FR3143393A1 - METHOD FOR MANUFACTURING HOLLOW METAL PARTS BY MOLDING, WITHOUT CORE - Google Patents
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Abstract
TITRE : PROCEDE DE FABRICATION PAR MOULAGE, SANS NOYAU, DE PIECES METALLIQUES CREUSES DOMAINE DE L’INVENTION 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) . TITLE: METHOD FOR MANUFACTURING HOLLOW METAL PARTS BY MOLDING, WITHOUT CORE FIELD OF INVENTION The present invention relates to a method of manufacturing hollow metal parts by molding, without a core. The invention also relates to metal parts obtained according to the process of the invention. (Figure 1) .
Description
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.The present invention relates to a method of manufacturing by coreless casting of hollow metal parts. The invention also relates to metal parts obtained according to the method of the invention.
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.Foundry covers the processes of forming metals, in pure state or in alloy form, involving a mold into which molten metal is poured to give, after solidification, a metal part. A multitude of processes have been developed over the last few centuries, capable of producing very diverse metal parts.
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.Hollow metal parts with a thin shell, for example less than 2 mm, are in particular demand. These parts have a lower weight than a solid part with identical external dimensions and metal, or a hollow part with a thicker shell. In particular, there is a real need to be able to have parts with a thin thickness that is homogeneous, variable and scalable.
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.Patent FR 2 646 824 B1, for example, discloses the manufacture of a hollow motorcycle chassis in one piece. The method uses a core to achieve the hollow character of the part. However, the use of a core, which must be designed and manufactured beforehand, is restrictive.
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.One method of making hollow metal parts without using a core is to pour molten metal into a mold. A skin of solidified metal forms on the surface of the mold within seconds, and then the mold is tilted to remove excess liquid metal.
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.In this process, called " reverse casting ", the fact of hollowing out the mold by tilting results in the metal remaining in contact longer with one part of the mold, namely the part onto which the metal flows after tilting, which leads to an asymmetrical shell, thicker on one side compared to the other side.
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, (< 2 mm) en particulier comprise entre 0,2 mm et 2 mm, , et fait d’un métal ou alliage ayant point de fusion supérieur à 180°C.Existing processes do not satisfy the need to provide coreless manufacturing processes by casting of hollow metal parts having a shell of controlled low thickness (< 2 mm) in particular between 0.2 mm and 2 mm, and made of a metal or alloy having a melting point above 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.There is therefore a need to provide new processes enabling the manufacturing by casting of parts which cannot be obtained by existing casting processes.
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,i.e.inférieure à 2 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.In this context, a first aim of the invention is to provide a method for manufacturing by molding, without cores, hollow metal parts having a thin shell, i.e. less than 2 mm and greater than 0.2 mm. A second aim of the invention is to provide a method for manufacturing by molding metal parts, making it possible to control the shell thickness of the part to be formed. Another aim of the invention is to be able to implement the method with metals or metal alloys with a melting point greater than 180°C, in particular greater than 320°C. Another aim of the invention is to provide new hollow metal parts.
Unpremier 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,
- a step 1 of injecting an initial liquid mass of molten metal into a mold, from a container comprising said molten metal, to obtain a mold comprising molten metal;
- a step 2 of partial solidification of said molten metal within the mold for a time sufficient to form a solidified metal shell in contact with the walls of the mold having a temperature lower than the solidus temperature of said molten metal, and maintaining in liquid phase the remaining part of the initial liquid mass of said molten metal contained inside the solidified metal shell, to obtain a solid part consisting of the solidified metal shell, and a liquid phase consisting of the remaining part of the initial liquid mass of said molten metal;
- a step 3 of subtraction of the above-mentioned liquid phase, said subtraction step being carried out without tilting the mold; and
- a step 4 of recovery of the hollow metal part in the form of a solidified metal shell,
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,wherein the metal has a melting point above 180°C, in particular above 320°C, and wherein the hollow metal part is formed in the absence of a core,
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.said method having a thousandth ratio of 1:1 to 1.2:1, preferably about 1:1, in particular 1:1.
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.When implementing the method of the invention, a molten metal, in the liquid state, is injected into a mold. During its stay in the mold, a portion of the initially molten metal solidifies against the inner wall of the mold, or the imprint, to form a solidified metal shell. This solidified shell is delimited on the outside by the mold, and on the inside by liquid metal, not yet solidified.
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.The mold is then emptied of the still liquid metal, i.e. not yet solidified, which is inside the shell, thus forming a hollow metal part.
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 2 mm et supérieure à 0,2 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.The inventors have found that the method according to the invention allows the manufacture of a wide variety of hollow parts, including for example parts having a thin shell, i.e. less than 2 mm and greater than 0.2 mm. Thanks to emptying without tilting the mold, the method is not dependent on unwanted solidification of the metal, said solidification being completely controlled.
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.By " hollow metal part " is meant a metal part in the form of a shell which surrounds, or partially surrounds, an empty part. As an example, among the parts in the form of a shell which partially surrounds an empty part, we can cite parts such as cups, bowls, bowls and bottles.
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.By " partial solidification of the molten metal " is meant that the solidification is sufficient to form the solid shell, while leaving a portion of the metal in a liquid state to allow the hollow portion of the part to be obtained after removal, or draining, of said metal in a liquid state.
Par« partie solide »on entend une phase solide au sens métallurgique ou thermodynamique. Ainsi la partie solide peut être composée de plusieurs phases solides, ce qui est le cas par exemples des alliages Al-Si.By "solid part" we mean a solid phase in the metallurgical or thermodynamic sense. Thus the solid part can be composed of several solid phases, which is the case for example of Al-Si alloys.
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.By " without tilting the mold " it is meant that the removal of the still liquid metal is done without tilting ( i.e. without rotation around an axis) of the mold, which is usual in a " reverse casting " process. To do this, the mold is emptied using techniques set out below. That being said, it is understood that the absence of tilting of the mold does not prevent the entire mold from being able to be translated above an oven or a ladle in order to receive the emptying.
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).For the purposes of the present invention, the term " metal " means either a single metal or a metal alloy comprising said metal. Among these metal alloys, mention may be made of a eutectic or near-eutectic alloy, otherwise an alloy with a low solidification range ( i.e. with very close liquidus and solidus temperatures).
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%.A " single metal " is a metal that is not mixed with another element, such as another metal. This is a so-called " pure " metal, having a purity greater than 98%, in particular greater than 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).Among the (pure) metals which can be used in the part and the method of the invention, we can cite, by way of example: aluminum (Al), lead (Pb), tin (Sn), copper (Cu), zinc (Zn), iron (Fe), nickel (Ni) and magnesium (Mg).
Parmi les alliages eutectiques utilisables dans la pièce et le procédé de l’invention on peut citer, à titre d’exemple : AlSi12, ZnAl5, AlCu33, AlMg32, MgZn37, CuMn37, CuSi16, SnPb38, de la fonte eutectique.Among the eutectic alloys which can be used in the part and the method of the invention, we can cite, for example: AlSi12, ZnAl5, AlCu33, AlMg32, MgZn37, CuMn37, CuSi16, SnPb38, eutectic cast iron.
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.Among the alloys with a low solidification interval which can be used in the part and the method of the invention, we can cite, for example: AlSi10, AlSi2, cast iron relatively close to the Fe-C eutectic, or steel with a very low solidification interval.
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.By " a melting point above 180°C " is meant in particular a melting point above 200°C, above 320°C, above 500°C and in particular above 660°C. The melting point is in particular between 180°C and 1750°C. By " from 180°C to 1750°C " we also mean the following ranges: from 200°C to 1750°C, from 320°C to 1750°C, from 400°C to 1750°C, from 500°C to 1750°C, from 600°C to 1750°C, from 660°C to 1750°C, from 700°C to 1750°C, from 800°C to 1750°C, from 900°C to 1750°C, from 1000°C to 1750°C, from 1100°C to 1750°C, from 1200°C to 1750°C, from 1300°C to 1750°C, from 1400°C to 1750°C, 1500°C to 1750°C, 180°C to 1600°C, 180°C to 1400°C, 180°C to 1200°C, 180°C to 1000°C, 180°C to 800°C, 200°C to 1600°C, 200°C to 1400°C, 200°C to 1200°C, 200°C to 1000°C, 200°C to 800°C, 320°C to 1600°C, 320°C to 1400°C, 320°C to 1200°C, 320°C at 1000°C, from 320°C to 800°C, from 500°C to 1400°C, from 500°C to 1200°C, from 500°C to 1000°C, from 500°C to 800°C, from 660°C to 1400°C, from 660°C to 1200°C, from 660°C to 1000°C, from 660°C to 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».It is understood that the melting point may correspond to the melting point of a pure metal, or to the liquidus of an alloy. In the foregoing and following, the expression " melting point " refers to both pure metals and alloys; in which case it is understood to mean " the 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.In general, in foundry, the " milking ratio " refers to the ratio of the mass of the casting cluster to the mass of the finished raw part. The casting cluster corresponds to the part taken out of the mold with all of its adhering casting devices (filling system, feeder, vents, flashes). The milking ratio is therefore often greater than 1, and rarely equal to 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.In the case of the present process, the ratio that is obtained is 1:1, or close to 1:1, which is exceptional compared to conventional foundry processes. Indeed, the process makes it possible to obtain a raw part at the exit of the mold without or almost without adhering casting artifice, thus eliminating or greatly limiting the finishing. This is made possible because the volume of liquid metal initially injected into the mold is not completely solidified.
