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Procédé et dispositifs de débourrage de noyaux de coulée
de pièces de fonderie
L'invention concerne un procédé et des dispositifs de débourrage de
noyaux de coulée de pièces de fonderie.
L'élimination des noyaux de coulée, sur des pièces de fonderie d'ar-
chitect:ure assez complexe, exige, trés souvent, de recourir à un mar-
teau pneumatidue, permettant de soumetxre la pièce à des chocs répé-
tés, susceptibles de rompre (adhérence du sable sur les parois.
A (origine, ce travail s'effectuait en tenant le marteau pneumatique à
p la main, en s'en remettant à la dextérité et au savoir-faire de fopéra-
teur ; il en résWtait certaines disparités dans le rêsultat obtenu et la
mise au rebut d'une proportion assez importante des pièces finies of
fiant un débourrage incomplet.
En vue de rationaliser cette opération et de mettre (opérateur à (abri
des nuisances qui en résultent : bruit:, poussière, il a été envisagé de
recourir à des dispositifs tels que ceux décrits dans le brevet français
n° 2.311.617 et: le brevet européen n° 0.144.031. Ces
dispositifs sont
constitués, esst:ntiellement, d'un châssis, sur lequel se fine une ou
plusieurs pièces à débomrrer ; le dit châssis étant soumis à des vibra-
tions susceptibles de provoquer le décollage et le fractionnement des
noyaux.
Pour accroître encore le rendement de ce dispositif, il a été prévu,
2 5 dans Ie brevet fiançais 2.470.652, de disposer plusieurs châssis sur
un carrousel poilygonal, entraîné en rotation pas à pas devant un poste
de chargement et un poste de déchargement diamétralement opposés.
Toutefois, force: est de mmarquer que Ies vibrations appliquées ainsi
3 0 ~~iérement s,ur les pièces ne garantissent cependant pas un frac-
tionnement suffisant du noyau, ni un décollage total de toutes les
fractions de celui-ci.
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Il résulte de cette situation une certaine réticence des concepteurs à
recourir à des
architectures complexes, susceptibles de contrarier cette opération de
débourrage,
alors que ce serait cependant très souhaitable pour l'utilisation ultérieure
de la pièce.
Ce problème revêt une importance particulière pour les culasses de moteur à
combustion interne, dont les plus complexes s'avèrent très souvent impossible
à
débourrer entièrement, avec ce que cela suppose comme perturbation sur les
chaînes
de fabrication et comune renoncement pour les concepteurs.
La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients. Cette
invention,
telle qu'elle se caracaérise, résout le problème consistant à définir un
procédé et à
créer des dispositifs avec lesquels les noyaux puissent être non seulement
fragmentés, mais aussi totalement désagrégés, tout en provoquant un effet
d'érosion
entraînant le décollage de toutes les particules de sable, avant évacuation
totale par
gravité en une seule: et même phase, de préférence, sans repositionnement de
la
pièce sur son suppon:.
Le procédé selon l'invention se caractérise essentiellement en ce qu'il
comprend une
première opération qui consiste en l'application de chocs, à fréquence élevée,
directement sur la pi~~ce, alors que celle-ci est maintenue en appui contre un
matelas
pneumatique pour obtenir le fractionnement du noyau; cette première opération
étant
suivie de deux autres opérations connues de l'art antérieure, notemment du
document EP-A-0144031, à savoir:
- balancement de la pièce selon un mouvement alternatif,
- élimination du sable par gravité, au fur et à mesure de la désagrégation du
noyau.
Les deux premières opérations du procédé selon l'invention permettent
d'obtenir la
désagrégation totale du noyau, la deuxième opération, à savoir le balancement
alternatif de la pièce, permettant en outre d'obtenir un certain effet de
sablage de la
pièce moulèe.
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Selon un mode d'application du procédé, le balancement alternatif résulte de
la
combinaison d'un mouvement longitudinal alternatif à un mouvement transversal
alternatif.
Selon une première variante du mode d'application ci-dessus, le mouvement
transversal alternatif est appliqué dans un plan parallèle à celui dans lequel
le
mouvement longitudinal est appliqué.
