[0001] L'invention est du domaine du moulage en fonderie utilisant un modèle perdu. Elle
est relative aux modèles perdus utilisés pour la fabrication d'une pièce de fonderie,
et au procédé d'assemblage de parties constitutives de modèles perdus.
[0002] Dans le domaine de la fonderie, il est connu de fabriquer une pièce en un matériau
métallique à partir de l'utilisation d'un modèle perdu. Ce dernier présente une conformation
et des dimensions identiques à la pièce souhaitée. Le modèle perdu est formé d'une
matière sublimable, telle que par exemple le polystyrène, le polyuréthane ou le polyéthylène.
Le modèle perdu est placé à l'intérieur d'une matrice constituée de sable qui reçoit
le matériau métallique en fusion. Au contact du matériau métallique en fusion, la
matière sublimable est sublimée pour laisser place au matériau métallique. Après refroidissement
de ce dernier, la pièce métallique obtenue est de forme et de dimensions identiques
à celles du modèle perdu.
[0003] Une utilisation de cette technologie intéressant la présente invention est le moulage
de pièces métalliques de fonderie, notamment des pièces de moteur thermique comme
des culasses. Le modèle perdu utilisé dans ce type de technologie est généralement
en polystyrène expansé.
[0004] Comme cela est, par exemple, décrit dans le brevet
EP- 2 052 799 ou dans le brevet
FR- 2 357 049 ou encore dans le brevet
EP- 2 397 245, des pièces moulées en polystyrène, dans ce cas appelées strates, peuvent être, après
moulage, assemblées pour constituer des modèles de fonderie appelés « modèles non
permanents » ou « modèles perdus », puisque les modèles seront détruits et remplacés
par du métal en fusion lors du moulage des pièces métalliques. Cette assemblage est
nécessaire notamment quand les pièces de fonderie à obtenir sont de forme complexe,
ce qui est le cas des culasses de moteur.
[0005] L'assemblage des strates se fait généralement par collage, par exemple à l'aide d'une
colle thermofusible. Un exemple de technique d'encollage par pulvérisation d'une colle
à base de polyuréthane en émulsion aqueuse est donné dans le brevet
FR- 2 768 068.
[0006] Cependant, cette technique de collage est susceptible d'améliorations. En effet,
il a été observé qu'elle ne permettait pas toujours d'éviter la formation de bourrelets
de colle dans les zones d'interface entre deux strates successives d'un modèle. Le
risque existe notamment dans des configurations de modèles présentant des orifices
délimitant des cavités du type logement, conduit et qui sont conjointement définies
par deux strates successives. Dans ce cas de figure, des bourrelets de colle peuvent
se former dans les cavités, dans la zone de jonction entre les deux strates. Ces bourrelets
peuvent poser des problèmes, par exemple quand le logement correspondant de la pièce
de fonderie obtenue à partir du modèle est destiné à recevoir un composant, car le
composant a un dimensionnement ajusté. En effet, la présence du bourrelet de colle
va modifier localement la forme, la section du logement de la strate, donc compliquer
/ gêner l'insertion du composant dans le logement. Et quand la cavité du modèle est
destinée à former un conduit de circulation de fluide dans la pièce de fonderie correspondante,
une modification de la géométrie du conduit/un rétrécissement de sa section, peuvent
gêner la circulation du fluide en question.
[0007] L'invention a alors pour but d'améliorer le procédé d'assemblage des strates pour
constituer un modèle perdu. Elle vise plus particulièrement à limiter au mieux les
risques de formation de bourrelets à l'interface entre deux strates successives du
modèle, notamment quand elles définissent conjointement une cavité.
[0008] L'invention a tout d'abord pour objet un procédé de réalisation d'un modèle perdu
destiné à être utilisé en fonderie pour l'obtention de pièces métalliques et comportant
un empilement de strates assemblées les unes aux autres par collage, le modèle perdu
comprenant une cavité débouchante par une ouverture vers l'extérieur du modèle et
qui est définie conjointement par deux portions de cavité appartenant respectivement
à deux strates successives, dites respectivement strate inférieure et strate supérieure
dans l'empilement. Le procédé selon l'invention comprend les étapes successives suivantes
:
- on insère un calibre dans la portion de cavité appartenant à la strate inférieure
avant assemblage de celle-ci, le calibre étant dimensionné pour combler la majorité
de la cavité complète,
- on encolle la face inférieure de la strate supérieure destinée à être assemblée à
la strate inférieure,
- on dispose la strate supérieure sur la strate inférieure de façon à compléter la portion
de cavité de la strate inférieure avec la portion de cavité appartenant à ladite strate
suivante pour constituer la cavité,
- on retire le calibre après collage effectif des deux strates successives entre elles.
