FR3143392A1

FR3143392A1 - Procede de fabrication par moulage, sans noyau, de pieces metalliques creuses

Info

Publication number: FR3143392A1
Application number: FR2314322A
Authority: FR
Inventors: Christophe Guerin; Philippe COSTES
Original assignee: Ecole Nat Superieure Des Arts Decoratifs; Ecole Nationale Superieure Des Arts Decoratifs; Ecole National Superieure dArts et Metiers ENSAM; Universite Paris Sciences et Lettres
Current assignee: Ecole Nat Superieure Des Arts Decoratifs; Ecole Nationale Superieure Des Arts Decoratifs; Ecole National Superieure dArts et Metiers ENSAM; Universite Paris Sciences et Lettres
Priority date: 2022-12-15
Filing date: 2023-12-15
Publication date: 2024-06-21
Also published as: WO2024126841A1; FR3143393A1; EP4633844A1

Abstract

TITRE : PROCEDE DE FABRICATION PAR MOULAGE, SANS NOYAU, DE PIECES METALLIQUES CREUSES La présente invention concerne un procédé de fabrication par moulage, sans noyau, de pièces métalliques creuses. L’invention concerne également des pièces métalliques obtenues selon le procédé de l’invention. (Figure 1) . FIGURES

Description

PROCEDE DE FABRICATION PAR MOULAGE, SANS NOYAU, DE PIECES METALLIQUES CREUSES

DOMAINE DE L’INVENTION

La présente invention concerne une pièce creuse métallique, des procédés de fabrication par moulage, sans noyau, de pièces métalliques creuses. L’invention concerne également des pièces métalliques obtenues selon le procédé de l’invention.

ART ANTERIEUR

La fonderie regroupe les procédés de formage des métaux, en état pur ou sous forme d’alliage, impliquant un moule dans lequel un métal fondu est coulé pour donner, après solidification, une pièce métallique. Une multitude de procédés ont été développés au cours des derniers siècles, capables de produire des pièces métalliques très diverses.

Des pièces métalliques creuses ayant une coque de faible épaisseur, par exemple inférieure à 2 mm, sont particulièrement demandées. Ces pièces ont un poids inférieur à une pièce pleine à dimensions extérieure et à métal identiques, ou à une pièce creuse ayant une coque plus épaisse. Il existe en particulier un réel besoin de pouvoir disposer de pièces dont la faible épaisseur est homogène, variable et évolutive.

Le brevet FR 2 646 824 B1, par exemple, divulgue la fabrication d’un châssis de motocyclette creuse en une pièce. Le procédé utilise un noyau pour réaliser le caractère évidé de la pièce. Cependant, l’utilisation d’un noyau, qui doit être conçu est fabriqué au préalable, est contraignant.

Une méthode de fabrication de pièces métalliques creuses sans utilisation d’un noyau consiste à verser un métal fondu dans un moule. Une peau de métal solidifié se forme en quelques secondes sur la surface du moule, puis le moule est basculé afin d’éliminer le métal liquide en excès.

Dans ce procédé, dit «coulée au renversé», le fait d’évider le moule par basculement a pour résultat que le métal reste plus longtemps en contact avec une partie du moule, à savoir la partie sur laquelle le métal coule après basculement, ce qui conduit à une coque asymétrique, plus épaisse d’un côté par rapport à un autre côté.

Des procédés existants ne satisfont pas le besoin de fournir des procédés de fabrication par moulage, sans noyaux, de pièces métalliques creuses ayant une coque de faible épaisseur contrôlée, en particulier comprise entre 0,2 mm et 10 mm, de préférence entre 0,5 à 5,0 mm, préférentiellement inférieure à 2 mm, et fait d’un métal ou alliage ayant point de fusion supérieur à 180°C.

Il existe donc un besoin de fournir des nouveaux procédés permettant la fabrication par moulage de pièces ne pouvant pas être obtenues par des procédés existants de moulage.

BREF APERÇU

Dans ce contexte, un premier but de l’invention est la mise à disposition d’un procédé de fabrication par moulage, sans noyaux, de pièces métalliques creuses ayant une coque de faible épaisseur contrôlée,i.e.inférieure à 10 mm et supérieure à 0,2 mm.

Un deuxième but de l’invention est la mise à disposition d’un procédé de fabrication par moulage de pièces métalliques, permettant de maitriser l’épaisseur de coque de la pièce à former.

Un autre but de l’invention est de pouvoir mettre en œuvre le procédé avec des métaux ou des alliages métalliques de point de fusion supérieur à 180°C, notamment supérieur à 320°C. Un autre but de l’invention est la mise à disposition de nouvelles pièces métalliques creuses.

DESCRIPTION DETAILLEE

Un premier objetde la présente invention concerne une pièce métallique creuse monocoque moulée comprenant :

- une surface extérieure comprenant des grains métallurgiques contraints par la surface du moule dans lequel la pièce a été moulée,

- une surface intérieure cristallographique,

ladite pièce métallique étant constituée d’un métal ou d’un alliage ayant un point de fusion supérieur à 180°C, en particulier supérieur à 320°C,

dans laquelle la topographie de ladite surface intérieure cristallographique comprend des reliefs correspondant aux cristaux métallurgiques, en particulier des reliefs correspondant aux cristaux dendritiques notamment primaires et/ou aux cristaux polyédriques notamment primaires et/ou aux cellules eutectiques,

dans laquelle ladite pièce comprend

- une épaisseur e, définie par la distance minimale entre ladite surface extérieure et ladite surface intérieure, de valeur moyenne allant de 0,2 mm à 10,0 mm, en particulier de 0,5 à 5,0 mm,

- une cote Rt, définie par la différence entre la valeur de l’épaisseur EM et celle de l’épaisseur e, l’épaisseur EM étant définie comme la distance entre le point de la surface intérieure le plus éloigné de la surface extérieure et sa projection orthogonale sur la surface extérieure.

La présente invention concerne une pièce métallique creuse monocoque moulée en absence de noyau comprenant :

- une surface intérieure cristallographique

dans laquelle la topographie de ladite surface intérieure cristallographique comprend des reliefs correspondant aux cristaux métallurgiques notamment primaires, en particulier des reliefs correspondant aux cristaux dendritiques notamment primaires et/ou aux cristaux polyédriques et/ou aux cellules eutectiques,

dans laquelle ladite pièce comprend

- une épaisseure, définie par la distance minimale entre ladite surface extérieure et ladite surface intérieure, de valeur moyenne allant de 0,2 mm à 10,0 mm, en particulier de 0,5 à 5,0 mm,

- une cote Rt, paramètre d’état de surface, définie par la différence entre la valeur de l’épaisseur EM et celle de l’épaisseur e, l’épaisseur EM étant définie comme la distance entre le point de la surface intérieure le plus éloigné de la surface extérieure et sa projection orthogonale sur la surface extérieure.

Par « une pièce monocoque moulée» on entend une pièce qui a été moulée à partir d’un liquide en fusion dans un unique moule, et qui se présente sous forme d’une pièce d’un seul tenant.

Par « surface extérieure », on entend la surface de la pièce moulée qui est obtenue par surmoulage des parois intérieures du moule. Sa rugosité est principalement donnée par l’état de surface de l’empreinte du moule et la granulométrie de l’agent de démoulage (appelé « poteyage » dans le métier de la fonderie) déposé à l’intérieur du moule. De fait, elle est généralement assez faible, voire dite relativement lisse, pour un moulage avec moule métallique et plus grossière avec un moule en sable.

On comprend que pour la pièce métallique creuse la surface extérieure est complémentaire à la géométrie de l’empreinte du moule dans lequel ladite pièce a été moulée. Cependant cette complémentarité tient compte du retrait lors du refroidissement, mais aussi de la pression métallostatique et de la tension superficielle de l’alliage/métal en fusion.

Par « surface intérieure cristallographique » on entend la surface non exposée aux parois du moule. La surface intérieure, dite cristallographique, est représentative du front de solidification (interface entre le métal/alliage solidifié et celui encore liquide à cœur de l’empreinte du moule). La surface intérieure cristallographique est plus ou moins rugueuse car elle est façonnée par la cristallographie et l’écoulement de l’alliage.

La topographie de la surface intérieure est directement liée aux morphologies des différentes phases développées pendant la solidification (aspect cristallographique de la surface) et à l’écoulement de l’alliage liquide lors de la vidange. Sa rugosité est d’autant plus faible que l’alliage métallique coulé possède un très faible intervalle de solidification (écart entre températures du liquidus et du solidus très faible ou nul), que le moule est bon conducteur de chaleur (moule métallique préférable au moule en sable) et que les gradients de température sont élevés (différence marquée entre la température initiale du moule et celle de l’alliage coulé). De fait, les alliages eutectiques coulés en moule métallique sont fort intéressants pour la confection de pièces techniques (notamment l’alliage AlSi12 utilisé dans les essais présentés dans les exemples).

Avantageusement, la surface extérieure est de plus faible rugosité que la surface intérieure cristallographique.

Dans la présente invention, l’épaisseurede la pièce creuse est définie par l’épaisseur minimale de ladite pièce, à savoir la distance minimale entre les deux surfaces.

Avantageusement, cette épaisseureest contrôlée.

Par « contrôlée » on entend que l’épaisseur e peut être préalablement déterminée et programmée par le procédé de fabrication et/ou par le moule utilisé pour obtenir la pièce. En général, l'épaisseur minimale de paroi est définie par le concepteur de la pièce (bureau d’étude, client du fondeur) afin d’assurer une tenue correcte de la pièce aux contraintes mécaniques subies en service. Sa valeur dépend principalement du temps de maintien de l’alliage liquide dans le moule avant vidange et de la vitesse de solidification. Cette dernière est liée à l’un au moins des paramètres ou à la combinaison d’au moins deux paramètres ou préférentiellement de l’ensemble des paramètres suivants : la nature des matériaux, alliage coulé et moule, leurs températures initiales, l’épaisseur du moule, le volume d’alliage coulé présent localement dans l’empreinte, la nature et l’épaisseur du poteyage employé (interface moule et alliage/métal coulé). Avantageusement l’ensemble des paramètres peut être modulé de façon simultanée pour contrôler l’épaisseure.

L’épaisseur minimale de la paroie, sa valeur moyenne et sa déviation peuvent être définies et mesurées par des méthodes d’analyse employées en métallurgie telles que la microscopie avec loupe binoculaire. Le paramètre Rt peut être mesuré par un rugosimètre ou un microscope numérique type Keyence.

Les méthodes d’analyse pour les pièces métallurgiques relatives aux paramètres de l’épaisseur sont connues de l’homme du métier.

Avantageusement, la valeur moyenne de l’épaisseured’une pièce ou d’un domaine est définie comme la moyenne d’au moins 3, en particulier 5, de préférence 10, valeurs d’épaisseur minimale enregistrées également réparties respectivement sur l’ensemble de la pièce ou d’un domaine de la pièce. On comprend que la présence de trous ou de défauts est exclue des mesures d’épaisseur moyenne.

Selon un mode de réalisation particulier, l’épaisseur e minimale de la paroi de la pièce métallique creuse est homogène sur l’ensemble de la pièce ou sur les domaines constituants ladite pièce.

L’épaisseur e est dite « homogène » si :

lorsque la valeur moyenne deeest de 0,2 à 2,0 mm, sa déviation est inférieure à 50%
lorsque la valeur moyenne deeest de 2,0 (exclu) à 5,0 mm, sa déviation est inférieure à 40%
lorsque la valeur moyenne deeest de 5,0 (exclu) à 10,0 mm, sa déviation est inférieure à 30%.

La gamme de « 0,2 à 10 mm » comprend les gammes de valeurs suivantes : de 0,2 à 0,3 mm, de 0,3 à 0,4 mm, de 0,4 à 0,5 mm, de 0,5 à 0,6 mm ; de 0,6 à 0,7 mm, de 0,7 à 0,8 mm, de 0,8 à 0,9 mm, de 0,9 à 1,0 mm,

de 1,0 à 1,1 mm, de 1,1 à 1,2 mm, de 1,2 à 1,3 mm, de 1,3 à 1,4 mm, de 1,4 à 1,5 mm, de 1,5 à 1,6 mm ; de 1,6 à 1,7 mm, de 1,7 à 1,8 mm, de 1,8 à 1,9 mm, de 1,9 à 2,0 mm,

de 2,0 à 2,1 mm, de 2,1 à 2,2 mm, de 2,2 à 2,3 mm, de 2,3 à 2,4 mm, de 2,4 à 2,5 mm, de 2,5 à 2,6 mm ; de 2,6 à 2,7 mm, de 2,7 à 2,8 mm, de 2,8 à 2,9 mm, de 2,9 à 3,0 mm,

de 3,0 à 3,1 mm, de 3,1 à 3,2 mm, de 3,2 à 3,3 mm, de 3,3 à 3,4 mm, de 3,4 à 3,5 mm, de 3,5 à 3,6 mm ; de 3,6 à 3,7 mm, de 3,7 à 3,8 mm, de 3,8 à 3,9 mm, de 3,9 à 4,0 mm,

de 4,0 à 4,1 mm, de 4,1 à 4,2 mm, de 4,2 à 4,3 mm, de 4,3 à 4,4 mm, de 4,4 à 4,5 mm, de 4,5 à 4,6 mm ; de 4,6 à 4,7 mm, de 4,7 à 4,8 mm, de 4,8 à 4,9 mm, de 4,9 à 5,0 mm,

de 5,0 à 5,1 mm, de 5,1 à 5,2 mm, de 5,2 à 5,3 mm, de 5,3 à 5,4 mm, de 5,4 à 5,5 mm, de 5,5 à 5,6 mm ; de 5,6 à 5,7 mm, de 5,7 à 5,8 mm, de 5,8 à 5,9 mm, de 5,9 à 6,0 mm,

de 6,0 à 6,1 mm, de 6,1 à 6,2 mm, de 6,2 à 6,3 mm, de 6,3 à 6,4 mm, de 6,4 à 6,5 mm, de 6,5 à 6,6 mm ; de 6,6 à 6,7 mm, de 6,7 à 6,8 mm, de 6,8 à 6,9 mm, de 6,9 à 7,0 mm,

de 7,0 à 7,1 mm, de 7,1 à 7,2 mm, de 7,2 à 7,3 mm, de 7,3 à 7,4 mm, de 7,4 à 7,5 mm, de 7,5 à 7,6 mm ; de 7,6 à 7,7 mm, de 7,7 à 7,8 mm, de 7,8 à 7,9 mm, de 7,9 à 8,0 mm,

de 8,0 à 8,1 mm, de 8,1 à 8,2 mm, de 8,2 à 8,3 mm, de 8,3 à 8,4 mm, de 8,4 à 8,5 mm, de 8,5 à 8,6 mm ; de 8,6 à 8,7 mm, de 8,7 à 8,8 mm, de 8,8 à 8,9 mm, de 8,9 à 9,0 mm,

de 9,0 à 9,1 mm, de 9,1 à 9,2 mm, de 9,2 à 9,3 mm, de 9,3 à 9,4 mm, de 9,4 à 9,5 mm, de 9,5 à 9,6 mm ; de 9,6 à 9,7 mm, de 9,7 à 9,8 mm, de 9,8 à 9,9 mm, de 9,9 à 10,0 mm,

A l’échelle micrographique de la pièce (petite échelle), la notion de paramètre conventionnel de cote Rt, relatif à la rugosité de la surface peut être utilisée et définie. Le paramètre Rt correspond bien à l’appellation usuelle en construction mécanique. (cf exemple de la ).

Le paramètre Rt est défini comme la différence de hauteur entre le point le plus haut et le plus bas du profil de rugosité. Le paramètre Rt dépend notamment de la cristallographie de l’alliage, de la vitesse de solidification et de l’écoulement de l’alliage pendant la vidange lors du procédé de fabrication.

Sa valeur dépend de la cristallographie de l’alliage utilisé, de la vitesse de solidification, de l’écoulement de l’alliage liquide lors de la vidange et de l’orientation locale de la paroi du moule (face verticale/horizontale/inclinée).

A titre d’exemple non limitatif, avec un alliage eutectique type AlSi12 (A-S13), l’expérience montre que plus la vitesse de solidification est importante et le temps de maintien de l’alliage coulé dans le moule est court avant la vidange, et plus la valeur de Rt est faible.

Pour une pièce métallique creuse utilisée comme échangeur thermique métallique, une valeur Rt forte favorise les transferts de chaleur mais augmente les pertes de charge pour l’écoulement du fluide intérieur. En fonction de l’usage, il y a donc un compromis à faire pour fixer la valeur de Rt et l’état de surface intérieur.

Selon un mode de réalisation particulier, l’invention concerne une pièce métallique creuse telle que définie ci-dessus, dans laquelle le ratio entre le paramètre Rt et l’épaisseure, ci-après Rt/e, varie de 0,0 à 500,0%. Ce rapport est un indicateur de la rugosité de la surface intérieure.

On comprend que pour un ratio Rt /e faible de l’ordre de 0,0 à 50%, la surface est dite lisse.

On comprend que pour un ratio Rt /e de l’ordre de 100,0 à 500,0%, la surface est dite rugueuse. Une valeur élevée est un indicateur d’une surface d’échange élevée favorisant les transferts de chaleur, ce qui est particulièrement recherché par exemple pour une application à des échangeurs thermiques.

La valeur Rt peut être déterminée en effectuant une topographie de la surface intérieure de la pièce sur une longueur d’au moins 10,0 mm par les méthodes d’analyse topographique connues en métallurgie de l’homme du métier telles que la mesure avec rugosimètre, la microscopie binoculaire ou la microscopie numérique Keyence.

La gamme de « 0,0 à 500% » comprend les gammes suivantes : de 0,0 à 50,0%, de 50,0 à 100,0%, de 100,0 à 150,0%, de 150,0 à 200,0%, de 200,0 à 250,0%, de 250,0 à 300,0%, de 300,0 à 350,0%, de 350,0 à 400,0%, de 400,0 à 450,0%, de 450,0 à 500,0%.

A l’échelle macroscopique (grande échelle), la notion de tolérance géométrique t (employée en conception mécanique par les bureaux d’études, en fabrication mécanique et en métrologie) peut être introduite pour une pièce creuse selon l’invention (cf ).

Une tolérance dimensionnelle linéaire pour la cote d’épaisseur de paroi de la pièce peut aussi être définie.

La tolérance géométrique et la tolérance dimensionnelle linéaire sont des paramètres connus et déterminable par l’homme du métier en fonderie en fonderie pour les pièces moulées. La norme NF EN ISO 8062-3 donne les tolérances dimensionnelles et les tolérances géométriques des produits moulés selon l’alliage coulé, le procédé de moulage employé et les dimensions de la pièce ; toutefois cette norme traite uniquement de tous les procédés conventionnels de fonderie. La méthode selon l’invention est une technique originale de coulée vidangée, une transposition peut être effectuée mais en ayant à l’esprit qu’il est attendu comme montre la que ces paramètres sont plus élevés que ceux des pièces moulées classiques obtenues avec un noyau interne.

En effet, les pièces creuses métalliques selon l’invention, pouvant être fabriquées par la technique selon l’invention de la coulée vidangée, offre le grand intérêt de fabriquer des pièces avec une épaisseureminimale de paroi très faible sans élément moulant interne. En contrepartie, l’obtention d’une tolérance géométrique serrée pour une surface intérieure sera une difficulté à maîtriser au mieux. En effet, dans les procédés classiques de fonderie, l’utilisation de noyaux internes métalliques, ou en sable ou céramique, permet des tolérances géométriques t relativement faibles ; mais la tension superficielle de l’alliage coulé et sa pression métallostatique ne permettent pas la réalisation de pièces creuses de très faibles épaisseurs e avec une coulée par gravité.