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 ».By “ close to 1:1 ” we mean 1:1 to 1.2:1. The following ranges are also understood to mean " 1:1 to 1.01:1", "1:1 to 1.02:1", "1:1 to 1.03:1", "1:1 to 1.04:1", "1:1 to 1.05:1", "1:1 to 1.06:1", "1:1 to 1.07:1", "1:1 to 1.08:1", "1:1 to 1.09:1", "1:1 to 1.10:1", "1:1 to 1.11:1", "1:1 to 1.12:1", "1:1 to 1.13:1", "1:1 to 1.14:1", "1:1 to 1.15:1", "1:1 to 1.16:1". 1.16:1", "1:1 to 1.17:1", "1:1 to 1.18:1", "1:1 to 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. Step 1 of injecting a liquid mass of molten metal into a mold can be carried out using several techniques. Injection can be carried out by gravity, using a manual or automatic bucket, or even a transfer chute. Injection of the molten metal into the impression can also be carried out via an injection nozzle or a sleeve with an injection piston; the process is then suitable for molding with a low-pressure machine or a pressure injection press, particularly with a hot chamber.
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.Solidification step 2 forms a shell, or skin, of metal, solidified against the inner wall of the mold. The holding time of the molten metal in the mold depends on several parameters, including for example the difference in materials and initial temperatures between the mold and the molten metal. The holding time also depends on the thickness of the shell to be manufactured. In general, a time of a few seconds to a few minutes is sufficient to obtain a thin shell , i.e. less than 2 mm and greater than 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. Step 3 of subtraction can be carried out by gravity; the liquid metal exits through an opening in the bottom of the mold, initially obstructed by a stopper, a plug, a hatch, or other heating or thermally insulating device, or other device ( eg induction system). It can also be facilitated by the thrust of a pressurized gas in the upper part of the mold.
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. Step 4 of recovering the hollow metal part can be carried out by known demolding methods. Demolding can for example be carried out by turning the mold over. Beforehand, a grid can be placed on top of the mold to prevent the part from falling out of the mold, breaking or deforming. After turning the mold over, the ejected part is then on said grid.
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.According to a particular embodiment, the invention relates to a manufacturing method as defined above for the production of a hollow metal part having a thickness of 0.2 mm to 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,According to a particular embodiment, the invention relates to a manufacturing method as defined above for the production of a hollow metal part consisting of a metal shell which partially or completely surrounds an empty part,
dans laquelle la dite coque métallique a :
- une surface extérieure lisse,
- une surface intérieure cristallographique.
- a smooth exterior surface,
- a crystallographic interior surface.
Ainsi, le procédé selon l’invention peut être mis en œuvre de différentes façons :Thus, the method according to the invention can be implemented in different ways:
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.In the case of pouring liquid metal by gravity, a fixed mold must have at least one upper inlet to receive the metal and a lower outlet to evacuate the excess alloy still liquid after formation of a solidified skin. It is therefore open on the upper part of the mold to ensure its filling, and it has at least one orifice in the lower part of the mold, plugged by a stopper, a stopper rod or other sealing system which can be opened when emptying the mold.
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.Typically, the drain hole plug is preheated and/or made of thermally insulating materials. Below the mold, a ladle or furnace collects excess molten alloy.
Le procédé de moulage par gravité est illustré par la
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.During the short filling and emptying phases, the liquid alloy present in the impression solidifies against the walls of the mold. This can lead to variations in the thickness of the solidified shell in places; in particular, the solidified thickness is often thinner at the top of the mold and thicker in the lower part of the mold. To best manage the thickness of the solidified shell, several process parameters can be used: the thickness of the mold (especially with a metal mold), the introduction of coolers (in steel or cast iron, or silicon carbide, or graphite for example) in a sand mold or cooling devices in a metal mold, the preheating or non-uniform heating of the metal mold (generally the mold temperature is warmer in the lower part), the use of different coatings on the impression of the metal mold (insulating and conductive coatings), the use of different sands (more or less thermally conductive) and/or additives in the composition of the sand mold.
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.In most cases, the position of the drain hole corresponds to the lowest part of the part in the mold. Generally, this hole is located under the mold; but in some cases it can be located on a low side of the mold. For certain particular part geometries, it may be possible to associate a slight inclination of the mold during draining to best facilitate the total evacuation of the residual liquid metal bath still present in the impression.
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.Low pressure is a technical device consisting of bringing an inert gas for the metal such as nitrogen, argon or other, into the hermetic chamber of the furnace containing the molten metal. The pressure of the gas on the surface of the bath allows the molten metal to rise into an injection nozzle which feeds the mold cavity. In general, the mold is placed above the low pressure furnace and the metal enters the cavity from its lower part or from one side.
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).In the case of low-pressure casting, the mold is equipped with an inlet at the bottom of the mold for injecting the metal. This inlet also serves as a drain for excess metal, which returns directly to the furnace via the injection nozzle. An air intake device, or other gas, can be installed to facilitate the evacuation of the molten metal. Once the mold and metal temperatures are operational, the molten material is injected through the bottom of the mold, then pressurized during solidification, under a controlled atmosphere (nitrogen, argon or other).
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.This technique makes it possible to control the speed of filling and emptying of the mold, and thanks to the neutral gas limits the formation of oxide skins with oxidizable metals, including for example alumina with aluminum alloys.
Ce mode de réalisation du procédé de l’invention est illustré par les Figures 2 et 3.This embodiment of the method of the invention is illustrated by Figures 2 and 3.
3- Procédé de moulage par injection sous pression3- Pressure injection molding process
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 de 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.In the case of die casting, the mold has an inlet, which can also act as an outlet. An air or neutral gas intake device to facilitate the evacuation of the liquid metal can also be installed. Furthermore, the metal inlet pipe into the cavity can be separate from the drain pipe. Once the mold and metal temperatures are operational, the molten metal is injected by a piston or gas into the mold, under pressure (from 5 to 5,000 bars). Injection can also be done under a controlled atmosphere of neutral gas (nitrogen, argon or other). The die injection molding process is very compatible with so-called hot chamber die injection systems, where the drained liquid metal can return directly to the injection chamber, using an injection piston controlled by a hydraulic cylinder or carrying out injection by gas pressure in the chamber. Less easy to implement, the cold chamber pressure process can also be used, particularly in the case where the excess liquid metal is drained via a different conduit from the injection conduit.
Ce mode de réalisation du procédé de l’invention est illustré par les Figures 8 à 14.This embodiment of the method of the invention is illustrated by Figures 8 to 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.According to a particular embodiment, the present invention relates to the manufacturing method as defined above, wherein injection step 1 is carried out by gravity, said injection step 1 being carried out by pouring the liquid metal through an opening in the upper part of the mold.
Par «partie haute du moule», on entend la partie apicale du moule, à savoir la partie qui est la plus éloignée du sol.By " upper part of the mold " we mean the apical part of the mold, namely the part which is furthest from the ground.
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.According to another particular embodiment, the present invention relates to the manufacturing method as defined above, in which injection step 1 is carried out by injection with a low pressure method, said injection step 1 being carried out by applying a gas pressure in the container comprising the liquid metal, making it possible to push said liquid metal into the mold, through an orifice located in the bottom of said mold.
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, un gaz inerte comme l’azote ou l’argon est préféré afin d’éviter la formation de peaux d’alumine.Among the gases that can be used in injection step 1, we can cite, for example: air, nitrogen, argon. It is understood that in the case of the use of an oxidizable metal, such as aluminum alloys, an inert gas such as nitrogen or argon is preferred in order to avoid the formation of alumina skins.
Par «le bas du moule», on entend la partie basale du moule, à savoir la partie qui est la plus proche du sol.By " the bottom of the mold " we mean the basal part of the mold, namely the part which is closest to the ground.
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.According to another particular embodiment, the present invention relates to the manufacturing method as defined above, in which injection step 1 is carried out by injection under pressure, said injection step 1 being carried out by injection of the liquid metal using a piston or a gas.
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.According to another particular embodiment, the present invention relates to the manufacturing method as defined above, in which injection step 1 is carried out by hot chamber pressure injection, said injection step 1 being carried out by injection of the liquid metal using a piston or a gas.
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 ou d’un gaz.According to another particular embodiment, the present invention relates to the manufacturing method as defined above, in which injection step 1 is carried out by injection under pressure in a cold chamber, said injection step 1 being carried out by injection of the liquid metal using a piston or a gas.
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 et par piston hydraulique 100 à 400 bars ; sous pression à chambre froide : par piston 250 à 5000 bars ; basse pression : 1,5 bars). En général, 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.It should be noted that with regard to these two particular embodiments. The injection pressure values are clearly different (under hot chamber pressure: by gas 5 to 110 bars and by hydraulic piston 100 to 400 bars; under cold chamber pressure: by piston 250 to 5000 bars; low pressure: 1.5 bars). In general, the main parting plane of the mold is horizontal in low pressure and vertical in die casting. In low pressure, the mold can be made of sand or metal; in under pressure the mold is only made of metal. Under pressure allows much shorter cycle times and greater geometric precision than low pressure. The architecture of the injection device is also quite different between these processes.
