La présente invention concerne un moule permettant de réaliser des pièces en matériau alvéolaire qui sont destinées chacune à servir de modèle perdu pour la création d'une pièce de fonderie.

L'invention vise également une utilisation du moule pour la réalisation d'au moins une de ces pièces en matériau alvéolaire, ainsi qu'un procédé de réalisation desdites pièces en matériau alvéolaire mettant en œuvre ledit moule.

Pour réaliser des pièces complexes de manière précise, il est d'usage de réaliser un modèle de ladite pièce en cire ou en matériau alvéolaire, par exemple en polystyrène, de noyer ce modèle dans du sable dans un coffrage, et de couler du métal en fusion dans le coffrage.

Le métal liquide fait fondre le matériau alvéolaire et le remplace dans tout l'espace qu'il occupe dans le sable. Après refroidissement et démoulage, on obtient une pièce en métal présentant exactement la forme du modèle initialement réalisé en polystyrène expansé qui est appelé « modèle perdu ».

Pour réaliser ces modèles, il existe plusieurs procédés.

L'un de ces procédés consiste à réaliser le modèle en l'usinant directement dans un bloc en polystyrène expansé.

Ce procédé est long à mettre en œuvre. Il est donc considéré comme étant onéreux.

Un second procédé consiste à mouler le modèle.

Le moule utilisé suivant ce second procédé peut être réalisé:

- par usinage d'un bloc de métal,

- par moulage d'un alliage métallique,

- par électroérosion d'un matériau poreux,

- par un empilage sur champ de lamelles de métal ébauchées dont la forme finale est obtenue par usinage.

Le choix de la technique de réalisation du moule dépendant de la forme de modèle à réaliser.

Bien que ces moules soient rentables puisqu'ils permettent de créer entre 500 et 1 million de pièces, ils présentent certains inconvénients.

Ces inconvénients résident notamment dans l'état de surface des modèles obtenus.

En effet, les moules qui sont composés d'une superposition de lamelles produisent des modèles en polystyrène, par exemple, qui présentent autant de défauts de surface que de lamelles empilées les unes sur les autres composant le moule.

Quant aux modèles obtenus avec les autres moules, ils présentent toujours des défauts de surface.

Ces défauts sont dus à l'introduction de filtres, consistant en de petits cylindres, dans des perçages traversant de part en part la paroi des moules.

En effet, lors du moulage, les filtres laissent une marque sur la surface du modèle.

Ces défauts peuvent également être dus simplement aux perçages réalisés dans la paroi du moule.

Ces filtres ou ces perçages sont toutefois indispensables car ils assurent :

- l'évacuation de l'air lors du remplissage de l'empreinte formée dans le moule avec des billes de matière alvéolaire,

- l'introduction dans le moule de vapeur d'eau pour permettre de souder, ou de lier, les billes de matière entre elles, et de plastifier la matière en surface, et

- l'évacuation de la vapeur d'eau résiduelle et des agents porogènes qui sont contenus dans les billes de matière et qui leur permettent de gonfler et de se lier entre elles, avant de démouler le modèle.

L'invention propose à l'industrie une variante de substitution aux procédés de réalisation existants.

Elle concerne un moule comportant au moins une empreinte pour la réalisation d'au moins une pièce en matériau alvéolaire obtenu à partie de billes en polymère expansible, qui est destinée à servir de modèle perdu pour la fabrication d'une pièce de fonderie. Le moule présente des canaux qui traversent sa paroi en débouchant d'une part dans l'empreinte et d'autre part à l'extérieur du moule, et qui sont réalisés sous la forme de fentes s'étendant de façon sensiblement parallèle deux à deux et au moins partiellement selon les contours de l'empreinte du moule.

Les canaux permettent d'une part l'échappement de l'air contenu dans l'empreinte du moule lors de son remplissage par lesdites billes et d'autre part, l'introduction dans le moule de vapeur saturée de manière uniforme, la vapeur permettant de lier les billes entre elles et permettant de plastifier en surface la pièce de manière uniforme.

Selon une première variante de réalisation, les canaux présentent une largeur comprise entre 0,1 mm et 0,2 mm, préférentiellement de 0,15 mm.

Selon une seconde variante de réalisation, deux canaux sensiblement parallèles sont séparés par une distance comprise entre 3 mm et 10 mm. De préférence, la distance est égale à 8 mm.

