[0001] La présente invention concerne un procédé d'enduction d'un modèle dans un bain d'enduction
ainsi qu'un dispositif conformé pour mettre ce procédé en oeuvre. Le procédé selon
l'invention s'applique tout particulièrement à la préparation de modèle perdu de fonderie,
utilisé notamment dans l'industrie automobile pour la préparation de pièces de moteurs
comme des culasse ou des carters cylindres.
[0002] Pour la réalisation de pièces de fonderie selon la technique du modèle perdu (PMP,
Procédé Modèle Perdu), on utilise des intermédiaires en polystyrène. Chacun de ces
intermédiaires est un modèle précis de la pièce à obtenir, au retrait du métal près.
Lorsque l'on réunit plusieurs de ces modèles en un seul intermédiaire, ce dernier
est appelé une « grappe ». Chaque modèle - et de manière analogue chaque grappe -
comporte un conduit de coulée destiné à assurer l'alimentation en métal liquide respectivement
du modèle ou de chacun des modèles de la grappe. Dans ce qui suit, toute description
faite par rapport à un modèle se rapporte de manière analogue aussi à une grappe et
vice versa.
[0003] Pour obtenir le moule de fonderie nécessaire pour la réalisation de la pièce de fonderie,
le modèle est enduit d'un liant réfractaire en solution aqueuse, par exemple en le
trempant dans un bain d'enduction, puis il est séché et moulé dans un sable flou et
compacté, dans une cuve. La pièce de fonderie est enfin obtenue par la coulée de métal
liquide directement sur le conduit de coulée émergeant du sable.
[0004] L'enduction du modèle en polystyrène est une étape importante dans la réalisation
d'un moule pour la technique PMP, car le liant réfractaire utilisé doit garantir l'interface
entre le sable formant le moule et le polystyrène expansé formant le modèle. Il est
donc important de recouvrir le modèle parfaitement en tout point, à l'intérieur et
à l'extérieur, avec la matière d'enduction.
[0005] Cependant, des pièces de fonderie telles la culasse d'un moteur thermique ont des
formes très complexes et comportent souvent des canaux tels des canaux de circulation
d'eau et d'huile. II existe donc un risque manifeste que des bulles d'air emprisonnées
dans certaines parties intérieures ou même extérieures du modèle ne puissent pas s'échapper
et qu'elles empêchent une enduction parfaite du modèle. Dans ce cas, à la coulée du
métal, il se forme des défauts de « grésage » par du sable collé sur la pièce de fonderie.
[0006] Pour éviter le plus possible la formation de tels défauts, le modèle, saisi par ses
deux extrémités opposées, est souvent maintenu, lors de l'immersion dans le bain d'enduction,
légèrement incliné par rapport à la verticale.
[0007] Cependant, les inclinaisons que l'on peut donner au modèle sont limitées, car le
polystyrène expansé est très fragile et le modèle ne résiste donc pas beaucoup à la
poussée d'Archimède agissant sur le modèle notamment pendant l'immersion. Cette contrainte
se fait particulièrement remarquer lorsque l'intermédiaire à enduire est une grappe,
car dans ce cas, les modèles n'ont aucun autre maintien que leur liaison au conduit
de coulée et la grappe risque donc de casser dans le bain d'enduction.
[0008] Un autre inconvénient de ce mode d'immersion est qu'il faut procéder à une immersion
lente pour donner au produit d'enduction le temps le pénétrer à l'intérieur du modèle
au fur et à mesure de l'immersion. II en résulte alors un cycle d'enduction très long
ou, autrement dit, une productivité très limitée.
[0009] Le but de l'invention est de remédier aux inconvénients énoncés ci avant.
[0010] Plus particulièrement, il s'agit de trouver une solution qui permette de diminuer
le risque de casse des modèles à enduire et qui permette en même temps d'augmenter
la productivité d'enduction.
[0011] Le but de l'invention est atteint avec un procédé d'enduction d'un modèle dans un
bain d'enduction, selon lequel on dispose le modèle dans une cage de maintien, on
immerge la cage dans le bain et on imprime un mouvement prédéterminé à la cage.