A titre d’exemple non limitatif, avec le tube en : e=1,6mm et t=0,9mm, soit une épaisseur moyenne de 2,05 ±0,45 mm (0,9mm pouvant ici être défini comme la tolérance dimensionnelle linéaire obtenue pour l’épaisseur de paroi dans cet exemple).

Selon un mode de réalisation particulier, l’invention concerne une pièce métallique creuse telle que définie ci-dessus, ladite pièce étant constituée de domaines distincts de formes géométriques différentes ou relatives à une fonctionnalité différente de la pièce,

chaque domaine de la pièce présentant une épaisseur e dans ledit domaine, lesdites épaisseurs moyennes e desdits domaines étant identiques ou différentes entre elles et ayant chacune une valeur dans la gamme de 0,2 mm à 10,0 mm ,en particulier de 0,5 à 5,0 mm.

Par « domaine » on comprend les différentes parties distinctives de ladite pièce creuse monocoque se différenciant par la forme géométrique ou par la fonctionnalité de la pièce.

A titre d’exemple non limitatif de domaine de forme géométrique on peut citer :

- une plaque de forme régulière comme un carré, un rectangle, un rond, pouvant être de surface plane ou présenter une courbure,

- un cône, un tube

- les bordures et les angles.

A titre d’exemple non limitatif de domaine fonctionnel on peut citer :

- les extrémités de la pièce

- les points d’attache pour un assemblage

- les jonctions entre deux domaines.

Selon un mode de réalisation particulier, l’invention concerne une pièce métallique creuse telle que définie ci-dessus, ladite pièce ne présentant pas un axe de symétrie.

Les pièces métalliques creuses de forme complexe, à savoir ne présentant pas de symétrie axiale ou planaire pour l’ensemble de ladite pièce, sont plus difficiles à obtenir notamment avec une épaisseur contrôlée, notamment d’épaisseur fine, par les procédés classiques de moulage avec un noyau. L’un de mode de réalisation de la présente invention concerne de telles pièces métalliques creuses.

Selon un mode de réalisation particulier, l’invention concerne une pièce métallique creuse telle que définie ci-dessus, ladite pièce étant symétrique et présentant un plan de symétrie.

Un cadre de vélo (exemple 35) ou un tube en forme de coude sont des exemples de pièces creuses ne comprenant pas d’axe de symétrie mais présentant un plan de symétrie.

Selon un mode de réalisation particulier, l’invention concerne une pièce métallique creuse telle que définie ci-dessus, ladite pièce présentant un axe de symétrie.

Une pièce creuse d’un luminaire (exemple 9) ou un tube linéaire sont des exemples de pièces creuses comprenant un axe de symétrie.

Selon un mode de réalisation particulier, l’invention concerne une pièce métallique creuse telle que définie ci-dessus, dans laquelle tous les domaines présentent la même valeur moyenne d’épaisseure.

Selon un mode de réalisation particulier, l’invention concerne une pièce métallique creuse telle que définie ci-dessus, dans laquelle au moins deux domaines présentent des valeurs moyennes d’épaisseuredifférentes.

Avantageusement les domaines relatifs à une fonctionnalité, tels que les domaines d’attache ou les extrémités, ont une épaisseur plus élevée que les domaines géométriques.

Selon un mode de réalisation particulier, l’invention concerne une pièce métallique creuse telle que définie ci-dessus, dans laquelle ladite pièce est une pièce fonctionnelle mécanique ou fluidique, la valeur moyenne de l’épaisseureallant de 0,5 à 10,0 mm.

Par « pièce fonctionnelle », on entend une pièce fonctionnelle mécanique ou fluidique, à savoir respectivement présentant des propriétés de résistance mécanique et des propriétés fluidiques (résistance chimique, conductivité). Dans la présente invention, les pièces creuses servant de moule sacrificiel ne sont pas considérées comme des pièces fonctionnelles mécaniques ou fluidiques.

Selon un mode de réalisation particulier, l’invention concerne une pièce métallique creuse telle que définie ci-dessus, dans laquelle ladite pièce métallique creuse comprend en relief sur sa surface intérieure cristallographique des structures choisies parmi des structures dendritiques colonnaires ou équiaxes, des structures polyédriques et des structures de facettes eutectiques ou un mélange ou une association de ces structures.

Ces structures sont étroitement liées à la cristallographie du métal ou de l’alliage métallique utilisé.

Selon un mode de réalisation particulier, l’invention concerne une pièce métallique creuse telle que définie ci-dessus, dans laquelle la taille des grains métallurgiques de la surface extérieure est inférieure à celle des cristaux métallurgiques de la surface intérieure cristallographique.

Il est important de noter que la partie creuse de la pièce moulée est obtenue sans utilisation de partie moulante, destructible (noyau en sable par exemple, détruit après moulage) ou permanente (noyau ou broche métallique en général amovible dans le moule). Par ailleurs, la partie creuse, encore appelée cavité intérieure (en totalité ou partie) de la pièce, est obtenue par la vidange de l’alliage/métal liquide non solidifié à cœur de pièce

Selon un mode de réalisation particulier, l’invention concerne une pièce métallique creuse telle que définie ci-dessus, ledit métal étant l’aluminium.

Selon un mode de réalisation particulier, l’invention concerne une pièce métallique creuse telle que définie ci-dessus, ledit alliage étant un alliage d’aluminium et de silicium.

Selon un mode de réalisation particulier, l’invention concerne une pièce métallique creuse telle que définie ci-dessus, ledit métal ou alliage étant choisi parmi :

l’aluminium (Al), le plomb (Pb), l’étain (Sn), le cuivre (Cu), le zinc (Zn), le fer (Fe), le nickel (Ni) et le magnésium (Mg),
AlSi12, ZnAl5, AlCu33, AlMg32, MgZn37, CuMn37, CuSi16, SnPb38, de la fonte eutectique,
AlSi10, AlSi2, de la fonte relativement proche de l’eutectique Fe-C, ou de l’acier à très faible intervalle de solidification.

Selon un mode de réalisation particulier, l’invention concerne une pièce métallique creuse comprenant:

- une surface extérieur lisse

- une surface intérieure cristallographique et

- une épaisseur moyenne homogène, en particulier de 0,2 mm à 2 mm,

ladite pièce métallique étant constituée d’un métal ayant un point de fusion supérieur à 180°C, en particulier supérieur à 320°C,

dans laquelle la topologie ou la topographie de ladite surface intérieure cristallographique comprend des reliefs correspondant aux cristaux métallurgiques, en particulier des reliefs correspondant aux cristaux dendritiques ou aux cristaux polyédriques ou aux cellules eutectiques.

Selon un mode de réalisation particulier, l’invention concerne une pièce métallique creuse telle que défini ci-dessus dans laquelle le métal de ladite pièce métallique a un point de fusion supérieur à 180°C, en particulier supérieur à 320°C.

Dans la présente invention la topologie est assimilée à la topographie.

Selon un mode de réalisation particulier, l’invention concerne une pièce métallique creuse telle que défini ci-dessus dans laquelle l’épaisseur moyenne homogène est de 0,2 mm à 2 mm.

Selon un mode de réalisation particulier, l’invention concerne une pièce métallique creuse telle que défini ci-dessus, dans laquelle la topologie ou la topographie de ladite surface intérieure cristallographique comprend des reliefs correspondant aux cristaux formés lors de la solidification, en particulier des reliefs correspondant aux cristaux dendritiques ou aux cristaux polyédriques ou aux cellules eutectiques.

Selon un mode de réalisation particulier, l’invention concerne une pièce métallique creuse

comprenant:

- une surface extérieure lisse comprenant des grains métallurgiques,

- une surface intérieure cristallographique et

- une épaisseur moyenne homogène, en particulier de 0,2 mm à 2 mm,

ladite pièce métallique est constituée d’un métal ayant un point de fusion supérieur à 180°C, en particulier supérieur à 320°C,

dans laquelle la topologie ou la topographie de ladite surface intérieure cristallographique comprend des reliefs correspondant aux cristaux métallurgiques, en particulier des reliefs correspondant aux cristaux dendritiques et/ou aux cristaux polyédriques et/ou aux cellules eutectiques.

Avantageusement ladite surface extérieure lisse délimite lesdites grains métallurgiques. Une surface correspond à une géométrie 2D et les grains à un volume 3D, on comprend que les grains métallurgiques de la surface extérieure sont contraints par la surface du moule dans lequel la pièce a été moulée.

Les cristaux métallurgiques internes à la paroi de la pièce moulé ou situés à la surface intérieure cristallographique sont les cristaux formés librement lors de la solidification du métal fondu à partir duquel la pièce est fabriquée, par exemple sans contrainte d’une surface appliquée, sauf ceux en contact direct avec la surface moule du moule (empreinte).

Les grains métallurgiques sont des cristaux de solidification formés en contact d’une surface refroidissante lors de la solidification, notamment localisés à la surface extérieure lisse de la pièce en contact avec l’empreinte.

Selon un mode de réalisation particulier, l’invention concerne une pièce métallique creuse telle que définie ci-dessus, dans laquelle ladite pièce métallique creuse comprend en relief sur sa surface intérieure cristallographique des structures choisies parmi des structures dendritiques, des structures colonnaires, des structures équiaxes et des structures de facettes eutectiques ou un mélange ou une association de ces structures.

Selon un mode de réalisation particulier, l’invention concerne une pièce métallique creuse telle que définie ci-dessus, dans laquelle ladite pièce métallique creuse comprend en relief sur sa surface intérieure cristallographique des structures choisies parmi des structures dendritiques, colonnaires et/ou équiaxes et des structures de facettes eutectiques ou un mélange ou une association de ces structures.

Par « association de ces structures » on entend par exemple des cristaux dendritiques constitués ou organisés en colonnes.

Etats de surface du produit :

Selon le procédé innovant de fabrication de l’invention, la pièce moulée présente deux types d’état de surface.

Les surfaces du produit en contact direct avec les éléments moulants (empreinte du moule, broches) sont « lisses ». Ces surfaces « lisses » sont principalement extérieures ; leur rugosité est relativement faible car représentative de l’état de surface de l’intérieur du moule.

Les surfaces du produit qui ne sont pas directement en contact avec les éléments moulants, généralement les surfaces intérieures du produit, sont appelées « cristallographiques ». Ces surfaces « cristallographiques » sont chaotiques, c’est-à-dire présentent une certaine rugosité, car elles sont représentatives de la morphologie des phases solides développées pendant la solidification et de l’écoulement du métal fondu lors de la vidange.

Visuellement, il est possible d’identifier ces différentes surfaces sur le produit à l’œil nu, à l’aide d’images comparatives de référence de microscopie optique (loupe binoculaire ou microscope optique) ou de microscopie électronique à balayage ou microscope numérique.

Certaines caractéristiques du profil de ces surfaces sont mesurables via un rugosimètre ou des clichés métallographiques.

Dans un mode de réalisation particulier, l’invention concerne une pièce métallique creuse telle que définie ci-dessus dans laquelle la taille des grains métallurgiques de la surface extérieure lisse est inférieure à celle des cristaux sur la surface intérieure cristallographique.

Avantageusement la pièce métallurgique creuse comprend une augmentation de la taille des cristaux dans l’épaisseur de la surface extérieure lisse à la surface intérieure cristallographique.

Taille des grains métallurgiques :

Le refroidissement rapide du métal fondu en contact direct avec le moule génère une faible taille des cristaux primaires de solidification (cristaux dendritiques, polyédriques, … selon la nature du métal fondu). A l’inverse, au voisinage des surfaces « cristallographiques », où le temps de solidification est plus long, la taille de ces cristaux primaires de solidification est plus grossière.

Par observation métallographique, sur échantillon coupé et poli, il est possible de percevoir cette évolution de taille de grain et d’en effectuer la mesure (mesure DAS de finesse dendritique, mesure de taille de grain par analyse d’image).

Selon un mode de réalisation particulier, la présente invention concerne une pièce métallique creuse constituée d’une coque métallique qui entoure, ou qui partiellement entoure une partie vide,

dans laquelle ladite coque métallique a :

une surface extérieure lisse,
une surface intérieure cristallographique,

dans laquelle le métal de la dite coque métallique a un point de fusion supérieur à 180°C, en particulier supérieur à 320°C.

Selon un mode de réalisation particulier, la présente invention concerne la pièce métallique, telle que définie ci-dessus, ayant une épaisseur inférieure ou égale à 10 mm, en particulier de 0,2 mm à 5,0 mm, de préférence de 0,5 à 2,0 mm, sur au moins une partie de la pièce ou la totalité de la pièce.

Selon un mode de réalisation particulier, la présente invention concerne la pièce métallique telle que définie ci-dessus, dans laquelle le métal est un métal pur ou un alliage dudit métal, notamment un alliage type eutectique est préférable pour le procédé en raison de son faible intervalle de solidification (faible différence entre température du liquidus et du solidus) et de sa bonne coulabilité.

Selon un autre mode de réalisation particulier, la présente invention concerne la pièce métallique telle que définie ci-dessus, dans laquelle le métal est l’aluminium.

Selon un autre mode de réalisation particulier, la présente invention concerne la pièce métallique telle que définie ci-dessus, dans laquelle le métal est l’alliage eutectique AlSi12 ou un autre alliage Al-Si.

Unautre objetde la présente invention concerne un assemblage comprenant une, deux ou plusieurs pièces métalliques creuses selon l’invention telle que définie ci-dessus.

Unautre objetde la présente invention concerne un assemblage comprenant une, deux ou plusieurs pièces métalliques creuses telles qu’obtenues selon le procédé ci-dessous ou selon l’invention telle que définie ci-dessus.

A titre d’exemple, un cadre de vélo a été conçu comme exemplifié dans la .

Unautreobjet de la présente invention concerne un moule de la pièce métallique creuse selon l’invention telle que définie ci-dessus.

Selon un mode de réalisation particulier, l’invention concerne le moule tel que défini ci-dessus comprenant en outre des moyens de contrôle de la température dudit moule.

Unautre objetde la présente invention est un procédé de fabrication d’une pièce métallique creuse, ledit procédé comprenant au moins les étapes suivantes :

uneétape 1d’injection d’une masse liquide initiale de métal fondu dans un moule, depuis un contenant comprenant ledit métal fondu, pour obtenir un moule comprenant du métal fondu ;
uneétape 2de solidification partielle dudit métal fondu au sein du moule pendant un temps suffisant pour former une coque métallique solidifiée en contact avec les parois du moule présentant une température inférieure à la température dusolidusdudit métal fondu, et maintenir en phase liquide la partie restante de la masse liquide initiale dudit métal fondu contenue à l’intérieur de la coque métallique solidifiée, pour obtenir une partie solide constituée de la coque métallique solidifiée, et une phase liquide constituée de la partie restante de la masse liquide initiale dudit métal fondu ;
uneétape 3de soustraction de la susdite phase liquide, ladite étape de soustraction étant effectuée sans basculement du moule ; et
uneétape 4de récupération de la pièce métallique creuse sous forme de coque métallique solidifiée,

dans lequel le métal a un point de fusion supérieur à 180°C, en particulier supérieur à 320°C, et dans lequel la pièce métallique creuse est formée en absence de noyau (c’est-à-dire sans élément moulant interne),

en particulier ledit procédé ayant une mise au mille de 1 :1 à 1,2 :1, de préférence d’environ 1:1, en particulier de 1:1. La mise au mille est définie ici comme le rapport entre la masse de la grappe de coulée (masse solidifiée) extraite du moule et la masse de la pièce brute finalisée (c’est-à-dire après coupe des jets résiduels éventuels de coulée et de vidange, et ébavurage si besoin).

La partie creuse de la pièce moulée est obtenue sans utilisation de partie moulante, destructible (noyau en sable par exemple, détruit après moulage) ou permanente (noyau ou broche métallique en général amovible dans le moule). Par ailleurs, la partie creuse, encore appelée « cavité intérieure (en totalité ou partie) de la pièce », est obtenue par la vidange de l’alliage/métal liquide non solidifié à cœur de pièce.

Selon un mode de réalisation particulier, l’invention concerne un procédé tel que défini ci-dessus, d’une pièce creuse métallique selon l’invention telle que définie ci-dessus.

Selon un mode de réalisation particulier, l’invention concerne un procédé de fabrication d’une pièce métallique creuse monocoque moulée comprenant :

- une surface intérieure cristallographique,

dans laquelle ladite pièce comprend

- une cote Rt, définie par la différence entre la valeur de l’épaisseur EM et celle de l’épaisseure, l’épaisseur EM étant définie comme la distance entre le point de la surface intérieure le plus éloigné de la surface extérieure et sa projection orthogonale sur la surface extérieure,

ledit procédé comprenant au moins les étapes suivantes :

dans lequel le métal a un point de fusion supérieur à 180°C, en particulier supérieur à 320°C, et dans lequel la pièce métallique creuse est formée en absence de noyau,

Lors de la mise en œuvre du procédé de l’invention, un métal fondu, à l’état liquide, est injecté dans un moule. Lors du séjour dans le moule, une partie du métal initialement fondu se solidifie contre la paroi intérieure du moule, ou l’empreinte, pour former une coque de métal solidifiée. Cette coque solidifiée est délimitée à l’extérieur par le moule, et à l’intérieur par du métal liquide, non encore solidifié.

Le moule est ensuite vidangé du métal encore liquide,i.e.non encore solidifié, qui se trouve à l’intérieur de la coque, formant ainsi une pièce métallique creuse.

Les Inventeurs ont trouvé que le procédé selon l’invention permet la fabrication d’une grande variété de pièces creuses, dont par exemple des pièces ayant une coque de faible épaisseur,i.e.inférieure à 10,0 mm et supérieure à 0,2 mm, en particulier de 0,2 à 5,0 mm, préférentiellement de 0,5 à 5,0 mm. Grâce à une vidange sans basculement du moule, le procédé n’est pas tributaire d’une solidification non voulue du métal, ladite solidification étant complètement maitrisée.

Cette solidification maitrisée permet notamment une épaisseur contrôlée de ladite pièce.

Il est aussi avantageusement possible d’obtenir des épaisseurs minimales moyennes différentes dans les différents domaines de ladite pièce à des valeurs d’épaisseurs contrôlées.

Notamment un intérêt majeur de la coulée vidangée gravitaire selon l’invention est de permettre l’obtention d’une épaisseur e minimale de paroi beaucoup plus faible qu’en coulée classique par gravité avec coquille métallique et élément moulant intérieur (noyau métallique ou noyau en sable).

En effet, lors d’un moulage conventionnel en coquille, la tension superficielle de l’alliage et la pression métallostatique limitent l’épaisseur minimale du produit moulé ; par exemple pour un alliage d’aluminium il est très difficile de faire des pièces dont l’épaisseur générale minimale est inférieure à 2,5 mm. La coulée vidangée permet d’avoir une épaisseur minimale dont la valeur peut être fixée entre 0,3 et 3 mm sans difficulté, ceci en raison de la vidange de l’alliage non solidifié.

Par «pièce métallique creuse» on entend donc une pièce métallique sous la forme d’une coque qui entoure, ou qui partiellement entoure, une partie vide. A titre d’exemple, parmi les pièces sous forme d’une coque qui partiellement entoure une partie vide, on peut citer des pièces telles que des gobelets, des coupelles, des bols et des bouteilles.

