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Procédé de préparation d'une masse hydrosoluble convenant pour la fabrication de noyaux pour modèles en cire* L'invention concerne un procédé de préparation d'une masse se dissolvant complètement et rapidement dans l'eau et conve- nant pour la fabrication de noyaux pour modèles en cire*
Des moules pour le moulage de précision sont habituelle-; ment obtenus en fabriquant un modèle en cire de l'objet à coules et en enrobant le modèle en cire d'une matière résistant -aux tempé- ratures et aux forces existant pendant la coulée. Le moule obtenu après la fusion de la cire petit être en matière céramique en métal ou en une matière synthétique.
Il n'est en général pas facile de fabriquer des modèles en cire comportant des cavités de forme compliquée ou ayant à l'in- térieur du modèle un diamètre plus grand qu'à la surface de celui- ci* Habituellement, on utilise pour la fabrication d'un tel modèle
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un noyau formé de plusieurs parties qui sont retirées une à une du modèle en'cire. En variante, le noyau peut être abandonné dans le modèle en'cire et reste attaché au moule* Lorsqu'on applique de télé ! procéder l'objet moulé présente habituellement des lignée de - moulage.
En pratique, pour la fabrication de noyaux, on utilise donc des composés polymères solubles dans l'eau, comme le polyoxy- éthylène et les polyglycols. Des noyaux sont fabriqués à partir de ces substances, appelées habituellement cires solubles, par cou- lée à température élevée dans un moule, et les noyaux sont, par exemple, enrobes d'un moule en'cire à modeler puis éliminés du moule par dissolution dans l'eau. Cette dernière opération est fastidieu- se étant donné que la solubilité des cires utilisées à cet effet n'est pas grande et que leur vitesse de dissolution est faible.
Les bas polymères tels que le polyéthylène glycol d'un poids moléculai- re de 1000 ou moins conviennent le mieux* Le point de fusion de ces matières n'est habituellement pas supérieur à 40 C. La température de la cire à modeler ne peut dépasser un maximum de 70 C pendant la coulée du modèle encire lorsqu'on utilise de tels noyaux qui, autrement, perdent leur forme.
En pratique, des cires à point de fusion plus élevé seraient intéressantes comme cires à modeler parce que les modèles en cire obtenus sont alors mécaniquement plus résistants.
A cette fin, il serait cependant nécessaire d'utiliser des polyglycols de poids moléculaire et de point de fusion plus élevés. La solubilité dans l'eau et La. vitesse de dissolution dimi- nuent toutefois lorsque le poids moléculaire augmente, de sorte que le procédé serait encore plus long.
L'invnention a pour objet la préparation d'une masse solul- ble dans l'eau convenant pour la fabrication de noyaux qui n'offrent pas les inconvénients cités.
Suivant 1.*invention.. une telle masse est obtenue en mélan géant des sels inorganiques solubles dans l'eau avec des composés
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polymères organiques solubles dans l'eau.
Des éléments de moules solubles, tels que des noyaux fabriqués à partir d'une telle masse, se dissolvent complètement et rapidement dans l'eau, conservent leur forme, présentent une surface unie et sont mécaniquement résistants et donc faciles à manipuler.
Le mélange Intime des deux constituants de la masse peut être obtenu, par exemple, en les broyant ensemble pendant un certain temps dans un broyeur à boulets ou dans un autre mélangeur, en partant éventuellement de matières premières déjà pulvérisées sépa- rément.
La masse peut être façonnée par pressage, coulée ou injection dans une matrice, la matrice étant éventuellement chauffée au préalable à cet effet, ce qui permet de la rendre plus plastique*
Il s'est avéré que des matières obtenues par polyconden- sation d'éthylène glycol ou par polymérisation d'oxyde d'éthylène conviennent bien comme composés polymères organiques solubles dans l'eau pour les masses préparées suivant l'invention. Ces matières., appelées ci-après polyglycols, se dissolvent de façon satisfaisante dans l'eau et conviennent comme liants pour les particules de sel formant la charge.
On utilise de préférence des polyglycols ayant un poids moléculaire de l'ordre de 10 à 104. En pratique, ces polyglycols s'avèrent convenir le mieux.
D'une part, le point de fusion plus élevé de ces compo- ses permet de couler des modèles en cire à environ 100 C ou davan- tage et d'autre part ces composés se dissolvent encore sans former de gel indésirable.
Les sels qu'on peut utiliser sont en principe tous les sels inorganiques solides à la.température ordinaire et facilement solubles dans l'eau tels que les chlorures, sulfates, carbonates, phosphates, nitrates, etc.