[0012] La présente invention propose des dispositions pourvoyant le modèle en quelque sorte
d'un squelette extérieur, en le positionnant dans une cage de maintien, qui lui confère
la raideur nécessaire pour pouvoir résister à la poussée d'Archimède lors de son immersion
dans le bain d'enduction. Ceci permet au modèle en plus d'être immergé plus rapidement,
d'où la possibilité d'un temps de cycle plus court que ce n'est possible en dehors
de l'invention.
[0013] Par ailleurs, les dispositions selon l'invention permettent d'obtenir une qualité
d'enduction au moins égale, sinon même meilleure qu'auparavant, car le modèle peut
être manipulé davantage selon les besoins de l'enduction que selon des besoins d'une
protection contre les risques de casse du modèle.
[0014] Pour obtenir ces avantages et encore d'autres, le modèle est donc d'abord protégé
en le positionnant dans une cage de maintien, c'est-à-dire dans une cage dont les
dimensions intérieures, et le cas échéant aussi la forme, assurent que le modèle ne
puisse pas se plier, et donc casser, sous l'effet de la poussée d'Archimède ni sous
l'effet d'autres forces qui pourraient être engendrées dans le bain lorsque le modèle
immergé est soumis, par exemple, à une rotation. En même temps, les dimensions de
la cage de maintien, et le cas échéant aussi la forme de la cage, permettent au produit
d'enduction d'atteindre tout point de la surface extérieure du modèle afin que l'enduction
soit homogène et que, lorsque le modèle est sorti de la cage, il ne subsiste aucune
marque de maintien qui serait synonyme d'une épaisseur locale réduite de l'enduit.
[0015] Ensuite, la cage de maintien - et avec elle le modèle - est immergée dans le bain
d'enduction et, pour rendre plus facile d'obtenir une enduction homogène du modèle,
un mouvement supplémentaire à celui de l'immersion est imprimé à la cage et ainsi
au modèle. Ce mouvement supplémentaire peut être, par exemple, une rotation de la
cage de maintien autour d'un axe longitudinal de celle-ci pendant l'étape d'immersion
et/ou une rotation sous la forme d'un ou de plusieurs tours autour de l'axe longitudinal
de la cage, lorsque la cage est totalement immergée.
[0016] Le procédé de l'invention peut comprendre en outre l'une au moins des étapes suivantes
:
- le temps total d'immersion du modèle est compris entre environ 15 secondes et 30 secondes
;
- le modèle, une fois émergée du bain d'enduction, est soumis à un égouttage et simultanément
à une succession de rotations et d'arrêts en rotation ;
- préalablement à l'immersion de la cage de maintien dans le bain d'enduction, l'embout
du conduit de coulée du modèle est protégé par un cache ;
- la mise en place du modèle dans la cage de maintien et l'enlèvement du modèle de la
cage de maintien sont effectués à l'aide d'un automate.
[0017] Le but de l'invention est également atteint avec un dispositif pour la mise en oeuvre
du procédé d'enduction décrit ci avant et qui comprend une cage de maintien comportant
des éléments de maintien et de raidissement destinés à augmenter la résistance mécanique
d'un modèle introduit dans la cage.
[0018] Le dispositif de l'invention peut avoir l'une au moins des caractéristiques supplémentaires
suivantes:
- le dispositif comporte un cache muni d'un joint gonflable destiné à assurer la protection
de l'embout d'un conduit de coulée du modèle ;
- le dispositif comporte un automate pour manipuler la cage de maintien pendant la mise
en oeuvre du procédé d'enduction ;
- la cage de maintien comporte un élément de liaison permettant de la lier à un bras
d'un automate pour pouvoir la déplacer et l'immerger à l'aide d'un automate.
[0019] D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la
description de la mise en oeuvre du procédé de l'invention et d'un mode de réalisation
du dispositif de l'invention ci-après, la description étant faite en référence aux
dessins dans lesquels :
- la figure 1A représente schématiquement une cage de maintien selon l'invention, fixée
sur un bras de manipulateur et maintenue dans une position d'immersion préférée de
l'invention ;
- la figure 1B représente la face d'accès de la cage de la figure 1A en une vue en perspective
;
- la figure 2 représente la cage de la figure 1 dans une position alternative d'immersion
;
- la figure 3 représente une cage de maintien selon un mode de réalisation de l'invention,
la cage étant fixée sur le bras d'un manipulateur ; et
- la figure 4 représente la cage de la figure 1 avec une grappe comportant deux modèles
à enduire.
