FR2711081A1 - Apparatus and method for making a casting part by the lost pattern method - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un dispositif pour la réalisation d'une pièce de fonderie par le procédé à modèle perdu comportant un modèle (1) et un descendant de coulée (7) en matériau pyrolysable alvéolaire, noyés dans du sable (5) compacté, ledit descendant de coulée étant relié à un godet de coulée en matériau réfractaire (8). Le modèle et le descendant de coulée sont revêtus d'un enduit de particules réfractaires, l'enduit étant, au moins localement, renforcé par un liant minéral. L'invention concerne également un procédé de réalisation d'une pièce de fonderie à l'aide d'un tel dispositif.The invention relates to a device for the production of a foundry part by the lost-model method comprising a model (1) and a casting descendant (7) of pyrolyzable cellular material, embedded in compacted sand (5), said casting descendant being connected to a casting cup made of refractory material (8). The model and the casting descendant are coated with a coating of refractory particles, the coating being, at least locally, reinforced by a mineral binder. The invention also relates to a method for producing a foundry part using such a device.
Description
La présente invention a pour objet un dispositif pour la réalisation d'uneThe subject of the present invention is a device for producing a
pièce de fonderie par le procédé à modèle perdu comportant un modèle et un descendant de coulée en matériau pyrolysable alvéolaire noyés dans du sable compacté, ledit descendant de coulée étant relié à un godet de coulée en matériau réfractaire, le modèle et le descendant de coulée étant revêtus d'un foundry piece by the lost pattern method comprising a pattern and a casting descendant made of cellular pyrolyzable material embedded in compacted sand, said casting descendant being connected to a casting cup of refractory material, the casting model and descendant being wearing a
enduit de particules réfractaires.coated with refractory particles.
On appelle "descendant de coulée" une pièce en matériau We call "pouring down" a piece of material
pyrolysable reliant le modèle à l'alimentation en métal liquide. pyrolysable linking the model to the liquid metal feed.
Elle a également pour objet un procédé de fabrication dudit dispositif et un procédé de réalisation d'une pièce de fonderie à l'aide de ce dispositif. Le dépôt d'un enduit sur le modèle en matériau alvéolaire et sur le descendant de coulée est rendu nécessaire afin de constituer une barrière entre le métal et le sable lors de la coulée. Cet enduit évite un amalgame sable/métal en surface de la pièce finie qui rendrait impossible tout usinage ultérieur. L'enduit présente généralement une épaisseur d'environ 1 mm et est constitué de particules réfractaires déposées par exemple par enduction It also relates to a method of manufacturing said device and a method of producing a casting with this device. The deposition of a coating on the alveolar material model and on the downstream of casting is made necessary to form a barrier between the metal and the sand during casting. This coating avoids a sand / metal amalgam on the surface of the finished part which would make any subsequent machining impossible. The coating generally has a thickness of about 1 mm and consists of refractory particles deposited for example by coating
de barbotine (enduit humide).of slip (wet coating).
Toutefois, l'application du procédé à modèle perdu à des pièces de géométrie complexe (épaisseurs dissymétriques, pièces très évidées, orifices However, the application of the lost-model method to parts of complex geometry (asymmetrical thicknesses, very hollowed out pieces, orifices
multiples et très sollicités mécaniquement comme les culasses ou les bloc- multiple and very mechanically stressed like the cylinder heads or the block
cylindres) rendent l'effet barrière de cet enduit insuffisant. cylinders) make the barrier effect of this coating insufficient.
En effet, aux emplacements des cavités, le serrage du sable est Indeed, at the locations of the cavities, the tightening of the sand is
moindre du fait de la difficulté à le compacter à ces endroits. less because of the difficulty of compacting it in these places.
De plus, dans le descendant de coulée, l'effet combiné de la température et des turbulences du métal liquide dans les zones de réduction des sections d'alimentation, de changements brusques de direction du flux métallique, du système d'attaque de coulée, produit une érosion Moreover, in the downstream of the casting, the combined effect of the temperature and turbulence of the liquid metal in the reduction zones of the feed sections, abrupt changes in the direction of the metal flow, the casting attack system, produces erosion
thermomécaniquement très préjudiciable à la tenue de cet enduit. thermomechanically very detrimental to the holding of this coating.