Selon une seconde variante du même mode d'application du procédé, le mouvement
transversal alternatif est appliqué dans un plan perpendiculaire à celui dans
lequel le
mouvement longitudinal est appliqué.
Selon une définition particulière du procédé, le balancement de la pièce
s'effectue
avec une amplitude et à une fréquence réglable respectivement de 0 à 10 cm et
de 0
à 85 Hz.
Selon une autre dÉ:fmition particulière du procédé, le balancement de la pièce
s'effectue en combinaison avec le rattrapage d'un jeu J, introduisant un
effect
d'inertie supplémentaire sur la masse sableuse.
Quels que soient le mode d'application et la définition du procédé,
l'amplitude et la
fréquence du balancement de la pièce varient, au cours du balancement, selon
des
règles déterminées en fonction de l'architecture interne de la pièce et de la
dimension des cavitE;s.
Selon une autre définition du procédé, la fréquence du balancement est
irrégulière et
aléatoire.
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Un dispositif d'application du procédé de base selon (invention se
caractérise en ce que les chocs, à fréquence élevée, sont appliqués di-
rectement sur l.a pièce par l'intermédiaire d'un marteau pneumatique,
figé sur un sup~pott solidaire d'un bllti, disposé de façon à venir frap-
p~er directemeait la pièce par passage du marteau ~ travers un orifice
ménagé, à cet effet, dans une plaque d'appui fixe, contre laquelle la
pièce est maintenue par (intermédiaire d'une plaque de serrage et
d'un vérin à chambre, alimenté en basse pression, qui constitue le
coussin d'air, en ce que le balancement de la pièce, qui s'effectue se-
o torr un mouvement alternatif horizontal, est obtenu par fintermé-
diaire d'un récepteur, comportant la plaque d'appui, la plaque de ser-
rage et le vérin de bridage, relié au b~ti verticalement par quatre
bielles et horizontalement par une bielle et un double excentrique,
entraîné en roW fion par fintermédiair~e d'un moto-réducteur, et en ce
~ s que (élimination du sable par gravité s'obtient par le maintien en po-
sition verticale de la pièce, par mise en butée de celle-ci contre une
butée mécanique solidaire de la plaque d'appui.
Le récepteur es;t constitué, préférentiellement, de deux plaques laté-
2 o rates, en forme de col de cygne, reliées entre elles par la plaque d'ap~
pui et par une plaque de liaison, supportant le vérin pneumatique à
chambre prenant apYpui, d'une part, contre la plaque de liaison et
contre la plaque; de serrage montée par l'intermédiaire de coulisseaux
sur quatre glissières reliant la plaque d'appui à la plaque de liaison,
2 5 p~erpendiculaire:ment à celles-ci.
Les bielles verlxcales sont reliées aux plaques latérales par (inter-
médiaire d'articulation élastiques.
3 0 La bielle horizontale est reliée ~ la plaque de liaison par l'intermé-
diaire d'une chape.
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Selon un autre mode de réalisation du dispositif selon (invention ex-
posé ci-dessus,. le récepteur est équipé d'un boîtier porte-pièce, mon-
té avec un cerCain jeu entre la plaque de liaison et la plaque d'appui,
supporté par quatre biellettes verticales fixées contre la paroi interne
5 des plaques lal:érales par (intermédiaire d'articulation élastique, ou
directement sur le châssis par le même moyen.
Lorsqu'un jeu J doit âtre ménagé entre la plaque de serrage et la
pièce, celui-ci est obtenu par le montage de manchons, de longueur
0 déterminée en fonction de l'épaisseur de la pièce, sur les glissières,
entre la plaque d'appui et la plaque de serrage, ou par (intermédiaire
de deux vérins, montés en opposition, traversant la plaque de liaison,
dont la tige de 1"un est fixée à la chape et dont la tige de (autos vient en
appui contre la plaque de serrage pour contr8ler le jeu J à ménager
5 entre la dite plaque de serrage et la pièce ; la dite plaque étant ensuite
rendue solidaire: de ses glissières par (intermédiaire d'un système de
blocage incorporé aux coulisseaux.