Par «solidification partielle du métal fondu» on entend que la solidification est suffisante pour former la coque solide, tout en laissant une partie du métal en état liquide pour permettre d’obtenir la partie creuse de la pièce après soustraction, ou vidange, dudit métal en état liquide.

Par« partie solide »on entend un état solide au sens métallurgique ou thermodynamique. Ainsi la partie solide peut être composée de plusieurs phases solides, ce qui est le cas par exemple des alliages Al-Si.

Par «sans basculement du moule» il faut entendre que la soustraction du métal encore liquide se fait sans basculement (i.e.sans rotation autour d’un axe) du moule, ce qui est habituel dans un procédé de «coulée au renversé». Pour ce faire, le moule est vidangé par des techniques exposées ci-après. Cela étant, il est entendu que l’absence de basculement du moule, n’empêche pas de pourvoir translater l’intégralité du moule au-dessus d’un four ou d’une poche afin de réceptionner la vidange.

Par «métal» on entend, au sens de la présente invention, soit un métal unique, soit un alliage métallique comprenant ledit métal. Parmi ces alliages métalliques, on peut citer un alliage eutectique ou proche de l’eutectique, sinon un alliage à faible intervalle de solidification (i.e.avec des températures de liquidus et de solidus très proches).

On entend par «métal unique» un métal qui n’est pas en mélange avec un autre élément, comme un autre métal. Il s’agit d’un métal dit «pur», ayant une pureté supérieure à 98%, en particulier supérieure à 99%.

Parmi les métaux (purs) utilisables dans la pièce et le procédé de l’invention on peut citer, à titre d’exemple : l’aluminium (Al), le plomb (Pb), l’étain (Sn), le cuivre (Cu), le zinc (Zn), le fer (Fe), le nickel (Ni) et le magnésium (Mg).

Parmi les alliages eutectiques utilisables dans la pièce et le procédé de l’invention on peut citer, à titre d’exemples : AlSi12, ZnAl5, AlCu33, AlMg32, MgZn37, CuMn37, CuSi16, SnPb38, de la fonte eutectique.

Parmi les alliages à faible intervalle de solidification utilisables dans la pièce et le procédé de l’invention on peut citer, à titre d’exemple : AlSi10, AlSi2, de la fonte relativement proche de l’eutectique Fe-C, ou de l’acier à très faible intervalle de solidification.

Par «un point de fusion supérieur à 180°C» on entend en particulier un point de fusion supérieur à 200°C, supérieur à 320°C, supérieur à 500°C et notamment supérieur à 660°C. Le point de fusion est en particulier compris de 180°C à 1750°C. Par «de 180°C à 1750°C» on entend également les gammes suivantes : de 200°C à 1750°C, de 320°C à 1750°C, de 400°C à 1750°C, de 500°C à 1750°C, de 600°C à 1750°C, de 660°C à 1750°C, de 700°C à 1750°C, de 800°C à 1750°C, de 900°C à 1750°C, de 1000°C à 1750°C, de 1100°C à 1750°C, de 1200°C à 1750°C, de 1300°C à 1750°C, de 1400°C à 1750°C, de 1500°C à 1750°C, de 180°C à 1600°C, de 180°C à 1400°C, de 180°C à 1200°C, de 180°C à 1000°C, de 180°C à 800°C, de 200°C à 1600°C, de 200°C à 1400°C, de 200°C à 1200°C, de 200°C à 1000°C, de 200°C à 800°C, de 320°C à 1600°C, de 320°C à 1400°C, de 320°C à 1200°C, de 320°C à 1000°C, de 320°C à 800°C, de 500°C à 1400°C, de 500°C à 1200°C, de 500°C à 1000°C, de 500°C à 800°C, de 660°C à 1400°C, de 660°C à 1200°C, de 660°C à 1000°C, de 660°C à 800°C.

Il est entendu que le point de fusion peut correspondre au point de fusion d’un métal pur, ou au liquidus d’un alliage. Dans ce qui précède et ce qui suit, l’expression «point de fusion» se rapporte à la fois aux métaux purs et aux alliages ; auquel cas il faut entendre «le liquidus».

En général en fonderie, la «mise au mille» désigne le rapport de la masse de la grappe de coulée sur la masse de la pièce brute parachevée. La grappe de coulée correspond à la pièce sortie du moule avec l’ensemble de ses artifices de coulée adhérents (système de remplissage, de masselottage, d’évents, bavures). La mise au mille est donc souvent supérieure à 1, et rarement égale à 1.

Dans le cas du présent procédé, le ratio qui est obtenu est de 1:1, ou proche de 1:1, ce qui est exceptionnelvis-à-visdes procédés conventionnels de fonderie. Effectivement, le procédé permet d’obtenir une pièce brute en sortie du moule sans ou quasiment sans artifice de coulée adhérent, supprimant ou limitant fortement ainsi le parachèvement. Cela est rendu possible car le volume de métal liquide initialement injecté dans le moule n’est pas totalement solidifié.

Par «proche de 1:1» on entend de 1:1 à 1,2:1. Par «1:1 à 1,2:1» on entend également les gammes suivantes : « 1:1 à 1,01:1 », « 1:1 à 1,02 :1 », « 1:1 à 1,03:1 », « 1:1 à 1,04:1 », « 1:1 à 1,05:1 », « 1:1 à 1,06:1 », « 1:1 à 1,07:1 », « 1:1 à 1,08:1 », « 1:1 à 1,09:1 », « 1:1 à 1,10:1 », « 1:1 à 1,11 :1 », « 1:1 à 1,12 :1 », « 1:1 à 1,13:1 », « 1:1 à 1,14:1 », « 1:1 à 1,15:1 », « 1:1 à 1,16:1 », « 1:1 à 1,17:1 », « 1:1 à 1,18:1 », « 1:1 à 1,19:1 ».

L’étape 1d’injection d’une masse liquide de métal fondu dans un moule peut être effectuée par plusieurs techniques. L’injection peut être réalisé par gravité, au moyen d’un godet manuel ou automatique, voire d’une goulotte de transvasement. L’injection du métal fondu dans l’empreinte peut aussi être réalisée via une buse d’injection ou une chemise avec piston d’injection ; le procédé est alors adapté à un moulage avec machine de basse pression ou presse à injecter sous pression notamment à chambre chaude.

L’étape 2de solidification permet de former une coque, ou peau, de métal, solidifiée contre la paroi intérieure du moule. Le temps de maintien du métal en fusion dans le moule dépend de plusieurs paramètres, dont par exemple la différence de matériaux et de températures initiales entre le moule et le métal en fusion. Le temps de maintien dépend également de l’épaisseur de la coque à fabriquer. En général, un temps de quelques secondes à quelques minutes est suffisant pour obtenir une coque de faible épaisseur, i.e.inférieure à 2 mm et supérieure à 0,2 mm.

L’étape 3de soustraction peut s’effectuer par la gravité ; le métal liquide sort par une ouverture dans le bas du moule, initialement obstruée par une quenouille, un bouchon, une trappe, ou autre dispositif chauffant ou isolant thermiquement, ou autre dispositif (e.g.système à induction). Elle peut également être facilitée par la poussée d’un gaz sous pression en partie supérieure du moule.

L’étape 4de récupération de la pièce métallique creuse peut être effectuée par des méthodes connues de démoulage. Le démoulage peut par exemple être effectué par retournement du moule. En préalable, une grille peut être placée sur le dessus du moule pour éviter que la pièce chute du moule, se casse ou se déforme. Après retournement du moule, la pièce éjectée se trouve alors sur ladite grille.

Selon un mode de réalisation particulier, l’invention concerne un procédé de fabrication tel que défini ci-dessus pour la production d’une pièce métallique creuse ayant une épaisseur de 0,2 mm à 2 mm.

Selon un mode de réalisation particulier, l’invention concerne un procédé de fabrication tel que défini ci-dessus pour la production d’une pièce métallique creuse constituée d’une coque métallique qui entoure, partiellement ou totalement une partie vide,

dans laquelle ladite coque métallique a :

une surface extérieure lisse,
une surface intérieure cristallographique.

Ainsi, le procédé selon l’invention peut être mis en œuvre de différentes façons :

1- Procédé de moulage par gravité

Dans le cas de la verse du métal liquide par gravité, un moule fixe doit posséder au minimum une entrée supérieure pour recevoir le métal et une sortie inférieure pour évacuer l’alliage en surplus encore liquide après formation d’une peau solidifiée. Il est donc ouvert sur la partie haute du moule pour assurer son remplissage, et il possède au minimum un orifice dans la partie basse du moule, bouché par un bouchon, une quenouille ou autre système d’obturation qui pourra être ouvert lors de la vidange du moule.

En général, le dispositif d’obturation de l’orifice de vidange est préchauffé et/ou constitué de matériaux isolants thermiques. En dessous du moule, une poche de coulée ou un four permet de recueillir le surplus d’alliage en fusion.

Le procédé de moulage par gravité est illustré par la . A cet égard, il convient de noter que les trois schémas présentent différentes solutions techniques de la coulée vidangée ici effectuée uniquement par gravité. Les graphismes illustrent chacun un principe général. Toutefois dans la majorité des cas, la pièce moulée n’est pas forcément de révolution ou symétrique.

Pendant les courtes phases de remplissage et de vidange, l’alliage liquide présent dans l’empreinte se solidifie contre les parois du moule. Cela peut conduire à des variations d’épaisseur de la coque solidifiée par endroits ; notamment souvent l’épaisseur solidifiée est plus fine en haut du moule et plus épaisse en partie basse du moule. Pour gérer au mieux l’épaisseur de la coque solidifiée, plusieurs paramètres du procédé peuvent être utilisés : l’épaisseur du moule (surtout avec un moule métallique), l’introduction de refroidisseurs (en acier ou fonte, ou carbure de silicium, ou graphite par exemple) dans un moule en sable ou d’artifices de refroidissement dans un moule métallique, la préchauffe ou chauffe non homogène du moule métallique (en général température du moule plus chaude en partie basse), l’utilisation de poteyages différents sur l’empreinte du moule métallique (poteyages isolants et conducteurs), l’emploi de différents sables (plus ou moins conducteurs thermiques) et/ou adjuvants dans la composition du moule en sable.

Dans la majorité des cas, la position du trou de vidange correspond à la partie la plus basse de la pièce dans le moule. Généralement, ce trou est situé sous le moule ; mais dans certains cas il peut être localisé sur un côté bas du moule. Pour certaines géométries particulières de pièces, il peut être possible d’associer une légère inclinaison du moule lors de la vidange pour faciliter au mieux l’évacuation totale du bain métallique résiduel liquide encore présent dans l’empreinte.

2- Procédé de moulage basse pression

La basse pression est un dispositif technique consistant à apporter un gaz inerte pour le métal du type azote, argon ou autre, dans la chambre hermétique du four contenant le métal en fusion. La pression du gaz sur la surface du bain permet de faire monter le métal en fusion dans une buse d’injection qui alimente l’empreinte du moule. En général, le moule est placé au-dessus du four de basse pression et le métal rentre dans l’empreinte par sa partie inférieure ou par un côté.

Dans le cas d’une coulée basse pression, le moule est équipé d’une entrée dans le bas du moule servant à l’injection du métal. Cette entrée fait également office de vidange du surplus de métal qui retourne directement dans le four via la buse d’injection. Un dispositif d’appel d’air, ou autre gaz, peut être aménagé afin de faciliter l’évacuation du métal en fusion. Une fois que les températures du moule et de du métal sont opérationnelles, la matière en fusion est injectée par le bas du moule, puis mise sous pression pendant la solidification, cela sous atmosphère contrôlée (azote, argon ou autre).

Cette technique permet de maitriser la vitesse de remplissage et de vidange du moule, et grâce au gaz neutre limite la formation de peaux d’oxyde avec les métaux oxydables, dont par exemple l’alumine avec les alliages d’aluminium.

Ce mode de réalisation du procédé de l’invention est illustré par les Figures 2 et 3.

3- Procédé de moulage par injection sous pression

Dans le cas d’une coulée sous pression, le moule possède une entrée, qui peut également faire office de sortie. Un dispositif d’appel d’air ou de gaz neutre pour faciliter l’évacuation du métal liquide peut également être mis en place. D’autre part, le conduit d’entrée du métal dans l’empreinte peut être distinct de celui de vidange. Une fois que les températures du moule et du métal sont opérationnelles, le métal en fusion est injecté par un piston ou un gaz dans le moule, sous pression (de 5 à 5 000 bars). L’injection peut aussi se faire sous atmosphère contrôlée de gaz neutre (azote, argon ou autre). Le procédé de moulage par injection sous pression est très compatible avec des systèmes d’injection sous pression dits à chambre chaude, où le métal liquide vidangé peut revenir directement dans la chambre d’injection, utilisant un piston d’injection piloté par vérin hydraulique ou réalisant l’injection par pression de gaz dans la chambre. Moins facile de mise en œuvre, le procédé sous pression à chambre froide peut être aussi utilisé, notamment dans le cas où la vidange du surplus de métal liquide s’effectue par un conduit différent de celui d’injection.

Ce mode de réalisation du procédé de l’invention est illustré par les Figures 8 à 14.

Selon un mode de réalisation particulier, la présente invention concerne le procédé de fabrication tel que défini ci-dessus, dans lequel l’étape 1 d’injection est effectuée par gravité, ladite étape 1 d’injection étant effectuée par versement du métal liquide par une ouverture dans la partie haute du moule.

Par «partie haute du moule», on entend la partie apicale du moule, à savoir la partie qui est la plus éloignée du sol.

Selon un autre mode de réalisation particulier, la présente invention concerne le procédé de fabrication tel que défini ci-dessus, dans lequel l’étape 1 d’injection est effectuée par injection avec un procédé de basse pression, ladite étape 1 d’injection étant effectuée par application d’une pression de gaz dans le contenant comprenant le métal liquide, permettant de pousser ledit métal liquide dans le moule, à travers un orifice situé dans le bas dudit moule.

Parmi les gaz utilisables dans l’étape 1 d’injection on peut citer, à titre d’exemple : l’air, l’azote, l’argon. Il est entendu que dans le cas de l’utilisation d’un métal oxydable, tel que les alliages d’aluminium (ou de magnésium), un gaz inerte comme l’azote ou l’argon est préféré afin d’éviter la formation de peaux d’alumine (ou l’inflammation de l’alliage).

Par «le bas du moule», on entend la partie basale du moule, à savoir la partie qui est la plus proche du sol.

Selon un mode de réalisation particulier, l’invention concerne un procédé de fabrication tel que défini ci-dessus, dans lequel dans l’étape 1 d’injection

la température de la surface de l’empreinte dudit moule de ladite pièce est contrôlée

et/ou la température dans l’épaisseur du moule au voisinage de l’empreinte est contrôlée

et/ou la température initiale du métal coulé est contrôlée

et/ou le temps et la vitesse de remplissage du moule sont contrôlés

et/ou les échanges thermiques entre le susdit métal fondu et la surface de l’empreinte dudit moule sont contrôlés

et/ou la pression métallostatique du susdit métal fondu et sur la surface de l’empreinte dudit moule est contrôlée

afin de contrôler l'épaisseurede la pièce.

Le contrôle de ces paramètres peut être effectué à titre non limitatif par une cartographie de température, un poteyage ou un revêtement déposé sur l’empreinte, un dispositif de refroidissement du moule.

Avantageusement, ces paramètres peuvent être différents dans certaines parties du moule afin d’obtenir des épaisseurs moyennes différentes dans les domaines de ladite pièce creuse.

Selon un mode de réalisation particulier, l’invention concerne un procédé de fabrication selon tel que défini ci-dessus, dans lequel avantageusement l’épaisseur e est contrôlée.

Avantageusement de manière non limitative, l’épaisseur e est contrôlée à l’aide d’au moins un des paramètres de contrôle suivants :

le temps de maintien de l’alliage liquide dans le moule avant vidange,
le temps de coulée,
la vitesse de solidification de l’alliage,
la nature de l’alliage coulé et sa température
la nature du moule (moule en sable, en métal ou en alliage ou en fibres) et sa ou ses températures initiales,
l’épaisseur du moule,
le volume d’alliage coulé présent localement dans l’empreinte,
la nature et l’épaisseur du poteyage (moule métallique), ou de la couche éventuelle (moule en sable), employé à l’ interface moule et alliage/métal coulé,
un dispositif éventuel de refroidissement du moule.

Selon un mode de réalisation particulier, l’invention concerne un procédé de fabrication tel que défini ci-dessus, dans lequel ledit moule est choisi parmi un moule en sable, un moule métallique, un moule en plâtre ou en céramique, un moule en graphite, un moule en fibres réfractaires plus ou moins conductrices thermiques, ou un moule composé d’une association de ces différents matériaux.

Selon un mode de réalisation particulier, l’invention concerne un procédé de fabrication tel que défini ci-dessus, dans lequel ledit moule est un moule métallique.

Selon un autre mode de réalisation particulier, la présente invention concerne le procédé de fabrication tel que défini ci-dessus, dans lequel l’étape 1 d’injection est effectuée par injection sous pression, ladite étape 1 d’injection étant effectuée par injection du métal liquide à l’aide d’un piston ou d’un gaz.

Selon un autre mode de réalisation particulier, la présente invention concerne le procédé de fabrication tel que défini ci-dessus, dans lequel l’étape 1 d’injection est effectuée par injection sous pression à chambre chaude, ladite étape 1 d’injection étant effectuée par injection du métal liquide à l’aide d’un piston ou d’un gaz ou d’air.

Selon un autre mode de réalisation particulier, la présente invention concerne le procédé de fabrication tel que défini ci-dessus, dans lequel l’étape 1 d’injection est effectuée par injection sous pression à chambre froide, ladite étape 1 d’injection étant effectuée par injection du métal liquide à l’aide d’un piston.

A noter qu’au regard de ces deux modes de réalisation particuliers. Les valeurs des pressions d’injection sont nettement différentes (sous pression à chambre chaude : par gaz 5 à 110 bars en général et par piston hydraulique 100 à 400 bars en général ; sous pression à chambre froide : par piston 250 à 5000 bars en général ; basse pression : 1,5 bars en général). Dans la grande majorité des cas, le plan de joint principal du moule est horizontal en basse pression et vertical en moulage sous pression. En basse pression, le moule peut être en sable ou en métal ; en sous pression le moule est uniquement en métal. La sous pression permet des temps de cycle beaucoup plus courts et une plus grande précision géométrique que la basse pression. L’architecture du dispositif d’injection est aussi assez différente entre ces procédés.

Selon un autre mode de réalisation particulier, la présente invention concerne le procédé de fabrication tel que défini ci-dessus, dans lequel l’étape 4 de démoulage est effectuée par retournement du moule. Le retournement du moule permet à la coque de sortir du moule par gravité, avec l’aide éventuelle d’éjecteurs. Un exemple de ce mode de réalisation est schématisé dans la Figure 4C.

Selon un autre mode de réalisation particulier, la présente invention concerne le procédé de fabrication tel que défini ci-dessus, dans lequel le moule présente une ouverture dans le bas du moule, laquelle ouverture est obstruée, lors de l’étape 1 d’injection et lors de l’étape 2 de solidification, par un dispositif de fermeture, notamment un bouchon, une quenouille ou une trappe, l’étape 3 de soustraction étant initiée par une libération de ladite ouverture, par enlèvement dudit dispositif de fermeture.