Avantageusement, chacun des canaux présente une longueur comprise entre 20 mm et 150 mm.

Selon un mode de réalisation, le moule présente une épaisseur comprise entre 5 et 10 mm.

Dans le cadre d'un mode de réalisation qui sera décrit et illustré par la suite, au moins l'un des canaux du moule selon l'invention s'étend suivant une direction rectiligne.

Selon un autre mode de réalisation, au moins l'un des canaux s'étend suivant une direction curviligne.

Selon encore un autre mode de réalisation, les extrémités des canaux délimitent au moins partiellement des bossages localisés dans l'empreinte du moule.

Selon un autre mode de réalisation, les canaux s'étendent selon des lignes discontinues.

De manière avantageuse, les canaux sont réalisés de manière équidistante les uns des autres pour permettre un liage uniforme des billes entre elles et un état de surface uniforme de la pièce.

Selon un mode de réalisation, il est prévu que le moule soit conçu dans un métal non-oxydable par la vapeur d'eau.

Dans le cadre de ce mode de réalisation, le moule est de préférence réalisé en alliage d'aluminium ou en alliage cuivreux.

L'invention vise également une utilisation d'un moule présentant au moins l'une des caractéristiques précédemment exposées ou une combinaison de ces caractéristiques, pour réaliser un modèle perdu en matériau polymère alvéolaire à partir de billes de polymère en matériau expansible.

Avantageusement, on prévoit que le matériau alvéolaire consiste en du polystyrène expansé, en du polyméthylmétacrylate alvéolaire, ou en un copolymère de polystyrène et de polyméthylmétacrylate.

Dans le cadre d'un mode d'utilisation préféré, le moule est enfermé dans une chambre hermétique.

Dans le cadre de ce mode de réalisation, pour lier lesdites billes entre elles, de la vapeur d'eau saturée est avantageusement introduite dans la chambre jusqu'à ce que la pression autour du moule soit de l'ordre de 1 à 2 bars et la température soit de l'ordre de 12O ⁰ C, ladite vapeur entrant dans le moule par lesdits canaux.

Pour refroidir la pièce, il est avantageux de pulvériser de l'eau froide autour du moule dans la chambre hermétique, en partie arrière du moule, jusqu'à ce que la température à l'intérieur de la chambre soit de l'ordre de 50 ⁰ C.

Dans le cadre d'un mode d'utilisation avantageux, un vide d'environ 0,3 bar est appliqué à l'intérieur de ladite chambre de manière à éliminer par lesdits canaux l'eau résiduelle ayant servie à refroidir ladite pièce, ainsi qu'un agent porogène compris dans les billes de polymère et permettant aux billes de gonfler et de se lier les unes aux autres.

L'invention vise encore un procédé de réalisation d'un moule présentant au moins l'une des caractéristiques précédemment exposées ou une combinaison de ces caractéristiques, selon lequel les canaux sont réalisés au moyen d'un laser.

Selon un autre mode de mise en œuvre du procédé selon l'invention, les canaux sont réalisés au moyen d'un jet d'eau sous pression.

Suivant encore un autre mode de mise en œuvre, les canaux sont réalisés par électroérosion à fil.

Dans ce dernier cas, il est avantageux d'utiliser un fil qui présente un diamètre de 1/10 mm.

De manière avantageuse, et afin de faciliter les découpes dans le moule par le fil, un perçage est réalisé pour introduire le fil dans l'épaisseur du moule, avant la réalisation des canaux.

De plus, le perçage est préférentiellement obturé par un insert de même nature que celle dans laquelle le moule est réalisé, après la réalisation des canaux, Cela permet de limiter les contraintes subies par le moule au cours du moulage de la pièce en matériau alvéolaire.

D'autres objets et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description qui suit, faite en référence aux figures annexées parmi lesquelles :

- la figure 1 illustre, en vue de dessus, un moule selon l'invention suivant un premier mode de réalisation ;

- la figure 2 montre, en vue de profile, un moule selon l'invention suivant un second mode de réalisation ;

- et la figure 3 représente schématiquement, en vue de coupe, une partie de l'outillage à mettre en œuvre dans un procédé de moulage selon l'invention.

II devra être entendu que l'invention n'est en aucun cas limitée aux moules dont les formes sont représentées sur les figures 1 et 2, et qu'elle s'étend à tous les moules qui présenteraient les caractéristiques propres à l'invention, peu importent leurs formes ou leurs dimensions.