[0009] On utilise les termes de strates « inférieure » et « supérieure » et de faces « supérieure
» et « inférieure », car le procédé d'assemblage se fait généralement par un empilement
de strates verticalement, où l'on commence l'empilement avec une strate, dont la face
inférieure est encollée puis posée sur la face supérieure d'une autre strate, l'ensemble
des deux strates étant ensuite encollé sur une nouvelle strate dite inférieure etc...
Ces termes spatiaux sont donc indiqués par soucis de concision et de clarté, mais
l'invention doit se comprendre comme englobant aussi toute technique d'assemblage
où l'empilement de strates se ferait différemment, par exemple selon un axe horizontal
(strates disposées selon des plans verticaux) ou verticalement mais en sens inverse
(on vient ajouter une strate au-dessus de l'empilement en cours de constitution, au
lieu d'ajouter l'empilement en cours de constitution à une strate disposée en dessous
de celui-ci).
[0010] La solution de l'invention est très avantageuse pour minimiser et même supprimer
toute présence défavorable de bourrelets de colle dans les cavités définies conjointement
par deux strates successives : le calibre vient empêcher la colle de s'accumuler dans
la cavité, tout particulièrement dans la zone de jonction entre les deux strates.
Insérer le calibre dans une des portions de cavité avant de poser la strate encollée
sur l'autre strate permet en outre de positionner correctement et facilement le calibre.
Il est à noter qu'en général on a recours à des colles thermofusibles, qui « prennent
» en quelques secondes ou dizaines de secondes.
[0011] Avantageusement, le calibre est dimensionné pour combler complètement la cavité.
On évite ainsi tout bourrelet de colle dans l'ensemble de la cavité, ce qui est en
général le but recherché.
[0012] De préférence, le calibre comprend une âme rigide, notamment métallique, recouverte
d'un manchon aux propriétés anti-adhérentes. Le manchon est de préférence à base de
silicone, car il s'est avéré que ce matériau avait de remarquables propriétés anti
adhérentes vis-à-vis de la colle thermofusible utilisée pour le collage des strates.
C'est en effet avantageux, pour permettre le retrait du calibre de la cavité facilement,
et sans que le calibre ne conserve des traces de colle (qui pourraient risquer, en
outre, d'emporter des traces de la strate elle-même avec elles).
[0013] Avantageusement, le calibre est monté mobile en translation à l'aide d'un vérin ou
tout autre actionneur auquel il est solidarisé. Le fonctionnement du vérin peut être
piloté manuellement, ou automatiquement, notamment en synchronisation avec les moyens
de manipulation et d'encollage des strates.
[0014] La cavité peut être borgne (ne déboucher que par une ouverture, notamment latéralement)
ou traversante (déboucher des deux côtés, notamment sur deux bords opposés du modèle).
Le modèle peut aussi comporter plusieurs cavités ainsi disposées « à cheval » sur
deux strates.
[0015] La strate supérieure peut être déjà assemblée à une ou plusieurs strates supérieures
avant encollage de celle-ci pour assemblage à la strate inférieure. De façon plus
générale, on peut pré-assembler au moins une des strates successives définissant conjointement
la cavité à au moins une autre strate avant d'insérer le calibre.
[0016] De préférence, l'encollage se fait avec une colle thermofusible chauffée au-delà
de la température ambiante.
[0017] L'invention a également pour objet un dispositif de mise en oeuvre du procédé décrit
précédemment, qui comporte un actionneur, notamment de type vérin, solidarisé au calibre
et apte à l'actionner en translation, entre une position de retrait et une ou plusieurs
positions d'avancée.