Ce mode de réalisation est illustré par les Figures 1A et 1B. A noter que dans un mode de réalisation particulier, ledit dispositif de fermeture (bouchon, une quenouille ou trappe) est soit préchauffé, soit chauffant, soit isolant thermique.

Selon un autre mode de réalisation particulier, la présente invention concerne le procédé de fabrication tel que défini ci-dessus,

dans lequel le moule présente des moyens d’appel d’air ou de gaz dans le haut du moule, lesdits moyens d’appel d’air ou de gaz étant fermés lors de l’étape 1 d’injection et lors de l’étape 2 de solidification,

dans lequel l’étape 3 de soustraction est favorisée ou rendue possible par l’ouverture desdits moyens d’appel d’air ou de gaz entrainant un appel d’air ou de gaz, notamment d’azote ou d’argon, sous pression, en particulier à une pression égale ou supérieure à la pression atmosphérique.

Avantageusement lesdits moyens d’appel d’air ou de gaz sont une trappe ou bouchon ou en quenouille généralement pointue en matériau très isolant thermique, ou en matériau chauffé ou préchauffé, évitant localement la solidification ; ou filtre(s) à air métallique(s) ou réfractaire(s) chauffé(s) ; voire élément de perçage de la fine peau solidifiée à cet endroit.

Lesdits moyens d’appel d’air ou de gaz sont dits fermés lorsque l’air ou le gaz ne peut pas pénétrer à l’intérieur du moule.

Lesdits moyens d’appel d’air ou de gaz sont dits ouverts lorsque l’air ou le gaz peut pénétrer à l’intérieur du moule.

Dans ce mode de réalisation, les moyens d’appel ou de gaz, notamment un bouchon ou une trappe ou quenouille généralement pointue, sont constitués d’un matériau isolant, et/ou en matériau chauffé ou préchauffé, afin d’éviter la solidification du métal contre la partie dudit dispositif en contact avec ledit métal.

De cette façon, lorsque les moyens sont ôtés, une ouverture est présente dans la coque formée à l’issue de l’étape 2 de solidification. Cette solution n’est toutefois utilisée en général que pour la basse pression et la sous pression.

Selon un autre mode de réalisation particulier, la présente invention concerne le procédé de fabrication tel que défini ci-dessus, dans lequel le point de fusion du métal est supérieur à 180°C, et est notamment compris de 180°C à 1750°C.

Selon un autre mode de réalisation particulier, la présente invention concerne le procédé de fabrication tel que défini ci-dessus, dans lequel le point de fusion du métal est supérieur à 320°C, et est notamment compris de 320°C à 1750°C.

Selon un autre mode de réalisation particulier, la présente invention concerne le procédé de fabrication tel que défini ci-dessus, dans lequel le point de fusion du métal est supérieur à 500°C, et est notamment compris de 500°C à 1750°C.

Selon un autre mode de réalisation particulier, la présente invention concerne le procédé de fabrication tel que défini ci-dessus, dans lequel le point de fusion du métal est supérieur à 660°C, et est notamment compris de 660 à 1750°C.

Selon un autre mode de réalisation particulier, la présente invention concerne le procédé tel que défini ci-dessus, dans lequel le métal est l’aluminium pur ou allié. En particulier, la présente invention concerne le procédé tel que défini ci-dessus, dans lequel le métal est l’aluminium pur. En particulier, la présente invention concerne également le procédé tel que défini ci-dessus, dans lequel le métal est l’aluminium allié.

Selon un autre mode de réalisation particulier, la présente invention concerne le procédé tel que défini ci-dessus, dans lequel le métal est l’alliage eutectique AlSi12.

Selon un autre mode de réalisation particulier, la présente invention concerne le procédé tel que défini ci-dessus, dans lequel le moule est constitué de fonte, d’aluminium, d’acier, d’alliage métallique, et est notamment constitué d’alliage d’aluminium, ou d’alliage de cuivre.

Il est également possible d’utiliser d’autres matériaux constituant le moule, comme par exemple : du sable, du plâtre réfractaire, de la céramique, du graphite ou des fibres réfractaires. Le matériau qui constitue le moule doit être compatible avec le métal utilisé dans la préparation des pièces creuses. Ainsi, si le procédé sert à préparer une pièce en aluminium, dont le point de fusion se situe vers 660°C, il est préférable de choisir un moule constitué d’un matériau ayant un point de fusion supérieur à 660°C, comme, par exemple, un moule en alliage ferreux (acier) ou en sable, afin de limiter la dégradation du moule. Pour la fabrication d’une pièce en acier de haut point de fusion (température de coulée comprise entre 1550°C et 1750°C), un moule en sable ou en alliage ferreux est préférablement utilisé.

Le procédé selon l’invention permet la fabrication de pièces comprenant une coque de faible épaisseur. Le procédé permet également de contrôler localement l’épaisseur de la coque solidifiée. Pour ce faire, il est possible d’utiliser un moule d’épaisseur variable. La coque solidifiée sera plus épaisse aux endroits où la paroi du moule est plus épaisse.

L’épaisseur de la coque solidifiée peut également être contrôlée par la chauffe locale du moule et/ou les poteyages déposés dans le moule. Ainsi, la coque solidifiée sera moins épaisse aux endroits en contact avec les parties surchauffées du moule, ou en contact avec les parties de l’empreinte revêtues de poteyage isolant thermique.

Selon un autre mode de réalisation particulier, la présente invention concerne le procédé tel que défini ci-dessus, dans lequel le moule est un moule d’épaisseur variable. Ce mode de réalisation permet en particulier de mieux contrôler la cartographie thermique du moule et donc de mieux maitriser les épaisseurs des pièces métalliques moulées.

Selon un autre mode de réalisation particulier, la présente invention concerne le procédé tel que défini ci-dessus, dans lequel le moule est localement chauffé ou refroidi à une température différente de celle du reste du moule. Cette température est dépendante de la géométrie de la pièce et du moule, ainsi que de la nature des matériaux utilisés (moule et métal coulé).

Dans certains cas, ce mode de réalisation permet une meilleure maîtrise de l’épaisseur (variable ou uniforme) des pièces métalliques. De même, l’utilisation de différents poteyages et/ou une variation d’épaisseur du moule et/ou l’intégration d’un joint thermique dans le moule (lames d’air ou matériau isolant incrusté) et/ou un dispositif de refroidissement (circulation d’un fluide ou incrustation d’un matériau conducteur thermique) peuvent permettre également de mieux gérer l’épaisseur de la coque solidifiée.

Selon un autre mode de réalisation particulier, la présente invention concerne le procédé tel que défini ci-dessus, dans lequel le moule est revêtu d’un revêtement de poteyage.

Le «revêtement de poteyage» est un revêtement apposé sur, ou contre, la face intérieure du moule (empreinte), c’est-à-dire la face qui sera en contact avec le métal fondu. Le revêtement de poteyage permet de faciliter le démoulage, de limiter les interactions chimiques moule-alliage et les chocs thermiques, ainsi que de participer au contrôle de la solidification. Un revêtement de poteyage est utilisé dans le cas de l’utilisation d’un moule métallique, et est constitué d’un matériau isolant- ou conducteur thermique. Le revêtement de poteyage a généralement une épaisseur comprise de 0,2 à 0,5 mm. Par « de 0,2 à 0,5 mm » on entend également les gammes suivantes : de 0,3 à 0,5 mm, de 0,4 à 0,5 mm, de 0,2 à 0,4 mm, de 0,2 à 0,3 mm, de 0,3 à 0,4 mm.

Sur ce point, il convient de noter qu’un revêtement, souvent appelé « couche », peut également être appliqué sur l’empreinte d’un moule en sable. En général, son rôle consiste à améliorer l’état de surface de la pièce moulée (atténuation de la granulométrie du sable), voire parfois à accélérer localement et en surface la solidification du métal coulé. La composition courante correspond à une farine réfractaire (zircon, graphite, …) en suspension dans un liquide (eau, alcool) qui est évaporé après l’application (au pistolet, pinceau ou au trempé). Lorsqu’une grande conductivité thermique est recherchée pour ce dépôt de surface, la couche peut contenir de la poudre d’aluminium.

Selon un autre mode de réalisation particulier, la présente invention concerne le procédé tel que défini ci-dessus, dans lequel le matériau de poteyage est un matériau isolant thermique, en particulier choisi parmi le talc, le kaolin, le blanc d’Espagne et le blanc de Meudon. A noter que l’épaisseur de ce type de matériau poteyage sur l’empreinte du moule est souvent comprise de 0,3 mm à 0,5 mm.

Selon un autre mode de réalisation particulier, la présente invention concerne le procédé tel que défini ci-dessus, dans lequel le matériau de poteyage est un matériau conducteur thermique, en particulier le graphite colloïdal. A noter que l’épaisseur de ce type de matériau de poteyage sur l’empreinte du moule est souvent de l’ordre de 0,2 à 0,3 mm.

Selon un autre mode de réalisation particulier, la présente invention concerne le procédé tel que défini ci-dessus, dans lequel, au début de l’étape 1 d’injection, le moule est à une température supérieure à la température ambiante. Le moule est notamment chauffé lorsqu’un moule constitué d’un matériau métallique est utilisé. Il n’est cependant pas nécessaire de chauffer le moule si ledit moule est un moule en sable.

Par «température ambiante» on entend une température comprise de 15°C à 30°C, en particulier comprise de 20 à 25°C.

Le chauffage du moule permet de recevoir le métal en fusion, tout en limitant les risques de dégradation du moule métallique,e.g.rupture par choc thermique, fissuration due à la fatigue thermique. De plus, le préchauffage du moule évite une solidification prématurée du métal versé conduisant à un remplissage incomplet du moule, appelé «malvenue».

Les températures de l’alliage et du moule peuvent être mesurées par thermocouples ou capteurs optiques.

Selon un autre mode de réalisation particulier, la présente invention concerne le procédé tel que défini ci-dessus, dans lequel, lors de l’étape 1 d’injection, le moule est à une température telle que la différence entre la température du moule et la température de la masse de métal fondu est comprise de 50°C à 1750°C.

Selon ce mode de réalisation, il faut entendre que la température du moule est inférieure de 50°C à 1750°C à la température de la masse de métal fondu (appelée couramment « température de coulée »). Sur ce point, il faut bien différencier la température de coulée (température de verse du métal fondu dans le moule) du point de fusion dudit métal (température de liquidus). L’écart entre ces deux températures ( température de coulée et température de liquidus) est appelé «la surchauffe» dans le vocabulaire métier des fondeurs.

Aux fins d’information :

en moulage au sable où le moule est à température ambiante, la surchauffe est couramment comprise de 50°C à 200°C pour une coulée par gravité, et est très souvent comprise de 100°C à 150°C ;
en moulage avec une coquille métallique et coulée par gravité, la surchauffe pour un alliage coulé d’aluminium est souvent comprise de 50°C à 100°C et la température du moule est de l’ordre de 350°C ; et
en moulage sous pression, il est parfois possible d’avoir une surchauffe nulle (température d’injection du métal fondu dans le moule métallique égale à la température de liquidus du métal fondu), ou comprise entre 0°C et 150°C, ou plus rarement négative (c’est-à-dire avec une température d’injection du métal fondu comprise entre la température de liquidus et celle de solidus du métal fondu).

Suite aux expérimentations, les inventeurs ont de façon inattendue constaté que la surchauffe avec le procédé innovant selon l’invention peut être plus faible que celle utilisée couramment dans les procédés conventionnels de fonderie, alors qu’en général il est attendu qu’une pièce fine nécessite une surchauffe élevée. Cela permet des économies d’énergie et d’améliorer la durée de vie du moule métallique.

Par « de 50°C à 1750°C » on entend également les gammes suivantes : de 50 à 75°C, de 75 à 100°C, de 100 à 200°C, de 200 à 300°C, de 300 à 400°C, de 400 à 500°C, de 500 à 600°C, de 600 à 700°C, de 700 à 800°C, de 800 à 900°C, de 900 à 1000°C, de 1000 à 1100°C, de 1100 à 1200°C, de 1200 à 1300°C, de 1300 à 1400 °C, de 1400 à 1500°C, de 1500 à 1600°C, de 1600 à 1700°C, de 1700 à 1750°C.

A titre d’exemple pour les valeurs théoriques en moulage coquille classique : dans le cas où le métal à couler par gravité est l’aluminium pur, le moule métallique est préférablement chauffé à une température d’environ 350°C, le point de fusion de l’aluminium pur étant d’environ 660°C et la surchauffe souvent choisie d’environ 75°C, la température du moule est dans ce cas inférieure d’environ 385°C à la température de coulée du métal fondu. Ces valeurs correspondent aux températures couramment utilisées en moulage dit « en coquille » (càd en moule métallique avec coulée par gravité).

A titre d’exemple pratique non limitatif, correspondant à la réalisation illustrée en : lorsque le métal à couler est l’alliage AlSi12, le moule métallique (ici en alliage AlSi7Mg) est préférablement chauffé à une température d’environ 169,5°C, la température de coulée de l’alliage étant de 719°C. La température du moule est dans ce cas inférieure d’environ 549,5°C à la température de coulée de l’alliage AlSi12, et inférieure de 407,5°C à la température de liquidus (nommée dans ce texte « point de fusion », égale à 577°C sans traitement métallurgique de modification de l’eutectique) de l’alliage AlSi12.

Au regard de cette et du mode de réalisation du procédé de l’invention mis en œuvre, on comprend qu’en terme de températures, plusieurs facteurs peuvent intervenir tels que : la cartographie thermique initiale du moule, la température de liquidus du métal coulé (valeur fixée par la nature du matériau) et la surchauffe employée (fixant la température de verse dudit métal fondu). Également, trois autres paramètres interviennent pour la qualité de la pièce moulée obtenue : le temps de verse du métal fondu dans le moule, le temps suivant d’attente avant vidange et le temps de durée de la vidange, en particulier le temps d’attente avant vidange.

Ces cinq paramètres permettent d’influer sur les étapes du procédé selon l’invention afin d’assurer la qualité de la pièce moulée, notamment dans le cas présenté en .

Selon un mode de réalisation particulier, la présente invention concerne le procédé tel que défini ci-dessus, dans lequel ledit métal est aluminium ou un alliage d’aluminium, en particulier AlSi12,

dans lequel l’étape 1 d’injection est effectuée par gravité, ladite étape 1 d’injection étant effectuée par versement du métal liquide par une ouverture dans la partie haute du moule,

dans lequel le moule présente une ouverture dans lebasdu moule, laquelle ouverture est obstruée, lors de l’étape 1 d’injection et lors de l’étape 2 de solidification, par un dispositif de fermeture, notamment un bouchon, une quenouille ou une trappe, l’étape 3 de soustraction étant initié par une libération de ladite ouverture, par enlèvement dudit dispositif de fermeture.

Avantageusement dans ce mode de réalisation( )le temps de verse du métal fondu (masse de 19 à 24 kg environ) dans le moule est de 10 à 17 secondes.

Avantageusement dans ce mode de réalisation le temps d’attente avant vidange dans le moule est de 10 secondes à une minute.

Avantageusement dans ce mode de réalisation le temps de durée de vidange est de 11 à 18 secondes.

Selon un autre mode de réalisation particulier, la présente invention concerne le procédé tel que défini ci-dessus, dans lequel ladite température du moule supérieure à la température ambiante est :

soit atteinte par une étape 0 de préchauffage du moule, avant l’étape 1 de versement,
soit le résultat d’une production précédente.

Le préchauffage du moule peut être effectué, à titre d’exemple par utilisation de brûleurs à gaz, ou de dispositifs électriques de chauffe.

Après une première production, il est possible que le moule ait déjà la température souhaitée. Dans ce cas, le moule peut être utilisé sans chauffage supplémentaire. Cette caractéristique est particulièrement intéressante et recherchée dans le cas d’une production de multiples pièces en série.

Selon un autre mode de réalisation particulier, la présente invention concerne le procédé tel que défini ci-dessus, dans lequel le métal fondu, injecté lors de l’étape 1 d’injection, est à une température égale ou supérieure au point de fusion dudit métal,

ladite température, nommée «température de coulée/d’injection», étant égale ou supérieure de 0°C à 200°C par rapport audit point de fusion.

La surchauffe au-dessus du point de fusion est dépendante de la géométrie de la pièce à mouler, la nature de l’alliage et celle du moule. Le choix de la température à laquelle le métal est chauffé relève du savoir-faire de l’homme de l’art.

Par «de 0°C à 200°C» on entend également les gammes suivantes : de 0°C à 150°C, de 0°C à 100°C, de 0°C à 50°C, de 50°C à 100°C, de 50°C à 150°C, de 50°C à 200°C, de 100°C à 200°C, de 150°C à 200°C, de 100°C à 150°C.

A titre d’exemple en moulage coquille classique, pour un alliage AlSi12 coulé par gravité dans le moule métallique, la différence entre la température de coulée et le liquidus (appelée « surchauffe ») est souvent comprise de 50°C à 100°C.

Le liquidus dudit alliage étant de 580°C (solidus 575°C) ( cf NFA 57.703), l’alliage est donc chauffé à une température comprise de 630 à 680°C,e.g.souvent à une température d’environ 650°C.

Pour la mise en œuvre de la présente invention, notamment l’obtention d’épaisseur faible de coque solidifiée et le temps nécessaire pour effectuer la vidange, des surchauffes supérieures peuvent être employées,e.g.comprise de 100 à 200°C.

La présente invention concerne également un procédé de fabrication en série d’au moins deux pièces métalliques, ledit procédé comprenant au moins :

la fabrication d’une première pièce métallique selon le procédé de fabrication tel que défini ci-dessus, et
la fabrication d’une deuxième pièce métallique, selon le procédé de fabrication tel que défini ci-dessus, dans lequel le métal utilisé versé dans l’étape 1 de versement est le métal soustrait lors de l’étape 3 de soustraction de la fabrication de la première pièce.

Dans ce mode de réalisation, après la première production, il n’est plus nécessaire de chauffer le moule. Les coulées successives dans le moule métallique entretiennent le moule chaud. Le procédé de production en série est un procédé relativement économique (limitation des consommations énergétiques). L’épaisseur du moule et la température de préchauffage permettent donc de dissiper suffisamment la chaleur pour solidifier la peau d’alliage, mais assurent aussi de conserver le moule métallique suffisamment chaud pour couler les pièces suivantes sans avoir à réchauffer le moule, par une autorégulation thermique du moule : la chaleur apportée au moule par chaque pièce produite correspond alors substantiellement à la chaleur échangée par le moule avec son milieu extérieur pendant le temps de cycle.

Une autre solution consiste à vidanger le moule directement au-dessus du four de fusion-maintien, permettant ainsi de limiter le refroidissement du métal récupéré encore liquide pour son réemploi, et donc limitant les dépenses énergétiques des moyens de fusion, ces solutions étant non exhaustives.

Toutefois, dans certains cas particuliers de pièces, un dispositif de refroidissement ou de chauffe locale peut aussi être installé sur le moule.

A titre d’exemple, pour la coulée, d’un alliage d’aluminium, un ordre de grandeur de l’épaisseur du moule est donné par la formule de Jander :

Pour dimensionner l’épaisseur de la coque solidifiée de façon plus optimale, un logiciel de simulation numérique de fonderie peut être utilisé (jumeau numérique du procédé de moulage). Garder une empreinte pleine d’alliage en fusion avant la vidange du moule facilite le maintien à une température élevée du moule en service.

