FR2953745A1 - Dispositif pour retarder la solidification d'une masselotte - Google Patents

Abstract

Dispositif pour le moulage d'une pièce par voie de fonderie, ce dispositif comprenant au moins deux parties de moule (1) délimitant ensemble une empreinte de coulée pour le moulage de ladite pièce et pouvant être séparées l'une de l'autre pour extraire la pièce moulée. L'empreinte de coulée comprend au moins une empreinte de masselotte (16), et deux carcasses (1A) qui font parties intégrantes, respectivement, de deux parties de moule (1), et qui définissent ensemble l'empreinte de masselotte (16). L'empreinte de masselotte (16) est entourée par des parois (30, 34, 36) formées dans lesdites carcasses (1A), les faces internes (30A, 34A, 36A) de ces parois délimitant l'empreinte de masselotte (16) et les faces externes (30B, 34B, 36B) de ces parois étant entourées par des lames thermiquement isolantes (40, 44, 46) formées dans l'épaisseur desdites carcasses (1A). Les lames isolantes (40, 44, 46) permettent de retarder la solidification de la masselotte.

Description

DOMAINE DE L'INVENTION Le présent exposé concerne un dispositif pour le moulage d'une pièce 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 un métal ou un alliage liquide dans un moule pour réaliser, après refroidissement, une pièce donnée en limitant autant que possible les travaux ultérieurs de finition.