La figure 1 représente, en vue de dessus, le demi moule 1 (demi coquille) suivant un premier mode de réalisation d'un moule selon l'invention.

Le demi moule 1 est conçu pour réaliser deux pièces en matériau alvéolaire qui sont destinées chacune à servir de modèle perdu pour la fabrication d'une pièce de fonderie.

Le matériau alvéolaire utilisé pour réaliser ces pièces consiste en du polystyrène expansé, du polyméthylmétacrylate alvéolaire ou un copolymère de polystyrène et de polyméthylmétacrylate.

A cet effet, le demi moule 1 comporte deux empreintes 11 et 12 qui sont creusées dans son épaisseur.

Ces deux empreintes 11 et 12 présentent chacune des creux 13 et des bossages 14.

Comme le montre la figure 1 , le demi moule 1 présente des canaux 2, illustrés par des lignes dans chacune des empreintes 11 et 12.

Les canaux 2 permettent notamment l'échappement de l'air contenu dans l'empreinte du moule lors de son remplissage par des billes de matériau alvéolaire et l'introduction dans le moule de vapeur saturée, pour lier les billes entre elles et pour plastifier en surface ladite pièce de manière uniforme, comme il sera détaillé par la suite, lors de la description du procédé de moulage mettant en œuvre un moule selon l'invention.

Pour permettre la circulation de vapeur d'eau ou d'air au travers de la paroi du moule, les canaux 2 sont réalisés traversants en débouchant d'une part dans l'empreinte 11 ou 12, et d'autre part à l'extérieur du moule.

Les canaux 2 sont réalisés sous la forme de fentes s'étendant de façon sensiblement parallèle deux à deux et au moins partiellement selon le contour de l'empreinte 11 ou 12 demi moule 1.

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Comme on peut le voir sur la figure 1 , certains canaux 2 présentent des extrémités 21 qui délimitent au moins partiellement certains bossages 14 localisés dans l'empreinte du moule.

De plus, parmi les canaux 2, des canaux 22 s'étendent suivant des directions rectilignes, et des canaux 23 s'étendent suivant des directions curvilignes.

Par ailleurs, les canaux 2 sont réalisés sous la forme de lignes discontinues.

La réalisation sous la forme de lignes discontinues permet de préserver les propriétés physiques du moule, concernant notamment sa capacité de résistance à la déformation pendant le moulage de la pièce.

Ainsi, le moule a une durée de vie plus importante que si les canaux étaient réalisés sous la forme de lignes continues.

La figure 1 montre également que les canaux sont réalisés de manière équidistante les uns des autres, ce qui permet une répartition sensiblement uniforme des canaux dans l'empreinte demi moule.

On comprendra que « de manière équidistante », signifie :

- que la distance séparant deux canaux s'étendant sur la même est toujours sensiblement la même, - et / ou que la distance D séparant deux canaux est toujours sensiblement la même.

De cette manière, la circulation d'air ou de vapeur se fait de manière uniforme dans l'empreinte du moule, ce qui permet de réaliser des pièces homogènes, dont l'état de surface est également uniforme.

Dans le cadre du mode de réalisation présentement décrit, les canaux présentent une largeur comprise entre 0,1 mm et 0,2 mm, préférentiellement de 0,15 mm.

Les canaux 2 sont séparés par une distance D qui est comprise entre 3 mm et

10 mm.

11 devra être compris que la distance D correspondant à la distance séparant deux canaux sensiblement parallèles, mesurée entre un premier point appartenant à la ligne sur laquelle s'étend un premier canal, et un second point appartenant à la ligne sur laquelle s'étend sur le canal voisin, ce second point étant obtenu en croisant la perpendiculaire à la ligne du premier canal au niveau du premier point considéré, et la ligne du second canal.

En moyenne, dans le cadre de l'exemple de réalisation illustré sur la figure 1 , la distance D entre deux canaux est de l'ordre de 8 mm.

Les canaux présentent une longueur comprise entre 20 mm et 150 mm.

Concernant le moule, il est constitué de deux demi moules qui sont identiques ou non, suivant que la pièce à réaliser présente un plan de symétrie ou non.

Le moule est conçu en un métal non-oxydable par la vapeur d'eau, par exemple en alliage d'aluminium ou en alliage cuivreux.