Ce procédé permet également une production en continu avec une cadence élevée. La cadence dépend de plusieurs paramètres dont la géométrie de la pièce et ses dimensions, ainsi que de la nature de l’alliage coulé et du matériau du moule.

A titre indicatif, pour des pièces de petite à moyenne taille avec alliage d’aluminium coulé et moule métallique le temps de cycle peut être de quelques secondes à 5 minutes.

Le procédé selon la présente invention est moins onéreux, moins énergivore et moins polluant que les procédés conventionnels. Cela est le résultat de l’absence de noyau dans le procédé de l’invention et de la mise au mille très faible,e.g.proche de 1 :1.

Unautre objetde la présente invention concerne une pièce métallique creuse susceptible d’être obtenue par le procédé tel que défini ci-dessus.

Le présent procédé permet d’obtenir des pièces métalliques creuses très variées. Selon la pièce à produire, l’homme de l’art est en mesure de choisir parmi les différentes options de procédé exposées dans la présente demande.

Les caractéristiques du procédé, à savoir l’absence d’un noyau et la formation d’une coque solidifiée de métal contre la paroi intérieure du moule, confèrent aux pièces métalliques moulées des surfaces extérieures et surtout intérieures de structure spécifique par rapport aux pièces produites par les techniques conventionnelles.

Effectivement, les pièces produites ont une surface extérieure lisse et une surface intérieure cristallographique.

Par «surface extérieure lisse» on entend une surface correspondant à la forme complémentaire de la géométrie de la surface intérieure du moule (empreinte). La surface extérieure de la pièce produite est cependant légèrement diminuée par le retrait linéaire, i.e. la contraction du métal solidifié entre la température du solidus et la température ambiante.

La surface lisse est donc dépourvue d’artifices cristallographiques, n’est pas rugueuse et ne possède pas une topologie accidentée (pas de relief prononcé dû aux cristaux de solidification).

Par «surface intérieure cristallographique» on entend une surface non lisse, rugueuse et présentant un relief chaotique. La topologie de la surface cristallographique présente des reliefs correspondant aux cristaux formés lors de la solidification, e.g. cristaux dendritiques, cristaux polyédriques, cellules eutectiques.

Ainsi, une coque métallique obtenue par le procédé de la présente invention, présente donc en relief sur sa surface intérieure des structures dendritiques, colonnaires et/ou équiaxes, et des facettes eutectiques pour les alliages hypoeutectiques.

Par exemple, une pièce produite avec l’alliage eutectique AlSi12, présentera sur la surface intérieure des cristaux dendritiques riche en aluminium, des cristaux polyédriques riches en silicium, et majoritairement des cellules eutectiques.

La taille de ces différents cristaux est liée à la vitesse de solidification du métal ; plus la vitesse élevée plus les grains de cristaux sont fins.

Les pièces produites selon le procédé de l’invention peuvent également avoir une épaisseur très faible, homogène et contrôlable par rapport aux pièces produits par des techniques existantes.

Par exemple lors de la mise en œuvre d’un procédé dit «de coulée au renversé», pendant le basculement du moule pour la vidange, une partie de l’empreinte du moule est plus longtemps en contact avec le métal versé que le reste de l’empreinte. Le résultat est une pièce non-symétrique et d’épaisseur non-homogène.

Pour certaines typologies de pièces produites, une épaisseur de coque solidifiée inférieure à 2 mm peut être obtenue sur la totalité de la pièce ; cela même avec une coulée, une solidification et une vidange effectuées par gravité.

Dans la mesure où la coque est d’épaisseur variable, ladite coque n’est manifestement pas fine sur toute sa surface. La phrase ci-haut correspond donc à un mode de réalisation préférée de l’invention qui portein finesur des pièces fines.

Les inventeurs ont mis au point un procédé innovant permettant la mise en œuvre d’un procédé de «coulée vidangée» avec des métaux detempératurede fusion supérieure à 180°C (en particulier supérieure à 320°C), sans basculement du moule lors de la vidange.

La mise en œuvre de ce procédé a donc permis de disposer de pièces métalliques creuses ayant une surface intérieure cristallographique ainsi qu’une très faible épaisseur, impossibles à obtenir avec les procédés conventionnels de fabrication connus de l’art antérieur tels que le moulage, l’usinage, la déformation plastique. La présence de cette surface intérieure cristallographique est intéressante pour certaines applications, notamment dans le transfert de chaleur (échangeurs thermiques), la réflexion lumineuse (décoration, luminaires), la rugosité (pièces anti-dérapantes),etc.

Unautreobjet de la présente invention concerne un dispositif comprenant en association la pièce métallique creuse selon l’invention telle que définie ci-dessus et le moule utilisé pour le moulage de ladite pièce métallique creuse.

Selon un mode de réalisation particulier, l’invention concerne un dispositif tel que défini ci-dessus, dans lequel ledit moule est un moule métallique.

Les Exemples et Figures suivants illustrent l’invention, sans en limiter la portée.

LISTE DES FIGURES

La représente des systèmes de coulée vidangée par gravité

LaFigure 1A représente un moule ouvert vidangé par ouverture de trappe/bouchon ou autre dispositif.101représente le moule (métallique, ou en sable, ou en plâtre réfractaire, ou en céramique, ou en graphite),102représente le remplissage du moule avec le métal/alliage métallique en fusion,103représente un dispositif de trappe/bouchon (matériau isolant thermique ou métallique, chauffé ou préchauffé selon besoin) ou autre dispositif placé sous le moule ou sur le côté le moule dans certaines applications,104représente la vidange du bain métallique en fusion,107représente une coque métallique solidifiée,108représente la surface intérieure de la coque de métal/alliage solidifié, laquelle surface intérieure est sous la forme d’une surface cristallographique dont l’état de surface dépend du type d’alliage métallique coulé,109représente la surface extérieure de la coque de métal/alliage solidifié, laquelle surface extérieure est complémentaire à la géométrie de l’empreinte du moule.

LaFigure 1B représente un moule ouvert vidangé par une quenouille supérieure.101représente le moule (métallique, ou en sable, ou en plâtre réfractaire, ou en céramique, ou en graphite),102représente le remplissage du moule avec le métal/alliage métallique en fusion,105représente une quenouille supérieure (matériau réfractaire ou tube métallique avec poteyage isolant, chauffé ou préchauffé si besoin),106représente le retrait de la quenouille vers le haut pour permettre la vidange du bain,104représente le vidange du bain métallique encore en fusion,107une coque métallique solidifiée,108représente la surface intérieure de la coque de métal/alliage solidifié, laquelle surface intérieure est sous la forme d’une surface cristallographique dont l’état de surface dépend du type d’alliage métallique coulé,109représente la surface extérieure de la coque de métal/alliage solidifié, laquelle surface extérieure est complémentaire à la géométrie de l’empreinte du moule.

LaFigure 1C représente un moule permettant la préparation d’une coque solidifiée substantiellement fermée.101représente le moule (métallique conseillé),102représente le remplissage du moule avec le métal/alliage métallique en fusion,103représente un dispositif de trappe/bouchon (matériau isolant thermique ou métallique, chauffé ou préchauffé selon besoin) ou autre dispositif placé sous le moule ou sur le côté le moule dans certaines applications,104représente la vidange du bain de métal en fusion,111représente une partie du moule isolée thermiquement ou chauffée (pas ou très peu d’alliage solidifié),110représente le plafond supérieur de l’empreinte,112représente une colonne de métal liquide permettant de compenser le retrait volumique de l’alliage liquide lors de son refroidissement et d’assurer un minimum de pression métallostatique en partie supérieure de l’empreinte pour la bonne venue de la géométrie de la pièce moulée,107représente une coque métallique solidifiée,108représente la surface intérieure de la coque de métal/alliage solidifié, laquelle surface intérieure est sous la forme d’une surface cristallographique dont l’état de surface dépend du type d’alliage métallique coulé,109représente la surface extérieure de la coque de métal/alliage solidifié, laquelle surface extérieure est complémentaire à la géométrie de l’empreinte du moule.

A noter que les dimensions de la colonne (112) de métal liquide sont fonction de la densité à l’état liquide du métal ou de l’alliage métallique, du retrait volumique du métal ou alliage liquide lors de son refroidissement et de la géométrie de la pièce (volume notamment, module thermique).

La représente un système de coulée basse pression avec une arrivée d’air ou de gaz située localement dans le moule pour assurer la vidange.

LaFigure 2A représente le remplissage du moule.

LaFigure 2B représente le moule rempli.

LaFigure 2C représente la vidange du moule.

LaFigure 2D représente le moule vidangé de métal/alliage en fusion, comprenant une coque de métal/alliage solidifié contre la paroi intérieure du moule.

Légende :201représente le moule/empreinte,202représente le four ou creuset étanche aux gaz et contenant le métal ou l’alliage métallique en fusion,203représente le métal/alliage fondu,204représente l’arrivée d’air ou de gaz (azote, argon, ou autre) dont la pression peut augmenter pour permettre de remplir l’empreinte de manière contrôlée,205représente le métal/alliage métallique solidifié,206représente la trappe ou le bouchon en matériau très isolant thermique, ou en matériau chauffé ou préchauffé, évitant la solidification (voire le perçage de la fine peau solidifiée à cet endroit) ; ou filtre(s) métallique(s) ou réfractaire(s) à air chauffé(s) pour réaliser l’appel d’air ou de gaz,207représente l’arrivée d’air ou de gaz (pression atmosphérique ou supérieure) pour favoriser/permettre la vidange de l’alliage encore liquide.

La représente un système de coulée basse pression avec une arrivée d’air ou de gaz par la buse d’injection pour assurer la vidange.

LaFigure 3A représente le remplissage du moule.

LaFigure 3B représente le moule rempli.

LaFigure 3C représente la vidange du moule.

LaFigure 3D représente le moule vidangé de métal/alliage en fusion, comprenant une coque de métal/alliage solidifié contre la paroi intérieure du moule.

Légende :301représente le moule / l’empreinte,302représente le four ou le creuset étanche aux gaz et contenant le métal ou l’alliage métallique en fusion,303représente le métal/alliage fondu,304représente l’arrivée d’air ou de gaz (azote, argon, ou autre) dont la pression peut augmenter pour permettre de remplir l’empreinte de manière contrôlée,305représente le métal/alliage métallique solidifié contre la paroi intérieure du moule,308représente la vanne de gaz située sur la buse d’injection,309représente l’arrivée de gaz ou d’air sous pression (atmosphérique ou supérieure) afin de favoriser / rendre possible la vidange.

La représente le principe d’un dispositif de production en série pour un exemple de pièce.

LaFigure 4A représente le remplissage du moule.

LaFigure 4B représente la vidange du moule.

LaFigure 4C représente le démoulage de la coque solidifiée et le remplissage du godet de coulée.

Légende :400représente le four de maintien,401représente le bain du four de maintien de grande capacité,402représente le moule/empreinte,403représente le système d’obstruction (bouchon, trappe, quenouille, autre),404représente une liaison pivot,405représente un godet,406représente une goulotte de transvasement,407représente le transfert du métal en fusion du godet vers l’empreinte,408représente l’inclinaison progressive pour permettre le bon remplissage de l’empreinte,409représente la vidange du surplus de liquide en fusion contenu dans l’empreinte, récupérée dans le bain du four de maintien,410représente une liaison pivot du moule pour permettre le retournement de l’empreinte,411représente la rotation du moule lors du démoulage de la pièce,412représente le démoulage de la pièce sur un support,413représente un support du type grille métallique,414représente la coque de métal/alliage solidifié et démoulé,415représente la rotation du système de louche/godet pour le puisage du métal en fusion dans le four en parallèle de l’opération de démoulage de la pièce.

La représente des photographies d’un procédé de moulage au sable selon l’exemple 5.

LaFigure 5A représente une photographie d’un gabarit en bois.

LaFigure 5B représente une photographie de la réalisation d’un moule en sable/extraction du gabarit en bois.

LaFigure 5C représente une photographie du remplissage du moule en sable avec un alliage d’aluminium en fusion.

LaFigure 5D représente une photographie du maintien du métal liquide dans le moule pour solidification.

LaFigure 5E représente une photographie de la vidange du métal liquide par le bas du moule.

LaFigure 5F représente une photographie de la coque obtenue selon le procédé de moulage en sable.

La représente des photographies d’un procédé de moulage avec une coquille en alliage d’aluminium.

LaFigure 6A représente une photographie d’un banc d’essai de coulée vidangée.601représente un moule (coquille) en alliage d’aluminium.602représente un orifice permettant la vidange du bain de métal en fusion, qui sera obstrué par une quenouille, une trappe ou autre système,603représente un support de moule pivotant, permettant de démouler la coque solidifiée,604représente le pivot pour la rotation du support de moule,605représente un bras de levier permettant de pivoter le moule lors du démoulage,606représente un châssis fixe (structure mécano-soudée),607représente un lit de sable,608représente une poche de coulée, recueillant le métal en fusion lors de la vidange du moule,609représente un brancard permettant de transporter la poche avec le métal en fusion, pour retransvaser celui-ci dans le four.

LaFigure 6B représente une photographie de la surface extérieure d’une coque en métal solidifié.

LaFigure 6C représente une photographie de la surface intérieure cristallographique d’une coque en métal solidifié.

La représente un assemblage comprenant une pièce (cadre de vélo) pouvant être fabriquée par le procédé de l’invention.

La représente un système de moulage sous pression à chambre chaude avec piston d’injection commandé par un vérin hydraulique (ou pneumatique).

LaFigure 8A représente l’injection du métal en fusion dans le moule et son maintien sous pression pendant la formation de la coque solidifiée.

LaFigure 8B représente la vidange du moule, l’alimentation de la chemise en métal fondu et la coque solidifiée obtenue.

Légende :801représente la partie mobile du moule,802représente la partie fixe du moule,803représente la trappe ou le bouchon en matériau très isolant thermique, ou en matériau chauffé ou préchauffé, évitant localement la solidification (voire le perçage de la fine peau solidifiée à cet endroit) ; ou le(s) filtre(s) à air métallique(s) ou réfractaire(s) chauffé(s) pour réaliser l’appel d’air ou de gaz (azote, argon, ou autre) sous pression (atmosphérique ou supérieure) afin de favoriser / rendre possible la vidange,804représente le creuset du four de maintien,805représente le métal/alliage fondu maintenu à la température de coulée,806représente la chambre d’injection appelée usuellement « le gooseneck »,807représente le piston d’injection,808représente la tige du vérin hydraulique ou pneumatique qui pilote l’injection,809représente la lumière obturable permettant le remplissage de la chemise d’injection avec le métal/alliage fondu,810représente le nez du col de cygne (extrémité du gooseneck) souvent appelé « buse d’injection »,811représente le manchon isolant ou chauffant évitant la solidification du métal/alliage dans la buse d’injection (en général température égale ou supérieure au liquidus),812représente l’alimentation de la chemise d’injection en métal/alliage fondu depuis le bain du four,813représente la surface extérieure de la coque de métal/alliage solidifié, laquelle surface extérieure est complémentaire à la géométrie de l’empreinte du moule,814représente la surface intérieure de la coque de métal/alliage solidifié, laquelle surface intérieure est sous la forme d’une surface cristallographique dont l’état de surface dépend du type d’alliage métallique coulé,815représente la coque métallique solidifiée contre la paroi intérieure du moule,816représente le déplacement de la tige du vérin permettant de remplir l’empreinte de manière contrôlée,817représente le retour de la tige du vérin permettant de vidanger le moule du métal encore liquide et de recharger la chemise d’injection en métal fondu,818représente le plan de joint principal du moule (ici vertical).

La représente un système de moulage sous pression à chambre chaude avec injection du métal fondu par air ou gaz (azote, argon, ou autre) sous pression.

Légende:906représente la chambre d’injection appelée usuellement « le gooseneck »,919représente la poche d’air ou de gaz, dont la mise en pression permet le remplissage contrôlé de l’empreinte du moule,920représente la vanne pilotant l’arrivée d’air ou du gaz sous pression,921représente la lumière obturable permettant l’alimentation de la chemise d’injection avec du métal fondu et contenu dans le four de maintien.

A noter qu’en moulage sous pression avec injection par air ou gaz, il existe des systèmes où le gooseneck est monté sur un pivot horizontal, permettant par sa rotation le remplissage de la chemise par le nez du col de cygne. Dans ce cas particulier, l’orifice mentionné921correspond alors à la buse d’injection notée810dans la .

La représente un système de moulage sous pression à chambre froide avec une chemise horizontale d’injection classique par piston commandé grâce à un vérin hydraulique (ou pneumatique), et avec un plan de joint principal vertical du moule.

LaFigure 10A représente l’alimentation de la chemise d’injection en métal fondu avec le moule préalablement refermé.

LaFigure 10B représente l’injection du métal en fusion dans le moule et son maintien sous pression pendant la formation de la coque solidifiée.

LaFigure 10C représente la vidange du moule et la coque solidifiée obtenue.

Légende:1000représente le retour de la tige du vérin afin de recharger la chemise d’injection en métal fondu,1001représente la partie mobile du moule,1002représente la partie fixe du moule,1003représente la trappe ou le bouchon en matériau très isolant thermique, ou en matériau chauffé ou préchauffé, évitant localement la solidification (voire le perçage de la fine peau solidifiée à cet endroit) ; ou le(s) filtre(s) à air métallique(s) ou réfractaire(s) chauffé(s) pour réaliser l’appel d’air ou de gaz (azote, argon, ou autre) sous pression (atmosphérique ou supérieure) afin de favoriser / rendre possible la vidange,1004représente le remplissage de la chemise d’injection avec du métal fondu, grâce à une louche manuelle, un godet automatique ou autre dispositif depuis le four de maintien,1005représente le métal/alliage fondu dans la chemise avant l’injection,1006représente la chambre d’injection,1007représente le piston d’injection,1008représente la tige du vérin hydraulique ou pneumatique qui pilote l’injection,1009représente la lumière obturable permettant le remplissage de la chemise d’injection avec le métal/alliage fondu,1010représente le système d’obturation (bouchon, trappe, quenouille, autre) isolant thermique, qui peut être chauffant ou préchauffé,1011représente l’attaque de coulée,1012représente le déplacement de la tige du vérin permettant de remplir l’empreinte de manière contrôlée,1013représente la surface extérieure de la coque de métal/alliage solidifié, laquelle surface extérieure est complémentaire à la géométrie de l’empreinte du moule,1014représente la surface intérieure de la coque de métal/alliage solidifié, laquelle surface intérieure est sous la forme d’une surface cristallographique dont l’état de surface dépend du type d’alliage métallique coulé,1015représente la coque métallique solidifiée contre la paroi intérieure du moule,1016représente l’arrivée d’air ou de gaz (pression atmosphérique ou supérieure) pour favoriser/permettre la vidange du métal/alliage encore liquide,1017représente la vidange par gravité du métal encore liquide dans le moule,1018représente le plan de joint principal du moule (ici vertical),1019représente le déplacement de la partie mobile du moule afin d’extraire la coque solidifiée.

La représente un système de moulage sous pression avec une chemise horizontale chauffante/thermo-régulée, un piston d’injection commandé grâce à un vérin hydraulique (ou pneumatique), et un plan de joint principal horizontal du moule.

LaFigure 11A représente l’alimentation de la chemise chauffée/thermo-régulée d’injection en métal fondu avec le moule préalablement refermé.