Mais, de préférence, on utilise des chlorures alcalins, par exemple NaCl, KC1, NH4Cl éventuellement en mélange, d'une part
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parce que ces matières sont peu onéreuses et d'autre part parce qu'elles s'avèrent convenir particulièrement bien pour la prépara. tion des masses suivant l'invention en raison de leurs propriétés physiques et chimiques. En effet, le degré d'hydrosoopicité de ces matières est faible ou nul et elles sont chimiquement peu agressi- ves, se dissolvent bien et rapidement dans l'eau et ont une chaleur de dissolution positive ou négative faible.
Il ne se dégage ainsi que peu ou pas de chaleur pendant la dissolution de sorte que les noyaux ne changent sensiblement pas de forme et qu'il ne se dégage paslocalement suffisamment de chaleur pour endommager le modèle en cire par fusion. Une masse contenant des chlorures alcalins ou du chlorure d'ammonium comme sel inorganique est particulièrement fa- cile à presser. On obtient alors une surface parfaitement lisse et un objet de forme permanente.
On a constaté que le temps de disso- lution d'une masse contenant des chlorures alcalins est générale- ment plus court que celui de masses contenant d'autres sels, par
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exemple NaSO,, Na2COJ' CaC'2, etc,
La résistance mécanique dépend du pourcentage en volume de cire soluble que contient la masse dans le procédé suivant l'invention de fabrication de noyaux par pressage dans une matrice,
Les masses convenant le mieux à cet égard contiennent 15 à 35% en volume de cire soluble.
On a trouvé qu'une telle masse suivant l'invention peut
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Are travaillée de façon particulièrement favorable par pressage dans une matrice. Il s'est avéré que la résistance mécanique des objets est à peu près directement proportionnelle à la pression exercée et que pour des pressions supérieures à environ 1200 kg/cm 2 la pression exercée n'a plus que très peu d'effet sur la vitesse de dissolution. Des pressions supérieures à environ 1800 kg/cm 2 en- traînent des inconvénients et il s'est avéré qu'il n'est alors plus très facile de retirer sans les endommager les objets moulés de la matrice.
Des noyaux façonnés à partir d'une masse préparée sui-
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vaut l'invention conservant leur foras suffisamment longtemps à des températures supérieures de 40 C et davantage à la température de fusion de la cire soluble incorporée à la masse, ce qui permet d'utiliser la cire à modeler à des températures plus élevées* On peut ainsi obtenir des modèles en cire mécaniquement plus résis- tants que ceux qu'il était possible de former jusque présent à l'aide de noyaux solubles dans l'eau. A l'aide de ces modèles en cire, on peut obtenir par des procèdes connus des moules exempts de lignes de moulage intérieures. Les objets obtenus à l'aide de ces moules n'exigent pas ou sensiblement pas de finition des cavités qu'ils comprennent.
Cela constitue un progrès technique im- portant sur un procédé dans lequel les noyaux doivent être formés de plusieurs morceaux.
Le procédé suivant l'invention sera décrit ci-après avec référence aux dessins annexes et aux exemples d'exécution-
Les figures représentent en coupe divers objets en cire à modeler et en métal ainsi que des moules permettant de les obte- nir.
Fig. 1 représente un objet métallique cylindrique creuxj Fig. 2 représente un noyau annulaire fabriqué à l'aide d'une masse préparée suivant l'invention; Fig. 3 représente une matrice encire comprenant un noyau suivant la Fig. 2;
Fige 4 représente un modèle en cire noyau obtenu à l'aide de la matrice en cire suivant la Fig. 3;
Fig. 5 représente le même module en cire que sur la Fig. 4 mais sans noyau;
Fig. 6 représente un moule obtenu en partant du modèle en cire de la Fig. 5.
La Fig. 1 représente un cylindre métallique 1 vu en coupe et comprenant intérieurement une cavité de forme particulière 2 et qui peut être obtenu avantageusement par moulage de précision à l'ai de d'un anneau 3 (Fig. 2) façonné par pressage d'une masse préparée
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suivant -l'invention.. L'-anneau 3 façonné par pressage d'un Mélange soluble de cire et de sel est enfilé à cet effet sur une barre 4 (Fig. 3) faite d'une matière quelconque, par exemple en métal, ce qui permet une bonne évacuation de la chaleur* L'ensemble est intro- duit dans la matrice en cire 5 (représentée en coupe) de la façon indiquée sur la figure.