La figure 2 présente un demi moule l' (demi coquille) suivant l'invention. Le demi moule l' présente une empreinte 15 de forme sensiblement cylindrique, de section ovale, présentant un fond 16 sensiblement plat.

Des canaux 24 sillonnent axialement la paroi latérale de l'empreinte 15 du demi moule l'.

Les canaux 24 présentent sensiblement les mêmes dimensions que celles des canaux 2 du demi moule 1 représenté en figure 1.

Une collerette plate 17 permet de fixer le demi moule l' dans un caisson 3 propre à l'outillage de moulage qui va maintenant être décrit en faisant référence à la figure 3.

L'outillage de moulage représenté sur la figure 3 permet de relier un des deux demi moule 1 (ou l') à une machine dont l'utilité sera détaillée par la suite.

L'outillage de moulage comporte un caisson 3 qui est fixé sur un cadre 4 de la machine, une plaque 5 sur laquelle le demi moule 1 (ou le demi moule l') est fixé et une plaque de fond 6.

Le demi moule 1 (ou l') peut être fixé sur la plaque 5 par des vis de fixation implantées dans l'aluminium du demi moule avec des douilles intervis, ou au moyen d'un système à glissière permettant de démonter facilement le demi moule pour en changer, par exemple.

Il est entendu que le demi moule 1 (ou l') est centré sur la plaque 5 avant d'y être fixé.

La plaque de fond 6 et les parois de l'intérieur du caisson sont équipées d'injecteurs de matière, sont pourvues d'orifices permettant le passage de vapeur d'eau saturée, et de moyens assurant le refroidissement du demi moule 1 (ou l').

Les injecteurs, les orifices et les moyens de refroidissement sont connus de l'homme de l'art. Ils n'ont pas été représentés sur les figures pour en faciliter la lecture.

Pour limiter la consommation de vapeur, il faut utiliser un caisson 3 ayant une profondeur P qui soit la plus faible possible.

Aussi, dans le cadre du mode de réalisation présentement décrit, le caisson 3 présente une profondeur P comprise entre 50 et 250 mm.

Pour constituer un moule entier, deux caisson 3 portant chacun un demi moule sont placés en regard l'un de l'autre suivant un plan parallèle à celui de la plaque 5.

Les deux caissons 3 sont centrés l'un par rapport à l'autre grâce à trois goujons 7 de centrage qu'ils présentent, l'un des caissons présentant des goujons de centrage mâle, et l'autre caisson présentant des goujons de centrage femelle.

Pour favoriser le moulage de la pièce et réduire le temps de réalisation d'une pièce, chaque caisson 3 présente avantageusement un joint d'étanchéité (non représenté), de sorte que, lorsque les caissons sont positionnés et fixés l'un en face de l'autre, il ne peut y avoir aucun échange d'air ou de vapeur avec l'extérieur.

Les deux caissons 3 définissent ainsi une chambre hermétique dans laquelle le moule se trouve enfermé.

Il est à noter que dans cadre de l'exemple présenté, le caisson constitue une pièce rapportée sur la machine. Il devra toutefois être entendu que le caisson pourrait tout aussi bien constituer une partie de la machine, sans que cela ne limite l'utilisation du moule selon la présente invention.

Le caractère hermétique de la chambre est important dans le procédé de moulage. En effet, et notamment pour mouler une pièce en matériau alvéolaire tel que le polystyrène par exemple, il est nécessaire de lier les billes entre elles par un apport de vapeur saturée (une vapeur sèche étant moins supportée par le matériau qui s'affaisse sous l'action de la chaleur). Pour favoriser cela, il est préférable qu'il n'y ait pas d'entrée d'air dans la chambre dans laquelle se trouve le moule.

Lors de la fermeture du moule, les deux plaques 5 portant les demi moules 1 (ou l') sont positionnées l'une par rapport à l'autre grâce à trois lardons.

Ces trois lardons sont connus de l'homme de l'art. Ils n'ont pas été représentés pour faciliter la lecture de la figure 3.

L'alliage dans lequel est conçu le moule a subi des traitements thermiques appropriés pour que le moule puisse supporter des changements de

températures brusques, de l'ordre de 70 ⁰ C en quelques minutes, des pressions importantes, de l'ordre de 7 bar, et des vides de l'ordre de 0,3 bar.

De sorte à éclairer le lecteur, le procédé de moulage d'une pièce va maintenant être décrit.

Une fois les deux caissons 3 positionnés l'un en face de l'autre, ils enferment de manière hermétique le moule.

