FR2710001A1 - Mould for the production of hot-cast articles, process for manufacturing such a mould and moulded products obtained - Google Patents
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Abstract
Description
MOULE POUR LA PRODUCTION D'ARTICULES
COUIES A CHAUD, PROCEDE DE FABRICATION D'UN TEL
MOULE ET PRODUITS MOUIES OBTENUS
On connaît depuis longtemps les moules en métal qui servent à mettre en forme des matériaux thermoplastiques : métaux, matières synthétiques, caoutchouc, matériaux composites, etc.MOLD FOR THE PRODUCTION OF ARTICLES
HOT SEALS, PROCESS FOR PRODUCING SUCH
MOLD AND MOUTH PRODUCTS OBTAINED
Metal molds which have been used for shaping thermoplastic materials have been known for a long time: metals, synthetic materials, rubber, composite materials, etc.
Les métaux étant bons conducteurs de la chaleur, la température des produits moulés à chaud baisse relativement vite et ces moules ont donc un bon rendement en terme du nombre de pièces moulées par unité de temps. As metals are good conductors of heat, the temperature of hot molded products drops relatively quickly and these molds therefore have a good yield in terms of the number of molded parts per unit of time.
Mais de tels moules sont chers et nécessitent un usinage long, méticuleux et donc également coûteux. But such molds are expensive and require long, meticulous and therefore also expensive machining.
Cet usinage rend impossible la création de la cavité de moulage par la simple prise d'une empreinte. I1 faut donc soit créer les formes en faisant appel à des sculpteurs ou à des plasticiens qui sont artistes autant qu'ouvriers, soit utiliser des machines à copier qui usinent le métal en fonction des indications d'un palpeur ou d'un logiciel associé à un scanneur. This machining makes it impossible to create the molding cavity by simply taking an impression. It is therefore necessary either to create the forms by using sculptors or plastic artists who are artists as much as workers, or to use copying machines which machine the metal according to the indications of a probe or software associated with a scanner.
En outre, leur rigidité les rend absolument inaptes au moulage d'objets présentant des contredépouilles et, dans ce cas, il est indispensable de prévoir des moules en au moins deux pièces nécessitant un usinage particulièrement précis qui n'évite pourtant pas de laisser apparaître sur les articles moulés les traces du "plan de joint", c'est-à-dire des inévitables irrégularités et solutions de continuité apparaissant dans la zone où deux pièces distinctes du moule sont appliquées l'une contre l'autre lorsque la moule est fermé pour recevoir le produit fondu. In addition, their rigidity makes them absolutely unsuitable for molding objects with undercuts and, in this case, it is essential to provide molds in at least two pieces requiring particularly precise machining which does not, however, avoid letting appear on molded articles traces of the "parting line", that is to say inevitable irregularities and solutions of continuity appearing in the zone where two distinct parts of the mold are applied against each other when the mold is closed to receive the melted product.
On a donc cherché à simplifier la fabrication des moules en utilisant des matières autres que le métal. We have therefore sought to simplify the manufacture of molds by using materials other than metal.
C'est ainsi que l'on connait des moules réalisés en résine synthétique dont la fabrication est quasi instantanée puisque la résine est coulée directement sur l'objet à reproduire et, après durcissement de la résine, elles est coupée soigneusement en au moins deux parties, ou "coquilles", afin de retirer l'objet qui laisse subsister une cavité en tous points identique, en creux, à l'objet en relief. This is how molds made of synthetic resin are known, the manufacture of which is almost instantaneous since the resin is poured directly onto the object to be reproduced and, after the resin has hardened, they are carefully cut into at least two parts. , or "shells", in order to remove the object which leaves a cavity in all points identical, hollow, to the object in relief.
On ménage une ouverture faisant communiquer la cavité intérieure du moule avec l'extérieur, ouverture par laquelle on coule le matériau fondu qui, en durcissant, prend la forme de la cavité. An opening is made to communicate the interior cavity of the mold with the exterior, an opening through which the molten material is poured which, when hardened, takes the form of the cavity.
Certaines résines sont particulièrement appréciées en raison de leur élasticité qui leur permet de se déformer élastiquement lors du démoulage, laissant ainsi s'extraire n'importe quelle forme d'objet, même en contredépouille. Certain resins are particularly appreciated because of their elasticity which allows them to deform elastically during demolding, thus allowing any form of object to be extracted, even undercut.
Malheureusement, les résines synthétiques sont isolantes et s'opposent à l'évacuation rapide de la température qui est au maximum de sa valeur lors de la coulée du produit. Unfortunately, synthetic resins are insulating and prevent the rapid evacuation of the temperature which is at its maximum value during the casting of the product.