[0018] L'invention a également pour objet une pièce de fonderie obtenue à partir du modèle
assemblé selon le procédé ou avec le dispositif pré-mentionnés, dont la cavité correspondante
à la cavité définie conjointement par deux strates successives reçoit un support de
moyens de stockage et/ou d'acquisition de données, notamment de type moyens électroniques/informatiques.
La cavité est alors généralement de type logement borgne. Il peut ainsi s'agir d'un
support par exemple en polymère contenant une puce électronique, et qu'on vient insérer
en force dans un logement.
[0019] Dans un autre mode de réalisation, la cavité correspondante à celle du modèle perdu
dans la pièce de fonderie peut participer à la définition d'une conduite de circulation
de fluide, par exemple du type fluide de refroidissement, elle est alors de préférence
de type conduite débouchante à chacune de ses extrémités.
[0020] Grâce à l'invention, la cavité du modèle perdu est dépourvue de bourrelet(s) de colle,
quand elle se situe dans la zone de jonction des deux strates successives.
[0021] Selon un exemple de réalisation, le modèle perdu selon l'invention définit la forme
d'une culasse d'un moteur thermique.
[0022] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de
la description détaillée qui suit d'un mode de réalisation de l'invention, donné à
titre d'exemple uniquement et en références aux dessins qui montrent :
- figure 1, une vue latérale d'un modèle perdu assemblé selon l'art antérieur et comprenant
une cavité débouchante définie par deux strates successives du modèle;
- figure 2, une vue cavalière d'un support de moyen électronique destiné à être logé
dans la cavité débouchante correspondante de la pièce de fonderie obtenu avec le modèle
perdu de la figure 1 ;
- figure 3, une vue latérale de la cavité débouchante de la pièce de fonderie obtenu
avec le modèle perdu de la figure 1, dans laquelle est logé le support de moyen électronique
de la figure 2 ;
- figures 4 et 5, respectivement une vue de face de la cavité débouchante du modèle
perdu avec un assemblage des strates selon l'art antérieur et la même vue d'une cavité
débouchante avec un assemblage selon l'invention ;
- figures 6 et 7 : des vues respectivement cavalière et en section verticale du dispositif
de mise en oeuvre du procédé selon l'invention avec un calibre :
- figures 8a, 8b et 8c : respectivement une vue du calibre complet utilisé dans le procédé
selon l'invention, de son âme rigide et du manchon destiné à recouvrir l'âme rigide.
[0023] Les composants identiques d'une figure à l'autre comportent la même référence. Les
figures ne représentent pas nécessairement tous les composants à l'échelle et restent
schématiques. Par soucis de clarté, cependant, on utilisera les mêmes références pour
désigner les cavités du modèle perdu et les cavités correspondantes de la pièce de
fonderie (ici, de la culasse du moteur) obtenue à partir du modèle perdu en question.
[0024] Il est proposé un procédé de réalisation d'un modèle pour mouler une pièce métallique
par modèle perdu, par exemple à base d'aluminium. Le procédé comprend un assemblage
particulier des strates en polystyrène formant le modèle perdu de la pièce à obtenir,
en l'occurrence une culasse de moteur thermique de véhicule automobile. On ne rentrera
pas dans le détail du moulage à moule perdu, ou dans la fabrication du modèle, on
pourra avantageusement se reporter aux brevets cités au préambule de la présente demande
décrivant cette technique.
[0025] La figure 1 rappelle d'abord la façon dont un modèle perdu est constitué de strates
de polystyrène expansé : elle représente un modèle perdu de culasse 1 constitué de
N strates, ici de 5 strates 10, 11,12, 13,14, assemblées. Les strates sont donc des
sous-ensembles unitaires du modèle, formant chacune une couche du modèle. La conception
par strates permet de concevoir des pièces complexes, notamment en raison d'un nombre
important de canaux (passages d'eau de refroidissement, d'air, carburant, gaz d'échappement).
