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Moule pour la coulée ou le matriçage d'objets,etprocède pour sa fabrication
La présente invention concerne en général la tech- nique de la coulée ou du matriçage d'objets et, plus particu- lièrement, un moule de coulée ou de matriçage, ainsi que le procédé pour sa fabrication.
Quoique l'invention soit plus spécialement appli- cable à la fabrication de moules à injection et de moules de matriçage, il est bien entendu qu'elle n'est pas nécessaire- ment limitée à cette application, mais qu'elle peut au con- traire servir à d'autres usages, par exemple à la fabrication de moules pour la fabrication de produits en caoutchouc, "Bakélite", matières plastiques en général, et même à la fabrication de moules destinés à la coulée d'alliages, de la manière usuelle dans l'industrie de la fonderie.
Les techniciens de l'industrie du moulage, plus particulièrement du moulage de matières plastiques, connaissant bien les problèmes auxquels ils doivent faire face pour la
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fabrication coûteuse de moules ou de matrices. Ce travail exige l'intervention des outilleurs et graveurs les plus expérimentés pour l'usinage et la préparation des cavités et des éléments coopérants des matrices, en partant de pièces brutes en acier ou matières similaires. De plus, en dehors de la grande expérience des opérateurs, nécessaire à cet effet, les travaux sont très longs, ce qui contribue à aug- menter les dépenses très élevées de la fabrication des moules ou matrices. Ce fait entraîne fréquemment de graves incon- vénients lorsque la fabrication de certains éléments doit être modifiée en vue de l'emploi de matières plastiques.
Lorsque le volume des produits nécessaires est trop réduit pour justifier en dernière analyse les dépenses élevées de la fabrication des outils, des moules ou des matrices, il en résulte un prix de revient excessif des produits finaux en matière plastique, par exemple.
Les mêmes conditions se retrouvent fréquemment dans l'industrie du matriçage, dans laquelle on fabrique de petites séries d'organes vitaux ou critiques par des moyens autres que le procédé de matriçage, par suite du prix initial très élevé de la fabrication des outils ou des matrices.
Un des principaux buts de la présente invention est de créer un moule de coulée ou de matriçage perfectionné, et un procédé pour sa fabrication, assurant l'obtention d'effets nouveaux et avantageux et permettant de résoudre les problèmes et de vaincre les difficultés auxquels on s'est heurté jusqu'à présent.
Un autre but de l'invention est de créer un moule de coulée ou de matriçage d'une précision de dimensions supérieure à celle qu'il était jusqu'à présent possible d'obtenir avec les procédés connus de fabrication de moules ou de matrices.
Un autre but de l'invention est de créer un moule - @
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de coulée ou de matriçage présentant des surfaces modelées d'une grande fidélité et des reliefs d'une grande netteté, obtenus par une technique de moulage perfectionnée, ces sur- faces et reliefs étant destinés à être ultérieurement repro- duits sur les matières à mouler ou à matricer.
Un autre but de l'invention est de créer un procédé de fabrication du moule de coulée ou de matriçage, d'un prix très inférieur à celui des moules ou matrices obtenus par des moyens dont on disposait jusqu'à présent pour la fabrication des outils et des matrices.
Un autre but de l'invention est de créer un moule de coulée ou de matriçage d'une forme perfectionnée, comportant une embase de matrice à surface modelée correspondant à une face du modèle-type, sur laquélle est rapportée une matrice recouvrant la surface en relief et ajustée et ancrée sur l'embase. Cette matrice présente une surface reproduisant exactement la face correspondante du modèle-type.
Un autre but de l'invention est de créer un moule de coulée ou de matriçage perfectionné comportant une embase avec matrice rapportée dont l'épaisseur peut être sensiblement uniforme, les matières de l'embase et de la matrice étant choisies telles qu'elles ne présentent pas de retrait appré- ciable. L'épaisseur de la matrice est variable suivant les dimensions du moule de coulée ou de matriçage.
Un autre but de l'invention est de créer un moule de coulée ou de matriçage d'une forme perfectionnée, dans lequel la matrice est coulée avec une grande précision de reproduction, quelle que soit la complication du modelage, cette matrice étant par ailleurs faite en un alliage dur et tenace tel qu'il ne peut être usiné par des procédés ordinai- res par suite des difficultés 'qu'il oppose à cet usinage et à tout autre façonnage. L'embase et la matrice de ce moule peuvent être faites en matières différentes, ou en même matière, dans le cadre de l'invention.
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D'autres buts et avantages de l'invention ressorti- ront de la description détaillée ci-après, en référence au dessin annexé à titre d'exemple qui montre un mode de réalisa- tion du moule de coulée ou de matriçage suivant la présente invention, et un mode de mise en oeuvre du procédé pour la fabrication de ce moule.