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. Un exemple de ce mode de réalisation est schématisé dans la Figure 4C.According to another particular embodiment, the present invention relates to the manufacturing method as defined above, in which the demolding step 4 is carried out by turning the mold over. Turning the mold over allows the shell to come out of the mold by gravity. An example of this embodiment is shown schematically in 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.According to another particular embodiment, the present invention relates to the manufacturing method as defined above, in which the mold has an opening in the bottom of the mold, which opening is obstructed, during injection step 1 and during solidification step 2, by a closing device, in particular a plug, a stopper or a hatch, subtraction step 3 being initiated by a release of said opening, by removal of said closing device.
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.This embodiment is illustrated by Figures 1A and 1B. Note that in a particular embodiment, said closing device (stopper, a stopper or hatch) is either preheated, heated or thermally insulating.
Selon un autre mode de réalisation particulier, la présente invention concerne le procédé de fabrication tel que défini ci-dessus,According to another particular embodiment, the present invention relates to the manufacturing method as defined above,
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,in which the mold has air or gas intake means at the top of the mold, said air or gas intake means being closed during injection step 1 and during solidification step 2,
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.in which subtraction step 3 is facilitated or made possible by the opening of said air or gas intake means causing an intake of air or gas, in particular nitrogen or argon, under pressure, in particular at a pressure equal to or greater than atmospheric pressure.
Avantageusement lesdits moyens d’appel d’air ou de gaz sont une trappe ou bouchon 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.Advantageously, said air or gas intake means are a trap or plug made of highly thermally insulating material, or of heated or preheated material, locally preventing solidification; or heated metallic or refractory air filter(s); or even an element for piercing the thin skin solidified at this location.
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.Said air or gas intake means are said to be closed when air or gas cannot penetrate inside the mold.
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.Said air or gas intake means are said to be open when air or gas can penetrate inside the mold.
Dans ce mode de réalisation, les moyens d’appel ou de gaz, notamment un bouchon ou une trappe, 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.In this embodiment, the call or gas means, in particular a plug or a hatch, are made of an insulating material, and/or of heated or preheated material, in order to avoid the solidification of the metal against the part of said device in contact with said metal.
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.In this way, when the means are removed, an opening is present in the shell formed at the end of solidification step 2. This solution is however generally only used for low pressure and under pressure.
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.According to another particular embodiment, the present invention relates to the manufacturing method as defined above, in which the melting point of the metal is greater than 180°C, and is in particular between 180°C and 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.According to another particular embodiment, the present invention relates to the manufacturing method as defined above, in which the melting point of the metal is greater than 320°C, and is in particular between 320°C and 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.According to another particular embodiment, the present invention relates to the manufacturing method as defined above, in which the melting point of the metal is greater than 500°C, and is in particular between 500°C and 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.According to another particular embodiment, the present invention relates to the manufacturing method as defined above, in which the melting point of the metal is greater than 660°C, and is in particular between 660 and 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.According to another particular embodiment, the present invention relates to the method as defined above, in which the metal is pure or alloyed aluminum. In particular, the present invention relates to the method as defined above, in which the metal is pure aluminum. In particular, the present invention also relates to the method as defined above, in which the metal is alloyed aluminum.
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.According to another particular embodiment, the present invention relates to the method as defined above, in which the metal is the eutectic alloy 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.According to another particular embodiment, the present invention relates to the method as defined above, in which the mold is made of cast iron, aluminum, steel, metal alloy, and is in particular made of aluminum alloy, or copper alloy.
Il est également possible d’utiliser d’autres matériaux constituant le moule, comme par exemple : du sable, du plâtre réfractaire, de la céramique, ou du graphite. 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 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.It is also possible to use other materials constituting the mold, such as: sand, refractory plaster, ceramic, or graphite. The material constituting the mold must be compatible with the metal used in the preparation of the hollow parts. Thus, if the process is used to prepare an aluminum part, whose melting point is around 660°C, it is preferable to choose a mold made of a material with a melting point higher than 660°C, such as, for example, a steel or sand mold, in order to limit the degradation of the mold. For the manufacture of a steel part with a high melting point (casting temperature between 1550°C and 1750°C), a sand or ferrous alloy mold is preferably used.
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.The method according to the invention allows the manufacture of parts comprising a thin shell. The method also allows the thickness of the solidified shell to be controlled locally. To do this, it is possible to use a mold of variable thickness. The solidified shell will be thicker in the places where the wall of the mold is thicker.
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.The thickness of the solidified shell can also be controlled by local heating of the mold and/or the coatings deposited in the mold. Thus, the solidified shell will be less thick at the places in contact with the overheated parts of the mold, or in contact with the parts of the impression coated with thermal insulating coating.
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.According to another particular embodiment, the present invention relates to the method as defined above, in which the mold is a mold of variable thickness. This embodiment makes it possible in particular to better control the thermal mapping of the mold and therefore to better control the thicknesses of the molded metal parts.
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).According to another particular embodiment, the present invention relates to the method as defined above, in which the mold is locally heated or cooled to a temperature different from that of the rest of the mold. This temperature is dependent on the geometry of the part and the mold, as well as the nature of the materials used (mold and cast metal).
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.In some cases, this embodiment allows for better control of the thickness (variable or uniform) of the metal parts. Similarly, the use of different coatings and/or a variation in the thickness of the mold and/or the integration of a thermal seal in the mold (air blades or embedded insulating material) and/or a cooling device (circulation of a fluid or embedding of a thermally conductive material) can also allow for better management of the thickness of the solidified shell.
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.According to another particular embodiment, the present invention relates to the method as defined above, in which the mold is coated with a coating.
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 notamment 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.The " pot coating " is a coating applied to, or against, the inner face of the mold (impression), i.e. the face that will be in contact with the molten metal. The pot coating facilitates demolding, limits mold-alloy chemical interactions and thermal shocks, and helps control solidification. A pot coating is used when using a metal mold, and is made of an insulating or thermally conductive material. The pot coating has a thickness of 0.2 to 0.5 mm. "0.2 to 0.5 mm" also means the following ranges: 0.3 to 0.5 mm, 0.4 to 0.5 mm, 0.2 to 0.4 mm, 0.2 to 0.3 mm, 0.3 to 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.On this point, it should be noted that a coating, often called a "layer", can also be applied to the imprint of a sand mold. In general, its role is to improve the surface condition of the casting (attenuation of the sand grain size), or sometimes even to accelerate locally and on the surface the solidification of the cast metal. The common composition corresponds to a refractory flour (zircon, graphite, etc.) suspended in a liquid (water, alcohol) which is evaporated after application (by spray gun, brush or dipping). When high thermal conductivity is required for this surface deposit, the layer may contain aluminum powder.
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.According to another particular embodiment, the present invention relates to the method as defined above, in which the coating material is a thermal insulating material, in particular chosen from talc, kaolin, Spanish white and Meudon white. It should be noted that the thickness of this type of coating material on the mold imprint is often between 0.3 mm and 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.According to another particular embodiment, the present invention relates to the method as defined above, in which the coating material is a thermally conductive material, in particular colloidal graphite. It should be noted that the thickness of this type of coating material on the mold imprint is often of the order of 0.2 to 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.According to another particular embodiment, the present invention relates to the method as defined above, in which, at the start of injection step 1, the mold is at a temperature higher than ambient temperature. The mold is in particular heated when a mold made of a metallic material is used. However, it is not necessary to heat the mold if said mold is a sand mold.
Par «température ambiante» on entend une température comprise de 15°C à 30°C, en particulier comprise de 20 à 25°C.“ Room temperature ” means a temperature between 15°C and 30°C, in particular between 20 and 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».Heating the mold allows the molten metal to be received, while limiting the risks of degradation of the metal mold, eg rupture by thermal shock, cracking due to thermal fatigue. In addition, preheating the mold prevents premature solidification of the poured metal leading to incomplete filling of the mold, called " unwelcome ".
Les températures de l’alliage et du moule peuvent être mesurées par thermocouples ou capteurs optiques.Alloy and mold temperatures can be measured by thermocouples or optical sensors.
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.According to another particular embodiment, the present invention relates to the method as defined above, in which, during injection step 1, the mold is at a temperature such that the difference between the temperature of the mold and the temperature of the mass of molten metal is between 50°C and 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.According to this embodiment, it is understood that the temperature of the mold is 50°C to 1750°C lower than the temperature of the mass of molten metal (commonly called "pouring temperature"). On this point, it is necessary to differentiate the pouring temperature (pouring temperature of the molten metal in the mold) from the melting point of said metal (liquidus temperature). The difference between these two temperatures (pouring temperature and liquidus temperature) is called " overheating " in the professional vocabulary of foundries.
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).
- in sand casting where the mold is at room temperature, the superheat is commonly between 50°C and 200°C for gravity casting, and is very often between 100°C and 150°C;
- in metal shell casting and gravity casting, the superheat for a cast aluminum alloy is often between 50°C and 100°C and the mold temperature is of the order of 350°C; and
- in die casting, it is sometimes possible to have zero superheat (injection temperature of the molten metal into the metal mold equal to the liquidus temperature of the molten metal), or between 0°C and 150°C, or more rarely negative (i.e. with an injection temperature of the molten metal between the liquidus temperature and the solidus temperature of the molten metal).