Le modèle est obtenu par exemple par collage des strates entre elles, comme décrit
dans le brevet
FR-2 768 068 précité : on vient coller sur la strate X la strate suivante X+1, en venant encoller
la face inférieure de cette strate X+1 puis en venant déposer cette strate X+1 sur
la strate X. La colle thermofusible est appliquée à chaud, le temps de prise peut
être de l'ordre de la seconde ou de la dizaine de secondes. Ensuite, on vient prendre
cet ensemble de deux strates, et on vient encoller cet ensemble sur une troisième
strate, et ainsi de suite jusqu'à ce que le modèle entier soit assemblé. On repère
sur la figure l'interface entre deux strates successives par la présence d'une mince
couche de colle 15. Dans cet exemple, le modèle 1 présente une cavité débouchante
16 qui se trouve entre deux strates successives 13,14 dans l'empilement, et de section
sensiblement cylindrique. Cette cavité 16 est utilisée pour loger par la suite, une
fois le modèle entièrement constitué et la culasse obtenue, un support de puce électronique
dans la culasse à la figure 2 et comprenant une partie 17a destinée à être insérée
à force dans la cavité 16 et une partie 17b définissant un logement pour une puce
électronique (non représentée). Cette puce permet de suivre et d'identifier la culasse
1' (dont une portion est représentée à la figure 3) sur le site de production. Le
support 17 est en matériau de type plastique, la partie 17a présente des « arêtes
» qui permettent de maintenir en position le support dans la cavité une fois inséré.
[0026] La figure 3 représente ce support 17 : une fois le support inséré dans la cavité
16 de la culasse 1', seule la partie 17b émerge de la culasse.
[0027] La figure 4 représente un agrandissement de l'ouverture de la cavité 16 du modèle
1. On constate que la couche de colle 15 qui se trouve entre les deux strates 13 et
14 présente un bourrelet 15a tout le long de la cavité 16 dans la zone de jonction
entre les strates. Ce bourrelet 15a peut poser problème, dans la mesure où la section
de la cavité 16 s'en trouve modifiée, réduite par rapport à la section calibrée, ce
qui peut entraîner des difficultés à insérer le support 17 de puce dans la cavité
correspondante de la culasse 1', voire rendre l'insertion impossible quand le bourrelet
est trop proéminent, entrainant une modification trop importante de la section de
la cavité correspondante dans la culasse 1'.
[0028] Les figures 5 et suivantes se rapportent à l'amélioration du procédé d'assemblage
des strates selon l'invention.
[0029] La figure 6 représente le modèle en cours de constitution, avec la strate inférieure
13, la strate suivante dans l'empilement pas encore assemblée à celle -ci, l'ensemble
des deux strates successives devant définissant conjointement une cavité 16' de section
sensiblement cylindrique. Par rapport à un assemblage connu des strates par collage,
l'invention ajoute une étape d'insertion d'un calibre 18 mu par un vérin 19a,19b en
translation selon un axe X confondu avec l'axe longitudinal de la cavité cylindrique
16'. Le vérin comprend de façon connue une tige 19a solidarisée à une extrémité du
calibre 18 et un corps de vérin 19b dans le quelle dont la longueur selon l'axe X
définit la course de la tige 19a. Cette étape supplémentaire va être détaillée conjointement
avec la figure 6 et la figure 7, cette dernière figure représentant les deux strates
successives :
[0030] Avant d'assembler la strate supérieure 14 à la strate inférieure 13 positionnée dans
un support, on vient avancer le calibre en position avant de façon à ce que le calibre
18 se positionne dans la portion de cavité définie par la strate inférieure 13. Le
dimensionnement (longueur, section) du calibre est choisi de façon à combler exactement
la cavité complète 16' dans sa section et sur au moins une partie de sa longueur (au
moins dans la portion de cavité qui va recevoir le support 17 et qui doit donc être
dépourvue de bourrelet de colle). Puis, le calibre 18 toujours en position avant,
on vient assembler la strate inférieure 13 avec la strate supérieure 14, par encollage
de la face inférieure 14a de la strate 14 puis pose de cette strate sur la face supérieure
de la strate inférieure 13. La cavité complète 16' est alors formée autour du calibre
18. On attend ensuite le temps voulu pour que la colle se durcisse et remplisse ainsi
son rôle de collage définitif (par exemple entre 5 et 25 secondes), puis on actionne
le calibre 18 avec le vérin 19 pour qu'il passe en position retrait, comme représenté
en figure 7. Le calibre 18 est alors entièrement dégagé de la cavité 16', et on peut
ensuite procéder à l'assemblage des strates suivantes (les deux strates 13,14 définissant
la cavité conjointe 16' sont, dans cet exemple, les deux premières strates de l'empilement
en cours de constitution).