Selon un mode de réalisation préférentiel du premier dispositif selon
z 0 l'invention, deux récepteurs sont montés sur un même bâti, de part et
d'autre d'un dourble excentrique unique, assurant, ainsi, le balance-
ment simultané de deux pièces dans l'alignement de deus marteaux
pneumatiques disposés à chacune des extrémités du bâti.
z 5 Selon la premi~~re variante d'application du procédé selon finven-
tion, le mouvement alternatif transversal est obtenu par fintermé-
dixies d'un vilebrequin relié à une capsule porte-pièce par au moins
une bielle en ce: que ladite capsule porte-pièce est supportée par un
bâti par l'intennédiaire de quatre biellettes s'articulant dans des
3 0 P~ P~'Pen~~~s au vilebrequin et en ce que la fréquence du ba-
lancement alternatif est rendue irréguliére et aléatoire par variation
correspondante ~de la vitesse de rotation du moteur d'entraînement du
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vilebrequin.
Selon la seconde variante d'application du procédé selon l'invention,
le mouvement alternatif transversal est obtenu dans un plan perpen-
diculaire au mouvement longitudinal par l'intermédiaire d'un vile-
brequin relié à la capsule porte-pièce par au moins un palier fué sous
cette dernière, et de ressorts, interposés verticalement entre la capsu-
le porte-pièce et le bâti, et en ce que la fréquence du balancement al-
ternatif est rendue irrégulière et aléatoire par variation cornespon-
dente de la vitesse de rotation du moteur d'entraînement du vilebre-
quin.
Le vilebrequin est disposé dans le plan médian longitudinal de la cap-
sule porte-pièce alors que les ressorts sont répartis en deux rangées
~ 5 disposées symétriquement par rapport au vilebrequin.
Selon un auge mode de réalisation de la première variante d'applica-
tion du procédé selon (invention, le mouvement longitudinal alter-
natif et le mouvement transversal alternatif sont combinés dans un
2 p méme mouvement assurant le balancement alternatif d'ensemble par
l'intermédiaire de deux vilebrequins disposés verticalement entre un
bâti et un support de capsule porta-pièce, et en ce que la fréquence du
balancement alternatif est rendue irréguli8re et aléatoire par varia
tion correspondante de la vitesse de rotation du moteur d'entraîne
z 5 ment des vilebrequins.
quels que soient les variantes d'application du procédé et leurs modes
de réalisation, la variation de vitesse du moteur d'entraînement de
l'e~ccentrique ou du vilebrequin est obtenue par l'intermédiaire d'un
3 o variateur électronique piloté.
Les avantages obtenus, grâce à cette invention, consistent essentiel-
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lement en cec:i que des pièces creuses, d'architecture complexe,
telles que des culasses de moteur à explosion, peuvent âtre réalisées
par moulage, ,.ans risque de difficulté d'élimination de la totalité du
noyau, tout en améliorant l'état de surface des parois par effet de sa-
s blage, favorisant, ainsi, (écoulement ultérieur des fluides liquides
ou gazeux, destinés à circuler dans les cavités ménagées à l'intérieur
de la pièce, selon une architecture même très complexe.
D'autres caractéristiques et avantages apparaîtront dans la descrip-
p fion qui va suivre d'un mode de r~éalisatian de l'invention, destiné au
débourrage de culasses de moteurs, donné à titre d'exemple non limi-
tatif au regard des dessins annexés sur lesquels
- la figure 1 représente une vue de face d'un dispositif à mouvement
~ 5 alternatif longitudinal, sans jeu longitu dinal, appliquant le procé-
dé de base,
- la figure 2 représente une vue de dessus du dispositif
selon la figure 1,
- la figure 3 représente une vue de face d'un dispositif avec jeu lon-
gitudinal,
- la figure 4 r~;présente une vue de dessus du dispositif selon la fi-
g~ 3~
- la figure 5 représente une vue de face d'une variante de réalisation
du dispositif à mouvement alternatif longitudinal avec jeu longi-
tudinal,
- la figure 6 représente une vue de dessus du dispositif selon la fi-
gare 5,
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- la figure 7 représente une vue de face d'un mode de réalisation par-
ticulier du dispositif à mouvement alternatif horizontal avec jeu
longitudinal,
- la figure 8 représente une vue de dessus du dispositif selon la fi-
- les figures 9, 10 et 11 représentent, respectivement, une vue de
face, une vue de dessus et une vue de c8té d'un dispositif ~ deux
pOSieS,
- la figure 12 représente une vue de face schématique du dispositif
de débourrage selon un mode de réalisation ~spondant à la p~-
mière variante d'application du procédé,
- la figure 13 représente une vue de face schématique du dispositif
de débourrage selon un mode de réalisation correspondant à la se-
conde variante d'application du procédé,
2 0 - la figure 14 représente une vue de c8té schématique en perspecti-
ve, du dispositif de débourrage selon la première variante d'appli-
cation du procédé selon l'invention, correspondant à un mode de
réalisation particulier de celle-ci.