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.Following the experiments, the inventors unexpectedly found that the superheating with the innovative method according to the invention can be lower than that commonly used in conventional foundry processes, while in general it is expected that a thin part requires high superheating. This allows energy savings and improves the service life of the metal mold.
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.By "from 50°C to 1750°C" we also mean the following ranges: from 50 to 75°C, from 75 to 100°C, from 100 to 200°C, from 200 to 300°C, from 300 to 400°C, from 400 to 500°C, from 500 to 600°C, from 600 to 700°C, from 700 to 800°C, from 800 to 900°C, from 900 to 1000°C, from 1000 to 1100°C, from 1100 to 1200°C, from 1200 to 1300°C, from 1300 to 1400 °C, from 1400 to 1500°C, 1500 to 1600°C, 1600 to 1700°C, 1700 to 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).As an example for the theoretical values in classic shell casting: in the case where the metal to be cast by gravity is pure aluminium, the metal mould is preferably heated to a temperature of around 350°C, the melting point of pure aluminium being around 660°C and the superheat often chosen to be around 75°C, the temperature of the mould is in this case around 385°C lower than the casting temperature of the molten metal. These values correspond to the temperatures commonly used in so-called “shell” casting (i.e. in a metal mould with gravity casting).
A titre d’exemple pratique non limitatif, correspondant à la réalisation illustrée en
Au regard de cette
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,According to a particular embodiment, the present invention relates to the method as defined above, in which said metal is aluminum or an aluminum alloy, in particular 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,in which injection step 1 is carried out by gravity, said injection step 1 being carried out by pouring the liquid metal through an opening in the upper part of the mold,
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.wherein the mold has an opening in the bottom of the mold, which opening is obstructed, during injection step 1 and during solidification step 2, by a closing device, in particular a plug, a stopper or a hatch, subtraction step 3 being initiated by a release of said opening, by removal of said closing device.
Avantageusement dans ce mode de réalisation(
Avantageusement dans ce mode de réalisation le temps d’attente avant vidange dans le moule est de 10 secondes à une minute.Advantageously in this embodiment the waiting time before emptying into the mold is 10 seconds to one minute.
Avantageusement dans ce mode de réalisation le temps de durée de vidange est de 11 à 18 secondes.Advantageously in this embodiment the draining time is 11 to 18 seconds.
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.
- is reached by a step 0 of preheating the mold, before step 1 of pouring,
- either the result of a previous production.
Le préchauffage du moule peut être effectué, à titre d’exemple par utilisation de brûleurs à gaz, ou de dispositifs électriques de chauffe.Preheating of the mold can be carried out, for example, by using gas burners or electric heating devices.
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.After a first production, it is possible that the mold already has the desired temperature. In this case, the mold can be used without additional heating. This feature is particularly interesting and sought after in the case of a series production of multiple parts.
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,According to another particular embodiment, the present invention relates to the method as defined above, in which the molten metal, injected during injection step 1, is at a temperature equal to or greater than the melting point of said metal,
ladite température, nommée «température de coulée/d’injection», étant égale ou supérieure de 0°C à 200°C par rapport audit point de fusion.said temperature, called “ casting/injection temperature ”, being equal to or greater than 0°C to 200°C relative to said melting point.
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.Overheating above the melting point depends on the geometry of the part to be cast, the nature of the alloy and that of the mold. The choice of the temperature to which the metal is heated is a matter for the skilled person.
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.By “ 0°C to 200°C ” we also mean the following ranges: 0°C to 150°C, 0°C to 100°C, 0°C to 50°C, 50°C to 100°C, 50°C to 150°C, 50°C to 200°C, 100°C to 200°C, 150°C to 200°C, 100°C to 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.As an example in classic shell casting, for an AlSi12 alloy cast by gravity in the metal mold, the difference between the casting temperature and the liquidus (called “superheat”) is often between 50°C and 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.The liquidus of said alloy being 580°C (solidus 575°C) (cf NFA 57.703), the alloy is therefore heated to a temperature of between 630 and 680°C, eg often to a temperature of around 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.For the implementation of the present invention, in particular to obtain low thickness of solidified shell and the time required to carry out the draining, higher superheats can be used, eg between 100 and 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.
- the manufacture of a first metal part according to the manufacturing process as defined above, and
- the manufacture of a second metal part, according to the manufacturing method as defined above, in which the metal used poured in pouring step 1 is the metal subtracted during subtraction step 3 of the manufacture of the first part.
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.In this embodiment, after the first production, it is no longer necessary to heat the mold. The successive castings in the metal mold keep the mold hot. The mass production process is a relatively economical process (limiting energy consumption). The thickness of the mold and the preheating temperature therefore allow the heat to dissipate sufficiently to solidify the alloy skin, but also ensure that the metal mold is kept hot enough to cast the following parts without having to reheat the mold, by thermal self-regulation of the mold: the heat supplied to the mold by each part produced then corresponds substantially to the heat exchanged by the mold with its external environment during the cycle time.
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.Another solution is to empty the mold directly above the melting-holding furnace, thus limiting the cooling of the recovered metal while it is still liquid for reuse, and therefore limiting the energy expenditure of the melting means, these solutions being non-exhaustive.
Toutefois, dans certains cas particuliers de pièces, un dispositif de refroidissement ou de chauffe locale peut aussi être installé sur le moule.However, in some special cases of parts, a local cooling or heating device can also be installed on the mold.
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 :For example, for casting an aluminum alloy, an order of magnitude of the thickness of the mold is given by the Jander formula:
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.To dimension the thickness of the solidified shell more optimally, a numerical foundry simulation software can be used (digital twin of the casting process). Keeping a full impression of molten alloy before emptying the mold makes it easier to maintain a high mold temperature in 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.This process also allows continuous production at a high rate. The rate depends on several parameters including the geometry of the part and its dimensions, as well as the nature of the cast alloy and the mold material.
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.As a guide, for small to medium sized parts with cast aluminum alloy and metal mold the cycle time can be from a few seconds to 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.The method according to the present invention is less expensive, less energy-intensive and less polluting than conventional methods. This is the result of the absence of a core in the method of the invention and the very low milling ratio, eg close to 1:1.
Undeuxième objetde la présente invention concerne une pièce métallique creuse susceptible d’être obtenue par le procédé tel que défini ci-dessus.A second object of the present invention relates to a hollow metal part capable of being obtained by the method as defined above.
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.The present method makes it possible to obtain a wide variety of hollow metal parts. Depending on the part to be produced, the person skilled in the art is able to choose from the different process options set out in the present application.
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.The characteristics of the process, namely the absence of a core and the formation of a solidified shell of metal against the inner wall of the mold, give the cast metal parts exterior and especially interior surfaces of specific structure compared to parts produced by conventional techniques.
Effectivement, les pièces produites ont une surface extérieure lisse et une surface intérieure cristallographique.Indeed, the produced parts have a smooth exterior surface and a crystallographic interior surface.
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.By " smooth exterior surface " is meant a surface corresponding to the complementary shape of the geometry of the interior surface of the mold (cavity). The exterior surface of the produced part is however slightly reduced by linear shrinkage, i.e. the contraction of the solidified metal between the solidus temperature and room temperature.
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).The smooth surface is therefore free of crystallographic artifices, is not rough and does not have an uneven topology (no pronounced relief due to the solidifying crystals).
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.By " crystallographic inner surface " is meant a surface that is not smooth, rough and has a chaotic relief. The topology of the crystallographic surface has reliefs corresponding to the crystals formed during solidification, eg dendritic crystals, polyhedral crystals, eutectic cells.
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.Thus, a metal shell obtained by the process of the present invention therefore presents in relief on its interior surface dendritic, columnar and/or equiaxed structures, and eutectic facets for hypoeutectic alloys.
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.For example, a part produced with the eutectic alloy AlSi12 will present on the interior surface dendritic crystals rich in aluminum, polyhedral crystals rich in silicon, and mainly eutectic cells.
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.The size of these different crystals is linked to the speed of solidification of the metal; the higher the speed, the finer the crystal grains.
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.The parts produced according to the process of the invention can also have a very low, homogeneous and controllable thickness compared to the parts produced by existing techniques.
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.For example, when implementing a so-called " reverse casting " process, during the tilting of the mold for emptying, part of the mold cavity is in contact with the poured metal for longer than the rest of the cavity. The result is a non-symmetrical part with non-uniform thickness.
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.For certain types of parts produced, a solidified shell thickness of less than 2 mm can be obtained over the entire part; this even with casting, solidification and draining carried out by gravity.
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.Since the shell is of variable thickness, said shell is clearly not thin over its entire surface. The above sentence therefore corresponds to a preferred embodiment of the invention which ultimately relates to thin parts.
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.The inventors have developed an innovative process enabling the implementation of a " drained casting " process with metals with a melting temperature greater than 180°C (in particular greater than 320°C), without tilting the mold during draining.
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.The implementation of this method has therefore made it possible to have hollow metal parts having a crystallographic interior surface as well as a very low thickness, impossible to obtain with the conventional manufacturing methods known from the prior art such as molding, machining, plastic deformation. The presence of this crystallographic interior surface is interesting for certain applications, in particular in heat transfer (heat exchangers), light reflection (decoration, lighting fixtures), roughness (non-slip parts), etc.