~o ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE 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 is plusieurs fois. Le démoulage de la pièce est rendu possible par la différence de 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 ces procédés de moulage, on distingue les procédés de moulage 20 par gravité qui consistent le plus souvent à couler par gravité un alliage non ferreux (e.g. de base aluminium ou de base cuivre) dans un moule métallique. Le moule, en acier ou en fonte, est généralement monté par bridage sur une machine de moulage qui permet une ouverture du moule et le démoulage et l'extraction de la grappe moulée. 25 Typiquement, le moule comprend une partie fixe et une partie mobile 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 30 utilisé pour désigner une surface de séparation non plane. 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 de masselottes. Les masselottes sont généralement (mais pas nécessairement) situées au dessus de la pièce. Elles ont pour fonction de nourrir en métal la pièce pendant son refroidissement, afin de compenser le retrait volumique à la solidification et d'éviter les défauts internes dans la pièce. Pour assurer correctement cette fonction, les masselottes doivent donc être de volume suffisant. io Aussi, le volume de la (des) masselotte(s) est souvent important comparé au volume de la (des) pièce(s) coulée(s), ce qui conduit à une forte "mise au mille". La "mise au mille" est définie comme étant le ratio de la masse de la grappe totale sur la masse de la (des) pièce(s). Une forte mise au mille caractérise donc une "perte" de matière importante et est donc 15 économiquement défavorable. Les alliages d'aluminium moulés traditionnellement de cette manière sont, par exemple, au sein de la famille aluminium-silicium, l'Al Si7Mg, l'Al SilOMg ou l'Al Si12 et, au sein de la famille aluminium-cuivre Al Cu4Mg. Ils dégagent à la coulée une importante chaleur, ce qui nécessite un temps de 20 fermeture du moule suffisamment important pour permettre la solidification complète des parties massives de la grappe. Les masselottes sont généralement les dernières zones solidifiées. Par conséquent, plus les masselottes ont un volume important, plus elles ralentissent le "temps de cycle", qui correspond à l'intervalle de temps nécessaire au moulage d'une 25 pièce. Il existe donc un réel intérêt industriel à trouver une solution permettant d'optimiser le volume des masselottes pour que, d'une part, ces masselottes continuent d'exercer leur fonction correctement et, d'autre part, réduire la mise au mille. 30 PRESENTATION DE L'INVENTION L'invention a pour objet un dispositif pour le moulage d'une pièce par voie de fonderie, ce dispositif comprenant au moins deux parties de moule définissant ensemble une empreinte de coulée pour le moulage de ladite pièce 35 et pouvant être séparées l'une de l'autre pour extraire la pièce moulée, cette empreinte de coulée comprenant au moins une empreinte de masselotte, et dans lequel au moins deux carcasses qui font parties intégrantes, respectivement, de deux parties de moule, définissent ensemble ladite empreinte de masselotte, cette empreinte de masselotte étant entourée par des parois formées dans lesdites carcasses, les faces internes de ces parois délimitant l'empreinte de masselotte et les faces externes de ces parois étant entourées par des lames thermiquement isolantes, formées dans l'épaisseur desdites carcasses. Dans la présente demande, on appelle "lame" un évidement ménagé io dans une carcasse, qui s'étend plus en largeur et/ou en hauteur qu'en épaisseur. Généralement, cette épaisseur est nettement plus faible que la largeur ou la hauteur de l'évidement, et nettement plus faible que l'épaisseur de la carcasse. Pour être thermiquement isolante, la lame peut être remplie d'un isolant thermique, notamment d'un gaz et, en particulier, d'air. On parle 15 alors de "lame d'air". La solution proposée a donc pour principe d'évider les carcasses qui délimitent l'empreinte de masselotte, en ménageant un évidement (i.e. un espace libre) d'épaisseur limitée par rapport à l'épaisseur de la carcasse concernée, notamment pour ne pas affecter la tenue mécanique de celle-ci. 20 Cet évidemment est ensuite rempli d'un isolant thermique ou laissé "vide". Dans ce dernier cas, l'évidemment se remplit naturellement d'air et forme une lame d'air. Une telle lame permet de ralentir les échanges thermiques entre la masselotte coulée et les carcasses. Les échanges thermiques étant ralentis, la 25 solidification du métal ou de l'alliage de la masselotte est retardée. Ainsi, comparé à un moulage classique, l'invention permet soit d'utiliser une masselotte de volume plus faible pour un temps de solidification donné, soit d'obtenir un temps de solidification plus long pour un volume de masselotte donné. Il devient donc possible d'optimiser le volume de la masselotte en 30 fonction des objectifs de fabrication souhaités. 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. Il est également utilisable avec tout type de métal ou d'alliage coulé et, notamment, les alliages d'aluminium ou les alliages cuivreux. Selon un mode de réalisation, les lames isolantes entourent au moins 90% de la surface de l'empreinte de masselotte. Ceci permet de garantir une réduction conséquente des échanges thermiques entre la masselotte coulée et les carcasses. Une épaisseur limitée des parois directement en contact avec le métal ou l'alliage coulé permet de garantir une meilleure diminution des échanges thermiques entre la masselotte coulée et ces parois. En revanche, l'épaisseur io des parois doit être suffisamment importante pour que les parois présentent une résistance mécanique satisfaisante. Aussi, selon un mode de réalisation, l'épaisseur desdites parois est comprise entre 2 et 15 mm et, de préférence, entre 2 et 10 mm. Par ailleurs, l'épaisseur des lames isolantes doit être suffisamment 15 importante pour que celles-ci assurent leur rôle d'isolation thermique. Toutefois, cette épaisseur doit rester limitée pour ne pas affecter la résistance mécanique des carcasses. Aussi, selon un mode de réalisation, l'épaisseur desdites lames isolantes est comprise entre 2 et 20 mm et, de préférence, entre 4 et 10 mm. 20 Selon un mode de réalisation, lesdites lames isolantes ne s'étendent pas jusqu'au plan de joint de la pièce moulée. Ceci permet de ne pas affecter la résistance mécanique des carcasses au niveau du plan de joint et d'éviter l'infiltration du métal ou de l'alliage coulé dans ces lames isolantes, en particulier lors de coulées répétées. 25 Selon un mode de réalisation, lesdites lames isolantes débouchent sur la surface extérieure desdites carcasses. Ceci permet de faciliter la réalisation de ces lames isolantes, qui sont généralement réalisée par usinage, et de garantir un bon équilibre thermomécanique de ces lames. On notera que le volume de ladite masselotte est généralement compris 30 entre 2 cm3 et 5 dm3 et, en particulier, entre 5 cm3 et 1 dm3.