[0031] Le vérin 19a,19b permet donc de faire adopter au calibre 18 deux positions discrètes
: une position avant où le calibre 18 est inséré dans la cavité du modèle en cours
de constitution (figure 6) et une position de retrait où le calibre est en position
de retrait, dégagé de la cavité (figure 7). Le vérin a donc une course prédéfinie
réglable, la tige du vérin 19a étant entièrement rentrée dans le corps du vérin 19b
en position de retrait. Le corps du vérin 19b est fixé par un bras 20 à un support
21 solidaire de ou faisant partie intégrante du support de la strate inférieure 13.
[0032] Les figures 8a,8b,8c détaillent la constitution du calibre 18 : il comprend une âme
rigide métallique 18a sous forme d'une tige qui est recouverte entièrement d'un manchon
18b. Le manchon 18b est en silicone, qui s'est avéré un matériau extrêmement anti-adhérent
vis-à-vis des colles thermofusibles communément utilisées pour assembler les strates,
notamment celles décrites dans le brevet précité. L'âme 18a est essentiellement cylindrique
et comporte ici des filets saillants hélicoïdaux facilitant l'emmanchement du manchon
18b. L'âme 18a est solidarisée au vérin par une pièce intermédiaire 18c.
[0033] La figure 5 représente la cavité 16' du modèle obtenue avec l'invention : on voit
que la section cylindrique est parfaitement calibrée, et dépourvue de bourrelet de
colle, ce qui garantit une cavité correspondante dans la culasse exactement calibrée
au dimensionnement voulu.
1. Procédé de réalisation d'un modèle perdu (1) destiné à être utilisé en fonderie pour
l'obtention de pièces métalliques (1') et comportant un empilement de strates assemblées
les unes aux autres par collage,
caractérisé en ce que le modèle perdu comprend une cavité débouchante (16') par une ouverture vers l'extérieur
du modèle et qui est définie conjointement par deux portions de cavité appartenant
respectivement à deux strates successives (13,14), dites respectivement strate inférieure
(13) et strate supérieure (14) dans l'empilement, et
en ce que le procédé comprend les étapes successives suivantes :
- on insère un calibre (18) dans la portion de cavité appartenant à la strate inférieure
(13) avant assemblage de celle-ci, le calibre étant dimensionné pour combler la majorité
de la cavité complète,
- on encolle la face inférieure de la strate supérieure (14) destinée à être assemblée
à la strate inférieure,
- on dispose la strate supérieure (14) sur la strate inférieure (13) de façon à compléter
la portion de cavité de la strate inférieure (13) avec la portion de cavité appartenant
à ladite strate suivante (13) pour constituer la cavité,
- on retire le calibre (18) après collage effectif des deux strates successives entre
elles (13,14).
2. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le calibre (18) est dimensionné pour combler complètement la cavité (16').
3. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le calibre (18) comprend une âme rigide (18a), notamment métallique, recouverte d'un
manchon (18b) aux propriétés anti-adhérentes.
4. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le manchon (18b) est à base de silicone.
5. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le calibre (18) est monté mobile en translation à l'aide d'un vérin (19a,19b).
6. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la cavité (16') est borgne ou traversant.
7. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on pré-assemble au moins une des strates successives (13,14) définissant conjointement
la cavité à au moins une autre strate avant d'insérer le calibre (18).
8. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'encollage se fait avec une colle thermofusible chauffée au-delà de la température
ambiante.
9. Dispositif de mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications précédentes,
caractérisé en ce qu'il comporte un actionneur (19a,19b), notamment de type vérin, solidarisé au calibre
(18) et apte à l'actionner en translation, entre une position de retrait et une ou
plusieurs positions d'avancée.
10. Pièce de fonderie obtenue à partir du modèle perdu (1) obtenu par le procédé selon
l'une des revendications 1 à 8 ou par le dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que la cavité de la pièce de fonderie correspondant à la cavité (16') définie conjointement
par deux strates successives du modèle reçoit un support (17) de moyens de stockage
et/ou d'acquisition de données, notamment de type moyens électroniques/informatiques.