Sur ce dessin :
La figure 1 indique schématiquement la première opération de fabrication du moule de coulée ou de matriçage suivant l'invention.
La figure 2 est une vue en élévation latérale de l'embase de matrice coulée à l'aide du modèle que montre la figure 1.
La figure 3 est une vue en plan de dessus de l'em- base de matrice d'après la figure 2.
La figure 4 indique l'opération de moulage, sur l'embase de matrice, du modèle pour la coulée de la matrice.
La figure 5 montre schématiquement l'opération de la préparation du moule sur l'embase de matrice et le modèle qu'elle porte, pour la coulée de la matrice sur l'embase préalablement coulée.
La figure 6 est une vue en élévation latérale, avec coupe verticale partielle, du,bloc de matriçage terminé, com- posé de l'embase préalablement coulée et de la matrice récou- vrant la face en relief de l'embase, et soudée et ancrée sur cette embase.
La figure 7 est une vue sur la face de la matrice formée par la matière coulée sur l'embase.
Pour faciliter les explications, l'invention est représentée dans son application à la fabrication d'un moule de coulée ou de matriçage pour le moulage d'yeux artificiels en une matière plastique telle que la "Lucite", par exemple.
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Mais il est bien entendu que l'invention n'est pas limitée à cette application particulière, et qu'elle peut être employée à d'autres buts, partout où son application est indiquée ou désirée.
Ainsi que l'indique la figure 1, un modèle-type 10 d'un oeil artificiel est, par exemple, encastré dans un fond de plâtre 11, sur un côté d'un plan de séparation préalablement déterminé. Le modèle 10 reproduit exactement la forme et les dimensions de l'oeil artificiel, ou d'un autre objet qui doit être fabriqué avec le moule de coulée ou de matriçage terminé.
En fait, l'un des objets à fabriquer avec le moule de matriçage suivant l'invention peut être utilisé comme modèle-type. Le modèle 10, utilisé dans le présent cas, se présente sous la forme d'une coupelle d'un profil général concave-convexe, mais il est bien entendu que cette forme peut varier. Sur le dessin, la face convexe est tournée vers le bas et enfoncée dans le plâtre 11, tandis que la face concave est dégagée. Le fond de plâtre 11 est maintenu dans un châssis usuel 12.
Après l'encastrement du modèle-type 10, sa face supérieure dégagée est recouverte d'une garniture de moulage.
A cet effet, on applique et ajuste, par exemple, une matière de moulage 13 sur la face supérieure dégagée du modèle. On peut choisir une matière de moulage 13 appropriée, A titre d'exemple, on emploie une feuille de cire d'une épaisseur ap- pr.opriée, qui est ensuite recouverte d'une pellicule d'étain 14. La cire est utilisée de préférence parce qu'elle se laisse facilement adapter à n'importe quel modèle-type. La pellicule en étain 14, ajustée au relief de la cire, empêche la fusion de la garniture de moulage 13 sous l'action de la cire qui est injectée ultérieurement pour la coulée du modèle de l'em- base de matrice, opération qui sera décrite plus loin. On peut bien entendu employer une autre matière de séparation.
De même pour remplacer la cire de la garniture de moulage, on peut
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utiliser une feuille épaisse en plomb se laissant bien appli- quer, adapter et ajuster à la face dégagée du modèle 10.
On monte ensuite un châssis supérieur 15 sur le châssis inférieur, contenant le modèle 10 et la garniture de moulage 13 qui le recouvre. De préférence, on prévoit des chevilles 16 pour centrer le châssis 15 sur le châssis 12.
Dans le châssis 15 est pratiqué un trou de coulée ou d'injec- tion 17.
Au cours de la mise en place de la garniture de moulage 13 sur le modèle 10, la partie marginale de cette garniture est repliée vers le haut en 18, sur tout le pourtour du châssis 15, Le rebord 18 ainsi obtenu de la garniture est façonné de manière à présenter un bourrelet circulaire 19 qui est destiné à former une gorge périphérique dans le modèle destiné à la coulée de l'embase de matrice.
Après la mise en place de la garniture de moulage 13, et du chassie 15 sur le châssis 12, on injecte de la cire par le trou 17 sur le modèle-type recouvert de la garniture.
On obtient ainsi un bloc de cire 20 dont la forme est déter- minée par le châssis 15 et la surface de la garniture de mou- lage 13. Ce bloc de cire est percé d'un certain nombre de canaux 21 partant de sa face en relief, Après le moulage du bloc, celui-.ci est retiré du châssis 15 et séparé de la garni- ture de moulage 13. Bien entendu, ce bloc ou modèle d'embase 20 peut être fait en une matière autre que la cire.