BREVE DESCRIPTION DES DESSINS Les dessins annexés sont schématiques et ne sont pas nécessairement à l'échelle, ils visent avant tout 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 détail, en vue avant, une carcasse du dispositif de la FIG 1, cette carcasse délimitant une partie de l'empreinte de masselotte. La FIG 3 représente en détail, en vue arrière, la carcasse de la FIG 2. La FIG 4 est une vue en coupe de la carcasse de la FIG 2, suivant le plan IV-IV. io La FIG 5 est une vue en coupe de la carcasse de la FIG 2, suivant le plan V-V. DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION Un exemple de dispositif pour le moulage d'une pièce par voie de 15 fonderie 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 quatre parties de moule 1 à 4 délimitant ensemble une empreinte de coulée 10 pour le moulage d'une 20 pièce (non représentée). Cette empreinte de coulée 10 comprend une empreinte 12 de la pièce à mouler, une empreinte 14 du système de remplissage et une empreinte 16 de masselotte. Plus précisément, l'empreinte 12 de la pièce à mouler est délimitée par les parties de moule 2 et 3, l'empreinte 16 de masselotte est délimitée par les 25 parties de moule 1 et 4, et l'empreinte 14 du système de remplissage est délimitée par l'ensemble des parties de moule 1 à 4. Les parties de moule 1 et 2 sont assemblées et forment un premier sous-ensemble 5A, tandis que les parties de moule 3 et 4 sont assemblées et forment un deuxième sous-ensemble 5B. Ces deux sous-ensembles sont 30 repartis de part et d'autre du plan de joint et peuvent être séparés l'un de l'autre pour extraire la pièce moulée. Dans l'exemple, ces sous-ensembles 5A et 5B sont sensiblement symétriques par rapport au plan de joint. Les sous-ensembles 5A et 5B présentent, respectivement, des pions de centrage 22 et des trous 24 de forme complémentaire, pour assurer un positionnement relatif 35 correct des sous-ensembles 5A et 5B lors de leur assemblage.

Cet exemple de dispositif est utilisé pour réaliser un moulage en coquille par gravité, pour lequel le métal ou l'alliage, par exemple un alliage de base Al, Cu ou Zn (e.g. Al Si7Mg, Al Si12, Al Si7Cu3, Al SilOMg, Al Cu4Mg), est coulé à la pression atmosphérique.

Les parties de moule 1 à 4 comprennent, respectivement, une carcasse métallique 1A, 2A, 3A et 4A. Cette carcasse est souvent réalisée en fonte ou acier et, par exemple, en un acier de type XC38, X38 CrMoV5 ou X35 CrMoV5. Les parties de moule 2 et 3 définissant l'empreinte 12 de la pièce à mouler comprennent, en outre, des plaques de moulage 2B et 3B dont les io faces internes, destinées à être en contact avec le métal liquide, délimitent l'empreinte 12 de la pièce à mouler. Ces plaques de moulage 2B, 3B, peuvent être réalisées en acier plus noble que les carcasses 2A, 3A, et leurs faces internes peuvent être traitées thermiquement et/ou faire l'objet de traitements de surface (e.g. d'une carbonitruration). 15 L'empreinte 16 de masselotte est délimitée par les deux carcasses métalliques 1A et 4A. En référence aux FIGS 2 à 5 qui montrent en détail la carcasse métallique 1A, l'empreinte 16 de masselotte est entourée par des parois minces 30, 32, 34, 36, formées dans cette carcasse 1A (voir FIGS 4 et 5). Les 20 faces internes 30A, 32A, 34A, 36A, de ces parois minces délimitent l'empreinte 16 de masselotte et les faces externes 30B, 32B, 34B, 36B, de ces parois sont entourées par des lames isolantes 40, 42, 44, 46, formées dans l'épaisseur de la carcasse 1A. Dans l'exemple, la demi-empreinte de masselotte délimitée par la 25 carcasse métallique 1A, a une forme générale de parallélépipède rectangle ayant une épaisseur X1 de 25 mm, une hauteur X2 de 50 mm, et une largeur X3 de 75 mm (voir FIGS 2, 4 et 5). Le volume de la demi-masselotte ainsi défini est égal à 93,75 cm3 et le volume de la masselotte entière est donc égal à 187,5 cm3. 30 Les seules zones de la carcasse 1A dans lesquelles l'empreinte 16 de masselotte n'est pas entourée par les lames isolantes 40, 42, 44, 46 sont les zones 51 et 52 situées au contact du plan de joint (voir FIG 4) et les zones 53 et 54 situées au contact de la partie de moule 2. L'épaisseur xl des zones 51 et 52 est, dans l'exemple, égale à 2,5 mm, tandis que la hauteur x2 des zones 35 53 et 54 est, dans l'exemple, égale à 2 mm.

