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PERFECTIONNEMENTS APPORTES AUX NOYAUX 12 AUX MOULES DE FONDERIE
La présenta invention vise les noyaux et moules de fonderie ser- vant à couler les métaux et alliages, moules qui sont faits d'ordinaire au moyen de sable ou d'une autre matière réfractaire pulvérulente agglomérée au moyen d'un liant ou adhésif.
bien que l'invention soit particulièrement avantageuse dans la fabrication des noyaux servant au moulage, elle offre encore de l'intérêt pour la fabrication des moules extérieurs, et en particulier pour le traitement des surfaces de moules qui viennent en contact avec le métal tondu. Dans lasuite de la description, on a désigné indistinctement soue le nom de noyaux des pièces
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préparées pour servir, soit effectivement de noyaux, soit da moules extérieur* pour couler les métaux et alliages.
Un noyau doit résister pendant la coulée à l'action érosive du métal fondu et conserver sa rigidité pendant l'opération de moulage, c'est-à- dire pendant un temps suffisant pour permettre au métal fondu de s'agglomérer.
D'autre part, un noyau idéal devrait se désagréger après obtention du moulage pour permettre une plus facile séparation entre métal fondu et noyau.
On utilise pratiquement deux sortes de noyaux :les uns durcis- sant à la chaleur, les autres pas. Dans ce dernier groupe se range l'huile de lin; les résines naturelles colphane etc.. ont également été utilisées comme matières de noyaux et appartiennent à la même classe.
On cuit les noyaux agglomérés à l'huile de lin, pour accélérer leur durcissement par oxydation, mais ce n'est pas un durcissement d'origine purement thermique au sens où l'on emploie ci-dessous cette expression. L'argile constitue un exemple d'un liant usuel durcissant à haute température. bette matière de moule acquiert la consistance d'une brique, lorsqu'elle est soumise à la chaleur du métal fondu.
Les noyaux aggloméras au moyen d'un liant ou adhésif ne durais- sant pas à la chaleur offrent des inconvénients ils ne résistent pas bien à l'érosion par les métaux fondus, tels que l'acier ou le fer. En conséquence, de, sérieux défauts se présentent dans le moulage fini; le noyau s'est désagrégé par endroits et a provoqué l'enrobage ou l'inclusion de sa propre matière dans cer taines régions du moulage voisines du noyau' Le sable (ou tout autre matière du noyau) adhère aussi et s'incruste dans toute la surface de contact du métal fon- du et du moule.
Dans de nombreux cas, il faut recourir au burin, ou couler du métal fondu dans les cavités pour corriger les moulages, Si le liant organique pour noyau est carbonisable (huile de lin par exemple) il laisse dans le sable un résidu carboné dur et il en résulte que le noyau carbonisé ne se retire qu'au prix de très grandes difficultés* A moins que la section droite du noyau soit assez petite pour que le carbone ait plus ou moins brûlé, il faut buriner ou @ briser le noyau pour l'extraire du moulage. Par suite de son adhérence au noyau, le moulage exige en effet un nettoyage très laborieux et très coûteux.
Dans certains cas, et particulierement pour les gros moulages il a été trouvé avantageux d'utiliser un liant inorganique durcissant à la oha-
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leur (de l'argile par exemple), dans le but d'imparti? une résistance suffisante au noyau utilisé. Tout en supportant mieux les effets érosifs du métal chaud, de tels noyaux durcissent par la chaleur et prennent la dureté d'une matière comme la brique, ne se séparant que très difficilement des moules. Des perforatrices sont souvent nécessaires pour réunir l'opération.
Suivant la présente invention, les noyaux destinés aux moulages d de fonderie sont agglomérés au moyen d'un liant organique durcissant à la châles et se décomposant à la température du métal fondu. Un tel liant tonne un corps dur, qui résiste à l'érosion et conserve sa résistance et sa cohésion pendant la coulée et jusqu'à ce que le métal fondu ait rempli le moule et s'y soit bian réparti.