La prise de ce produit est donc lente et le rendement de ces moules, en termes du nombre de pièces moulées par unité de temps, est médiocre. The setting of this product is therefore slow and the yield of these molds, in terms of the number of molded parts per unit of time, is poor.
Pour mouler une pièce creuse, on utilise une méthode bien connue en soi : on coule le produit dans le moule, puis peu de temps après on le retourne pour que son ouverture de coulée soit dirigée vers le bas afin de laisser s'écouler la partie du produit située au centre de la pièce, loin de sa surface extérieure, car l'évacuation rapide de la température à travers les parois du moule provoque la prise du produit "en surface" avant sa prise en masse. To mold a hollow part, we use a method well known in itself: we pour the product into the mold, then shortly after we turn it over so that its pouring opening is directed downward to let the part flow of the product located in the center of the part, far from its external surface, because the rapid evacuation of the temperature through the walls of the mold causes the product to set "on the surface" before it sets.
Cette méthode n'est utilisable que si la température du produit coulé est évacuée rapidement, ce qui ne se produit qu'avec des moules en métal à bonne conductibilité thermique et non avec des moules en résine isolante. This method can only be used if the temperature of the cast product is removed quickly, which only occurs with metal molds with good thermal conductivity and not with insulating resin molds.
C'est pourquoi l'usage d'un moule en résine pour fabriquer des pièces creuses impose la présence d'un noyau occupant la partie centrale de la pièce devant rester creuse
Mais ce noyau doit lui-même résister aux contraintes du moulage et sa présence oblige à limiter l'usage du moule à des produits ayant un bas point de fusion, c'est-à-dire de l'ordre de 450 Celsius maximum, qui est la température de fusion du zinc.This is why the use of a resin mold to manufacture hollow parts requires the presence of a core occupying the central part of the part which must remain hollow.
But this core must itself resist the constraints of molding and its presence means that the use of the mold must be limited to products having a low melting point, that is to say of the order of 450 Celsius maximum, which is the melting temperature of zinc.
On connaît le brevet FR-A-2.209.622 qui décrit un matériau de moulage présenté comme un substitut au sable habituel, lequel a des inconvénients importants, dont celui de provoquer des poussières dangereuses pour la santé lorsque la coquille est cassée après moulage. We know the patent FR-A-2,209,622 which describes a molding material presented as a substitute for the usual sand, which has significant drawbacks, including that of causing dust dangerous to health when the shell is broken after molding.
Ce produit ne permet en aucun cas de confectionner un moule ayant une bonne résistance mécanique pour de nombreux usages successifs, ne serait-ce que par le fait qu'il est formé de grenaille métallique et d'un liant, ce dernier n'étant présent qu'à quelques points pour cent moins de 10 % et même, de préférence 4 % dans l'exemple retenu et dans la revendication 7. This product does not allow in any case to make a mold having good mechanical strength for many successive uses, if only by the fact that it is formed of metallic shot and a binder, the latter being present only a few percentage points less than 10% and even, preferably 4% in the example used and in claim 7.
I1 s'agit donc d'un simple revêtement destiné à être détruit après moulage, la grenaille étant présentée comme particulièrment facile à récupérer et à recycler, le moule proprement dit étant en métal. I1 is therefore a simple coating intended to be destroyed after molding, the shot being presented as particularly easy to recover and recycle, the mold itself being made of metal.
La présente invention est tout à fait différente des solutions connues puisqu'elle permet de réaliser. des moules permanents, c'est-à-dire utilisables pour un grand nombre de moulages successifs et présentant les qualités combinées des moules métalliques et des moules en résine synthétique. The present invention is entirely different from the known solutions since it makes it possible to produce. permanent molds, that is to say usable for a large number of successive moldings and having the combined qualities of metal molds and synthetic resin molds.
A cette fin, l'invention a pour objet un moule pour moulage et démoulage non destructifs, å usage répétitif, en matériau élastiquement déformable pour permettre le démoulage, caractérisé en ce que le matériau élastiquement déformable est additionné de particules d'un matériau à bon coefficient de conduction thermique réparties dans la masse du matériau élastiquement déformable de telle manière qu'elles assurent la propagation thermique à travers toute l'épaisseur des parois du moule, depuis une cavité intérieure de moulage jusqu'à l'extérieur. To this end, the subject of the invention is a mold for non-destructive molding and demolding, for repetitive use, made of elastically deformable material to allow demolding, characterized in that particles of good material are added to the elastically deformable material coefficient of thermal conduction distributed in the mass of the elastically deformable material in such a way that they ensure thermal propagation through the entire thickness of the walls of the mold, from an interior mold cavity to the exterior.