Le matériau alvéolaire, qui se présente initialement sous forme de billes, est introduit dans le moule par tout moyen connu jusqu'à ce que le moule soit entièrement rempli.

Pour faciliter l'introduction des billes dans le moule, il est prévu d'appliquer un vide dans la chambre hermétique jusqu'à ce que le moule soit entièrement rempli de billes.

Cette opération permet une répartition homogène des billes dans le moule. Cela permet d'obtenir une pièce présentant une densité homogène.

Pour favoriser le vide dans le moule, une gorge est réalisée à la jonction des deux demi-moules, au niveau de leur plan de joint, par laquelle il est possible d'aspirer l'air contenu dans l'empreinte, ou volume de moulage.

L'épaisseur de la gorge est comprise sensiblement entre 0,1 et 0,15 mm et sa profondeur est de l'ordre de 5 à 10 mm.

L'appui des deux demi-moules s'effectue par zones pour permettre un passage de fluides depuis l'empreinte vers la chambre entourant le moule et inversement. La surface d'appui est calculée en fonction des efforts de fermeture et des qualités de matériaux.

Une vapeur d'eau saturée est introduite dans la chambre jusqu'à ce que la pression autour du moule soit de l'ordre de 1 à 2 bars et la température soit de l'ordre de 120 ⁰ C.

Cette pression assure l'introduction de la vapeur saturée dans le moule, à travers les canaux.

Chaque bille de matériau alvéolaire comporte une quantité d'agent porogène qui, sous l'effet de la vapeur d'eau saturée, fait gonfler la bille et la soude (ou la lie) avec les billes qui l'entourent. De cette manière, toutes les billes contenues dans le moule se soudent entre elles.

De plus, la vapeur d'eau saturée permet de plastifier la pièce en surface, par contact entre la surface des billes et la paroi de l'empreinte du moule.

Cette opération ne dure que quelques minutes.

Au moment où l'agent porogène lie les billes entre elles, la pression mesurée à l'intérieur du moule est de l'ordre de 2 bars.

Une seconde étape consiste à refroidir le moule dans la chambre hermétique, de manière à refroidir la pièce.

Pour ce faire, il est courant de pulvériser de l'eau froide sur l'arrière du moule dans la chambre hermétique, jusqu'à ce que la température à l'intérieur de la chambre soit de l'ordre de 50 ⁰ C.

Enfin, une fois la pièce et le moule refroidis, un vide de l'ordre de 0,3 bar est appliqué à l'intérieur de la chambre de manière à éliminer l'eau résiduelle ayant servie à refroidir le moule (et la pièce), ainsi que l'agent porogène ayant permis aux billes de gonfler et de se lier les unes aux autres.

L'eau résiduelle et l'agent porogène sont évacués du moule en traversant les canaux 3 (ou 24) sous l'effet du vide appliqué dans la chambre.

On comprend clairement de la description qui précède que les échanges entre l'intérieur et l'extérieur du moule se font par les canaux 3 (ou 24).

Les canaux assurent une répartition uniforme de la vapeur d'eau rentrant dans le moule, ce qui permet d'obtenir un bon état de surface de la pièce moulée.

Les canaux 3 ou 24 sont réalisés dans l'épaisseur du moule au moyen d'un laser, d'un jet d'eau sous pression ou par la méthode d'électroérosion à fil.

Dans ce dernier cas, on choisit de préférence un fil de diamètre sensiblement égal à 1/10 mm.

Pour introduire le fil dans l'épaisseur du moule, avant la réalisation des canaux, on réalise préalablement un perçage dont le diamètre est compris entre 2 et 3 mm.

Après réalisation des canaux, le perçage est obturé par un insert de même nature que celle dans laquelle est réalisé le moule.

Ceci permet de préserver au mieux les caractéristiques physiques du moule lors de ses utilisations successives.

Il devra être entendu que la technique de moulage qui vient d'être décrite ne se limite pas exclusivement à la réalisation de modèles perdus de fonderie.

Par extension, elle est applicable à la réalisation de toutes pièces moulées en matériau alvéolaire pour des applications telles que l'emballage, la réalisation de pièces moulées pour le bâtiment, et les pièces techniques telles que les absorbeurs de chocs dans l'industrie automobile.

Cette technique est également applicable à la réalisation de pièces d'emballage pour l'industrie alimentaire.