Puis la température élevée communiquée par le métal chaud entraine la désintégration par décomposition thermique et évaporation du liant, laissant le sable du noyau à l'état libre et pulvérulent, ce qui rend facile la sépara- tion de la pièce finie et du moule- Comme exemple d'un tel liant, on peut citer les compositions de la classe des résines alkyd, c'est-à-dire les matières obte- nues par la réaction d'un alcool polyhydrique et d'un acide polybasique, avec ou sans autre ingrédient. Le liant à utiliser est, de préférence, une solution de ces résines comme indiqué par la suit.
Sous sa forme de réalisation préférée, l'invention comporte des noyaux de fonderie agglomérée au moyen d'une résine à base d'alcool polyhydri- que (comme la glycérine) et d'acide ou anhydride polybasique susceptible de don- ner une résine volatile (comme l'anhydride phtalique).
Des constituants chimi- ques modificateurs qui facilitant la distribution ou ie mouillage du liant dans le sable, ou tout autre matière constituant la noyau, peuvent aussi être incor- porés, par exemple des acides monobasiques comme ceux qui dérivant des huiles végétales, et en particulier des acides extraits des huiles de ricin ou de lin
Dans certaine cas, une résine alkyd peut servir de tiant n'im:
porte quelle résine naturelle pouvant être substituée à une partie de l'acide organique- üne huile végétale, telle que l'huile de bois de chine peut en par- tie remplacer les acides dérivés d'une huile siccative dans la composition ré- sineuse D'autres alcools peuvent remplacer la glycérine,, soit polyhydriques
Boit monohydriques Par exemple l'éthylène glyool peut être partiellement subs- titué à la glycérine* Dans certains cas, on peut préparer une résine convenant pour l'invention, en'combinant ou en associant une huile végétale avec une ré- sine faite d'un alcool polyhydrîque et d'un acide polybasique* @
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Dans la préparation des noyaux de fonderie,
conformément à la présente invention, une matière appropriée à la constitution du noyau, telle que le sabla, le zircone, l'alumine, etc.. est mélangée, en proportions appro- priées déterminées avec une résine alkyde de préférence en solution), le mé- lange étant alors mis sous forme de noyau par les méthodes connues, et subi$- sant la cuisson qui assure un durcissement initial du liant. La Société deman- deresse a utilisé avec succès une composition résineuse établie suivant son brevet belge No 348,500 du 1er février 1928, en substituant de préférence à une partie de l'acide d'huile siccative entrant dans la composition décrite, de l'huile de bois de Chine, avec adjonction, si un le désire, d'une petite pro- portion de résine naturelle.
Comme solvants on peut utiliser divers liquides organiques u suels, par exemple l'huile de naphte, le toluène, l'acétone ou les alcools dénaturés. On préfère utiliser un mélange comportant une proportion pratique- ment égalµ d'huile de kéronèse d'huile de goudron de houille, soit brute, soit redistilléea, pour en utiliser seulement soit le toluène bout, le xylène brut ou le solvant naphta brut De tels solvants contiennent des goudrons et, dans certaine cas, de la naphtaline. Une petite proportion de matière goudronneuse donne un supplément de dureté et de résistance aux noyaux agglomérés au moyen de la résine alkyd. Le kérosène agit comme lubrifiant.
On Indiquera comme suit, à titre d'exemple, la composition et le mode de fabrication d'un noyau établi suivant l'invention. 50 parties en poids de sable de fonderie et une partie d'une solution contenant environ 4 parties en poids d'une résine allcyd (et de préférence une résine alkyd conte- nant de la résine naturelle en même temps qu'un acide gras d'huille siccative), et environ 6 parties de solvant, sont mélangées complètement, dedmanière à tonner une composition de moulage.
Ces proportions moyennes peuvent varier suivant les cirsonstances Dans certain cas, une petite quantité de liant à base de matières amylacées peut etre ajoutée au sables Par exemple, on mettra 1250 à 1300 Kilogs de sable de fonderie dans un mélangeur et on additionnera d'un liant à base de farines (par exemple celle du blé) ce qui donne au noyau une certaine résistance mécanique à l'état cru. On ajouta 23 Kgs environ d'une solution de résine alkyd ayant la viscosité désirable, et la masse entière est convenablement malaxée.