Selon d'autres caractéristiques de l'invention
- le matériau élastiquement déformable est une matière synthétique;
- la matière synthétique est de la famille des silicones;
- le matériau élastiquement déformable est un élastomère;
- l'élastomère est principalement à base de caoutchouc;
- le matériau élastiquement déformable est additionné de poudre métallique;
- le moule est associé à des moyens de refroidissement extérieur.According to other features of the invention
- the elastically deformable material is a synthetic material;
- the synthetic material is from the silicone family;
- the elastically deformable material is an elastomer;
- the elastomer is mainly based on rubber;
- the elastically deformable material is added with metallic powder;
- The mold is associated with external cooling means.
L'invention sera mieux comprise par la description ci-après d'une exemple indicatif et non limitatif de l'invention. The invention will be better understood from the following description of an indicative and nonlimiting example of the invention.
Pour confectionner rapidement, et donc économiquement, un moule conforme à l'invention, on mélange un matériau élastiquement déformable et un matériau bon conducteur de la chaleur tel que de la poudre métallique. To quickly, and therefore economically, make a mold according to the invention, an elastically deformable material and a material which is a good conductor of heat such as metallic powder are mixed.
Dans le cas où le matériau élastiquement déformable est une résine de la famille des silicones, on réalise un mélange avec un catalyseur de polymérisation et de la poudre métallique (par exemple), ce mélange étant achevé avant durcissement de la résine. In the case where the elastically deformable material is a resin of the silicone family, a mixture is produced with a polymerization catalyst and metallic powder (for example), this mixture being completed before hardening of the resin.
On applique ce mélange sur un objet à reproduire et on attend le durcissement complet, mais on a dosé la résine et le durcisseur de telle manière, à la portée de l'homme de métier, que le moule ainsi créé conserve une certaine flexibilité et déformabilité. This mixture is applied to an object to be reproduced and awaiting complete hardening, but the resin and the hardener have been dosed in such a way, within the reach of those skilled in the art, that the mold thus created retains a certain flexibility and deformability .
Lorsque la prise est terminée, on coupe ce moule avec soin pour créer deux ou plusieurs parties, ou coquilles, puis on retire les coquilles et l'objet-modèle. When the setting is complete, carefully cut this mold to create two or more parts, or shells, then remove the shells and the model object.
Le retrait de l'objet-modèle, laisse subsister une cavité interne et l'on ménage dans l'une des coquilles un orifice qui fait communiquer cette cavité avec l'extérieur, orifice par lequel on fera pénétrer le matériau à mouler qui prendra la forme de la cavité. The withdrawal of the model object leaves an internal cavity, and an orifice is provided in one of the shells which makes this cavity communicate with the outside, an orifice through which the material to be molded will enter, which will take the shape of the cavity.
La déformabilité élastique des coquilles permet de mouler des objets de formes très complexes, y compris avec des contre-dépouilles, car le démoulage est rendu possible grâce à la déformation de la matière dont le moule est fait. The elastic deformability of the shells makes it possible to mold objects of very complex shapes, including with undercuts, because demolding is made possible thanks to the deformation of the material of which the mold is made.
La poudre métallique, simple ou elle-même formée d'un mélange de plusieurs poudres en aluminium, cuivre ou analogue, doit être présente en proportion suffisante dans le matériau élastiquement déformable pour assurer la conductibilité thermique depuis la cavité interne destinée au coulage du matériau à mouler jusqu'à l'extérieur du moule. The metallic powder, simple or itself formed from a mixture of several powders of aluminum, copper or the like, must be present in sufficient proportion in the elastically deformable material to ensure thermal conductivity from the internal cavity intended for the casting of the material to be mold to the outside of the mold.
Naturellement, le métal doit être choisi pour avoir un point de fusion nettement plus élevé que celui du matériau à mouler car la poudre ne doit pas être amenée à la fusion lors du coulage du matériau afin qu'elle conserve sa structure de poudre qui permet à la résine de se déformer. Naturally, the metal must be chosen to have a significantly higher melting point than that of the material to be molded because the powder must not be brought to fusion during the casting of the material so that it retains its powder structure which allows the resin to warp.
La proportion de poudre doit être choisie de telle sorte qu'elle assure la transmission de la température depuis la cavité interne de moulage (et cela, bien entendu, pour toutes les parties du moule) jusqu'à la face externe du moule. The proportion of powder must be chosen so that it transmits the temperature from the internal mold cavity (and this, of course, for all parts of the mold) to the external face of the mold.