- La figure 1A représente, de manière très schématique, un modèle 10 logé dans une cage
de maintien 20. Le modèle 10 comporte un corps 11 correspondant à une pièce de fonderie
à obtenir et un conduit de coulée 12.
[0020] La cage de maintien 20 est représentée comme ayant un corps parallélépipédique formée
par un ensemble de barres 21 espacées les unes des autres et s'étendant parallèlement
à un axe longitudinal R de la cage 20. Chacune des barres 21 est solidaire, par une
de ses deux extrémités opposées, d'un fond 22 et, par l'autre de ses deux extrémités,
d'un cadre d'accès 23. Pour plus de stabilité interne de la cage, les barres 21 sont
solidaires d'un cadre 24 disposé, par exemple, à mi-longueur des barres 21 et entourant
l'ensemble des barres 21.
[0021] Le fond 22 est avantageusement réalisé sous la forme d'une plaque, pouvant servir
ainsi en même temps d'interface entre la cage 20 et un manipulateur 30 dont la figure
1A ne représente qu'un bras 31 et un élément de liaison motorisé 32. Pour pouvoir
attacher la cage 20 au bras 31 du manipulateur 30, le fond 22 est pourvu d'un élément
d'accouplement 25 dont la conception est adaptée à celle de l'élément de liaison 32.
[0022] Le cadre d'accès 23 est pourvu d'une barre de fermeture 26 montée pivotante, moyennant
une charnière 27, sur le cadre 23 et s'engageant, en état fermé, dans un verrou 28
également solidaire du cadre 23.
[0023] Grâce à cette conception de principe d'une cage de maintien selon l'invention, le
procédé d'enduction selon l'invention est mis en oeuvre de la manière suivante.
[0024] Le modèle à enduire 10 est introduit dans la cage de maintien 20 préalablement ouverte,
par le cadre d'accès 23. Lorsque le modèle est entièrement introduit dans la cage
20, cette dernière est fermée au moyen de la barre de fermeture 26. Ensuite, la cage
de maintien 20 est immergée dans un bain d'enduction en la tenant dans une position
horizontale de son axe longitudinal R. Cette position horizontale est particulièrement
préférée lorsque le modèle est complexe et comprend notamment de nombreux conduits
ou cavités.
[0025] Pendant l'immersion du modèle 10 dans le bain d'enduction et éventuellement aussi
lorsque le modèle est entièrement immergé ou seulement lorsque le modèle est entièrement
immergé, la cage de maintien 20 - et ainsi le modèle 10 - est mise en rotation autour
de l'axe longitudinal R de la cage 20 pour améliorer la pénétration du produit d'enduction
à l'intérieur du modèle et plus particulièrement pour faciliter des dégagement des
bulles d'air qui, autrement, resteraient enfermées à l'intérieur du modèle.
[0026] Comme cela a été évoqué plus haut, lors de la réalisation d'une pièce de fonderie
avec un moule obtenu selon le procédé de la présente invention, le métal liquide est
versé directement sur le conduit de coulée du moule. II est donc évident que le conduit
de coulée doit être ouvert. Or, si l'on ne prend pas de dispositions appropriées dans
ce sens lors de la réalisation du moule, il faut ouvrir le conduit de coulée dans
une étape supplémentaire du procédé d'enduction du modèle ou dans une étape préalable
d'un procédé de coulée de pièces de fonderie, ce qui est évidemment à éviter dans
les deux cas.
[0027] Le meilleur moyen est alors de protéger l'embout du conduit de coulée contre tout
contact avec le produit d'enduction. Ceci peut être fait essentiellement de deux manières.
Selon la première, l'embout du conduit de coulée est protégé par un cache. II convient
alors de faire en sorte que le cache ne puisse se perde à aucun moment pendant la
mise en oeuvre du procédé d'enduction. L'exemple de réalisation décrit en référence
aux figures 3 et 4 en donne une solution.