Dans certains cas, on peut utiliser une résine alkyd non modi- fiée,
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c'est-à-dir faite de glycérine et d'anhydride phtalique en proportions molé- culaires, un solvant approprié étant utilisé, mais la résine modifiée a été reconnue supérieure par la Société demanderesse.
Après moulage des noyaux à partir'd'un mélange établi comme in- diqué ci-dessus, on les cuit à une température d'environ 1800 pour chasser le solvant et pour faire partiellement passer la résine de l'état de sol (mou) à l'état de gal (dur); le noyau revient ainsi capable de résister à la chaleur, sans fondre ni se ramollir- Le temps requis pour la cuisson varie avec les di- mansions du noyau, sa forme et d'autres conditions. Dans certains cas, il suf- fit de cuire le noyau pendant 15 à 20 minutes, tandis que plusieurs heures sont parfois nécessaires* La durée de cuisson est toujours beaucoup plus cour- te que lorsqu'on utilise des liants comme l'huile de lin, surtout dans le cas des gros noyaux.
Une condensation complète de la résine alkyd pendant la puis- son, avec passage de cette résine à son état limite le plus polymérisé, n'est pas nécessaire, car un tel noyau de fonderie durcit toujours spontanément par la chaleur libérée au contact du métal fondu pendant la coulée.
Il n'est pas nécessaire que, dans la masse entière du noyau, le liant ait subi la cuisson durcissant ou que la totalité des solvants se soit évaporée de la partie intérieure avant l'utilisation du noyau pour la fonderie, car la chaleur du métal fondu complète à la fois cette vaporisation et le dur- cissement du liant.
Quand des métaux fondus (acier, fer, laiton et autres métaux à hautes températures de coulée) viennent en contact avec les noyaux établis sui- vant l'invention, ce contact paraît avoir pour premier effet de rendre le liant . encore plus résistant, en complétant la polymérisation* Quelle que soit l'ac- tion réelle, le fait constaté par la Société demanderesse est que le noyau ré- siste à la température élevée, ainsi qu'à l'action érosive du métal fondu pen dant un temps suffisant pour éviter les inconvénients des ruptures prématurées.
Ensuite, le noyau atteint le point de "cracking" du liant qui disparaît par ' volatilisation et laisse le sable à l'état sec et libres
Dans certains cas, et particulièrement dans la fabrication des gros noyaux, on applique parfois un revêtement d'une matière réfractaire appro- priée (sable siliceux, graphite antérieurement cuit ou charbon fin bien dégazé, ou autre matière pulvérulente agglomérée à l'argile) sur la surface des noyaux pour renforcer davantage ces noyaux contre l'action pénétrante du métal fondu.
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Un tel revêtement s'applique, suivant l'invention, en répandant ou projetant sur le moule (qui est lui-même soit à l'état cru, soit déjà durci par la cha- leur) une suspension de poudra de silice, ou de carbone, ou de toute matière réfractaire appropriée, mise en solution dans une résine alkyd convenable. La masse intérieure du noyau,qui est agglomérée avec la résine alkyd, ou avec un autre liant capable de se décomposer à haute température, peut alors être ai- sément séparée du moulage, et le revêtement, même s'il est aggloméré à l'argile peut se retirer ensuite plus aisément que si le noyau tout entier avait été ain si aggloméré.
' Les noyaux perfectionnés ont une cohésion plus grande, une plus grande dureté, une meilleure résistance mécanique initiale que'les noyaux ag- glomérés suivant la pratique habituelle; de plus, ils conservent leur forme jusqu'à ce que le métal fondu ait cristallisé sur toute la surface de contact, Ils ne subissent pas d'érosion sous l'effet du métal fondu, dans des conditions qui détruiraient les noyaux analogues agglomérés au moyen d'une matière non durcissable par la chaleur.
Ces noyaux ont une surface lisse et dure qui résis- te bien à l'érosion et sur'laquelle le métal fondu s'applique parfaitement, ce qui donne au moulage des lignes et des surfaces nettes, précises eb correctes* L'avantage le plus frappant offert par les noyaux établis sui- vant l'invention résulte de la volatilité du liant au contact du métal chaud* Comme déjà indiqué, quand on utilise des noyaux intérieurs qui sont baignés par le métal chaud, le liant est si complètement volatilisé par la chaleur que le sable, ou les autres matières du noyau sont libérée, redeviennent pulvéru- lents, et il est facile de les extraire du moule par soufflage ou simplement par basculement de celui-ci.