LaFigure 11B représente l’injection du métal en fusion dans le moule et son maintien sous pression pendant la formation de la coque solidifiée.

LaFigure 11C représente la vidange du moule et la coque solidifiée obtenue.

Légende:1100représente le retour de la tige du vérin afin de vidanger le moule et de recharger la chemise d’injection en métal fondu,1101représente la partie mobile du moule,1102représente la partie fixe du moule,1103représente la trappe ou le bouchon en matériau très isolant thermique, ou en matériau chauffé ou préchauffé, évitant localement la solidification (voire le perçage de la fine peau solidifiée à cet endroit) ; ou le(s) filtre(s) à air métallique(s) ou réfractaire(s) chauffé(s) pour réaliser l’appel d’air ou de gaz (azote, argon, ou autre) sous pression (atmosphérique ou supérieure) afin de favoriser / rendre possible la vidange,1104représente le remplissage de la chemise d’injection avec du métal fondu, grâce à une louche manuelle, un godet automatique ou autre dispositif depuis le four de maintien,1105représente le métal/alliage fondu dans la chemise avant l’injection,1106représente la chambre chauffée/thermo-régulée d’injection,1107représente le piston d’injection,1108représente la tige du vérin hydraulique ou pneumatique qui pilote l’injection,1109représente la lumière obturable permettant le remplissage de la chemise d’injection avec le métal/alliage fondu,1111représente l’attaque de coulée,1112représente le déplacement de la tige du vérin permettant de remplir l’empreinte de manière contrôlée,1113représente la surface extérieure de la coque de métal/alliage solidifié, laquelle surface extérieure est complémentaire à la géométrie de l’empreinte du moule,1114représente la surface intérieure de la coque de métal/alliage solidifié, laquelle surface intérieure est sous la forme d’une surface cristallographique dont l’état de surface dépend du type d’alliage métallique coulé,1115représente la coque métallique solidifiée contre la paroi intérieure du moule,1116représente l’arrivée d’air ou de gaz (pression atmosphérique ou supérieure) pour favoriser/permettre la vidange du métal/alliage encore liquide,1117représente le retour par gravité du métal encore liquide dans la chemise chauffée/thermo-régulée suite à la vidange,1118représente le plan de joint principal du moule (ici horizontal),1119représente l’ouverture du moule permettant d’éjecter la coque solidifiée.

La représente un système de moulage sous pression à chambre froide avec une chemise verticale d’injection, piston commandé par un vérin hydraulique (ou pneumatique) et plan de joint principal horizontal du moule. La chemise peut être intégrée à l’outillage de moulage et ce dispositif présente une évacuation extérieure du métal non solidifié.

LaFigure 12A représente l’alimentation de la chemise d’injection en métal fondu, juste avant la fermeture du moule.

LaFigure 12B représente l’injection du métal en fusion dans le moule et son maintien sous pression pendant la formation de la coque solidifiée.

LaFigure 12C représente la vidange du moule et la partie solidifiée obtenue (pièce + pastille résiduelle d’injection).

Légende :1200représente le retour de la tige du vérin afin d’alimenter la chemise d’injection en métal fondu avant la fermeture du moule,1201représente la partie supérieure mobile du moule,1202représente la partie inférieure fixe du moule,1203représente la trappe ou le bouchon en matériau très isolant thermique, ou en matériau chauffé ou préchauffé, évitant localement la solidification (voire le perçage de la fine peau solidifiée à cet endroit) ; ou le(s) filtre(s) à air métallique(s) ou réfractaire(s) chauffé(s) pour réaliser l’appel d’air ou de gaz (azote, argon, ou autre) sous pression (atmosphérique ou supérieure) afin de favoriser / rendre possible la vidange,1204représente le remplissage de la chemise d’injection avec du métal fondu, grâce à une louche manuelle, un godet automatique ou autre dispositif depuis le four de maintien,1205représente le métal/alliage fondu dans la chemise avant l’injection,1206représente la chambre d’injection ici intégrée au moule,1207représente le piston d’injection,1208représente la tige du vérin hydraulique ou pneumatique qui pilote l’injection,1209représente le système d’obturation (bouchon, trappe, quenouille, autre) isolant thermique, qui peut être chauffant ou préchauffé,1210représente la pastille d’injection, résiduelle solidifiée, adhérente à la pièce moulée lors de son éjection,1211représente la carotte de vidange,1212représente le déplacement de la tige du vérin permettant le remplissage contrôlé de l’empreinte,1213représente la surface extérieure de la coque de métal/alliage solidifié, laquelle surface extérieure est complémentaire à la géométrie de l’empreinte du moule,1214représente la surface intérieure de la coque de métal/alliage solidifié, laquelle surface intérieure est sous la forme d’une surface cristallographique dont l’état de surface dépend du type d’alliage métallique coulé,1215représente la coque métallique solidifiée contre la paroi intérieure du moule,1216représente l’arrivée d’air ou de gaz (pression atmosphérique ou supérieure) pour favoriser/permettre la vidange du métal/alliage encore liquide,1217représente le plan de joint principal du moule (ici horizontal),1218représente l’ouverture du moule permettant d’éjecter la coque solidifiée suite à la vidange,1219représente la vidange par gravité du métal encore liquide.

La représente un premier système de moulage sous pression avec une chemise verticale chauffante/thermo-régulée, un piston d’injection commandé grâce à un vérin hydraulique (ou pneumatique), et un plan de joint principal horizontal du moule. La chemise d’injection est intégrée à l’outillage de moulage et ce dispositif assure un retour par gravité du métal non solidifié dans la chemise lors de la vidange, ce retour étant facilité par la pression de gaz/air.

LaFigure 13A représente l’alimentation de la chemise d’injection en métal fondu, juste avant la fermeture du moule.

LaFigure 13B représente l’injection du métal en fusion dans le moule et son maintien sous pression pendant la formation de la coque solidifiée.

LaFigure 13C représente la vidange du moule et la coque solidifiée obtenue.

Légende :1300représente le retour de la tige du vérin afin d’alimenter la chemise d’injection en métal fondu avant la fermeture du moule et de vidanger la coque solidifiée avant l’ouverture du moule,1301représente la partie supérieure mobile du moule,1302représente la partie inférieure fixe du moule,1303représente la trappe ou le bouchon en matériau très isolant thermique, ou en matériau chauffé ou préchauffé, évitant localement la solidification (voire le perçage de la fine peau solidifiée à cet endroit) ; ou le(s) filtre(s) à air métallique(s) ou réfractaire(s) chauffé(s) pour réaliser l’appel d’air ou de gaz (azote, argon, ou autre) sous pression (atmosphérique ou supérieure) afin de favoriser / rendre possible la vidange,1304représente le remplissage de la chemise d’injection avec du métal fondu, grâce à une louche manuelle, un godet automatique ou autre dispositif depuis le four de maintien,1305représente le métal/alliage fondu dans la chemise avant l’injection,1306représente la chambre chauffée/thermo-régulée d’injection ici intégrée au moule,1307représente le piston d’injection,1308représente la tige du vérin hydraulique ou pneumatique qui pilote l’injection,1309représente l’attaque de coulée,1312représente le déplacement de la tige du vérin permettant le remplissage contrôlé de l’empreinte,1313représente la surface extérieure de la coque de métal/alliage solidifié, laquelle surface extérieure est complémentaire à la géométrie de l’empreinte du moule,1314représente la surface intérieure de la coque de métal/alliage solidifié, laquelle surface intérieure est sous la forme d’une surface cristallographique dont l’état de surface dépend du type d’alliage métallique coulé,1315représente la coque métallique solidifiée contre la paroi intérieure du moule,1316représente l’arrivée d’air ou de gaz (pression atmosphérique ou supérieure) pour favoriser/permettre la vidange du métal/alliage encore liquide,1317représente le plan de joint principal du moule (ici horizontal),1318représente l’ouverture du moule permettant d’éjecter la coque solidifiée suite à la vidange et d’alimenter en métal fondu la chemise d’injection.

La représente un deuxième système de moulage sous pression avec une chemise verticale chauffante/thermo-régulée, un piston d’injection commandé grâce à un vérin hydraulique (ou pneumatique), et un plan de joint principal horizontal du moule. La chemise d’injection est intégrée à l’outillage de moulage et ce dispositif assure un retour par gravité du métal non solidifié dans la chemise lors de la vidange, ce retour étant facilité par la pression de gaz/air.

LaFigure 14A représente l’alimentation de la chemise d’injection en métal fondu, juste avant la fermeture du moule.

LaFigure 14B représente l’injection du métal en fusion dans le moule et son maintien sous pression pendant la formation de la coque solidifiée.

LaFigure 14C représente la vidange du moule et la coque solidifiée obtenue.

Légende :1400représente le retour de la tige du vérin afin d’alimenter la chemise d’injection en métal fondu avant la fermeture du moule et de vidanger la coque solidifiée avant l’ouverture du moule,1401représente la partie supérieure mobile du moule,1402représente la partie inférieure fixe du moule,1403représente la trappe ou le bouchon en matériau très isolant thermique, ou en matériau chauffé ou préchauffé, évitant localement la solidification (voire le perçage de la fine peau solidifiée à cet endroit) ; ou le(s) filtre(s) à air métallique(s) ou réfractaire(s) chauffé(s) pour réaliser l’appel d’air ou de gaz (azote, argon, ou autre) sous pression (atmosphérique ou supérieure) afin de favoriser / rendre possible la vidange,1404représente le remplissage de la chemise d’injection avec du métal fondu, grâce à une louche manuelle, un godet automatique ou autre dispositif depuis le four de maintien,1405représente le métal/alliage fondu dans la chemise avant l’injection,1406représente la chambre chauffée/thermo-régulée d’injection ici intégrée au moule,1407représente le piston d’injection,1408représente la tige du vérin hydraulique ou pneumatique qui pilote l’injection,1412représente le déplacement de la tige du vérin permettant le remplissage contrôlé de l’empreinte,1413représente la surface extérieure de la coque de métal/alliage solidifié, laquelle surface extérieure est complémentaire à la géométrie de l’empreinte du moule,1414représente la surface intérieure de la coque de métal/alliage solidifié, laquelle surface intérieure est sous la forme d’une surface cristallographique dont l’état de surface dépend du type d’alliage métallique coulé,1415représente la coque métallique solidifiée contre la paroi intérieure du moule,1416représente l’arrivée d’air ou de gaz (pression atmosphérique ou supérieure) pour favoriser/permettre la vidange du métal/alliage encore liquide,1417représente le plan de joint principal du moule (ici horizontal),1418représente l’ouverture du moule permettant d’éjecter la coque solidifiée suite à la vidange et d’alimenter en métal fondu la chemise d’injection.

La : Photographies de surface cristallographique et vue en coupe d’échantillons issu de coulées vidangées par gravité avec alliage AlSi12 (A-S13) :

La partie A est une photo d’une surface cristallographique intérieure d’un échantillon A issu d’une pièce parallélépipédique (135x60x35 mm³) moulée dans un moule en fonte (fonte grise à graphite lamellaire, épaisseur du moule de 10 à 20mm) à température initiale de 450°C et revêtu d’un poteyage conducteur (base graphite colloïdal, épaisseur d’environ 0,2 mm). Température de l’alliage à la coulée située entre 650 et720 °C. Temps de remplissage du moule de l’ordre de 1 à 3 secondes, temps de maintien du l’alliage liquide dans l’empreinte entre 5 et 60 s, temps de vidange complète d’environ 1 à 2 s.

Echantillon A :e=1,5 mm ;Rt=1,6mm (loupe binoculaire) / 1,3mm<Rt<1,4mm (microscope numérique Keyence) ; soit Rt/e = 100% environ

La partie B est une photo d’une surface cristallographique intérieure d’un échantillon B issu d’une pièce cylindrique (diamètre=205mm, hauteur=180mm) moulée dans un moule en fibres minérales isolantes thermiques. Température initiale du moule de 40°C, température de l’alliage lors du remplissage d’environ 700°C.

Echantillon B :e= 0,25 mm ; 1,20mm <Rt< 1,25mm; soit Rt/e = 490%

La partie C est une photo d’une surface cristallographique intérieure d’un échantillon C issu d’un luminaire semi-sphérique (de diamètre 52 cm) moulé dans un moule en alliage d’aluminium AlSi7Mg d’épaisseur 35mm revêtu de poteyage conducteur à base de graphite (température initiale du moule = 160°C, température de coulée de l’alliage = 700°C, temps de remplissage du moule = 10 s, temps de maintien de l’alliage liquide dans le moule = 19 s, temps de vidange = 11 s).

Echantillon C :e=1,3mm ;Rt=0,5mm (loupe binoculaire) / 0,4mm <Rt< 0,5mm (microscope numérique Keyence) ; soit Rt/e =37% environ

La partie D est une photo d’une vue d’une coupe d’échangeur thermique tubulaire obtenu par coulée vidangée (procédé par gravité, diamètre extérieur du tube = 22mm, longueur du tube = 360mm) avec alliage eutectique AlSi12 (A-S13) coulé à 744°C dans un moule en acier à température initiale de 195°C. D1 : surface intérieure cristallographique (rugosité faible car fort gradient de température lors de la coulée) ; D2 : surface extérieure lisse en contact avec le moule.

La représente des photographies de surface des échantillons obtenus par coulées vidangées par gravité avec alliage AlSi12 (A-S13) :

La partie A est une photographie d’une surface cristallographique intérieure d’un échantillon A issu d’une pièce parallélépipédique (135x60x35mm³) moulée dans un moule en fonte (fonte grise à graphite lamellaire, épaisseur du moule de 10 à 20mm) à température initiale de 450°C et revêtu d’un poteyage conducteur (base graphite colloïdal, épaisseur d’environ 0,2mm). Température de l’alliage à la coulée située entre 650 et720 °C. Temps de remplissage du moule de l’ordre de 1 à 3 secondes, temps de maintien du l’alliage liquide dans l’empreinte entre 5 et 60 s, temps de vidange complète d’environ 1 à 2 s.

La partie B est une photographie d’une surface cristallographique intérieure d’un échantillon B issu d’une pièce cylindrique (diamètre=205mm, hauteur=180mm) moulée dans un moule en fibres minérales isolantes thermiques. Température initiale du moule de 40°C, température de l’alliage lors du remplissage d’environ 700°C.

La partie C est une photographie d’une surface extérieure lisse, échantillon issu d’un luminaire semi-sphérique (de diamètre 52 cm) moulé dans un moule en alliage d’aluminium AlSi7Mg d’épaisseur 35mm revêtu de poteyage conducteur à base de graphite (température initiale du moule = 160°C, température de coulée de l’alliage = 700°C, temps de remplissage du moule = 10 s, temps de maintien de l’alliage liquide dans le moule = 19 s, temps de vidange = 11 s).

La rugosité de la surface extérieure est représentative de la qualité du dépôt de poteyage dans le moule métallique. Dans cet exemple, elle est grossière car accentuée par un excès de poteyage, aspect dit de « peau d’orange » sur la pièce. Sinon en général, la rugosité est plutôt très faible sur la surface extérieure de la pièce (cf figures suivantes).

La représente des images d’observation à la loupe binoculaire de la coupe de paroi de pièces moulées par procédé de coulée vidangée gravitaire avec alliage AlSi12 (A-S13) :

La partie A est une photographie d’un échantillon A issu d’une pièce creuse parallélépipédique (dimensions extérieures = 135x60x35 mm³) moulée dans un moule en fonte (fonte grise à graphite lamellaire, épaisseur du moule de 10 à 20mm) à température initiale de 450°C et revêtu d’un poteyage conducteur (base graphite colloïdal, épaisseur d’environ 0,2 mm). Température de l’alliage à la coulée située entre 650 et720 °C. Temps de remplissage du moule de l’ordre de 1 à 3 secondes, temps de maintien du l’alliage liquide dans l’empreinte entre 5 et 60 s, temps de vidange complète d’environ 1 à 2 s. A1 : surface cristallographique intérieure ; A2 : surface extérieure lisse (en contact avec le moule).

La partie C est une photographie d’un échantillon C issu d’un luminaire semi-sphérique (de diamètre 52 cm) moulé dans un moule en alliage d’aluminium AlSi7Mg d’épaisseur 35mm revêtu de poteyage conducteur à base de graphite (température initiale du moule = 160°C, température de coulée de l’alliage = 700°C, temps de remplissage du moule = 10 s, temps de maintien de l’alliage liquide dans le moule = 19 s, temps de vidange = 11 s). C1 : surface intérieure cristallographique ; C2 : surface extérieure lisse (en contact avec le moule).

Le moule en aluminium étant plus conducteur thermique que le moule en fonte, et sa température initiale étant plus faible que celle du moule en fonte, l’échantillon C s’est solidifié plus rapidement que l’échantillon A. De fait pour une épaisseur e minimale de paroi assez voisine, la rugosité (cf paramètre Rt dans figure suivante) est plus prononcée sur la surface intérieure de l’échantillon A qu’à la surface intérieure de l’échantillon C.

Sur le profil observé ici à la loupe binoculaire ( ), les mesures suivantes peuvent être effectuées :

Echantillon A :e= 1,5mm etRt= 1,6mm

Echantillon C :e= 1,3mm etRt= 0,5mm

La représente un schéma illustrant la rugosité de la surface 1 intérieure de la pièce moulée et la différenceRtde hauteur entre le point le plus haut et le plus bas du profil (vue à petite échelle/échelle micrographique).

2: représente la surface extérieure lisse de la pièce moulée, en contact avec l’empreinte du moule.

e: représente l’épaisseur minimale de paroi. En général, elle sera définie par le concepteur de la pièce (bureau d’étude, client du fondeur) afin d’assurer une tenue correcte de la pièce aux contraintes mécaniques subies en service. Sa valeur dépendra principalement du temps de maintien de l’alliage liquide dans le moule avant vidange et de la vitesse de solidification. Cette dernière est liée à la nature des matériaux, alliage coulé et moule, et à leurs températures initiales, ainsi qu’à l’épaisseur du moule, au volume d’alliage coulé présent localement dans l’empreinte, et à la nature et l’épaisseur du poteyage employé (interface moule et alliage/métal coulé).

Notamment un intérêt majeur de la coulée vidangée gravitaire est de permettre l’obtention d’une épaisseur e minimale de paroi beaucoup plus faible qu’en coulée classique par gravité avec coquille métallique et élément moulant intérieur (noyau métallique ou noyau en sable). En effet, lors d’un moulage conventionnel en coquille, la tension superficielle de l’alliage et la pression métallostatique limitent l’épaisseur minimale du produit moulé ; par exemple pour un alliage d’aluminium il est très difficile de faire des pièces dont l’épaisseur générale minimale est inférieure à 2,5mm. La coulée vidangée permet d’avoir une épaisseur minimale dont la valeur peut être fixée entre 0,3 et 3 mm sans difficulté, ceci en raison de la vidange de l’alliage non solidifié.

Rt: représente la différence de hauteur entre le point le plus haut et le plus bas du profil de rugosité. Sa valeur dépend de la cristallographie de l’alliage utilisé, de la vitesse de solidification, de l’écoulement de l’alliage liquide lors de la vidange et de l’orientation locale de la paroi du moule (face verticale/horizontale/inclinée). Avec un alliage eutectique type AlSi12 (A-S13), l’expérience montre que plus la vitesse de solidification est importante et le temps de maintien de l’alliage coulé dans le moule est court avant la vidange, et plus la valeur de Rt est faible.