Les figures 1 et 2 représentent une pièce 1, montée sur un dispositif
de fractionnement et d'évacuation du noyau de coulée de pièces de
fonderie selon l'invention, comportant un marteau pneumatique 20 à
marteau 21, fixé sur un support 3 solidaire d'un bâti 4 disposé de fa-
3 0 çon à venir frapper directement la pièce 1 par passage du marteau 2Z à
travers un orifice 401, ménagé, à cet effet, dans une plaque d'appui
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fixe 40 à butée: verticale 402, contre laquelle la pièce 1 est maintenue
par l'intermédiaire d'une plaque de serrage 41 soumise à l'action d'un
vérin à chambrt 50, alimenté en basse pression , constituant un cous-
sin d'air ; la dim plaque d'appui 40 et la dite plaque de sexage 41 font
partie d'un récepteur 60, relié au bâti 4 verticalement par quatre
bielles TO à articulation élastique 71 et horizontalement par une
bielle ?1 reliée:, d'une part, à un double excentrique 80 entraîné par un
moto-réducteur à vitesse variable 81 et, d'autre part, par finte:rmé-
diaire d'une chape 431 à une plaque de liaison 43 supportant le vérin à
p chambre 50, reliant transversalement, en combinaison avec la plaque
d'appui 40, dew~ plaques latérales en forme de col de cygne 61, 62 ; la
plaque de serrage 41 est montée, par l'intermédiaire de coulisseaux
411, sur quatre. glissières 412 reliant la plaque d'appui 40 à la plaque
de liaison 43.
Les figures 3 et 4 représentent une pièce montée avec un jeu J sur un
dispositif de fractionnement et d'évacuation du noyau de coulée, qui
ne diffère de ce:lui représenté sur les figures 1 et 2 que par la présence
de manchon 4L3, formant butée, sur les glissières 412, entre la plaque
2 o d'appui 40 et l.a plaque de serrage 41.
En examinant plus en détail les figures 1 et 2, on remarque que, sous
réserve que la longueur utile de la bielle 71 ait été préalablement ré-
glée afin d'obte:nir un écartement nécessaire et suffisant entre la pla-
que d'appui 40 W la plaque de serrage 41, pour une longueur à vide dé-
terminée du vérin à chambre 50, les pièces 1 peuvent étre directement
introduites par le dessus, ou, éventuellement, latéralement, dans
feapace ainsi nnénagé entre les deux plaques 40, 41, étant entendu
que la butée 40:2 existant sur la plaque d'appui 40 limite la pénétra-
i 0 tion de la pièce 1 dans cet espace, sans qu'il soit nécessaire de recou-
rir à aucun système de blocage. A noter que sur certaines pièces de
forme plane, le serrage des pièces peut s'effectuer directement, sans
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interposition de Ia plaque de serrage 4I .