Unautre objetde la présente invention concerne une pièce métallique creuse comprenant: Another object of the present invention relates to a hollow metal part comprising:
- une surface extérieur lisse- a smooth exterior surface
- une surface intérieure cristallographique et- a crystallographic inner surface and
- une épaisseur moyenne homogène,- a uniform average thickness,
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°CAccording to a particular embodiment, the invention relates to a hollow metal part as defined above in which the metal of said metal part has a melting point greater than 180°C, in particular greater than 320°C.
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.According to a particular embodiment, the invention relates to a hollow metal part as defined above in which the homogeneous average thickness is from 0.2 mm to 2 mm.
Selon un mode de réalisation particulier, l’invention concerne une pièce métallique creuse telle que défini ci-dessus, dans laquelle la topologie 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.According to a particular embodiment, the invention relates to a hollow metal part as defined above, in which the topology of said crystallographic interior surface comprises reliefs corresponding to the crystals formed during solidification, in particular reliefs corresponding to the dendritic crystals or to the polyhedral crystals or to the eutectic cells.
Selon un mode de réalisation particulier, l’invention concerne une pièce métallique creuseAccording to a particular embodiment, the invention relates to a hollow metal part
comprenant:including:
- une surface extérieur lisse comprenant des grains métallurgiques,- a smooth exterior surface comprising metallurgical grains,
- une surface intérieure cristallographique et- a crystallographic inner surface and
- une épaisseur moyenne homogène, en particulier de 0,2 mm à 2 mm,- a uniform average thickness, in particular from 0.2 mm to 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,said metal part is made of a metal having a melting point greater than 180°C, in particular greater than 320°C,
dans laquelle la topologie 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.wherein the topology of said crystallographic inner surface comprises reliefs corresponding to metallurgical crystals, in particular reliefs corresponding to dendritic crystals or polyhedral crystals or eutectic cells.
Les cristaux métallurgiques 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.Metallurgical crystals are those crystals formed freely during solidification of the molten metal from which the part is made, for example without the constraint of an applied surface.
Les grains métallurgiques sont des cristaux de solidification formés en contact d’une surface lors de la solidification.Metallurgical grains are solidification crystals formed in contact with a surface during solidification.
Selon un mode de réalisation particulier, l’invention concerne une pièce métallique creuse telle que défini 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.According to a particular embodiment, the invention relates to a hollow metal part as defined above, in which said hollow metal part comprises in relief on its crystallographic interior surface structures chosen from dendritic structures, columnar structures, equiaxed structures and eutectic facet structures or a mixture or an association of these structures.
Par « association de ces structures » on entend par exemple des cristaux dendritiques constitués de colonnes.By "association of these structures" we mean, for example, dendritic crystals made up of columns.
Etats de surface du produit :Product surface conditions:
Selon le procédé innovant de fabrication de l’invention, la pièce moulée présente deux types d’état de surface.According to the innovative manufacturing process of the invention, the molded part has two types of surface condition.
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.The surfaces of the product in direct contact with the molding elements (mold cavity, pins) are “smooth”. These “smooth” surfaces are mainly external; their roughness is relatively low because it is representative of the surface condition of the interior of the mold.
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 de rugosité importante, car représentatives de la morphologie des phases solides développées pendant la solidification et de l’écoulement du métal fondu lors de la vidange.The surfaces of the product that are not in direct contact with the molding elements, generally the interior surfaces of the product, are called "crystallographic". These "crystallographic" surfaces are chaotic, that is to say of significant roughness, because they are representative of the morphology of the solid phases developed during solidification and the flow of the molten metal during emptying.
Visuellement, il est possible d’identifier ces différentes surfaces sur le produità l’œil nu,à l’aide d’images comparatives de référence de microscopie optique ou de microscopie électronique à balayage.Visually, it is possible to identify these different surfaces on the product with the naked eye, using comparative reference images of optical microscopy or scanning electron microscopy.
Le profil de ces surfaces est mesurable via un rugosimètre ou des clichés métallographiques :The profile of these surfaces can be measured using a roughness meter or metallographic images:
Dans un mode de réalisation particulier, l’invention concerne une pièce métallique creuse telle que défini 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.In a particular embodiment, the invention relates to a hollow metal part as defined above in which the size of the metallurgical grains of the smooth exterior surface is smaller than that of the crystals on the crystallographic interior surface.
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.Advantageously the hollow metallurgical part includes an increase in the size of the crystals in the thickness from the smooth outer surface to the crystallographic inner surface.
Taille des grains métallurgiques :Metallurgical grain size:
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.The rapid cooling of the molten metal in direct contact with the mold generates a small size of the primary solidification crystals (dendritic crystals, polyhedral, etc. depending on the nature of the molten metal). Conversely, in the vicinity of the “crystallographic” surfaces, where the solidification time is longer, the size of these primary solidification crystals is coarser.
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 de DAS, analyse d’image).By metallographic observation, on a cut and polished sample, it is possible to perceive this evolution of grain size and to measure it (DAS measurement, image analysis).
Selon un mode de réalisation particulier, la présente invention concerne une pièce métallique creuse constitué d’une coque métallique qui entoure, ou qui partiellement entoure une partie vide,According to a particular embodiment, the present invention relates to a hollow metal part consisting of a metal shell which surrounds, or which partially surrounds an empty part,
dans laquelle la dite coque métallique a :
- une surface extérieure lisse,
- une surface intérieure cristallographique,
- a smooth exterior surface,
- a crystallographic inner surface,
dans laquelle le métal de la dite coque métallique a un point de fusion supérieur à 180°C, en particulier supérieur à 320°C.wherein the metal of said metal shell has a melting point greater than 180°C, in particular greater than 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 2 mm, en particulier de 0,2 mm à 2 mm, sur au moins une partie de la pièce ou la totalité de la pièce.According to a particular embodiment, the present invention relates to the metal part, as defined above, having a thickness less than or equal to 2 mm, in particular from 0.2 mm to 2 mm, on at least part of the part or the entire part.
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, alliage type eutectique préférable.According to a particular embodiment, the present invention relates to the metal part as defined above, in which the metal is a pure metal or an alloy of said metal, a eutectic type alloy being preferable.
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.According to another particular embodiment, the present invention relates to the metal part as defined above, in which the metal is aluminum.
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.According to another particular embodiment, the present invention relates to the metal part as defined above, in which the metal is the eutectic alloy AlSi12.
Unautre objetde la présente invention concerne un assemblage comprenant un, deux ou plusieurs pièces métalliques creuses telles qu’obtenues selon le procédé ci-dessus ou selon l’invention telle que défini ci-dessus. Another object of the present invention relates to an assembly comprising one, two or more hollow metal parts as obtained according to the above method or according to the invention as defined above.
A titre d’exemple, un cadre de vélo a été conçu comme exemplifié dans la
Les Exemples et Figures suivants illustrent l’invention, sans en limiter la portée.The following Examples and Figures illustrate the invention, without limiting its scope.
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. ThereFigure 1A shows an open mold being drained by opening a hatch/plug or other device.101represents the mold (metallic, or sand, or refractory plaster, or ceramic, or graphite),102represents the filling of the mold with the molten metal/metal alloy,103represents a trap/plug device (thermal or metallic insulating material, heated or preheated as required) or other device placed under the mold or on the side of the mold in certain applications,104represents the emptying of the molten metal bath,107represents a solidified metal shell,108represents the inner surface of the solidified metal/alloy shell, which inner surface is in the form of a crystallographic surface whose surface condition depends on the type of metal alloy cast,109represents the outer surface of the solidified metal/alloy shell, which outer surface is complementary to the geometry of the mold cavity.
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. ThereFigure 1B shows an open mold drained by an upper stopper.101represents the mold (metallic, or sand, or refractory plaster, or ceramic, or graphite),102represents the filling of the mold with the molten metal/metal alloy,105represents an upper stopper (refractory material or metal tube with insulating coating, heated or preheated if necessary),106represents the withdrawal of the distaff upwards to allow the bath to drain,104represents the emptying of the still molten metal bath,107a solidified metal shell,108represents the inner surface of the solidified metal/alloy shell, which inner surface is in the form of a crystallographic surface whose surface condition depends on the type of metal alloy cast,109represents the outer surface of the solidified metal/alloy shell, which outer surface is complementary to the geometry of the mold cavity.
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. ThereFigure 1C shows a mold for preparing a substantially closed solidified shell.101represents the mold (metal recommended),102represents the filling of the mold with the molten metal/metal alloy,103represents a trap/plug device (thermal or metallic insulating material, heated or preheated as required) or other device placed under the mold or on the side of the mold in certain applications,104represents the draining of the molten metal bath,111represents a thermally insulated or heated part of the mold (no or very little solidified alloy),110represents the upper ceiling of the footprint,112represents a column of liquid metal allowing to compensate for the volume shrinkage of the liquid alloy during its cooling and to ensure a minimum of metallostatic pressure in the upper part of the imprint for the correct arrival of the geometry of the molded part,107represents a solidified metal shell,108represents the inner surface of the solidified metal/alloy shell, which inner surface is in the form of a crystallographic surface whose surface condition depends on the type of metal alloy cast,109represents the outer surface of the solidified metal/alloy shell, which outer surface is complementary to the geometry of the mold cavity.