Pour une application du procédé de coulée vidangée à la fabrication d’échangeur thermique métallique, une valeur Rt forte favorise les transferts de chaleur mais augmente les pertes de charge pour l’écoulement du fluide intérieur. En fonction de l’usage, il y a donc un compromis à faire pour fixer la valeur de Rt et l’état de surface intérieur.

La représente une photographie d’observation à la loupe binoculaire d’une coupe locale D d’échangeur thermique tubulaire obtenu par coulée vidangée gravitaire (diamètre extérieur du tube = 22mm, longueur du tube = 360mm). L’alliage eutectique AlSi12 (désignation A-S13 selon norme AFNOR) coulé à 744°C dans un moule en acier à température initiale de 195°C. Poteyage conducteur à base de graphite déposé au pistolet sur l’empreinte (épaisseur régulière de dépôt d’environ 0,2mm). Temps de remplissage du moule d’environ 1,5s ; temps de maintien de l’alliage liquide dans le moule avant vidange = 3 à 5s ; temps de vidange d’environ 1s.

La partie D1 représente la surface intérieure cristallographique (critère Rt de rugosité faible car fort gradient de température lors de la coulée) ; D2 représente la surface extérieure lisse en contact avec le moule.

Dans la section du tube présentée en , les mesures suivantes peuvent être effectuée :

Epaisseur minimale du tube :e= 1,6mm ; épaisseur maximale : e + t = 2,5mm ;

Soit ici une tolérance géométrique de circularité du profil intérieur obtenue de valeur : t = 0,9mm.

La géométrie générale de la surface extérieure D2 étant obtenue par contact avec le moule métallique refroidissant, celle-ci est précisément cylindrique. La géométrie générale de la surface intérieure D1 étant obtenue après vidange de l’alliage non solidifié, celle-ci présente ici une cylindricité moins parfaite.

L’épaisseur de paroi dépend ici du temps de remplissage de l’empreinte, du temps de maintien de l’alliage liquide dans le moule et du temps de vidange. L’axe du tube dont la section est présentée à la était vertical pendant le remplissage, le maintien et la vidange de l’alliage coulé dans le moule.

La représente une CAO complète du banc de coulée vidangée pour tube d’échangeur thermique (épaisseur du moule octogonal en acier : distance minimale entre la surface intérieure de l’empreinte et la surface extérieure du moule = 37mm ; hauteur de l’empreinte cylindrique : 360mm). Moule expérimental pour confection de l’échantillon tubulaire D présenté ci-dessus (figures 15 et 19).

La représente un schéma illustrant la tolérance géométrique « t » de cylindricité et de planéité pour la surface intérieure de pièces moulées par coulée vidangée (vue à grande échelle/échelle macrographique).

1: surface intérieure cristallographique

2: surface extérieure lisse en contact avec le moule

e: épaisseur minimale de paroi

t: tolérance géométrique de cylindricité/planéité obtenue à l’intérieur de la pièce moulé

La coulée vidangée offre le grand intérêt de fabriquer des pièces avec une épaisseur e minimale de paroi très faible sans élément moulant interne. En effet, dans les procédés classiques de fonderie, l’utilisation de noyaux internes métalliques, ou en sable ou céramique, permet des tolérances géométriques t relativement faibles ; mais la tension superficielle de l’alliage coulé et sa pression métallostatique ne permettent pas la réalisation de très faibles épaisseurs e avec une coulée par gravité.

Par exemple, pour la réalisation de tubes à section rectangulaire par coulée vidangée (illustration en à droite), la solidification de l’alliage coulé est toujours plus rapide dans les angles qu’au milieu des faces planes.

Les expériences montrent que l’orientation (verticale/horizontale/inclinée) de la face interne de la pièce en phases de remplissage et de vidange du moule, ainsi que les plans d’assemblage du moule (joints thermiques par microlames d’air), jouent aussi un rôle dans la dégradation de la tolérance t géométrique des surfaces intérieures. Lors du moulage par coulée vidangée d’une pièce tubulaire, circulaire ou rectangulaire, la position avec son axe vertical permet d’obtenir la tolérance géométrique de concentricité et de coaxialité ou de parallélisme de la surface intérieure 1 par rapport à la surface extérieure 2 la plus faible, pour un moule à température initiale homogène.

La représente une image d’observation avec microscope optique au cœur de la paroi d’une pièce moulée par coulée vidangée avec l’alliage eutectique AlSi12 (A-S13 dans norme AFNOR) dans un moule métallique.

3: cristaux primaires polyédriques riches en silicium ;

4: cristal primaire dendritique riche en aluminium (cristaux équiaxes ici) ;

5: mélange eutectique (cristaux aciculaires ou lamellaires riches en silicium dans matrice blanche riche en aluminium) formé à la température eutectique de 577°C (solidus de l’alliage AlSi12). Ces cellules eutectiques sont prédominantes dans cet alliage.

La représente des images d’observation au microscope optique de la surface lisse extérieure (indiquée « 2 » sur les micrographies) d’une pièce moulée par coulée vidangée gravitaire avec l’alliage AlSi12 (A-S13) dans un moule métallique (à gauche emploi d’un moule en fonte grise à graphite lamellaire à température initiale de 450°C, et à droite utilisation d’un moule en alliage d’aluminium AlSi7Mg à température initiale de 160°C). Les phases en présence sont plus fines sur la micrographie de droite car la vitesse de solidification est plus rapide.

5: mélange eutectique (cristaux aciculaires ou lamellaires riches en silicium dans matrice blanche riche en aluminium) majoritaire dans cet alliage.

La représente des images d’observation au microscope optique de la surface lisse extérieure (indiquée « 2 » sur la micrographie) d’un échangeur thermique tubulaire (échantillons présentés en figures 1 et 5a, diamètre extérieur = 22mm) réalisé par coulée vidangée gravitaire avec alliage AlSi12 (A-S13, température de coulée = 744°C) dans un moule en acier (température initiale de 195°C, poteyage base graphite appliqué sur l’empreinte).

4: cristaux primaires dendritiques riches en aluminium orientés (cristaux colonnaires) à partir de la surface extérieure lisse en raison ici du fort gradient de température dans l’alliage coulé au contact avec le moule. Le fond grisé entre ces cristaux dendritiques correspond au mélange eutectique majoritaire dans ce type d’alliage.

La représente des images d’observation au microscope optique de la surface intérieure cristallographique (indiquée « 1 » sur la micrographie) d’une pièce creuse parallélépipédique (dimensions extérieures = 135x60x35 mm³) moulée par coulée vidangée gravitaire dans un moule en fonte (coquille en fonte grise à graphite lamellaire à température initiale de 450°C et revêtue d’un poteyage conducteur thermique, à base de graphite colloïdal, d’épaisseur environ 0,2 mm) avec alliage AlSi12 (A-S13). Echantillon indiqué A sur figures 15, 16 et 17.

4: cristaux primaires dendritiques riches en aluminium en relief de la surface intérieure suite à la vidange de l’alliage/métal non solidifié. Ces cristaux participent à la topographie de la surface cristallographique intérieure obtenue.

5: cellules eutectiques majoritaires dans ce type d’alliage.

La représente des images d’observation au microscope optique des surfaces intérieures cristallographiques (indiquées « 1 » sur les deux micrographies) de pièces creuses moulées par coulée vidangée gravitaire avec alliage AlSi12 (A-S13).

Micrographie à gauche : coulée dans un moule en fibres minérales isolantes thermiques (à température initiale de 40°C, sans poteyage). Echantillon indiqué B sur figures 15 et 16.

Micrographie à droite : utilisation d’un moule en fonte (fonte grise à graphite lamellaire) à température initiale de 450°C et revêtu d’un poteyage conducteur thermique à base de graphite colloïdal (épaisseur du dépôt d’environ 0,2 mm). Echantillon indiqué A sur figures 15, 16 et 17.

3: cristaux primaires polyédriques riches en silicium participant à la topographie de la surface intérieure.

4: cristaux primaires dendritiques riches en aluminium en relief de la surface intérieure suite à la vidange de l’alliage/métal non solidifié. Ces cristaux participent aussi à la topographie de la surface cristallographique intérieure obtenue.

5: cellules eutectiques majoritaires dans ce type d’alliage (cristaux aciculaires ou lamellaires riches en silicium dans matrice blanche riche en aluminium) formées à la température eutectique de 577°C (température du solidus de l’alliage).

6: forme localement en creux de la surface intérieure. Si cette géométrie très locale présente des contredépouilles, son profil sera alors difficilement captable avec le microscope numérique Keyence utilisé en figures 12, 14 et 15.

La représente une image d’analyse avec microscope numérique Keyence de la topographie de la surface intérieure cristallographique d’un luminaire semi-sphérique (de diamètre 52 cm) moulé par coulée vidangée gravitaire avec alliage AlSi12 (A-S13, température de coulée = 700°C) dans un moule métallique (coquille en alliage AlSi7Mg revêtue de poteyage conducteur à base de graphite, température initiale du moule = 160°C). L’échantillon indiqué « C » en correspond également à la surface intérieure cristallographique de cette même pièce moulée.

Acquisition numérique de la surface :

Surface numérisée = 22,6455 x 17,7492 mm²

Différence d’altitude entre point le plus bas et point le plus haut = 1,233 mm

La représente des images d’analyse avec microscope numérique Keyence de la topographie de la surface intérieure cristallographique d’un luminaire semi-sphérique (de diamètre 52 cm) moulé par coulée vidangée gravitaire avec alliage AlSi12 (A-S13, température de coulée = 700°C) dans un moule métallique (coquille en alliage AlSi7Mg revêtue de poteyage conducteur à base de graphite, température initiale du moule = 160°C). L’échantillon indiqué « C » en correspond également à la surface intérieure cristallographique de cette même pièce moulée.

Analyse de la surface numérisée :

A: vue de dessus de la surface scannée (22,6455 x 17,7492 mm²)

B: image de la surface globale précisant la ligne C1 de profilage 2D de l’échantillon

C1: courbe obtenue de rugosité locale (état de surface), qui permet d’observer : 0,4mm<Rt<0,5mm sur la longueur du profil C1 de 17,74mm.

Analyse de détail (fort grossissement) de la surface numérisée :

Surface locale analysée = 1 x 0,8 mm²

Différence d’altitude entre point le plus bas et point le plus haut = 0,222 mm

Zoom 3 : mise en évidence de deux cristaux primaires polyédriques riches en silicium et d’un nez de cristal primaire dendritique riche en aluminium.

Zoom 5 : mise en évidence des cellules eutectiques majoritaires dans l’alliage AlSi12 (A-S13).

Indication 6 : présence d’une forme localement en contredépouille difficilement numérisable avec le microscope.

La représente une image d’observation au microscope optique de la surface intérieure cristallographique d’une pièce cylindrique (diamètre=205mm, hauteur=180mm) moulée par coulée vidangée gravitaire avec alliage AlSi12 (A-S13) dans un moule en fibres minérales isolantes thermiques (température initiale du moule = 40°C, pas de poteyage). L’échantillon indiqué « B » en figures 15 et 16 correspond également à la surface intérieure cristallographique de cette même pièce moulée.

Mise en évidence de forme en creux présentant localement des contredépouilles, indiquées « 6 » sur la micrographie, difficilement captables par le microscope numérique Keyence.

1: indication de la surface intérieure cristallographique de la pièce moulée.

3: cristal primaire polyédrique riche en silicium

4: bras de cristal primaire dendritique riche en aluminium

5: cellules eutectiques majoritaires dans l’alliage AlSi12 (A-S13)

La représente une image d’analyse avec microscope numérique Keyence de la topographie de la surface intérieure cristallographique d’une pièce parallélépipédique (135x60x35mm³) moulée par coulée vidangée gravitaire avec alliage AlSi12 (A-S13, température de coulée située entre 650 et720 °C) dans un moule en fonte (coquille en fonte grise à graphite lamellaire, d’épaisseur 10 à 20mm, à température initiale de 450°C, et revêtue d’un poteyage conducteur à base de graphite colloïdal d’épaisseur environ 0,2 mm). L’échantillon indiqué « A » en figures 15 et 16 correspond également à la surface intérieure cristallographique de cette même pièce moulée.

Acquisition numérique de la surface :

Surface numérisée = 22,6486 x 9,0376 mm²

Différence d’altitude entre point le plus bas et point le plus haut = 2,4463 mm

La représente des images d’analyse avec microscope numérique Keyence de la topographie de la surface intérieure cristallographique d’une pièce parallélépipédique (135x60x35mm³) moulée par coulée vidangée gravitaire avec alliage AlSi12 (A-S13, température de coulée située entre 650 et720 °C) dans un moule en fonte (coquille en fonte grise à graphite lamellaire, d’épaisseur 10 à 20mm, à température initiale de 450°C, et revêtue d’un poteyage conducteur à base de graphite colloïdal d’épaisseur environ 0,2 mm). L’échantillon indiqué « A » en figures 15 et 16 correspond également à la surface intérieure cristallographique de cette même pièce moulée.

Analyse de la surface numérisée :

A: vue de dessus de la surface scannée (22,6486 x 9,0376 mm²)

C1: courbe obtenue de rugosité locale (état de surface), qui permet d’observer : 1,3mm<Rt<1,4mm sur la longueur du profil C1 d’environ 22mm.

La représente des images d’analyse avec microscope numérique Keyence de la topographie de la surface intérieure cristallographique d’une pièce cylindrique (diamètre extérieur = 205mm, hauteur = 180mm) moulée par coulée vidangée gravitaire avec alliage AlSi12 (A-S13, température de coulée d’environ 700°C) dans un moule en fibres minérales isolantes thermiques (moule à température initiale de 40°C, sans dépôt de poteyage). L’échantillon plat indiqué « B » en figures 15 et 16 correspond également à la surface intérieure cristallographique de cette même pièce moulée.

Acquisition numérique de la surface :

Surface numérisée = 22,6432 x 17,7430 mm²

Différence d’altitude entre point le plus bas et point le plus haut = 1,5616 mm

Analyse de la surface numérisée :

A: vue de dessus de la surface scannée (22,6432 x 17,7430 mm²)

C1: courbe obtenue de rugosité locale (état de surface), qui permet d’observer : 1,20mm<Rt<1,25mm sur la longueur du profil C1 de 21,9mm.

La représente une vue éclatée d’un cadre de vélo électrique réalisable par coulée vidangée.

Confection du cadre de vélo avec alliage d’aluminium coulé vidangé dans un moule métallique.

Utilisation du procédé de coulée vidangée en moulage basse pression pour confectionner le cadre afin de limiter les inclusions de peaux d’oxyde dans la pièce qui abaisseraient alors les performances mécaniques.

Insert de révolution en acier pour l’axe de fourche avant, posé dans le moule à sa fermeture et ensuite noyé dans l’alliage.

Les Figures 36 et 37représente des vues en perspective du cadre de vélo électrique en alliage d’aluminium réalisable par coulée vidangée dans un moule métallique en procédé basse pression.

Attache inférieure pour fixation du moteur électrique et batterie rapportés par la suite, après parachèvement et usinage du cadre.

La représente un schéma de principe du moule basse pression pour coulée vidangée du cadre de vélo (vue en coupe).

Le moule métallique (acier/fonte) est composé de trois parties principales, ainsi que d’un noyau coulissant pour la fourche arrière (tiroir pour démoulage de la forme en contredépouille) et d’une broche de maintien de l’insert acier de fourche avant. La paroi coupée de la pièce creuse moulée est représentée en couleur grisée sur le schéma.

La buse d’injection est située dans la partie basse du moule (partie principale inférieure du moule). Sur la pièce moulée obtenue, le trou d’évacuation de l’alliage non solidifié (trou de vidange) est bouché après les opérations d’usinage.

L’air de l’empreinte est lavé pendant l’injection grâce à des tirages d’air (saignées de 0,2 mm de profondeur aménagées aux plans d’assemblage des différentes parties de moule), voire des filtres métalliques à air incrustés dans le moule (goupilles de tirage d’air, etc.).

Le procédé de basse pression permet le remplissage et la vidange de l’empreinte pièce avec des vitesses contrôlées, ainsi que l’emploi d’une atmosphère non oxydante pour l’alliage d’aluminium (gaz azote par exemple, évitant les inclusions de peaux d’oxyde).

La représente une vue extérieure et différentes sections du moule basse pression pour la coulée vidangée du cadre de vélo.

La représente une vue éclatée en perspective du moule basse pression et du cadre moulé de vélo par coulée vidangée.

4001: insert en acier pour palier de fourche avant (axe inséré lors de la coulée)

4002: pion de positionnement entre parties principales du moule

4003: tiroir, noyau métallique moulant le milieu de la fourche arrière (forme en contredépouille)

4004: chape supérieure droite du moule

4005: cadre brut de vélo obtenu par la coulée vidangée

4006: broche de positionnement et de maintien de l’insert en acier pour le palier de fourche avant

4007: buse d’injection, connectée à l’extrémité haute du tube plongeur dans le creuset du four de basse pression

4008: plaque d’extraction du tiroir

4009: butée de course pour guidage du tiroir

4010: chape supérieure gauche du moule

4011: vis de fixation de la butée de course dans le guidage du tiroir

4012: semelle, partie inférieure du moule montée au-dessus ou sur le côté du four basse pression

EXEMPLES

Exemple 1 . Procédure générale de la fusion de la matière métallique

La charge (lingots et/ou pièces recyclées) a été fondue dans un four de fusion électrique ou à combustible. Le four utilisé correspond à un four classique de fonderie. Le bain fondu a été porté puis maintenu à une température supérieure au liquidus de l’alliage d’une valeur dite de surchauffe plus une valeur estimée de perte de température liée au transvasement dans la louche/poche de coulée. La surchauffe au-dessus du liquidus retenue a été comprise entre 0 et 200°C.

Pour de la production en série, la capacité du four de maintien et de puisage doit être assez grande vis-à-vis de l’empreinte du moule afin de ne pas trop refroidir le bain dans le four lors du transvasement des vidanges du moule.

Exemple 2. Préparation du moule

En parallèle de la fusion de l’alliage selon l’exemple 1, le moule a été préparé.

Le moule métallique a été préchauffé avant la première coulée, à une température approximative de 350°C pour la coulée des alliages d’aluminium. Pour mettre le moule à température, des bruleurs à gaz ou des dispositifs électriques de chauffe ont été utilisés.

Les empreintes des moules métalliques ont été revêtues d’une fine couche de poteyage, d’une épaisseur de 0,2 à 0,5 mm.

Dans le cas d’un moule en sable, aucun préchauffage n’a été mis en œuvre.

Exemple 3. Remplissage du moule

Le moule a été rempli de métal en fusion lorsque la température du métal ou de l’alliage métallique a été stabilisée dans le four de fusion-maintien (exemple 1), et lorsque la température initiale du moule préchauffé pour le début de cycle a été atteinte (exemple 2).

Exemple 4. Vidange du moule

Le moule a été vidangé du métal en fusion résiduel lorsque la coque solidifiée a été formée contre la paroi intérieure du moule. La durée du séjour du métal en fusion dans le moule dépend de l’épaisseur de la coque souhaitée.