Ainsi, les lames isolantes 40, 42, 44, 46 entourent plus de 90% de la surface de l'empreinte 16 de masselotte. Comme représenté sur les FIGS 2 et 3, les lames isolantes 40, 42, 44, 46 débouchent sur la surface extérieure de la carcasse 1A, via des ouvertures 5 48 et 50 (voir FIGS 2 et 3). Bien entendu, tout ce qui a été décrit ci-dessus en référence à la carcasse 1A de la partie de moule 1 est également valable pour la carcasse 4A de la partie de moule 4, ces parties étant sensiblement symétriques. En utilisant l'exemple de dispositif décrit ci-dessus, pour réaliser un io moulage par gravité avec un alliage de type Al Sil chauffé à 720 °C, on a pu constater que la présence des lames isolantes 40, 42, 44, 46 augmentait le temps de solidification de la masselotte de plus de 137 % par rapport à un dispositif conventionnel présentant des carcasses massives (i.e. exemptes de lames isolantes) utilisé dans les mêmes conditions de coulée.

Claims (9)

1. REVENDICATIONS1. Dispositif pour le moulage d'une pièce par voie de fonderie, ce dispositif comprenant au moins deux parties de moule (1, 2, 3, 4) délimitant ensemble une empreinte de coulée (10) pour le moulage de ladite pièce et pouvant être séparées l'une de l'autre pour extraire la pièce moulée, ladite empreinte de coulée (10) comprenant au moins une empreinte de masselotte (16), dans lequel deux carcasses (1A, 4A) qui font parties intégrantes, respectivement, de deux parties de moule (1, 4), définissent ensemble io l'empreinte de masselotte (16), ce dispositif étant caractérisé en ce que l'empreinte de masselotte (16) est entourée par des parois (30, 32, 34, 36) formées dans lesdites carcasses (1A, 4A), les faces internes (30A, 32A, 34A, 36A) de ces parois délimitant l'empreinte de masselotte (16) et les faces externes (30B, 32B, 34B, 36B) de ces parois étant entourées par des lames 15 thermiquement isolantes (40, 42, 44, 46), formées dans l'épaisseur desdites carcasses (1A, 4A).
2. 2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel lesdites lames isolantes (40, 42, 44, 46) entourent au moins 90% de la surface de ladite empreinte de 20 masselotte (16).
3. 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, dans lequel l'épaisseur des parois (30, 32, 34, 36) est comprise entre 2 et 15 mm. 25
4. 4. Dispositif selon la revendication 3, dans lequel l'épaisseur des parois (30, 32, 34, 36) est comprise entre 2 et 10 mm.
5. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel l'épaisseur desdites lames isolantes (40, 42, 44, 46) est comprise entre 2 et 30 20 mm.
6. 6. Dispositif selon la revendication 5, dans lequel l'épaisseur desdites lames isolantes (40, 42, 44, 46) est comprise entre 4 et 10 mm.
7. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel lesdites lames isolantes (40, 42, 44, 46) ne s'étendent pas jusqu'au plan de joint de la pièce moulée.
8. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel lesdites lames isolantes (40, 42, 44, 46) débouchent sur la surface extérieure desdites carcasses (1A, 4A).
9. 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel io lesdites lames isolantes (40, 42, 44, 46) sont des lames d'air.