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).Note that the dimensions of the column ( 112 ) of liquid metal are a function of the density in the liquid state of the metal or metal alloy, the volume shrinkage of the liquid metal or alloy during its cooling and the geometry of the part (volume in particular, thermal modulus).
LaFigure 2A représente le remplissage du moule. Figure 2A shows the mold filling.
LaFigure 2B représente le moule rempli. Figure 2B shows the filled mold.
LaFigure 2C représente la vidange du moule. Figure 2C shows the mold draining.
LaFigure 2D représente le moule vidangé de métal/alliage en fusion, comprenant une coque de métal/alliage solidifié contre la paroi intérieure du moule. Figure 2D shows the mold emptied of molten metal/alloy, comprising a shell of metal/alloy solidified against the inner wall of the mold.
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.Legend: 201 represents the mold/impression, 202 represents the gas-tight furnace or crucible containing the molten metal or metal alloy, 203 represents the molten metal/alloy, 204 represents the air or gas inlet (nitrogen, argon, or other) whose pressure can increase to allow the impression to be filled in a controlled manner, 205 represents the solidified metal/metal alloy, 206 represents the trapdoor or plug made of highly thermally insulating material, or of heated or preheated material, preventing solidification (or even piercing the thin solidified skin at this location); or metal or refractory filter(s) with heated air to create the air or gas intake, 207 represents the air or gas inlet (atmospheric pressure or higher) to promote/allow the emptying of the still liquid alloy.
LaFigure 3A représente le remplissage du moule. Figure 3A shows the mold filling.
LaFigure 3B représente le moule rempli. Figure 3B shows the filled mold.
LaFigure 3C représente la vidange du moule. Figure 3C shows the mold draining.
LaFigure 3D représente le moule vidangé de métal/alliage en fusion, comprenant une coque de métal/alliage solidifié contre la paroi intérieure du moule. Figure 3D shows the mold emptied of molten metal/alloy, comprising a shell of metal/alloy solidified against the inner wall of the mold.
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.Legend: 301 represents the mold/cavity, 302 represents the gas-tight furnace or crucible containing the molten metal or metal alloy, 303 represents the molten metal/alloy, 304 represents the air or gas inlet (nitrogen, argon, or other) whose pressure can increase to allow the cavity to be filled in a controlled manner, 305 represents the metal/metal alloy solidified against the inner wall of the mold, 308 represents the gas valve located on the injection nozzle, 309 represents the gas or air inlet under pressure (atmospheric or higher) to promote/enable emptying.
LaFigure 4A représente le remplissage du moule. Figure 4A shows the mold filling.
LaFigure 4B représente la vidange du moule. Figure 4B shows the mold draining.
LaFigure 4C représente le démoulage de la coque solidifiée et le remplissage du godet de coulée. Figure 4C shows the demolding of the solidified shell and the filling of the casting cup.
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.Legend: 400 represents the holding furnace, 401 represents the large capacity holding furnace bath, 402 represents the mold/cavity, 403 represents the obstruction system (plug, trapdoor, stopper rod, other), 404 represents a pivot connection, 405 represents a cup, 406 represents a transfer chute, 407 represents the transfer of molten metal from the cup to the cavity, 408 represents the progressive inclination to allow the cavity to be filled correctly, 409 represents the draining of excess molten liquid contained in the cavity, recovered in the holding furnace bath, 410 represents a pivot connection of the mold to allow the cavity to be turned over, 411 represents the rotation of the mold when the part is demolded, 412 represents the demolding of the part on a support, 413 represents a support of the metal grid type, 414 represents the solidified metal/alloy shell and demolded, 415 represents the rotation of the ladle/bucket system for drawing molten metal from the furnace in parallel with the part demolding operation.
LaFigure 5A représente une photographie d’un gabarit en bois. Figure 5A shows a photograph of a wooden template.
LaFigure 5B représente une photographie de la réalisation d’un moule en sable/extraction du gabarit en bois. Figure 5B shows a photograph of the making of a sand mold/extraction of the wooden template.
LaFigure 5C représente une photographie du remplissage du moule en sable avec un alliage d’aluminium en fusion. Figure 5C shows a photograph of the filling of the sand mold with molten aluminum alloy.
LaFigure 5D représente une photographie du maintien du métal liquide dans le moule pour solidification. Figure 5D shows a photograph of the liquid metal being held in the mold for solidification.
LaFigure 5E représente une photographie de la vidange du métal liquide par le bas du moule. Figure 5E shows a photograph of the liquid metal draining from the bottom of the mold.
LaFigure 5F représente une photographie de la coque obtenue selon le procédé de moulage en sable. Figure 5F shows a photograph of the hull obtained using the sand casting process.
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. Figure 6A shows a photograph of a drained casting test bench. 601 shows a mold (shell) made of aluminum alloy. 602 shows an orifice for draining the molten metal bath, which will be obstructed by a stopper, a hatch or other system, 603 shows a pivoting mold support, for demolding the solidified shell, 604 shows the pivot for rotating the mold support, 605 shows a lever arm for pivoting the mold during demolding, 606 shows a fixed frame (mechanically welded structure), 607 shows a sand bed, 608 shows a casting ladle, collecting the molten metal during the emptying of the mold, 609 shows a stretcher for transporting the ladle with the molten metal, to transfer it back into the furnace.
LaFigure 6B représente une photographie de la surface extérieure d’une coque en métal solidifié. Figure 6B shows a photograph of the exterior surface of a solidified metal shell.
LaFigure 6C représente une photographie de la surface intérieure cristallographique d’une coque en métal solidifié. Figure 6C shows a photograph of the crystallographic interior surface of a solidified metal shell.
LaFigure 8A représente l’injection du métal en fusion dans le moule et son maintien sous pression pendant la formation de la coque solidifiée. Figure 8A shows the injection of molten metal into the mold and its maintenance under pressure during the formation of the solidified shell.
LaFigure 8B représente la vidange du moule, l’alimentation de la chemise en métal fondu et la coque solidifiée obtenue. Figure 8B shows the emptying of the mold, the feeding of the molten metal jacket and the resulting solidified shell.
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).Legend: 801 represents the moving part of the mold, 802 represents the fixed part of the mold, 803 represents the hatch or plug made of highly thermally insulating material, or of heated or preheated material, locally avoiding solidification (or even piercing of the thin skin solidified at this location); or the heated metallic or refractory air filter(s) to create the air or gas (nitrogen, argon, or other) call under pressure (atmospheric or higher) in order to promote/make possible the emptying, 804 represents the crucible of the holding furnace, 805 represents the molten metal/alloy maintained at the casting temperature, 806 represents the injection chamber usually called "the gooseneck", 807 represents the injection piston, 808 represents the rod of the hydraulic or pneumatic cylinder which controls the injection, 809 represents the closable port allowing the injection jacket to be filled with the molten metal/alloy, 810 represents the nose of the swan neck (end of the gooseneck) often called "injection nozzle", 811 represents the insulating or heating sleeve preventing the metal/alloy from solidifying in the injection nozzle (generally temperature equal to or higher than the liquidus), 812 represents the feeding of the injection jacket with molten metal/alloy from the furnace bath, 813 represents the outer surface of the solidified metal/alloy shell, which outer surface is complementary to the geometry of the mold cavity, 814 represents the inner surface of the solidified metal/alloy shell, which inner surface is in the form of a crystallographic surface whose surface condition depends on the type of metal alloy cast, 815 represents the solidified metal shell against the inner wall of the mold, 816 represents the movement of the cylinder rod allowing the cavity to be filled in a controlled manner, 817 represents the return of the cylinder rod allowing the mold to be emptied of the still liquid metal and the injection jacket to be reloaded with molten metal, 818 represents the main parting plane of the mold (here vertical).
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. Caption : 906 represents the injection chamber usually called "the gooseneck", 919 represents the air or gas pocket, the pressurization of which allows the controlled filling of the mold cavity, 920 represents the valve controlling the arrival of air or gas under pressure, 921 represents the closable port allowing the injection jacket to be supplied with molten metal contained in the holding furnace.
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
LaFigure 10A représente l’alimentation de la chemise d’injection en métal fondu avec le moule préalablement refermé. Figure 10A shows the feeding of the injection jacket with molten metal with the mold previously closed.
LaFigure 10B représente l’injection du métal en fusion dans le moule et son maintien sous pression pendant la formation de la coque solidifiée. Figure 10B shows the injection of molten metal into the mold and its maintenance under pressure during the formation of the solidified shell.
LaFigure 10C représente la vidange du moule et la coque solidifiée obtenue. Figure 10C shows the emptying of the mold and the resulting solidified shell.