[0028] Selon la seconde manière, représentée sur la figure 2, le modèle est maintenu incliné
lorsqu'il est immergé dans le bain d'enduction. II convient alors de déterminer un
angle d'inclinaison W, par exemple par rapport à l'horizontale, en fonction de la
forme et des dimensions du conduit de coulée, auquel le corps 11 du modèle 10 et la
plus grande partie du conduit de coulée 12 du modèle peuvent être enduits parfaitement
sans atteindre l'embout du conduit de coulée.
[0029] La cage 20 est cette fois-ci montée par son élément d'accouplement 24 à un manipulateur
dont la figure 2 ne représente que l'élément de liaison motorisé 32 et les deux parties
33, 34 et l'axe d'articulation 35 du bras du manipulateur.
[0030] On observera par ailleurs, en comparant les figures 1A et 2, que l'orientation du
conduit de coulée 12 à l'intérieur de la cage 20 est sans importance, abstraction
faite du maintien du cache de l'embout du conduit de coulée 12, lorsque la cage doit
être immergée en position horizontale. Cependant, lorsque la cage doit être immergée
en position inclinée, le conduit de coulée 12 doit se trouver du côté de l'élément
de liaison motorisé 32 du manipulateur.
[0031] La figure 3 représente un exemple de réalisation d'une cage de maintien 120 pour
la mise en oeuvre du procédé d'enduction selon l'invention.
[0032] La figure 4 représente la cage 120 de la figure 3 avec, en son intérieur, une grappe
110 comportant deux modèles 1, 2 et un conduit de coulée 3 avec un embout 4. La cage
120 est montée sur un bras 130 d'un manipulateur comportant un moteur (non représenté)
permettant d'imposer à la cage et ainsi au modèle - ou ici à la grappe 110 - un mouvement
prédéterminé. Avantageusement, le mouvement est un mouvement supplémentaire au mouvement
d'immersion, notamment une rotation autour de l'axe longitudinal R de la cage 120.
[0033] Selon la figure 3, la cage de maintien 120 comprend quatre barres de maintien 121
dont chacune est solidaire par une de ses deux extrémités opposées d'une embase 122
et par l'autre de ses deux extrémités d'un cadre d'accès 123. Le cadre d'accès 123
s'étend dans un plan parallèle à l'embase 122 et forme avec l'embase 122 deux extrémités
opposées de la cage 120.
[0034] Les quatre barres de maintien 121 sont des barres coudées qui s'étendent d'abord,
à partir de l'embase 122, parallèlement à un axe longitudinal R de la cage de maintien
120 et qui s'éloignent les unes des autres à l'approche du cadre d'accès 123. Avantageusement,
les barres 121 sont disposées perpendiculairement sur l'embase 122 et sont coudées
à angle droit, proche du cadre d'accès 123, vers l'extérieur pour être soudées sur
celle des deux faces du cadre d'accès 123 qui est orientée vers l'embase 122. Les
quatre barres de maintien 121 sont disposées, et notamment espacées les unes des autres,
de manière que la grappe 110 puisse être introduite entre elles et, plus particulièrement,
de manière que, lorsque la grappe est logée dans la cage 120, elle soit maintenue
par les quatre barres de maintien 121.
[0035] La cage de maintien 120 comprend en outre huit barres extérieures 124 dont la fonction
principale est de relier l'embase 122 au cadre d'accès 123. Ces barres sont appelées
« extérieures » car elles sont fixées sur l'embase 122 proche de son bord. Accessoirement,
quelques unes de ces barres peuvent être placées de manière à contribuer au maintien
de la grappe 110 dans la cage de maintien 120. Dans l'exemple représenté sur les figures
3 et 4, il s'agit des quatre barres 124, deux en haut et deux en bas dans ces figures,
qui sont les seules à être repérées sur la figure 4.
[0036] Afin de pouvoir protéger l'embout 4 du conduit de coulée 3, et en même temps pour
donner plus de stabilité au conduit de coulée 3, la cage de maintien 120 comprend
un cache 125 monté pivotant sur un support 126 solidaire du cadre d'accès 123. La
figure 3 représente le cache 125 en position « fermée », c'est-à-dire dans la position
qu'il occupe lorsqu'il est appliqué sur l'embout 4 du conduit de coulée d'un modèle
ou d'une grappe logée à l'intérieur de la cage, alors que la figure 4 représente le
cache 125 en position « ouverte », c'est-à-dire dans une position qui permet de faire
entrer ou sortir un modèle.
