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WO 2016/156692 1
PCT/FR2016/050579
PROCEDE DE MOULAGE EN CARAPACE SABLE POUR LA
REALISATION D'UNE PIECE DANS LE DOMAINE DE
L'AUTOMOBILE ET DE L'AERONAUTIQUE.
L'invention se rattache au secteur technique de la fonderie,
notamment d'alliage en aluminium, de magnésium, de cuivre ou autres
matériaux similaires.
Plus particulièrement, l'invention concerne un procédé de moulage
en carapace sable, pour la réalisation d'une pièce dans le domaine de
l'automobile et de l'aéronautique.
Le procédé de moulage en carapace sable est parfaitement connu
pour un homme du métier.
Il consiste à utiliser un sable pré-enrobé d'une résine
thermodurcissable qui, au contact d'une plaque modèle chauffée à une
température d'environ 200 C, durcit sur une couche de quelques
millimètres, constituant la carapace. Chaque carapace correspond à un
demi-moule, qui est ensuite polymérisé, puis collé.
Parmi les différents procédés de moulage en carapace sable, on peut
citer les procédés Croning, boite chaude, boite froide, boite tiède,
inorganique.....).
Ce procédé de moulage présente plusieurs avantages, parmi lesquels
on peut citer la possibilité de réaliser des géométries très complexes, ainsi
que la possibilité d'intégrer différentes fonctions sur la pièce considérée,
par exemple un collecteur d'échappement sur une culasse de moteur de
véhicules automobiles. D'autres avantages sont à noter, par exemple, au
niveau de la diminution du poids des pièces obtenues. Un tel procédé
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nécessite, par ailleurs, de faibles investissements, et permet de diminuer les
opérations d'usinage.
Par contre, les pièces obtenues par ce procédé de moulage en
carapace, présentent des caractéristiques mécaniques, qui ne sont pas
toujours suffisantes dans certains domaines d'application, en considérant
des vitesses de solidification très faibles.
Il apparaît, donc, qu'un procédé de moulage en carapace est
particulièrement bien adapté pour la réalisation de pièces de géométries
complexes, lorsque ces pièces ne nécessitent pas des caractéristiques
mécaniques élevées.
Or, il est apparu que, non seulement, la géométrie des pièces se
complexifie, mais que les caractéristiques mécaniques de telles pièces,
doivent atteindre des niveaux élevés, et afin de répondre aux cahiers des
charges.
A partir de cet état de la technique et de cette situation, il est donc
apparu important de pouvoir améliorer le procédé de moulage en carapace
sable, afin de pouvoir obtenir des pièces de géométrie très complexes,
présentant des caractéristiques mécaniques élevées.
Pour résoudre un tel problème, il a été conçu, selon l'invention, un
procédé de moulage en carapace sable, selon lequel, dans une première
forme de réalisation :
- on coule un métal ou un alliage dans la carapace pour réaliser une
pièce,
- on refroidit de manière forcée et rapide la carapace,
- on réalise une opération de débourrage de la pièce.
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Un tel procédé trouve une application particulièrement avantageuse
dans le domaine de l'automobile et de l'aéronautique, pour la réalisation de
pièces très complexes, devant présenter des caractéristiques mécaniques
élevées. La carapace sable est fabriquée, d'une manière connue, selon un
procédé adapté à la nature de la pièce à obtenir (boite chaude, boite froide,
boite tiède, impression 3D, ....). Les épaisseurs de la carapace sont
également adaptées, en fonction des caractéristiques de la pièce à obtenir,
pour atteindre le meilleur compromis possible entre tenue de pression
métalo-statique et résistance thermique d'interface.
Comme indiqué, après avoir coulé le métal ou l'alliage, la carapace
sable, contenant ledit métal ou ledit alliage encore à l'état liquide, ou en
phase de solidification, est ensuite refroidie, par exemple, via une trempe.
De manière connue, cette trempe peut être à l'eau, à l'huile, à l'air, ou tout
autre moyen permettant un tel refroidissement. Refroidissement rapide et
forcé signifie que la carapace est trempée alors que l'alliage est encore
liquide. A titre indicatif nullement limitatif, la température de la trempe
est
inférieure à 100 C.
Ces deux opérations de coulage et de refroidissement ont un double
intérêt, qui est, d'une part, de permettre l'orientation du front de
solidification en établissant lors de la trempe, un gradient thermique, et
d'autre part, d'augmenter les vitesses de solidification, et par conséquent,
les caractéristiques mécaniques de la pièce en résultant.
Il suffit, ensuite, de soumettre la pièce à une opération de débourrage
classique, lequel débourrage peut être chimique, thermique ou mécanique.
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Dans une autre forme de réalisation du procédé selon l'invention, on
coule un métal ou un alliage dans la carapace pour réaliser, non plus une
pièce finale, niais une préforme. Le profil de la carapace est, bien
évidemment, adapté en conséquence. Puis, comme indiqué précédemment,
on refroidit, de manière forcée et rapide, la carapace et on réalise une
opération de débourrage de la préforme.
Dans cette forme de réalisation du procédé de moulage selon
l'invention, la préforme est soumise à une opération combinée de pressage
et de forgeage, comme il ressort du procédé connu sous la marque
COBAPRESS. Ce procédé COBAPRESS ressort, par exemple, de
l'enseignement du brevet EP 0 119 365.
Ce procédé de moulage en carapace sable, selon les caractéristiques
de l'invention, permet d'obtenir des caractéristiques mécaniques très
supérieures à celles obtenues dans le cas d'un procédé de moulage en
carapace sable, selon l'état antérieur de la technique, comme il ressort des
résultats d'essais ci-après, effectués avec le même type de métal ou
d'alliage.
Procédé de moulage en carapace selon l'état de la technique :
o SDAS : 60-70um
o Rp0.2=200-220 MPa
o Rm=240-260 MPa
o A%=1-2%
Procédé de moulage en carapace selon l'invention :
o SDAS : 30-35um
o Rp0.2= 220 -260 MPa
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o Rm=290-310 MPa
o A%-6-8%
formules selon lesquelles SDAS correspond à l'espace inter dendritique,
Rp à la limite élastique, Rm, à la résistance mécanique et A% à
l'allongement.
Il ressort des caractéristiques du procédé selon l'invention que le
procédé permet de cumuler les avantages d'une coulée en carapace sable
permettant d'obtenir des pièces de géométrie complexes, avec diminution
du poids, diminution des opérations d'usinage, tout en nécessitant de faibles
investissements, en présentant des caractéristiques élevées, comme il ressort
des essais comparatifs ci-dessus. On note également que l'application de
procédé COBAPRESS permet une forte diminution des porosités, et du
phénomène de peau.