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. Legend : 1000 represents the return of the cylinder rod in order to reload the injection sleeve with molten metal, 1001 represents the moving part of the mold, 1002 represents the fixed part of the mold, 1003 represents the hatch or plug made of highly thermally insulating material, or of heated or preheated material, locally avoiding solidification (or even piercing of the thin skin solidified at this location); or the heated metallic or refractory air filter(s) to create the air or gas (nitrogen, argon, or other) call under pressure (atmospheric or higher) in order to promote/make possible the emptying, 1004 represents the filling of the injection jacket with molten metal, using a manual ladle, an automatic cup or other device from the holding furnace, 1005 represents the molten metal/alloy in the jacket before injection, 1006 represents the injection chamber, 1007 represents the injection piston, 1008 represents the rod of the hydraulic or pneumatic cylinder which controls the injection, 1009 represents the closable light allowing the filling of the injection jacket with the molten metal/alloy, 1010 represents the thermally insulating closure system (plug, hatch, stopper rod, other), which can be heated or preheated, 1011 represents the casting attack, 1012 represents the movement of the ram rod to fill the impression in a controlled manner, 1013 represents the outer surface of the solidified metal/alloy shell, which outer surface is complementary to the geometry of the mold impression, 1014 represents the inner surface of the solidified metal/alloy shell, which inner surface is in the form of a crystallographic surface whose surface condition depends on the type of metal alloy cast, 1015 represents the solidified metal shell against the inner wall of the mold, 1016 represents the arrival of air or gas (atmospheric or higher pressure) to promote/allow the emptying of the still liquid metal/alloy, 1017 represents the emptying by gravity of the still liquid metal in the mold, 1018 represents the main parting plane of the mold (here vertical), 1019 represents the movement of the movable part of the mold in order to extract the solidified shell.
LaFigure 11A représente l’alimentation de la chemise chauffée/thermo-régulée d’injection en métal fondu avec le moule préalablement refermé. Figure 11A shows the feeding of the heated/thermo-regulated injection jacket with molten metal with the mold previously closed.
LaFigure 11B représente l’injection du métal en fusion dans le moule et son maintien sous pression pendant la formation de la coque solidifiée. Figure 11B shows the injection of molten metal into the mold and its maintenance under pressure during the formation of the solidified shell.
LaFigure 11C représente la vidange du moule et la coque solidifiée obtenue. Figure 11C shows the emptying of the mold and the resulting solidified shell.
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. Legend : 1100 represents the return of the cylinder rod in order to empty the mold and reload the injection jacket with molten metal, 1101 represents the moving part of the mold, 1102 represents the fixed part of the mold, 1103 represents the hatch or plug made of highly thermally insulating material, or of heated or preheated material, locally avoiding solidification (or even piercing of the thin skin solidified at this location); or the heated metallic or refractory air filter(s) to create the air or gas (nitrogen, argon, or other) call under pressure (atmospheric or higher) in order to promote/make possible the emptying, 1104 represents the filling of the injection jacket with molten metal, using a manual ladle, an automatic cup or other device from the holding furnace, 1105 represents the molten metal/alloy in the jacket before injection, 1106 represents the heated/thermo-regulated injection chamber, 1107 represents the injection piston, 1108 represents the rod of the hydraulic or pneumatic cylinder which controls the injection, 1109 represents the closable port allowing the filling of the injection jacket with the molten metal/alloy, 1111 represents the casting attack, 1112 represents the movement of the cylinder rod allowing the impression to be filled in a controlled, 1113 represents the outer surface of the solidified metal/alloy shell, which outer surface is complementary to the geometry of the mold imprint, 1114 represents the inner surface of the solidified metal/alloy shell, which inner surface is in the form of a crystallographic surface whose surface condition depends on the type of metal alloy cast, 1115 represents the metal shell solidified against the inner wall of the mold, 1116 represents the arrival of air or gas (atmospheric or higher pressure) to promote/allow the emptying of the still liquid metal/alloy, 1117 represents the return by gravity of the still liquid metal into the heated/thermo-regulated jacket following emptying, 1118 represents the main parting plane of the mold (here horizontal), 1119 represents the opening of the mold allowing the ejection of the solidified shell.
LaFigure 12A représente l’alimentation de la chemise d’injection en métal fondu, juste avant la fermeture du moule. Figure 12A shows the feeding of the injection jacket with molten metal, just before the closing of the mold.
LaFigure 12B représente l’injection du métal en fusion dans le moule et son maintien sous pression pendant la formation de la coque solidifiée. Figure 12B shows the injection of molten metal into the mold and its maintenance under pressure during the formation of the solidified shell.
LaFigure 12C représente la vidange du moule et la partie solidifiée obtenue (pièce + pastille résiduelle d’injection). Figure 12C shows the emptying of the mold and the solidified part obtained (part + residual injection pellet).
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.Legend: 1200 represents the return of the cylinder rod in order to supply the injection jacket with molten metal before closing the mold, 1201 represents the movable upper part of the mold, 1202 represents the fixed lower part of the mold, 1203 represents the hatch or plug made of highly thermally insulating material, or of heated or preheated material, locally avoiding solidification (or even piercing of the thin skin solidified at this location); or the heated metallic or refractory air filter(s) to create the air or gas (nitrogen, argon, or other) call under pressure (atmospheric or higher) in order to promote/make emptying possible, 1204 represents the filling of the injection jacket with molten metal, using a manual ladle, an automatic cup or other device from the holding furnace, 1205 represents the molten metal/alloy in the jacket before injection, 1206 represents the injection chamber here integrated into the mold, 1207 represents the injection piston, 1208 represents the rod of the hydraulic or pneumatic cylinder which controls the injection, 1209 represents the thermally insulating sealing system (plug, hatch, stopper rod, other), which can be heated or preheated, 1210 represents the injection pellet, solidified residual, adhering to the molded part during its ejection, 1211 represents the drain core, 1212 represents the movement of the cylinder rod allowing the controlled filling of the impression, 1213 represents the outer surface of the solidified metal/alloy shell, which outer surface is complementary to the geometry of the mold impression, 1214 represents the inner surface of the solidified metal/alloy shell, which inner surface is in the form of a crystallographic surface whose surface condition depends on the type of metal alloy cast, 1215 represents the metal shell solidified against the inner wall of the mold, 1216 represents the arrival of air or gas (atmospheric or higher pressure) to promote/allow the draining of the still liquid metal/alloy, 1217 represents the main parting plane of the mold (here horizontal), 1218 represents the opening of the mold allowing the solidified shell to be ejected following draining, 1219 represents the draining by gravity of the still liquid metal.
LaFigure 13A représente l’alimentation de la chemise d’injection en métal fondu, juste avant la fermeture du moule. Figure 13A shows the feeding of the injection jacket with molten metal, just before the closing of the mold.
LaFigure 13B représente l’injection du métal en fusion dans le moule et son maintien sous pression pendant la formation de la coque solidifiée. Figure 13B shows the injection of molten metal into the mold and its maintenance under pressure during the formation of the solidified shell.
LaFigure 13C représente la vidange du moule et la coque solidifiée obtenue. Figure 13C shows the emptying of the mold and the resulting solidified shell.
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.Legend: 1300 represents the return of the cylinder rod in order to supply the injection jacket with molten metal before closing the mold and to drain the solidified shell before opening the mold, 1301 represents the movable upper part of the mold, 1302 represents the fixed lower part of the mold, 1303 represents the hatch or plug made of highly thermally insulating material, or of heated or preheated material, locally avoiding solidification (or even piercing of the thin skin solidified at this location); or the heated metallic or refractory air filter(s) to create the air or gas (nitrogen, argon, or other) call under pressure (atmospheric or higher) in order to promote/make possible the emptying, 1304 represents the filling of the injection jacket with molten metal, using a manual ladle, an automatic cup or other device from the holding furnace, 1305 represents the molten metal/alloy in the jacket before injection, 1306 represents the heated/thermo-regulated injection chamber here integrated into the mold, 1307 represents the injection piston, 1308 represents the rod of the hydraulic or pneumatic cylinder which controls the injection, 1309 represents the casting attack, 1312 represents the movement of the cylinder rod allowing the controlled filling of the impression, 1313 represents the outer surface of the solidified metal/alloy shell, which outer surface is complementary to the geometry of the mold imprint, 1314 represents the inner surface of the solidified metal/alloy shell, which inner surface is in the form of a crystallographic surface whose surface condition depends on the type of metal alloy cast, 1315 represents the metal shell solidified against the inner wall of the mold, 1316 represents the air or gas inlet (atmospheric or higher pressure) to promote/enable the emptying of the still liquid metal/alloy, 1317 represents the main parting plane of the mold (here horizontal), 1318 represents the opening of the mold allowing the solidified shell to be ejected following emptying and to supply molten metal to the injection jacket.
LaFigure 14A représente l’alimentation de la chemise d’injection en métal fondu, juste avant la fermeture du moule. Figure 14A shows the feeding of the injection jacket with molten metal, just before the closing of the mold.
LaFigure 14B représente l’injection du métal en fusion dans le moule et son maintien sous pression pendant la formation de la coque solidifiée. Figure 14B shows the injection of molten metal into the mold and its maintenance under pressure during the formation of the solidified shell.
LaFigure 14C représente la vidange du moule et la coque solidifiée obtenue. Figure 14C shows the emptying of the mold and the resulting solidified shell.