Le récepteur 60 étant alors amené en fin de course vers le marteau
pneumatique 20, par action contr8lée sur le double excentrique 80
par l'intermédiaire du moto-réducteur 81, l'opération peut alors com-
mencer, puisque le marteau 21 du marteau pneumatique 20 peut frap-
per directement sur la piéce, en passant par l'orifice 401 prévu à cet
effet. Ces actions de martelage, à fréquence élevée, sur l'ensemble
résonnant, constitué de la pièce 1 avec sa plaque de serrage 41 et du
~~ à chambre 50 à basse pression, provoquent, au voisinage de la
fréquence propre de résonance du syst8me, un fractionnement et un
décollage du noyau. Ce phénomène de résonance peut étre contr8lé
par action sur la pression de gonflage du vérin à chambre 50 et sur la
fréquence du martelage.
Cette opération étant terminée, la désagrégation complète des mor-
ceaux de noyau peut alors étre entreprise, par mise en oeuvre du ba-
lancement par va-et vient de la pièce 1 par action sur le récepteur 60
supporté par les bielles verticales 70, par mise en marche continue du
z p moto-réducteur 81 entraînant Ie double excentrique 80 qui communi_
que, au dit récepteur 60, un mouvement horizontal alternatif, de
course et de fréquence déterminées par (intermédiaire de la bielle 72
et de la chape 431 fixée perpendiculairement à la plaque de liaison
43. Les morceaux de noyau, résultant de la fragmentation produite
z 5 lors de (opération précédente, subissant des effets d'inertie, qui pro
voquent, par entrechoquement, leur désagrégation progressive ; opé
ration qui entraîne une certaine érosion des aspérités qui peuvent
subsister dans les cavités inaccessibles et un décollement complet
des particules sableuses les plus adhén~ntes, par un effet de "sablage"
3 o bien connu en mécanique.
Sous réserve que la pièce 1 soit présentée en conséquence sur le ré-
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cepteur, le sable résultant de la désagrégation du noyau s'écoule par
gravité entre les plaques latérales 61, b2 du dit récepteur et les longe-
rons du bâti 4,. Ce sable peut âtre évacué au fur et ~ mesure par une
bande transporteuse. La fréquence du balancement et son amplitude
pourront, respectivement, âtre réglées, par action sur un régulateur
de vitesse et par action sur le double excentrique.
Dans certains cas, l'action de désagrégation des fragments de noyau
pourra âtre encore accrue, par ménagement d'un jeu J entre la plaque
o dite de serrage 41 et 1a pièce 1, par adjonction de manchon 413 de lon-
gueur appropriée sur les glissières 412 (figures 3 et 4) , ou, comme re-
présenté sur les figures 5 et 6, par (intermédiaire de deus vérins 55 et
56, montés en apposition et traversant la plaque de liaison 43, dont la
tige 551 de 1'wn est reliée à la chape 431 et dont la tige 561 de l'autre
vient en appui contre la plaque de serrage 41, ou directement contre
la pièce 1, pour assurer, à celle-ci, un jeu J contr8lé dans le plan hori-
zontal ; la platlue de serrage 41 étant ensuite solidarisée à ses glis-
sières par l'intermédiaire de dispositifs de blocage, incorporés aux
coulisseaux 41.1. Ainsi, le vérin 55 assure l'approche de la plaque de
2 o serrage en foncaion de l'épaisseur de la pièce et le vérin 56 assure uni-
quement Ie jeu J. cette disposition, qui correspond aux figures 3 à 6,
permet d'accroître, encore, (effet d'inertie et, par conséquent, (en-
trechoquement entre les morceaux de noyau; elle facilite, aussi,
(évacuation du sable, lorsqu'on a affaire à des piëces à architecture
2 5 interne assez c:ompleae.
Selon le mode de réalisation particulier de (invention, représenté sur
les figures 7 et 8, la pièce 1 se fixe dans le récxpteur 60 par (intermé-
diaire d'un boî~~er 9t1, monté avec jeu entre la plaque de liaison 43 et
3 0 ~ P~q~ d'appui 40, rendu solidaire des plaques latérales 61 et 6Z du
récepteur, ou du châssis (comme représenté sur les figures), par l'in-
termédiaire de quatre biellettes verticales ?3 figées par fintermé-
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diaire d'articulation élastique 71. La pièce est bloquée contre l'un des
petits c8tés 91 du boîtier, situé vers le marteau pneumatique 20, par
l'intermédiaire d'un vérin à chambre 50 prenant appui contre le petit
c8té opposé 92 du dit boitier 90, avec interposition, ou non, d'une
plaque de serrage 41. Il est possible, ainsi, d'obtenir un balancement
combiné de la pièce 1 par fintermédisire du récepteur 60 et du boîtier
90, en accompagnant celui-ci de chocs dûs au jeu ménagé entre le boî-
tier et les plaques de liaison 43 et d'appui 40.
