Brevet FR2003431A1 — publié le 19691107

L'invention se rapporte à la fabrication des pièces coulées et plus particulièrement de celles en fonte grise et elle a pour objet un procédé et un appareil pour la suppression de la tension résiduelle dans le matériau des pièces coulées pour assurer leur stabilité de forme. La grandeur des tensions internes dans la pièce coulée dépend des processus de traitement métallurgiques et technologiques, de la composition chimique de la matière, de la dimension et forme de la pièce coulée, et particulièrement de sa vitesse de refroidissement. Il est bien connu que plus la fonte grise refroidit vite - les autres conditions restant égales par ailleurs - plus la structure résultante, les propriétés physiques et mécaniques et donc aussi les tensions rédiduelles sont différentes. Dans les pièces coulées de formes plus compliquées et dont les parois sont d'une épaisseur inégale, la non-uniformité du refroidissement des pièces coulées cause leurs déformations fâcheuses. Si la tension interne pre-nent naissance et agissant à l'intérieur de la pièce coulée jusqu'au moment de son décrochage du moule peut provoquer la formation de crevasses, alors les tensions résiduelles peuvent se compenser par un changement de forme - par la déformation, éventuellement même par une rupture de la pièce coulée. C'est le recuit que l'on considère Jusqutici comme le procédé le plus efficace pour la suppression de la tension résiduelle dans les pièces coulées, où les pièces coulées refroidies et sablées sont chauffées de-nouveau dans les fours de recuit à une température comprise entre 550 et 6000C, Les pièces coulées sont maintenues à cette température jusqu'à la compensation de la température dans toute la section. Ensuite on les refroidit lentement dans le four et-on les resa-ble. Le temps total de recuit dépend au matériau de la masse et des épaisseurs de parois des pièces coulées. L'inconvénient de ce procédé est un cycle relativement lent, causé particulièrement par le réchauffage des pièces coulées refroidies à la température de recuit.Un autre inconvénient est une plus grande consommation d'énergie, une plus grande dépense de travail ainsi que des frais d'acquisition élevés du dispositif nécessaire. On sait aussi régler le processus de refroidissement des pièces coulées de sections épaisses ou faibles (comme par exemple les roues de véhicules de chemin de fer) pour obtenir les tensions résiduelles les plus faibles en introduisant, au cours d'une certaine phase du refroidissement de la pièce coulée, un agent de refroidissement (air, eau etc) dans ses par ties de section plus épaisse (par exemple au moyeu de roue). Néanmoins ce procédé ne peut entre appliqué que lors de la production en série de corps centriques, de formes simples, la grandeur de la tension résiduelle n'étant pas pratiquement-ré- glable. De même, le procédé connu de réduction des tensions résiduelles par les vibrations introduites dans la pièce coulée à l'aide des dispositifs de vibration spéciaux dans la gamme de 500 à 15.000 cycles/minute ne garantit pas leur suppression ou réduction, ni la stabilité de forme, ce qui est dû au fait que dans des parties différentes de la pièce coulée, les vibrations agissent de façon différente selon l'épaisseur des parois. Enfin on sait agir sur la structure des pièces coulées de façon à régler leur vitesse de refroidissement. Les pièces coulées en carapaces traversent une chambre ou tour de refroidissement, que l'on refroidit par ventilation ou qui comporte des serpentins de refroidissement. Mais le domaine de l'application de ce procédé est relativement limité aux pièces coulées menues, fabriquées en série dans les carapaces, le but de ces mesures n'étant pas la suppression de la tension résiduelle, mais le réglage de la structure des pièces coulées au cours de leur solidification. 'les inconvénients mentionnés ci-dessus sont supprimés par le procédé de suppression des tensions résiduelles dans les pièces coulées selon l'invention, qui consiste à refroidir, après la coulée, la pièce coulée à une température supérieure à la température-limite de déformation-élastique, puis à uniformiser la température sur la section et à refroidir la pièce coulée à une vitesse de 20 à 800C par heure de 300 à 500G. L'appareil pour la mise en oeuvre dudit procédé est caractérisé en ce que l'on adjoint, à la channe de production comprenant des dispositifs connus pour la fabrication et le traitement des moules, leur remoulage, leur remplissage par le métal fondu, le démottage et le décochage des pièces coulées des moules, au moins un four continu pour la compensation des températures et le réglage du refroidissement des pièces coulées. Be procédé conforme à l'invention permet de supprimer les tensions résiduelles dans les pièces coulées dès leur refroidissement lors de la coulée des moules de façon à éliminer la nécessité de les recuire dans les fours de recuit spéciaux. On obtient ainsi une réduction des déchets, des surfaces de production, des énergies, des dispositifs de manipulation et nettoyage, et même de main-d'oeuvre. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description détaillée qui va suivre en regard du dessin annexé donné à titre d'exemple non limitatif, sur lequel on a représenté, pour illustrer un mode de réalisation de l'invention, une vue schématique de la chaîne de production pour la coulée des blocmoteurs de camions, des culasses et produits similaires en fonte grise. La chaîne comprend des trémies 1 à sables d'oeuvre, installées près des machines à mouler 2 pour la fabrication des demi-moules inférieurs et supérieurs, un retourneur à enlever les modèles 3 et un dispositif de cochage 4 pour le décochage des pièces coulées des moules, suivi d'une grille de vibration 5 et d'un four de refroidissement 8, devant l'entrée duquel se trouvent une plate-forme 6 et un manipulateur 7. Le four de refroidissement est muni d'un nombre nécessaire de transporteurs qui peuvent marcher à une vitesse de fonctionnement constante ou variable. Les différents points de manipulation de la chaîne de production sont raccordés par des transporteurs 9 avec des tables à coulisses croisées 10 pour le changement de direction de mouvement des moules.La chaîne de production fonctionne comme suit Be sable d'oeuvre venant des trémies 1 remplit graduellement le moule qui est déposé sur la plaque-mouèle. Le complexe préparé passe au-dessous de la première machine à mouler 2, dans laquelle on effectue l'ébauchage. De là on transporte le moule au-dessous de la trémie suivante 1, placée entre les machines à mouler 2. Rechargé de sable d'oeuvre, le moule est déplacé audessous de la seconde machine à mouler 2. Le demi-moule avec la laque -mocLè le passe par le transporteur 9 au retourneur des moules 3 et ae là le moule inférieur passe à la mise en place des noyaux. Ensuite le moule est remoulé et transféré par un chariot transporteur 10a sur le transporteur 9 et par celui-ci dans le sens de la flèche à la coulée. Après la coulée, la pièce coulée refroidit environ 25 minutes dans le moule jusqu'à une température d'environ 700-8000C. Dans cette gamme de température, la pièce coulée brute est décochée dans une machine de co chage 4. La pièce coulée avec le sable d'oeuvre descend sur la grille de vibration 5, le sable d'oeuvre tombe sur le transporteur iion représenté et est transporté dans l'atelier de finissage. La pièce coulée avance sur latgrille ne vibration 5 dans le sens de la flèche sur la plate-forme 6, d'où elle est introduite par le manipulateur 7 dans le four 8.Le four 8 est divisé en trois zones : dans la première la température des pièces coulées est uniformisée pendant environ 30-45 minutes à 650-6000C. On fait des pertes de chaleur causées par les orifices d'entrée et de sortie dans les parois du four, il est nécessaire d'assurer dans cette zone un chauffage supplémentaire. Dans la deuxiè- me zone du four 8 la pièce coulée refroidit de la température de compensation à la température de 3000C à une vitesse de refroidissement de 500C par heure, c'est-à-dire durant 7 heures environ. Dans la dernière zone, la pièce coulée refroidit à la température de sortie de 150 à 1400C à la vitesse de 800C/h, c'est-à-dire durant 2 heures. Après le passage par le four de refroidissement, les pièces coulées sont suspendues à un transporteur non représenté et transportées vers les autres emplacements de travail, par exemple pour l'enlèvement des noyaux, le sablage et l'apprête Be processus de refroidissement décrit ci-dessus ne peut pas entre généralisé, bien entendu. il faut effectuer pour chaque cas concret une nouvelle détermination préalable de la vitesse de refroidissement. Ce n'est qu'alors, et en tenant compte aussi de la capacité du four de refroidissement, que ltn pourra déter- miner le rythme de fonctionnement d'une channe et le fixer de façon à obtenir, par le réglage de la vitesse de refroidissement des pièces coulées, les propriétés mécaniques que l'on exige du matériau et les tensions résiduelles minimales dans lesdites pièces coulées. - REVENDICAFJIONS 1 - Procédé de suppression de la tension résiduelle dans les pièces coulées, consistant à refroidir, après la coulée, la pièce coulée à une température supérieure à la température-limite de déformation élastique, puis à uniformiser la température dans toute la section, et ensuite à refroidir la pièce coulée, à une vitesse comprise entre 20 et 800C par heure, de la température de 3000C à la température de 500 C. 2 - Appareil pour la mise en oeuvre du procédé conforme à la revendication 1, comprenant des dispositifs connus pour la fabrication et le traitement des moules, leur remoulage, leur remplissage par le métal fondu, le démottage et le décochage des pièces coulées des moules, caractérisé en ce que l'on adjoint, à la chaîne de production, au moins un four continu pour la compensation des températures et le réglage du refroidissement des pièces coulées.