A l'aide de ce bloc ou modèle 20, on coule ensuite une embase en acier, alliage cobalt-chrome, ou une autre ma- tière appropriée. Le procédé de coulée de l'embase métallique 22 que montrent les figures 2, 3 et 4 est bien connu, et la . forme et les dimensions de cette embase correspondent à celles du modèle en cire 20. Au sujet de la coulée, il suffira d'in- diquer qu'on prépare avec ce modèle 20 un moule en matière réfractaire appropriée, après quoi on élimine le modèle par
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l'action de la chaleur pour obtenir une cavité de coulée cor- respondant exactement au modèle, et dans laquelle on coule ou introduit d'une autre manière un métal, un alliage ou une autre matière présentant les propriétés désirées. On laisse ensuite durcir cette matière pour l'obtention de l'embase 22.
Cette embase coulée 22 est percée de canaux 23 par- tant de la face modelée, comme dans le modèle en cire 20. Elle est replacée dans le moule pour occuper,'par rapport au modèle principal 10, la position précédemment occupée par le modèle d'embase 20. Mais le modèle 10 étant préalablement débarrassé de la garniture de moulage 13, on obtient ainsi une cavité dont un cô./té est formé par la face dégagée du modèle-type, et qui correspond à l'espace précédemment occupé par la garni- ture de moulage 13.
A cet effet, on peut procéder en plaçant par exemple l'embase 22 dans le châssis 15, en la fixant à l'aide de vis de serrage 24 vissées dans les côtés latéraux du châssis, et en plaçant de nouveau le châssis 15 sur le châssis 12, Une nervure 40, faisant corps avec l'embase 22 (fig, 1), s'encastre dans une rainure 42 pratiquée dans le châssis 15 pour assurer l'orientation de l'embase, et pour l'empêcher de tourner à l'intérieur du châssis.
On injecte alors de la cire, du méthyle-méthacrylate du polystyrolène, ou une autre matière appropriée, par le trou 17 dans la cavité dont un côté est formé par la face dégagée du modèle principal 10 et qui était précédemment occu- pée par la garniture de moulage 13. On choisit une matière qui se volatilise sensiblement à une température supérieure à 540 C, On forme ainsi sur l'embase 22 un modèle 25 propre à la coulée d'une matrice et pouvant être ultérieurement éli- miné par l'action de la chaleur. Ce modèle 25 est ajusté et ancré sur l'embase 22 par des branches coulées dans les canaux 23, et par la gorge périphérique 26 prévue à proximité de la face en relief. Les canaux 23 sont remplis par la cire ou
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autre matière 25 utilisée pour la coulée du modèle de matrice.
De préférence, on coule également une rondelle de cire 27 sur la face supérieure de l'embase 22, à l'extrémité supérieure des canaux 23 convergeant de bas en haut, pour ajuster et ancrer la matière du modèle de matrice sur l'embase perforée.
Au lieu d'utiliser de la cire en masse ou en feuille, on peut la couler simplement à l'épaisseur désirée sur la face supé- rieure de l'embase.
L'embase 22, portant le modèle 25, est ensuite retirée du châssis. On fixe sur le modèle 25 une masselotte destinée à former le trou de coulée 28' et faite en cire ou autre matière de moulage appropriée, du genre précédemment indiqué, D'après le dessin, cette masselotte est fixée sur le dessus du modèle 25, et sur un côté de la surface reproduisant le modèle-type, de façon à ne pas empiéter sur celle-ci. Elle peut être fixée à la matière du modèle sur le fond de l'embase ou en un autre point désiré. L'ensemble est ensuite complète- ment enrobé dans une matière de moulage, de la manière indi- quée sur la figure 5.
Le châssis est indiqué en 29, et la queue 30 de l'embase 22, dirigée vers le bas, porte le poids de l'embase et maintient celle-ci dans une position surélevée de façon que la matière de moulage 32 puisse remplir l'espace au-dessous de cette embase pour l'enrober complètement. On empêche les déplacements de l'embase 22, du modèle 25 et de la masselotte de cire formée en 28', à l'intérieur de la matière de moulage 32, par exemple en employant des languettes 34 en matière résistant à la chaleur, qu'on fixe aux parois latérales de l'embase 22 de manière à centrer celle.-ci par coopération de ces languettes 34 avec le châssis 29.
La matière du modèle 25, 27 et de la masselotte 28' est ensuite éliminée par l'action de la chaleur, et on coule un alliage métallique ou une autre matière dans la cavité ainsi obtenue, pour former la matrice proprement dite
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35 recouvrant la face en relief de l'embase 22 (fig. 5). Cette matrice présente la surface de matriçage qui est la reproduc- tion exacte de la surface correspondante du modelé-type. Elle est ajustée et ancrée sur l'embase 22 grâce aux canaux 23 et à la gorge périphérique 26, Après la coulée de la matrice 35 sur l'embase 22, et la solidification de cette matrice, la matière de moulage 32 est séparée de la manière usuelle ou d'une manière préférée d'avec le bloc de matriçage.