On comprend qu'il soit intéressant de combiner deux dispositifs, afin
qu'ils utilisent, en commun, le double excentrique et son moteur d'en-
traînement, comme représenté sur les figures 9, 10 et 11.
Les figures 12 à 14 iep~sentent un b8ti 1000,190 supportant une cap-
sole pores-pièce 200 ou un support de capsule 100 par l'intermédiaire
de biellettes 500, de ressorts 700 ou de vilebrequins 180, actionnés
respectivement par un vilebrequin 300, une ou plusieurs bielles 400
et un moteur d'entraînement 600.
2 0 En examinant plus particulièrement la figure 12, on remarque que la
capsule porte-pièce 200 est reliée au châssis 1000 par l'intermédiaire
de biellettes 500, qui peuvent âtre communes avec celles permettant
le balancement longitudinal, sous réserve que leurs articulations
soient conçues en conséquence (genouillères ou double axe d'articu-
2 5 lation) ; le balancement latéral étant assuré par la bielle 400, animée
d'un mouvement alternatif par l'intermédiaire du vilebrequin 300. II
est évident, pour l'homme de métier, que la fréquence du balanceront
alternatif ainsi créée et entretenue par le moteur 600, pourra être ren-
due aléatoire par simple variation aléatoire de la vitesse de rotation
3 0 dit moteur 600 ; ce qui peut âtre aisément obtenu par (intermédiai-
re d'un variateur électronique, dont le pilotage est assuré en consé-
quence.
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En se reportant à la figure 13, on remarque que, dans ce mode de réali-
sation, la capsWe porte-pièce 200 est reliée au bâ t i 1000 par f in-
termédiaire du vilebrequin 300, en prise directe, sur le dessous de la-
dite capsule 200, et de deux rangées de ressorts 700, disposées de
chaque c8té du vilebrequin et assurant le rappel en position verticale
de la capsule 211, tout en créant, avec celle-ci, un système vibrant,
qui, combiné à une variation aléatoire de la vitesse de rotation du vi-
lebrequin, obtenue comme indiqué ~ l'exemple ci-dessus, générera et
entretiendra un: balancement alternatif aléatoire de ladite capsule
1 o porte-pièce 200. Dans ce mode de réalisation, le balancement longi-
tudinal peut être; obtenu par coulissement alternatif du palier 201, re-
liant la capsule porte-pièce 200 au vilebrequin 300, sur le maneton
dudit vilebrequin, sous réserve que la longueur de celui-ci soit prédé-
terminée en conséquence pour offrir une liberté de coulissemeatsuffi-
saute.
En examinant maintenant la figure 3, on remarque que, dans ce mode
de réalisation, le balancement longitudinal et le balancement tcans-
versai du ~.gpo-.rt loo sont combinés dans le déplacement circulaire
2 p du maneton 181 des vilebmquins 180 par rapport à (arbre d'enttaîne-
ment I82 de ces derniers. Le balancement ainsi obtenu peut étre ren-
du irrégulier et aléatoire, dans ce cas aussi, par variation de la vitesse
de rotation du rnoteur d'entraînement des vilebrequins, utilisant le
moyen déjà évoqué dans les autres exemples.
Il faut souligner que, dans les exemples représentés aux figures 12 et
13, la fréquence du balancement longitudinal peut être rendue, elle
aussi, aléatoire par variation aléatoire de la vitesse de rotation du
moteur affecté à~ cette fonction.
Le procédé et le dispositif, selon l'invention, concernent, principale-
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ment, le débourrage des culasses de moteur ~ combustion interne,
mais rien ne s'oppose à leur utilisation pour l'élimination du noyau
d'autres pièces de fonderie présentant la même complexité interne,
sous réserve d'adaptations mineures.