[0037] On voie plus particulièrement sur la figure 4 que le cache 125 est pourvu à l'intérieur
d'un joint gonflable 127 permettant, lorsque le cache est en place sur un embout 4,
de rendre le cache étanche au bain d'enduction.
[0038] Lors de la mise en oeuvre du procédé d'enduction selon l'invention, une grappe 110
est introduite, de préférence à l'aide d'un manipulateur automatisé, dans la cage
120, puis le cache 125 est placé sur l'embout 4 et le joint gonflable 127 du cache
125 est gonflé moyennant de l'air comprimé approvisionné par un conduit flexible 128,
pour rendre le cache étanche. Ensuite la cage 120 est immergée dans le bain d'enduction
et, selon ce qui a été déterminée auparavant, un mouvement simultané de rotation est
imprimé, en sus du mouvement d'immersion, à la cage 120. Lorsque le modèle est entièrement
immergé, on lui imprime à nouveau un mouvement de rotation, par exemple un tour autour
de l'axe longitudinal R de la cage 120, avant de faire émerger le modèle, par exemple
après un temps de cycle complet entre environ 80 secondes et 120 secondes (ce qui
correspond à un temps d'immersion de l'ordre de 15 à 30 secondes).
[0039] Lorsque le modèle est émergé du bain d'enduction, on le soumet à un égouttage pendant
lequel la cage 120 - et avec elle la grappe 110 - est soumise à une succession de
rotation et d'arrêt en rotation.
[0040] Enfin, le joint gonflable 127 du cache 125 est dégonflé, le cache 125 et retiré de
l'embout 4 et la grappe 110 est sortie, au moyen d'un manipulateur, de la cage 120.
[0041] Comme la description ci avant de l'invention et notamment la description de l'exemple
de réalisation le montrent, le procédé d'enduction et le dispositif d'enduction selon
l'invention permettent d'obtenir plus particulièrement les avantages suivants :
- une garantie de qualité à chaque cycle d'enduction,
- une garantie de régularité sur les épaisseurs de dépôt d'enduit,
- pas de risque de casse des modèles ou des grappes,
- un gain de temps de cycle et
- un gain sur la consommation d'enduit.
1. Procédé d'enduction d'un modèle dans un bain d'enduction, caractérisé en ce que l'on dispose le modèle dans une cage de maintien comportant des barres de maintien
dudit modèle s'étendant parallèlement à un axe longitudinal de ladite cage, on immerge
la cage dans le bain et on imprime un mouvement prédéterminé à la cage.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le modèle est immergé avec une rotation simultanée de la cage de maintien autour
d'un axe longitudinal de celle-ci.
3. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 2, caractérisé en ce que le modèle est immergé en tenant ladite cage dans une position horizontale dudit axe
longitudinal.
4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le temps total d'immersion du modèle est compris entre environ 15 secondes et 30
secondes.
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le modèle, une fois émergée du bain d'enduction, est soumise à un égouttage et simultanément
à une succession de rotations et d'arrêts en rotation.
6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé par une étape supplémentaire de protéger un embout de coulée du modèle par un cache.
7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la mise en place du modèle dans la cage de maintien et l'enlèvement du modèle de
la cage de maintien sont effectués à l'aide d'un automate.
8. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé d'enduction selon l'une quelconque des
revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comprend une cage de maintien (20 ; 120) comportant des barres de maintien et de
raidissement (22 ; 121) s'étendant parallèlement à un axe longitudinal de ladite cage
et destinées à augmenter la résistance mécanique d'un modèle (10 ; 110) introduit
dans ladite cage.
9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comporte un cache (125) muni d'un joint gonflable (127) destiné à assurer la protection
d'un embout (4) de conduit de coulée (3) du modèle (110).
10. Dispositif selon la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce qu'il comporte un automate (130) pour manipuler la cage de maintien (20 ; 120) pendant
la mise en oeuvre du procédé d'enduction.
11. Application du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 à l'enduction
par un liant réfractaire d'un modèle perdu de fonderie.