L'important est d'accélérer le refroidissement, par conduction, du matériau coulé et, donc, de supprimer autant que faire se peut, les caractéristiques isolantes du matériau élastiquement déformable. En outre, il est bon que la conduction thermique soit la plus uniforme possible pour que le refroidissement du matériau coulé soit bien réparti et homogène pour éviter les ponts thermiques de faible étendue qui ne pourraient que créer des refroidissements ponctuels favorisant les craquelures, les retassures et autres irrégularités. The important thing is to accelerate the cooling, by conduction, of the cast material and, therefore, to remove as much as possible, the insulating characteristics of the elastically deformable material. In addition, it is good that the thermal conduction is as uniform as possible so that the cooling of the cast material is well distributed and homogeneous to avoid thermal bridges of small extent which could only create occasional cooling favoring cracks, shrinkage and other irregularities.
La répartition de la poudre métallique dans toute la masse de résine est donc un facteur important. The distribution of the metal powder throughout the mass of resin is therefore an important factor.
Cette bonne répartition est obtenue en réalisant le mélange de la poudre métallique et de résine quand celle-ci est encore aussi liquide que possible. This good distribution is obtained by mixing the metallic powder and the resin when the latter is still as liquid as possible.
La résine doit être choisie parmi celles qui résistent bien aux fortes températures : 800 Celsius et même 1.200 Celsius ou plus et présentant les qualités de moulage nécessaires à l'obtention d'empreintes précises de l'objet-modèle, c'est-à-dire une grande fluidité avant l'introduction d'un catalyseur, introduction que l'on ne prévoit qu'après mélange intime de la résine et de la poudre métallique pour conserver la fluidité naturelle et stable de la résine le plus longtemps possible et en tous cas tant que le mélange résine-poudre n'est pas achevé. The resin must be chosen from those which resist well to high temperatures: 800 Celsius and even 1,200 Celsius or more and having the molding qualities necessary to obtain precise imprints of the object-model, that is to say say a great fluidity before the introduction of a catalyst, introduction which is expected only after intimate mixing of the resin and the metal powder to maintain the natural and stable fluidity of the resin as long as possible and in all case until the resin-powder mixture is not completed.
On voit que la mise en oeuvre de l'invention est simple et rapide, sans comparaison avec l'usinage de moules en métal. It can be seen that the implementation of the invention is simple and rapid, without comparison with the machining of metal molds.
L'invention permet d'obtenir un moule complet en un jour ou deux pour un prix qui est de l'ordre du centième de celui d'un moule traditionnel en métal usiné. The invention makes it possible to obtain a complete mold in a day or two for a price which is of the order of one hundredth of that of a traditional mold made of machined metal.
Malgré ces différences considérables, on obtient les mêmes avantages que ceux d'un moule en métal grâce à la transmission de température à travers les parois car, alors, le refroidissement du matériau moulé est aussi rapide qu'avec un moule en métal puisqu'il est même possible de prévoir à l'extérieur un système de refroidissement accéléré : chemise à circulation d'eau notamment. Despite these considerable differences, the same advantages are obtained as those of a metal mold thanks to the transmission of temperature through the walls because, then, the cooling of the molded material is as fast as with a metal mold since it is even possible to provide an accelerated cooling system outside: especially a jacket with water circulation.
On peut alors, ce qui est pratiquement impossible avec les moules de l'état de la technique, mouler des pièces creuses par le procédé dit "de revidé" selon lequel on remplit la cavité de moulage avec le matériau fondu, on attend quelques secondes, puis on renverse le moule pour que le coeur de la pièce encore liquide se vide et ne laisse dans le moule que la "croûte" de matériau déjà durci à la périphérie par refroidissement. It is then possible, which is practically impossible with the molds of the state of the art, to mold hollow parts by the process known as "of revidé" according to which one fills the mold cavity with the molten material, one waits a few seconds, then the mold is inverted so that the core of the still liquid part is emptied and leaves in the mold only the "crust" of material already hardened at the periphery by cooling.
I1 est à la portée de l'homme de métier de déterminer ce temps pour obtenir une paroi de l'épaisseur que l'on veut donner à la pièce creuse (vase, coupe, statuette etc.). I1 is within the reach of the skilled person to determine this time to obtain a wall of the thickness that we want to give to the hollow part (vase, cup, statuette etc.).
I1 devient ainsi possible de mouler des objets en matériaux lourds, c'est-à-dire dont la masse volumique serait excessive pour des pièces pleines. It thus becomes possible to mold objects made of heavy materials, that is to say those whose density would be excessive for solid parts.