Bien entendu, on supprime aussi la masselotte 28 formée dans le trou de coulée (fig. 5, 6).
Le bloc de matriçage ainsi obtenu, composé de l'om- base préalablement coulée 22 et de la matrice proprement dite 35, est ensuite replacé dans le châssis 15 qui est retourné pour prendre la place précédemment occupée par le châssis 12.
Le modèle-(-type 10 est ajusté sur la partie en relief corres- pondante de la matrice 35, et on prépare l'autre moitié du moule en appliquant une garniture de moulage sur la face déga- gée du modèle principal, pour le moulage du modèle, en cire ou autre matière appropriée, de l'embase de la contre-matrice, après quoi on coule cette embase, on la recouvre du modèle pour la coulée de la contre-matrice, et on coule celle-ci sur la deuxième embase de la manière décrite pour la préparation du moule de ooulée de l'embase 22 et de la matrice 35.
L'embase 22 préalablement coulée peut être faite en un alliage ou une matière différente de celle utilisée pour la matrice proprement dite. Il n'est pas nécessaire que sa surface présente les propriétés de celle de la matrice 35.
Quelle que soit la complication du dessin, la matrice 35 peut être coulée avec une grande précision, et on peut utiliser des alliages durs et tenaces tels qu'ils ne peuvent être employés pour la fabrication de matrice par les procédés d'usinage usuels, par suite de la grande difficulté qui s'oppose à. cet usinage..
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Un alliage cobalt-chrome d'une teneur en cobalt supérieure à 50 % et contenant 10 à 40 % environ de chrome, plus particulièrement un alliage cobalt-chrome tel qu'il a été décrit aux Breveta américains N 20.877 (réédition) et 2.381.459, représente un exemple d'une matière appropriée pour la fabrication de la matrice 35. Mais il est bien entendu que, tout en restant dans le cadre de l'invention, la matrice 35 peut être faite en une autre matière. D'autre part, l'embase 22 peut être faite en une même matière, par exemple avec l'al- liage cobalt-chrome utilisé pour la matrice 35, au lieu d'être coulée en une matière différente, de la manière précédemment indiquée.
La matrice 35 est de préférence d'une épaisseur uniforme, et elle est aussi de préférence relativement mince, quoique l'épaisseur exacte de cette matrice puisse varier en fonction des dimensions du bloc de matriçage. Cette épaisseur de la matrice est de préférence telle que l'effet de refroi- dissement produit par l'embase 22 ne soit pas trop rapide.
Dans la mise en oeuvre réelle, la présente invention a permis d'obtenir des moules de coulée ou de matriçage sans retrait ni déformation perceptibles, et sans aucune inexactitude de la matrice proprement dite. Au contraire, avec des moules de coulée ou de matriçage obtenus par des procédés usuels, sensiblement de même forme et de mêmes dimensions, il se produit un retrait appréciable.
Grâce à la présente invention, il est facile, d'ob tenir des pièces coulées saines, car il n'est pas nécessaire de tenir compte du retrait lorsqu'on coule l'embase 22. Il est également possible d'employer une température de moulage relativement faible. L'utilisation d'une embase préalablement coulée peut présenter un autre avantage. Grâce au refroidis- sement plus rapide de la matrice 35, certains alliages pré- sentent un grain plus fin, ce qui favorise le polissage et
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constitue un facteur important dans la fabrication de moules à injection de résine.
Pour la mise en place de la masselotte servant à ménager le trou de coulée pour la matrice, il n'est pas néces- saire de couler le métal à travers l'embase 22 préalablement coulée. Par exemple, la ou les masselottes des trous de coulée peuvent être raccordées à la matrice elle-même, à condition, bien entendu, que ces masselottes n'empiètent pas sur une partie essentielle de la surface de matrigage.
De plus, pour des objets de forme relativement simple il est possible d'usiner un bloc ou une embase en matière appropriée au lieu de prooéder par coulée de cette embase, quoique la coulée de l'embase soit la manière préférée pour la mise en oeuvre de cette partie de l'invention,
Bien entendu, le mode de mise en oeuvre de l'inven- tion décrit en regard du dessin n'est indiqué qu'à titre d'exemple et, sans s'écarter du principe, on pourra imaginer des variantes et des modifications.
REVENDICATIONS 1 - Procédé de fabrication d'un moule susceptible de servir à la coulée ou au matriçage consistant en ce que, pour constituer chaque partie de moule, on forme une embase épaisse dont une face est modelée conformément à un modèle- type et on coule sur cette face une couche dite "matrice" en matière métallique dure dont le pourtour est ancré sur ladite embase et dont la face externe est lisse et reproduit exacte- ment la surface du modèle-type.