Pour pallier les différents inconvénients évoqués ci-dessus, liés à To overcome the various disadvantages mentioned above, related to
la rupture de l'enduit, on a proposé plusieurs solutions. the rupture of the coating, several solutions have been proposed.
Ona ainsi proposé d'augmenter l'épaisseur de l'enduit déposé sur le modèle. Toutefois, au-delà d'un millimètre d'épaisseur de barbotine (enduit humide) déposée au trempé, des problèmes rhéologiques d'application It was thus proposed to increase the thickness of the coating deposited on the model. However, beyond one millimeter of slip thickness (wet coating) deposited by dipping, rheological problems of application
(viscosité, thixotropie et instabilité) apparaissent. (viscosity, thixotropy and instability) appear.
On a également proposé d'appliquer un enduit plus cohésif, mais celui-ci sera moins perméable aux gaz de pyrolyse d'o un ralentissement de l'évacuation des gaz et un retard dans la propagation du métal liquide dans le It has also been proposed to apply a more cohesive coating, but it will be less permeable to pyrolysis gases where a slowing down of the evacuation of gases and a delay in the propagation of the liquid metal in the
polymère avec risque de ufigeageu prématuré du métal par solidification. polymer with risk of premature ufigeageu metal by solidification.
Une troisième solution consiste à effectuer une double enduction. Toutefois, l'efficacité de ce procédé est faible et la surenduction, de la barbotine notamment, est délicate. Par ailleurs, le séchage de barbotine épaisse de quelques millimètres occasionne des fissures du matériau lors de A third solution is to perform a double coating. However, the effectiveness of this process is low and overtraining, especially of slip, is delicate. In addition, the drying of slip a few millimeters thick causes cracks in the material when
son retrait.its withdrawal.
L'invention propose de pallier les inconvénients des réalisations mentionnées ci-dessus et a notamment pour objet de proposer un dispositif pour la réalisation d'une pièce de fonderie présentant un enduit dont la cohésion des grains de réfractaire est améliorée tout en maintenant une perméabilité satisfaisante aux gaz de pyrolyse et permet en outre: d'améliorer la stabilité physico-chimique de celui-ci en évitant toute décantation ou réaction chimique, - l'augmentation importante de la tenue mécanique à la température ambiante (charge à la rupture en flexion plusieurs fois améliorée) et à chaud, - une diminution de la porosité évitant localement la traversée de The invention proposes to overcome the disadvantages of the embodiments mentioned above and in particular to provide a device for producing a casting having a coating whose cohesion of refractory grains is improved while maintaining a satisfactory permeability to the pyrolysis gases and furthermore makes it possible: to improve the physicochemical stability of the latter by avoiding any decantation or chemical reaction, - the significant increase in the mechanical strength at ambient temperature (load at break in multiple bending) improved) and hot, - a decrease in the porosity avoiding locally the crossing of
l'enduit par le métal liquide.coated with liquid metal.
L'invention a également pour objet un procédé de réalisation d'un The subject of the invention is also a method for producing a
tel enduit applicable à toutes les couches réfractaires existantes. such coating applicable to all existing refractory layers.
Le dispositif selon l'invention est caractérisé en ce que l'enduit du modèle perdu et/ou du descendant de coulée est, au moins localement, The device according to the invention is characterized in that the coating of the lost model and / or the casting descendant is, at least locally,
renforcé par un liant minéral.reinforced by a mineral binder.
Le modèle perdu et le descendant de coulée sont de manière connue en polymère alvéolaire pyrolysable, c'est-à-dire que le polymère se transforme en gaz de pyrolyse au contact avec le métal liquide, celui-ci The lost model and the pouring descendant are, in a known manner, made of pyrolysable cellular polymer, that is to say that the polymer is transformed into a pyrolysis gas in contact with the liquid metal, the latter
occupant l'espace ainsi libéré.occupying the space thus released.
Le liant minéral a pour but de durcir les enduits de fonderie aux emplacements o il est déposé, afin que ces endroits aient une meilleure tenue mécanique et thermique lors des différentes opérations de manipulation des modèles, lors de la coulée des métaux liquides sur le polymère alvéolaire et vis-à-vis de la pression des gaz générés par la The mineral binder is intended to harden the foundry coatings at the locations where it is deposited, so that these places have a better mechanical and thermal resistance during the various manipulations of the models, during the casting of liquid metals on the cellular polymer and vis-à-vis the pressure of the gases generated by the
pyrolyse dudit polymère.pyrolysis of said polymer.