Exemple 5. Fabrication d’une pièce creuse par un procédé de moulage en sable

Un modèle en bois a été réalisé, afin de confectionner un moule en sable (Figure 5A). Après la fabrication du moule en sable, l’alliage d’aluminium AlSi12 a été fondu et porté à une température d’environ 700°C, soit 40°C environ au-dessus de la température souhaitée de coulée. Le métal en fusion a été transvasé dans une poche de coulée à l’aide d’une grosse louche, afin de pouvoir apporter le métal jusqu’au moule grâce à un brancard. La température de l’aluminium était d’environ 660°C lors de la coulée dans le moule en sable (moule non chauffé, à température ambiante, environ 20°C). Le temps de remplissage était de moins de 10 secondes, suivi par un temps de maintien du métal en fusion dans le moule d’environ 2 minutes.

Pendant le temps de maintien du métal en fusion dans le moule, la surface supérieure du bain métallique en contact avec l’air a été écrémée, ceci afin de retirer les peaux d’oxyde épaisses (flottantes et issues du remplissage). Une poche de coulée était installée sous le moule, afin de pouvoir recueillir le métal encore en fusion lors de la vidange. Une fois le temps de 2 minutes environ écoulé, la trappe isolante située sous le moule a été ouverte, permettant ainsi la vidange du bain de métal encore liquide dans la poche. Malgré la matière isolante de la trappe, une peau de métal solidifiée a pu se former contre, nécessitant éventuellement une intervention (e.g. avec une pointe métallique) pour percer cette peau. Après un temps de vidange de moins de 10 secondes, l’alliage d’aluminium en fusion recueilli dans la poche sous le moule a été transporté puis reversé dans le creuset du four. Après refroidissement de la coque solidifiée, le moule en sable a été décoché afin de récupérer la pièce. Celle-ci comporte une surface extérieure complémentaire à l’empreinte du moule (Figure 6B) et une surface intérieure cristallographique, résultant du mode naturel de solidification du métal/alliage utilisé (Figure 6C).

Exemple 6. Fabrication en série de multiples pièces

Une fabrication en série de plusieurs pièces a été réalisée comme schématisée dans la .

Un moule métallique en alliage d’aluminium AlSi7Mg a été réalisé par moulage au sable et par usinage. Cette coquille a été installée sur un banc d’essai, châssis mécano-soudé en partie articulé pour permettre la rotation du moule afin de démouler la pièce produite. Ce banc dispose de brûleurs, situés sous le moule, afin de chauffer (voire de maintenir) l’empreinte à la température souhaitée avant la coulée du métal. Le moule a été surélevé pour accueillir une poche de coulée, située en dessous du moule, le tout reposant sur un lit de sable pour des questions de sécurité.

Avant la première coulée, l’alliage d’aluminium (AlSi12) a été fondu dans le creuset du four et porté à une température comprise de 750°C à 790°C, soit environ 50°C au-dessus de la température souhaitée de coulée. Pendant ce temps, la coquille métallique moulante a été sablée, installée sur le banc d’essai, chauffée par des brûleurs à gaz, et poteyée. Pour la coulée, le moule a été porté à une température comprise de 164°C à 243°C. De la même manière, la quenouille (tube d’acier revêtu de poteyage isolant) a été chauffée à une température nettement supérieure à la température du liquidus de l’alliage, afin que le métal en fusion ne puisse pas se solidifier à son contact. Une fois la température souhaitée du métal en fusion atteinte dans le four, la poche de coulée a été remplie, puis apportée proche du moule grâce à un brancard. La température du métal en fusion dans la poche était alors d’environ 720°C juste avant la coulée. Cette poche fut rapidement déversée dans le moule, environ 17 secondes. Puis le temps de maintien du métal/alliage en fusion dans le moule métallique a été d’environ 14 secondes(selon différents essais, ce temps peut varier de 14 secondes à 1 minute). Ensuite la quenouille qui obstruait l’orifice du moule a été retirée, permettant de vidanger le métal encore en fusion dans le moule, afin de déverser celui-ci dans la poche de coulée située en dessous (Figure 1B). Cette poche a alors été retirée et transportée avec un brancard jusqu’au creuset du four. La température de l’alliage d’aluminium juste avant son transvasement dans le four était comprise de 577°C à 588°C. Enfin, pour démouler la pièce, une grille métallique a été installée au-dessus du moule ; puis le moule et son support ont été pivotés à 180°C afin de permettre le démoulage de la pièce chaude produite sans la déformer (Figures 4C, 6B et 6C). La pièce déposée sur la grille a été déplacée ailleurs dans l’atelier pour son refroidissement. La coque en métal solidifiée, ainsi produite, présente une surface extérieure complémentaire à l’empreinte du moule (Figure 6B) et une surface intérieure cristallographique, résultant du mode naturel de solidification du métal/alliage utilisé (Figure 6C).

Le procédé peut être répété pour produire des pièces successives. Les coulées successives aident ainsi à entretenir la température du moule.

Exemple 7. Fabrication d’une pièce parallélépipédique par un procédé de coulée vidangée gravitaire dans un moule en fonte

Un moule en fonte a été réalisé à partir de fonte grise à graphite lamellaire pour atteindre une épaisseur de moule de 10 à 20 mm et permettre la fabrication d’une pièce parallélépipédique de dimension 135x60x35mm³. Le moule en fonte a été chauffé à 450°C et revêtu d’un poteyage conducteur à base de graphite colloïdal sur une épaisseur d’environ 0,2 mm. L’alliage d’aluminium AlSi12 a été fondu et porté à température comprise entre 650°C et 720°C. L’alliage d’aluminium en fusion (entre 650 et 720°C) a été coulé par gravité dans le moule en fonte (moule à 450°C). Le temps de remplissage du moule était de l’ordre de 1 à 3 secondes, suivi par un temps de maintien de l’alliage liquide dans l’empreinte entre 5 et 60 secondes. L’excédent d’alliage liquide a été vidangé en 1 à 2 secondes pour obtenir une épaisseur minimaleed’environ 1,5 mm. Après solidification, la pièce parallélépipédique est démoulée. Celle-ci comporte une surface extérieure complémentaire à l’empreinte du moule ( pièce A surface A2) et une surface intérieure cristallographique ( pièce A, pièce A, pièce A surface A1) résultant du mode naturel de solidification de l’alliage utilisé comprenant des reliefs correspondant aux cristaux métallurgiques ( pièce A surface A1, , , ).

Exemple 8. Fabrication d’une pièce cylindrique par un procédé de coulée vidangée gravitaire dans un moule en fibres minérales isolantes thermiques

Un moule en fibres minérales isolantes thermiques a été réalisé pour permettre la fabrication d’une pièce cylindrique de diamètre 205 mm et de hauteur 180 mm. L’alliage d’aluminium AlSi12 a été fondu et porté à température supérieure à plus de 700°C. L’alliage d’aluminium en fusion (à environ 700°C) a été coulé par gravité dans le moule en fibres minérales isolantes thermiques (moule à 40°C) sans poteyage. Après un temps de quelques secondes à quelques minutes dans le moule, l’alliage non solidifié encore liquide a été vidangé. Après solidification complète, la pièce cylindrique est démoulée. Celle-ci comporte une surface extérieure complémentaire à l’empreinte du moule et une surface intérieure cristallographique ( pièce B, pièce B) résultant du mode naturel de solidification de l’alliage utilisé comprenant des reliefs correspondant aux cristaux métallurgiques, ( , , ).

Exemple 9. Fabrication d’un luminaire semi-sphérique par un procédé de coulée vidangée gravitaire dans un moule en alliage d’aluminium AlSi7Mg

Un moule a été réalisé en alliage en aluminium AlSi7Mg d’épaisseur 35 mm afin de permettre la fabrication d’un luminaire semi-sphérique de diamètre 52 cm. Le moule en aluminium a été chauffé à une température supérieure à 160°C et revêtu d’un poteyage conducteur à base de graphite sur une épaisseur d’environ 0,2 mm. L’alliage d’aluminium AlSi12 a été fondu et porté à température supérieure à 700°C. L’alliage d’aluminium en fusion (environ 700°C) a été coulé par gravité dans le moule en aluminium (moule à 160°C). Le temps de remplissage du moule était de 10 secondes, suivi par un temps de maintien de l’alliage liquide dans le moule de 19 secondes. L’excédent d’alliage liquide non solidifié a été vidangé en 11 secondes. Après solidification complète, la pièce semi-sphérique est démoulée. Celle-ci comporte une surface extérieure complémentaire à l’empreinte du moule et une surface intérieure cristallographique résultant du mode naturel de solidification de l’alliage utilisé. Un échantillon du luminaire semi-sphérique a été découpé pour visualiser la surface extérieure complémentaire à l’empreinte du moule ( pièce C, pièce C surface C2) et la surface intérieure cristallographique ( pièce C, pièce C surface C1) comprenant des reliefs correspondant aux cristaux métallurgiques ( , , ).

Exemple 10. Fabrication d’un échangeur thermique tubulaire obtenue par un procédé de coulée vidangée gravitaire avec un moule en acier

Un moule a été réalisé en d’acier pour permettre la fabrication d’un échangeur thermique tubulaire dont le tube a un diamètre extérieur de 22 mm, une longueur de 360 mm et une épaisseur minimaleede 1,6 mm. Ce moule a été installé sur un banc d’essai de coulée vidangée pour tube d’échangeur ( ). Ce banc dispose d’une poche de réception placée sous le moule, afin de récupérer l’alliage coulé encore liquide après vidange qui sera retransvasé dans le four de fusion-maintien.

Avant la coulée, le moule en acier a été préchauffé à plus de 195°C. L’alliage d’aluminium AlSi12 a été fondu pour atteindre une température de 744°C et a été coulé grâce à l’entonnoir dans le moule en acier (moule à 195°C). Ensuite la trappe de vidange a été ouverte permettant de vidanger par gravité l’alliage d’aluminium non solidifié et donc encore liquide dans le moule. Après solidification, l’échangeur thermique tubulaire est démoulé. Celui-ci comporte une surface extérieure relativement lisse complémentaire à l’empreinte du moule et une surface intérieure cristallographique avec une rugosité faible due au fort gradient de température lors de la coulée. Un échantillon de l’échangeur thermique tubulaire a été découpé pour visualiser la surface extérieure complémentaire à l’empreinte du moule ( pièce D surface D2, surface D2, ) et la surface intérieure cristallographique ( pièce D surface D1, pièce D surface D1).

Claims

Pièce métallique creuse monocoque moulée comprenant :
- une surface extérieure comprenant des grains métallurgiques contraints par la surface du moule dans lequel la pièce a été moulée,
- une surface intérieure cristallographique,
ladite pièce métallique étant constituée d’un métal ou d’un alliage ayant un point de fusion supérieur à 180°C, en particulier supérieur à 320°C,
dans laquelle la topographie de ladite surface intérieure cristallographique comprend des reliefs correspondant aux cristaux métallurgiques, en particulier des reliefs correspondant aux cristaux dendritiques notamment primaires et/ou aux cristaux polyédriques notamment primaires et/ou aux cellules eutectiques,
dans laquelle ladite pièce comprend
- une épaisseure, définie par la distance minimale entre ladite surface extérieure et ladite surface intérieure, de valeur moyenne allant de 0,2 mm à 10,0 mm, en particulier de 0,5 à 5,0 mm
- une cote Rt, définie par la différence entre la valeur de l’épaisseur EM et celle de l’épaisseure, l’épaisseur EM étant définie comme la distance entre le point de la surface intérieure le plus éloigné de la surface extérieure et sa projection orthogonale sur la surface extérieure.
Pièce métallique creuse monocoque moulée en l’absence de noyau et comprenant :
- une surface extérieure comprenant des grains métallurgiques contraints par la surface du moule dans lequel la pièce a été moulée,
- une surface intérieure cristallographique,
ladite pièce métallique étant constituée d’un métal ou d’un alliage ayant un point de fusion supérieur à 180°C, en particulier supérieur à 320°C,
dans laquelle la topographie de ladite surface intérieure cristallographique comprend des reliefs correspondant aux cristaux métallurgiques, en particulier des reliefs correspondant aux cristaux dendritiques notamment primaires et/ou aux cristaux polyédriques notamment primaires et/ou aux cellules eutectiques,
dans laquelle ladite pièce comprend
- une épaisseure, définie par la distance minimale entre ladite surface extérieure et ladite surface intérieure, de valeur moyenne allant de 0,2 mm à 10,0 mm, en particulier de 0,5 à 5,0 mm
- une cote Rt, définie par la différence entre la valeur de l’épaisseur EM et celle de l’épaisseure, l’épaisseur EM étant définie comme la distance entre le point de la surface intérieure le plus éloigné de la surface extérieure et sa projection orthogonale sur la surface extérieure.
Pièce métallique selon l’une des revendications 1 ou 2,
ladite pièce étant constituée de domaines distincts de formes géométriques différentes ou relatifs à une fonctionnalité différente de la pièce,
chaque domaine de la pièce présentant une épaisseuredans ledit domaine, lesdites épaisseurs moyennesedesdits domaines étant identiques ou différentes entre elles et ayant chacune une valeur dans la gamme de 0,2 mm à 10,0 mm ,en particulier de 0,5 à 5,0 mm.
Pièce métallique selon la revendication 3, dans laquelle tous les domaines présentent la même valeur moyenne d’épaisseure.
Pièce métallique selon la revendication 3, dans laquelle au moins deux domaines présentent des valeurs moyennes d’épaisseuredifférentes.
Pièce métallique selon l’une des revendications 1 à 5, dans laquelle ladite pièce est une pièce fonctionnelle mécanique ou fluidique, la valeur moyenne de l’épaisseureallant de 0,5 à 10,0 mm.
Pièce métallique creuse selon l’une des revendications 1 à 6, dans laquelle ladite pièce métallique creuse comprend en relief sur sa surface intérieure cristallographique des structures choisies parmi des structures dendritiques, colonnaires et/ou équiaxes et des structures de facettes eutectiques ou un mélange ou une association de ces structures.
Pièce métallique creuse selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, dans laquelle la taille des grains métallurgiques de la surface extérieure est inférieure à celle des cristaux métallurgiques de la surface intérieure cristallographique.
Pièce métallique creuse selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, ledit métal ou alliage étant choisi parmi :
l’aluminium (Al), le plomb (Pb), l’étain (Sn), le cuivre (Cu), le zinc (Zn), le fer (Fe), le nickel (Ni) et le magnésium (Mg),
AlSi12, ZnAl5, AlCu33, AlMg32, MgZn37, CuMn37, CuSi16, SnPb38, de la fonte eutectique,
en particulier l’aluminium et les alliages d’aluminium et de silicium.
Assemblage comprenant un, deux ou plusieurs pièces métalliques creuses selon l’une quelconque des revendications 1 à 9.
Procédé de fabrication d’une pièce métallique creuse selon l’une quelconque des revendications 1 à 9,
ledit procédé comprenant au moins les étapes suivantes :
uneétape 1d’injection d’une masse liquide de métal fondu dans un moule, depuis un contenant comprenant ledit métal fondu, pour obtenir un moule comprenant du métal fondu ;

uneétape 2de solidification partielle dudit métal fondu au sein du moule pendant un temps suffisant pour former une coque métallique solidifiée en contact avec les parois du moule présentant une température inférieure à la température dusolidusdudit métal fondu, et maintenir en phase liquide la partie restante de la masse liquide initiale dudit métal fondu contenue à l’intérieur de la coque métallique solidifiée, pour obtenir une partie solide constituée de la coque métallique solidifiée, et une phase liquide constituée de la partie restante de la masse liquide initiale dudit métal fondu ;

uneétape 3de soustraction de la susdite phase liquide, ladite étape de soustraction étant effectuée sans basculement du moule ; et

uneétape 4de récupération de la pièce métallique creuse sous forme de coque métallique solidifiée,
dans lequel le métal a un point de fusion supérieur à 180°C, en particulier supérieur à 320°C, et dans lequel la pièce métallique creuse est formée en absence de noyau.
Procédé de fabrication selon la revendication 11, dans lequel dans l’étape 1 d’injection :
la température de la surface de l’empreinte dudit moule de ladite pièce est contrôlée
et/ou la température dans l’épaisseur du moule au voisinage de l’empreinte est contrôlée
et/ou la température initiale du métal coulé est contrôlée
et/ou le temps et la vitesse de remplissage du moule sont contrôlés
et/ou les échanges thermiques entre le susdit métal fondu et la surface de l’empreinte dudit moule sont contrôlés
et/ou la pression métallostatique du susdit métal fondu et sur la surface de l’empreinte dudit moule est contrôlée
afin de contrôler l'épaisseurede la pièce.
Procédé de fabrication selon l’une des revendications 11 ou 12, ledit procédé ayant une mise au mille de 1 :1 à 1,2 :1, de préférence d’environ 1:1, en particulier de 1:1.
Procédé de fabrication selon la revendication 11 à 13, dans lequel l’étape 1 d’injection est effectuée par gravité, ladite étape 1 d’injection étant effectuée par versement du métal liquide par une ouverture dans la partie haute du moule.
Procédé de fabrication selon l’une quelconque des revendications 11 à 14, dans lequel l’étape 1 d’injection est effectuée par injection avec un procédé de basse pression, ladite étape 1 d’injection étant effectuée par application d’une pression de gaz dans le contenant comprenant le métal liquide, permettant de pousser ledit métal liquide dans le moule, à travers un orifice situé dans le bas dudit moule.
Procédé de fabrication selon l’une quelconque des revendications 11 à 15, dans lequel l’étape 1 d’injection est effectuée par injection sous pression, ladite étape 1 d’injection étant effectuée par injection du métal liquide à l’aide d’un piston ou d’un gaz.
Procédé de fabrication selon l’une quelconque des revendications 11 à 16, dans lequel l’étape 4 de démoulage est effectué par retournement du moule.
Procédé de fabrication selon l’une quelconque des revendications 11 à 17, dans lequel le moule présente une ouverture dans le bas du moule, laquelle ouverture est obstruée, lors de l’étape 1 d’injection et lors de l’étape 2 de solidification, par un dispositif de fermeture, notamment un bouchon, une quenouille ou une trappe, l’étape 3 de soustraction étant initié par une libération de ladite ouverture, par enlèvement dudit dispositif de fermeture.
Procédé de fabrication selon l’une quelconque des revendications 11 à 18,
dans lequel le moule présente des moyens d’appel d’air ou de gaz dans le haut du moule, lesdits moyens d’appel d’air ou de gaz étant fermés lors de l’étape 1 d’injection et lors de l’étape 2 de solidification,
dans lequel l’étape 3 de soustraction est favorisée ou rendue possible par l’ouverture desdits moyens d’appel d’air ou de gaz entrainant un appel d’air ou de gaz, notamment d’azote ou d’argon, sous pression, en particulier à une pression égale ou supérieure à la pression atmosphérique.
Procédé de fabrication en série d’au moins deux pièces métalliques selon l’une quelconque des revendications 1 à 9, ledit procédé comprenant au moins :
la fabrication d’une première pièce métallique selon le procédé de fabrication selon l’une quelconque des revendications 11 à 19, et

la fabrication d’une deuxième pièce métallique, selon le procédé de fabrication selon l’une quelconque des revendications 11 à 19, dans lequel le métal utilisé versé dans l’étape 1 de versement est le métal soustrait lors de l’étape 3 de soustraction de la fabrication de la première pièce.
Pièce métallique creuse susceptible d’être obtenue par le procédé selon l’une quelconque des revendications 11 à 19.
Dispositif comprenant en association la pièce métallique creuse selon l’une des revendications 1 à 9 et 21 et le moule utilisé pour le moulage de ladite pièce métallique creuse.