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.Legend: 1400 represents the return of the cylinder rod in order to supply the injection jacket with molten metal before closing the mold and to drain the solidified shell before opening the mold, 1401 represents the movable upper part of the mold, 1402 represents the fixed lower part of the mold, 1403 represents the hatch or plug made of highly thermally insulating material, or of heated or preheated material, locally avoiding solidification (or even piercing of the thin skin solidified at this location); or the heated metallic or refractory air filter(s) to create the air or gas (nitrogen, argon, or other) call under pressure (atmospheric or higher) in order to promote/make possible the emptying, 1404 represents the filling of the injection jacket with molten metal, using a manual ladle, an automatic cup or other device from the holding furnace, 1405 represents the molten metal/alloy in the jacket before injection, 1406 represents the heated/thermo-regulated injection chamber here integrated into the mold, 1407 represents the injection piston, 1408 represents the rod of the hydraulic or pneumatic cylinder which controls the injection, 1412 represents the movement of the cylinder rod allowing the controlled filling of the cavity, 1413 represents the outer surface of the solidified metal/alloy shell, which outer surface is complementary to the geometry of the mold cavity, 1414 represents the inner surface of the solidified metal/alloy shell, which inner surface is in the form of a crystallographic surface whose surface condition depends on the type of metal alloy cast, 1415 represents the solidified metal shell against the inner wall of the mold, 1416 represents the air or gas inlet (atmospheric or higher pressure) to promote/allow the emptying of the still liquid metal/alloy, 1417 represents the main parting plane of the mold (here horizontal), 1418 represents the opening of the mold allowing the solidified shell to be ejected following emptying and to supply molten metal to the injection jacket.
Exemple 1Example 1 .. Procédure générale de la fusion de la matière métalliqueGeneral procedure for melting metallic material
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.The charge (ingots and/or recycled parts) was melted in an electric or fuel-fired melting furnace. The furnace used corresponds to a conventional foundry furnace. The molten bath was brought and then maintained at a temperature higher than the liquidus of the alloy by a so-called superheat value plus an estimated value of temperature loss linked to transfer into the casting ladle/bag. The superheat above the liquidus retained was between 0 and 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.For mass production, the capacity of the holding and drawing furnace must be large enough in relation to the mold footprint so as not to cool the bath too much in the furnace when transferring the mold drains.
En parallèle de la fusion de l’alliage selon l’exemple 1, le moule a été préparé.In parallel with the melting of the alloy according to example 1, the mold was prepared.
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.The metal mold was preheated before the first casting, at an approximate temperature of 350°C for casting aluminum alloys. To bring the mold up to temperature, gas burners or electric heating devices were used.
Les empreintes des moules métalliques ont été revêtues d’une fine couche de poteyage, d’une épaisseur de 0,2 à 0,5 mm.The impressions of the metal molds were coated with a thin layer of potting compound, 0.2 to 0.5 mm thick.
Dans le cas d’un moule en sable, aucun préchauffage n’a été mis en œuvre.In the case of a sand mold, no preheating was implemented.
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).The mold was filled with molten metal when the temperature of the metal or metal alloy had stabilized in the melting-holding furnace (example 1), and when the initial temperature of the mold preheated for the start of the cycle had been reached (example 2).
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.The mold was drained of residual molten metal when the solidified shell was formed against the inner wall of the mold. The length of time the molten metal remains in the mold depends on the thickness of the desired shell.
Exemple 5. Fabrication d’une pièce creuse par un procédé de moulage en sableExample 5. Manufacturing of a hollow part by a sand casting process
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.A wooden model was made to make a sand mold (Figure 5A). After the sand mold was made, the aluminum alloy AlSi12 was melted and heated to a temperature of about 700 °C, about 40 °C above the desired casting temperature. The molten metal was transferred to a casting ladle using a large ladle, in order to be able to bring the metal to the mold using a stretcher. The temperature of the aluminum was about 660 °C when poured into the sand mold (unheated mold, at room temperature, about 20 °C). The filling time was less than 10 seconds, followed by a holding time of the molten metal in the mold of about 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).During the holding time of the molten metal in the mold, the upper surface of the metal bath in contact with the air was skimmed, in order to remove the thick oxide skins (floating and from the filling). A pouring ladle was installed under the mold, in order to collect the metal still molten during emptying. Once the time of approximately 2 minutes had elapsed, the insulating hatch located under the mold was opened, thus allowing the emptying of the still liquid metal bath in the ladle. Despite the insulating material of the hatch, a skin of solidified metal could form against it, possibly requiring intervention ( eg with a metal point) to pierce this skin. After a draining time of less than 10 seconds, the molten aluminum alloy collected in the ladle under the mold was transported and then poured back into the furnace crucible. After cooling of the solidified shell, the sand mold was detached in order to recover the part. This has an external surface complementary to the mold imprint (Figure 6B) and a crystallographic internal surface, resulting from the natural mode of solidification of the metal/alloy used (Figure 6C).
Exemple 6. Fabrication en série de multiples piècesExample 6. Mass production of multiple parts
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.A metal mold made of AlSi7Mg aluminum alloy was produced by sand casting and machining. This shell was installed on a test bench, a partly articulated mechanically welded frame to allow the rotation of the mold in order to unmold the part produced. This bench has burners, located under the mold, in order to heat (or even maintain) the impression at the desired temperature before casting the metal. The mold was raised to accommodate a casting ladle, located below the mold, the whole resting on a bed of sand for safety reasons.
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).Before the first casting, the aluminium alloy (AlSi12) was melted in the furnace crucible and heated to a temperature of 750°C to 790°C, approximately 50°C above the desired casting temperature. During this time, the metal casting shell was sandblasted, installed on the test bench, heated by gas burners, and potted. For casting, the mould was heated to a temperature of 164°C to 243°C. In the same way, the stopper rod (steel tube coated with insulating potting) was heated to a temperature significantly higher than the liquidus temperature of the alloy, so that the molten metal could not solidify on contact with it. Once the desired temperature of the molten metal had been reached in the furnace, the casting ladle was filled and then brought close to the mould using a stretcher. The temperature of the molten metal in the ladle was then about 720°C just before casting. This ladle was quickly poured into the mold, about 17 seconds. Then the holding time of the molten metal/alloy in the metal mold was about 14 seconds ( according to different tests, this time can vary from 14 seconds to 1 minute). Then the stopper that was blocking the mold orifice was removed, allowing the metal still molten in the mold to be drained, in order to pour it into the casting ladle located below (Figure 1B). This ladle was then removed and transported with a stretcher to the furnace crucible. The temperature of the aluminum alloy just before its transfer to the furnace was between 577°C and 588°C. Finally, to unmold the part, a metal grid was installed above the mold; then the mold and its support were rotated 180°C to allow the demolding of the hot part produced without deforming it (Figures 4C, 6B and 6C). The part deposited on the grid was moved elsewhere in the workshop for cooling. The solidified metal shell, thus produced, has an external surface complementary to the mold imprint (Figure 6B) and a crystallographic internal surface, resulting from the natural mode of solidification of the metal/alloy used (Figure 6C).
Le procédé peut être répété pour produire des pièces successives. Les coulées successives aident ainsi à entretenir la température du moule.The process can be repeated to produce successive parts. The successive castings thus help to maintain the temperature of the mold.
Claims (14)
- 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 étant constituée d’un métal ayant un point de fusion supérieur à 180°C, en particulier supérieur à 320°C,
dans laquelle la topologie 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.Hollow metal part comprising:
- a smooth outer surface comprising metallurgical grains,
- a crystallographic interior surface, and
- a uniform average thickness, in particular from 0.2 mm to 2 mm,
said metal part being made of a metal having a melting point greater than 180°C, in particular greater than 320°C,
wherein the topology of said crystallographic inner surface comprises reliefs corresponding to metallurgical crystals, in particular reliefs corresponding to dendritic crystals or polyhedral crystals or eutectic cells.
- 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,
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.Method of manufacturing a hollow metal part according to any one of claims 1 to 3, said method comprising at least the following steps:
- a step 1 of injecting a liquid mass of molten metal into a mold, from a container comprising said molten metal, to obtain a mold comprising molten metal;
- a step 2 of partial solidification of said molten metal within the mold for a time sufficient to form a solidified metal shell in contact with the walls of the mold having a temperature lower than the solidus temperature of said molten metal, and maintaining in liquid phase the remaining part of the initial liquid mass of said molten metal contained inside the solidified metal shell, to obtain a solid part consisting of the solidified metal shell, and a liquid phase consisting of the remaining part of the initial liquid mass of said molten metal;
- a step 3 of subtraction of the above-mentioned liquid phase, said subtraction step being carried out without tilting the mold; and
- a step 4 of recovery of the hollow metal part in the form of a solidified metal shell,
said method having a ratio of 1:1 to 1.2:1, preferably about 1:1, particularly 1:1.
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.Manufacturing method according to any one of claims 5 to 11,
in which the mold has air or gas intake means at the top of the mold, said air or gas intake means being closed during injection step 1 and during solidification step 2,
in which subtraction step 3 is facilitated or made possible by the opening of said air or gas intake means causing an intake of air or gas, in particular nitrogen or argon, under pressure, in particular at a pressure equal to or greater than atmospheric pressure.
- la fabrication d’une première pièce métallique selon le procédé de fabrication selon l’une quelconque des revendications 5 à 12, et
- la fabrication d’une deuxième pièce métallique, selon le procédé de fabrication selon l’une quelconque des revendications 5 à 12, 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.
- the manufacture of a first metal part according to the manufacturing method according to any one of claims 5 to 12, and
- the manufacture of a second metal part, according to the manufacturing method according to any one of claims 5 to 12, in which the metal used poured in pouring step 1 is the metal subtracted during subtraction step 3 of the manufacture of the first part.
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