C'est, notamment, le cas du régule, alliage de plomb, d'étain et d'antimoine dont la masse volumique est de l'ordre de 7 selon les proportions des composants. Comme son point de fusion est de l'ordre de 250 à 300 Celsius, cet alliage fait partie des matériaux auxquels l'invention s'applique particulièrement bien puisqu'elle permet de réaliser facilement des pièces creuses dont le poids reste raisonnable. This is, in particular, the case of regulates, an alloy of lead, tin and antimony whose density is of the order of 7 depending on the proportions of the components. As its melting point is of the order of 250 to 300 Celsius, this alloy is one of the materials to which the invention applies particularly well since it makes it possible to easily produce hollow parts whose weight remains reasonable.
Mais l'invention permet aussi, bien entendu, de mouler des pièces pleines car le refroidissement rapide de la périphérie de la pièce crée une sorte d'armure extérieure permettant le démoulage rapide de la pièce, sans qu'il soit nécessaire d'attendre son durcissement à coeur. However, the invention also makes it possible, of course, to mold solid parts because the rapid cooling of the periphery of the part creates a kind of external armor allowing the part to be removed from the mold quickly, without it being necessary to wait for its hardening to the core.
I1 en résulte une productivité nettement supérieure à celle que l'on connaît avec les moules traditionnels. I1 results in a productivity significantly higher than that known with traditional molds.
Néanmoins, les pièces pleines présentent des inconvénients qui dépendent pour partie de leurs formes plus ou moins irrégulières, du fait que leur refroidissement a tendance à provoquer des retassures et irrégularités de surface, ces défauts étant supprimés lorsque la pièce est creuse avec une paroi dont l'épaisseur est aussi constante que possible. However, solid parts have drawbacks which depend in part on their more or less irregular shapes, since their cooling tends to cause surface recesses and irregularities, these defects being eliminated when the part is hollow with a wall whose l The thickness is as constant as possible.
Comme déjà indiqué plus haut, on ne peut actuellement mouler des pièces creuses dans des moules en résine synthétique qu'en utilisant des noyaux centraux résistant à la température de moulage, et qui doivent être retirés après moulage, raison pour laquelle ils sont en matériaux relativement fragiles permettant de les casser plâtre et autres produits réfractaires. As already indicated above, it is currently only possible to mold hollow parts in synthetic resin molds by using central cores which are resistant to the molding temperature and which have to be removed after molding, which is why they are made of relatively material fragile allowing to break them plaster and other refractory products.
Le matériau élastiquement déformable peut, comme décrit ci-dessus, être une matière synthétique et plus précisément une résine de la famille des silicones dont on connaît bien les propriétés antiadhésives qui sont particulièrement intéressantes pour la constitution de moules. The elastically deformable material can, as described above, be a synthetic material and more precisely a resin of the family of silicones, the non-stick properties of which are well known, which are particularly advantageous for the constitution of molds.
Mais le matériau élastiquement déformable peut aussi être constitué d'autres produits élastomères tels que du caoutchouc naturel ou synthétique. However, the elastically deformable material can also consist of other elastomeric products such as natural or synthetic rubber.
L'important est que le composant du mélange matériau élastiquement déformable-matériau conducteur ayant le plus bas point de fusion ait ce point de fusion supérieur à celui des produits à mouler. Si, par exemple, on ne destine un moule qu'à des produits à bas point de fusion, on peut utiliser pour réaliser le mélange devant constituer le moule, des matériaux ayant eux-mêmes un point de fusion assez bas. On bénéficie alors d'une plus grande liberté de choix de matériaux, en privilégiant leurs qualités de fluidité, d'élasticité, de précision de moulage, etc. The important thing is that the component of the elastically deformable material-conductive material mixture having the lowest melting point has this melting point higher than that of the products to be molded. If, for example, a mold is only intended for products with a low melting point, materials which themselves have a fairly low melting point can be used to produce the mixture which is to constitute the mold. We then benefit from a greater freedom of choice of materials, by privileging their qualities of fluidity, elasticity, precision of molding, etc.
I1 ressort de la description ci-dessus que l'invention permet aux usagers de modifier rapidement leur production et de répondre sans délai à une commande spécifique, tout en s'adaptant aux impératifs industriels des petites, moyennes ou grandes séries. It appears from the above description that the invention allows users to quickly modify their production and respond without delay to a specific order, while adapting to the industrial requirements of small, medium or large series.
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|---|---|
| FR2710001B1 (en) | 1997-05-30 |
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