La matrice peut être remplie par l'orifice de coulée 6 d'une cire à modeler fondue, éventuellement sous pres- sion, par exemple à l'aide d'un appareil d'extrusion (non représen- té). Après refroidissement et séparation des éléments de matrice
5A et 5B et de la barre 4, on obtient le modèle en cire 7, dans le- quel le noyau 2 en cire soluble et en sel est encore présent.Après élimination de ce noyau on obtient le modèle en cire 7 comprenant la cavité 2, comme représenté en coupe sur la Fige 5. Le modèle en cire 7 est complété et pourvu d'un entonnoir de coulée 8 (Fig.6) et l'ensemble est enrobé de façon connue d'une matière céramique.
Après fusion de la cire, on obtient un moule dont un exemple est représente sur la Fig. 6. Le moule 9 dont la forme correspond à cel- le du modèle en cire 9 est formé d'une matière céramique 10. L'en- semble peut être renforcé en étant placé dans un bac, par exemple en métal. Après remplissage du moule 9, par exemple d'un métal, et élimination de la matière céramique et du jet de coulée dont la for- me correspond à l'entonnoir de coulée 8, on, obtient un cylindre métallique 1, comme représenté sur la Fige 1.
EXEMPLES.
1. On mélange intimement 29 parties en volume d'une cire soluble (polyéthylène glycol ayant un poids moléculaire moyen de
6000 à 7500, vendue sous le nom de Polywax 6000) avec 71 parties en volume de sel commun (NaCl) en broyant les substances pulvéri- @ sées ensemble pendant 1 heure au broyeur à boulets*
La masse obtenue est utilisée pour presser des anneaux sous une pression de 1400 kg/cm2 dans un moule (voir Fig. 2). Les dimensions de ces anneaux sont: diamètre intérieur 36,5 mm, diamètre extérieur 50,9 mm, épaisseur en coupe intérieure 15,6 mm.
Un tel anneau se dissout, sans laisser de résidu, en 30 minutes dans
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l'eau courante. Un anneau semblable préparé de même à partir de polyéthylène glycol seul nécessite plus de 1 heure pour se dis- sandre dans les mêmes conditions. @
Si le pourcentage en volume de cire dans la masse est porté à 35%, le temps de dissolution atteint 40 minutes. Pour un pourcentage de 16,6%, le temps de dissolution est également de @ 30 minutes. Pour établir une comparaison, on mesure la résistance des anneaux par compression (voir Fig, 2, direction des flèches).
La force de rupture est dans ce cas de 11,2 kg pour 29% en volume de cire, de 10,6 kg pour 35% en volume de cire et de 9 kg pour 16,6% en volume de cire.
2. On obtient des résultats égaux ou supérieurs en rempla- çant NaCl par KC1 ou NH4Cl. Ainsi, pour KCl, à 16,6% en volume de cire la force de rupture est de 13 kg et le temps de dissolution de 35 minutes et à 20% en volume de cire la force de rupture est de 12,2 kg et le temps de dissolution également de 35 minutes.
Pour NH4Cl, la force de rupture est de 11,2 kg tant à 33.3% que à 25% en volume de cire, et les temps de dissolution sont, respec- tivement, de 35 et 31 minutes.
3. On obtient des résultats analogues en utilisant un autre polyéthylène glycol ayant un poids moléculaire moyen de 5000 à 7500.
Pour 25% en volume de cire, la force de rupture et le temps de dissolution sont, respectivement de 14,2 kg et de 30 minu- tes si on utilise du NaCl et de 11,2 kg et de 34 minutes, si on utilise du KC1.
4. L'effet de la pression exercée pendant la fabrication des objets à partir des masses décrites ressort du tableau I.
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NaCl # olytylne Klvool 6000 . ea Pression exercée Force de rupture Durée de disso- ,....M...### .. ¯., # , ,neQ ,,fcg #,.,,,#, ,,, MP...mîm peaaarque|i
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<tb> 1400 <SEP> 9,2 <SEP> 22
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<tb> 1600 <SEP> 10,2 <SEP> 22
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5 Un certain nombre de barreaux prépares comme dans l'exem- ple 1 (28,5% en volume de polyéthylène glycol, point de fusion 58-63 C) sont immergés dans de la cire à modeler fondue à environ 100 C Après refroidissement et dissolution des masses solubles,
la cavité dans la cire à modeler est parfaitement lisse et précise-
REVENDICATIONS.
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1.- Procédé de préparation d'une masse susceptible d'être coulée et pressée et capable de se dissoudre complètement et rapide- ment dans l'eau et convenant pour la fabrication de noyaux solubles dans l'eau pour modèles en cire, caractérisé en ce que la masse est obtenue par mélange de sels inorganiques solubles dans l'eau avec des composés polymères organiques solubles dans l'eau.