Selon une variante avantageuse, le liant est un sel minéral According to an advantageous variant, the binder is a mineral salt
réfractaire, de préférence du silicate de sodium. refractory, preferably sodium silicate.
Le silicate de sodium répond avantageusement à la formule aSiO2, bNa2O, le rapport a/b étant compris entre 0,9 et 3,5, de préférence de l'ordre de3. L'épaisseur de l'enduit renforcé est généralement comprise entre The sodium silicate advantageously corresponds to the formula aSiO 2, bNa 2 O, the ratio a / b being between 0.9 and 3.5, preferably of the order of 3. The thickness of the reinforced coating is generally between
0,3 et 3 mm.0.3 and 3 mm.
Comme indiqué précédemment, l'enduit de particules durcies est localisé aux endroits du modèle perdu o le compactage du sable est insuffisant, notamment aux emplacements des cavités du modèle et/ou aux emplacements du descendant de coulée o l'attaque de coulée se produit ou de As indicated above, the coating of hardened particles is located at the locations of the lost model where the compaction of the sand is insufficient, in particular at the locations of the cavities of the model and / or at the locations of the casting descendant where the casting attack occurs or of
changements d'orientation ou de section de celui-ci. changes in orientation or section of it.
L'enduit renforcé par le liant étant imperméable aux gaz, il est préférable, afin de permettre aux gaz de la pyrolyse d'être évacués, que l'enduit ne soit renforcé que localement. Pour l'échappement des gaz, de Since the coating reinforced by the binder is impervious to gases, it is preferable, in order to allow the gases of the pyrolysis to be evacuated, that the coating is reinforced only locally. For the escape of gases,
manière connue, des évents peuvent être prévus. In known manner, vents may be provided.
Aux emplacements o le liant est déposé, celui-ci est présent à Where the binder is deposited, the binder is present at
raison de 0,006 à 0,06 g/cm2 d'enduit. because of 0.006 to 0.06 g / cm 2 of coating.
L'invention a également pour objet un procédé de fabrication d'un dispositif tel qu'il vient d'être décrit précédemment consistant à enduire de particules réfractaires la surface du modèle perdu et du descendant de coulée, caractérisé en ce qu'on dépose au moins localement sur ledit enduit une The subject of the invention is also a process for the manufacture of a device such as has just been described above, consisting in coating the surface of the lost model and the downstream of refractory particles with refractory particles, characterized in that less locally on said coating a
solution aqueuse d'un liant minéral, notamment un sel minéral réfractaire. aqueous solution of a mineral binder, especially a refractory mineral salt.
L'enduction peut être réalisée séparément avant l'assemblage du modèle et du descendant de coulée. Elle peut être également réalisée après The coating can be carried out separately before the assembly of the model and the casting descendant. It can also be performed after
l'assemblage de ces deux pièces.the assembly of these two parts.
La concentration du liant, notamment du sel minéral, dans la solution peut varier considérablement selon la nature des particules et la The concentration of the binder, in particular the mineral salt, in the solution can vary considerably according to the nature of the particles and the
dureté de l'enduit souhaitée.hardness of the desired coating.
En général, cette concentration sera comprise entre 20 et 50 % en In general, this concentration will be between 20 and 50%
poids, de façon à obtenir une masse surfacique de liant telle qu'indiquée ci- weight, so as to obtain a weight per unit area of the binder as indicated above.
dessus aux emplacements choisis.above at the selected locations.
L'enduction de la solution est effectuée généralement par pulvérisation suivie d'un séchage, de préférence en étuve à air chaud ou par The coating of the solution is carried out generally by spraying followed by drying, preferably in a hot-air oven or by
chauffage à microondes.microwave heating.
La température de séchage varie normalement entre 40'C et 60 C. The drying temperature normally varies between 40.degree. C. and 60.degree.