Les noyaux objet du brevet éliminent plus facile- ment et plus régulièrement les gaz et la proportion dez gaz produite n'est pas grande: les trous de soufflage, et par conséquent les éventa, peuvent être à peu près supprimée- Pratiquement, il ne se dégage ni odeur mauvaise, ni gaz dé létère pendant le moulage ou le démoulage, de sorte que le confort et la santé des ouvriers ne sont nullement compromis-
Les noyaux offrent également une résistance plus grande à l'humi dité, et on peut les conserver pendant plus longtemps, sans avoir à craindre ni retrait, ni désagrégation* Came les noyaux ont une plus grande résistance mécanique et sont plus durs,
'11 y a moins de ruptures dans les manutentions et de détériorations du magasil @
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La plus grande résistance des noyaux établis suivant l'invention permet de se passer, en partie ou totalement, des tiges de renforcement et entretoises qui sont généralement nécessaires dans le cas de noyaux compliquée ou de grandes dimensions*
Les avantages du noyau perfectionné établi suivant l'invention, peuvent s'obtenir sans dépenses additionnelles, et en fait, la Société deman- deresse a trouvé que, dans de nombreux cas, les prix étaient moindres avec ces noyaux qu'avec les noyaux aggloméré* au moyen d'autres liants* Une des économies réalisées dans la fabrication des noyaux à base de résine alkyd, tient au chauffage plus bref des noyaux et au moindre prix du matériel de cuisson,
four et accessoires* Une autre économie est due à la réduction des déchets et des ruptures de noyaux.
La facilité d'extraction des noyaux assure également une éco- nomie de travail et de temps, et facilite l'adoption des méthodes de produc- tion en série dans la fonderie. Le temps économisé dans l'enlèvement des noyaux peut s'élever de quelques heures à un nombres d'heures considérable, et il en résulte une économie directe du travail pour chaque moulage. En outre, le temps gagné de la sorte entraîne des avantages indireots qu'il est diffici- le de chiffrer, mais qui peuvent être d'une extrême importance pratique. :Du économies sensibles sont également réalisées par la réduction des pertes dues aux mauvais moulages et l'économie de travail de retouche de ces moulages, lorsqu'ils renferment des inclusions provenant des matières des moules.
Pour la fabrication des noyaux établis suivant 1'invention, on peut réutiliser les sables ou matières de noyaux ayant déjà servi, et marne, parfois, sans ajouter aucun nouveau sable pour la fabrication de nouveaux noyaux. Jusqu'ici, il fallait des frais considérables pour réutiliser le sable sec dans les noyaux et les moules de sable, car il contenait en effet, soit des résidus de carbone résultant de la dissociation de l'huile ou tout autre liant carbonisable ou bien il contenait de l'argile durcie. Le sable retiré du noyau objet de l'invention, ne contient que peu ou pas de carbone, et il est facile d'y incorporer un liant nouveau pour le réutiliser.
La nouvelle forme de liant est également applicable aux moules extérieurs. Jusqu'ici, on a considéré que seuls les moules de "sable vert" convenaient pour les pièces extérieures, c'est-à-dire qu'on avait recours à des moules faits de sable contenant un liant naturel-
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Suivant la présente invention, on mélange le sable sec avec une solution de résine alkyd, et l'on moule ce mélange sur un modèle de la pièce. au moyen d'un moule extérieur auxiliaire, pour en faire un moule de section re lativement faible qu'on cuit alors, comme indiqué ci-dessus.
Le moule ayant subila cuisson peut être inséré dans un contenant approprié*et transporté par un convoyeur au cubilot ou l'on coule le métal, Après solidification, l'objet en métal moulé peut 'être débarrassé des matières du moule restées adhérentes, soit au jet de sable, soit par traitement, soit par tout procédé équivalent connu.