20
4. Dispositif selon la revendication 3, dans lequel l'épaisseur de la couche d'isolant thermique est comprise entre 4 et 10 mm.
5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel l'épaisseur de la plaque de moulage (25), entre ses faces avant et arrière 25 (25i, 25j), est comprise entre 2 et 15 mm.
6. Dispositif selon la revendication 5, dans lequel l'épaisseur de la plaque de moulage (25), entre ses faces avant et arrière (25i, 25j), est comprise entre 2 et 10 mm.
7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel la plaque de moulage présente sur sa face arrière (25j) plusieurs renfoncements (26) séparés les uns des autres par des nervures de renfort (27). 30 2963748 io
8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel la plaque de moulage (25) est montée sur la carcasse par l'intermédiaire de pions d'assemblage (41-44) portés par la plaque (25) ou la carcasse (21), 5 traversant la couche d'isolant thermique et coopérant avec des trous d'assemblage (31-34) ménagés dans la carcasse (21) ou la plaque (21).
9. Dispositif selon la revendication 8, dans lequel la plaque de moulage (25) présente à sa périphérie quatre trous d'assemblage (31-34) io disposés aux quatre coins d'un rectangle, dont un premier trou d'assemblage (31) ayant une section correspondant à celle d'un premier pion d'assemblage (41), des deuxième et troisième trous d'assemblage (32, 33) encadrant le premier trou (31) et ayant des sections oblongues orientées respectivement, suivant la longueur et la largeur dudit rectangle, de manière à autoriser, 15 respectivement, le déplacement d'un deuxième et d'un troisième pion d'assemblage (42, 43) suivant la longueur et la largeur dudit rectangle, et un quatrième trou d'assemblage (34), diagonalement opposé au premier trou (31), ayant une section plus grande que celle d'un quatrième pion d'assemblage (44).