L'invention permet la réalisation d'une pièce de fonderie par le procédé à modèle perdu en coulant du métal liquide dans un dispositif tel que décrit précédemment et en récupérant la pièce de fonderie. L'invention a également pour objet la pièce de fonderie ainsi obtenue. L'exemple ciaprès illustre un mode de réalisation selon l'invention que l'on décrira en liaison avec la figure présentée en annexe qui est une vue en coupe d'un dispositif de principe présentant les The invention allows the realization of a casting part by the lost model method by casting the liquid metal in a device as described above and recovering the casting. The invention also relates to the foundry piece thus obtained. The following example illustrates an embodiment according to the invention which will be described in connection with the figure presented in the appendix which is a sectional view of a principle device presenting the
différentes formes de cavité pour la réalisation d'une pièce de fonderie. different cavity shapes for making a casting.
Un modèle perdu de fonderie destiné à la fabrication d'un bloc- A lost foundry model for the manufacture of a block
cylindres, comportant des cavités disposées aux emplacements appropriés, et un descendant de coulée, ces pièces étant en matériau polymère alvéolaire pyrolysable, tel que du polystyrène, ont été enduits d'une couche de particules réfractaires de 1 mm d'épaisseur, soit une masse surfacique de 0,02 g/cm2. Une solution à 30% de silicate de sodium de formule a SiO2, b Na2O (a/b = 3) a été pulvérisée sur toute la surface des cavités et au niveau de l'attaque de coulée et des changements de direction du descendant de coulée, de façon à déposer environ 0,02 g de liant par cm2 de surface concernée. Le cylinders, having cavities arranged at the appropriate locations, and a casting descendant, these parts being made of pyrolysable cellular polymer material, such as polystyrene, have been coated with a layer of refractory particles 1 mm thick, a mass surface area of 0.02 g / cm 2. A 30% solution of sodium silicate of formula a SiO 2, b Na 2 O (a / b = 3) was sprayed over the entire surface of the cavities and at the onset of casting and changes of direction of the casting descendant. , so as to deposit about 0.02 g of binder per cm 2 of surface concerned. The
modèle et le descendant de coulée sont ensuite séchés à l'air chaud. model and pouring descendant are then dried in hot air.
Selon la figure unique précitée, le dispositif de réalisation d'une pièce de fonderie comprend un modèle 1 comportant cinq cavités 2, ledit modèle étant relié à sa base 6 à un godet de coulée 8 du métal liquide en matériau réfractaire (fibres céramiques) par l'intermédiaire d'un descendant de coulée 7 comportant à sa sortie au niveau de la base 6 du modèle, un rétrécissement 10 formant l'attaque de coulée, puis, séparés par trois segments rectilignes respectivement 11, 12 et 15, deux coudes 13 et 14 According to the aforementioned single figure, the device for producing a casting part comprises a model 1 comprising five cavities 2, said model being connected to its base 6 to a casting cup 8 of the liquid metal made of refractory material (ceramic fibers) by through a casting descendant 7 having at its outlet at the base 6 of the model, a narrowing 10 forming the casting attack, then separated by three straight segments 11, 12 and 15 respectively, two elbows 13 and 14
qui permettent de relier le descendant de coulée au godet de coulée. which make it possible to connect the pouring descendant to the pouring bucket.
Le modèle et le descendant de coulée sont revêtus par pulvérisation sur leur surface d'une couche de particules réfractaires respectivement 3, 9 d'une épaisseur de lmm, ladite couche étant durcie 4 par le liant comme indiqué ci-dessus, au niveau des surfaces intérieures des cavités, des The pattern and the casting descendant are spray-coated on their surface with a layer of refractory particles 3, 9, respectively, of a thickness of 1 mm, said layer being hardened by the binder as indicated above, at the level of the surfaces. cavities,
surfaces de rétrécissement 10 et des coudes 13, 14. narrowing surfaces 10 and bends 13, 14.
Le modèle et le descendant de coulée sont noyés dans du sable compacté 5, ce sable occupant également les volumes délimités par les cavités The model and the pouring descendant are embedded in compacted sand 5, this sand also occupying the volumes delimited by the cavities
2 mais avec un compactage moindre du fait de la géométrie de ces cavités. 2 but with less compaction due to the geometry of these cavities.
Du métal liquide versé, selon le procédé de fonderie, dans le godet est conduit dans le modèle perdu. Après solidification, on retire la pièce moulée et on constate qu'il ne s'est produit aucun amalgame sable/métal à la Poured liquid metal, according to the foundry process, into the cup is conducted in the lost pattern. After solidification, the molded part is removed and it is found that no sand / metal amalgam has occurred at the
surface de cette pièce.surface of this piece.
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