Brevet FR2077647A1 — publié le 19711105

La présente invention se rapporte à la coulée centrifuge des tuyaux. Suivant ses aspects plus particuliers, elle se rapports à un noyau de type permanent qui peut être utilisé d'une manière répétée avec un appareil de coulée centrifuge pour former un tuyau sans perçage par mandrin. Pour la coulée centrifuge d'un tuyau en fer, on introduit une quantité réglée de fer fondu dans un moule allongé rotatif qui se déplace longitudinalement pendant la coulée pour former un tuyau. Le moule rotatif est une structure permanente ou semi-permanente qui doit être ouverte à u+ïe extrémité pour permettre de retirer le tuyau coulé. Pendant la coulée, cette extrémité du moule en rotation doit être fermée partieBement à l'aide d'un noyau pour former ce qu'on appelle couramment l'extrémité d'emboîtement du tuyau et maintenir le métal dans le moule pendant la durée totale de la coulée. De tels noyaux doivent pouvoir être enlevés facilement à la fin de chaque coulée. tans une grande mesure, on a fait appel dans la technique à l'utilisation de noyaux en sable du type sacrifiable lesquels sont friables et peuvent etre enlevés du moulE et du tuyau à la fin de chaque coulée. La fabrication de ces noyaux en sable, la manutention soigneuse qu'ils demandent, l'enlèvement du sable du tuyau coulé et d'autres difficultés semblables augmentent le prix de fabrication d'un tuyau coulé lorsqu'on utilise des noyaux eh sable. I1 et également difficile de fabriquer des noyaux en sable uniformes et symétriques qui s'ajustent d'une manière constante dans l'extrémité d'où est retiré le tuyau d'un moule rotatif et qui donnent des extrémités de tuyau sans fissure ni déformation . tans la watique, des fissures se forment d'habitude aux extrémités du tuyau par le métal qui s'écoule entre le moule et le noyau de sable. Ce métal forme det ailettes sur le tuyau qui, du fait du refroidissement rapide, produisent des fissures qui se propagent dans le tuyau. En conséquence, la présente invention a pour but de fournir un appareil de coulée pouvant supporter une utilisation vigoureuse et continue et fonctionnant d'une manière semi-automatique avec kn minimum de surveillance du personnel. De plus, elle a également pour but de fournir des procédés et des appareils de coulée qui produisent d'une manière constante des produits uniformes ne néceasitant aucun ébarbage ni aucun nettoyage ni usinage pour satisfaire à des spécifications imposées. Pour obtenir ces résultats, on utilise un noyau métallique de type permanent qui peut être ajusté rapidement avec précision sur un moule rotatif . De plus, on utilise un noyau métallique qui peut etre capté à son utilisation avec des mécanismes de verrouillage automatiques pour des moules rotatifs. Cependant, on a trouvé qu'en substituant simplement des noyaux métalliques aux noyaux en sable, on nVobtient pas la production et les économies nécessaires pour une production industrielle. On estime qu'un grand nombre des difficultés rencontrées sont dues, au moins en partie , au refroidissement trop rapide du métal fendu qui vient en contact avec un noyau métallique. On pense que ce refroidissement rapide du métal à l'extré- mité d'emboîtement du tuyau, constitue la cause de la déformation produite, par exemple la forme elliptique qui se produit à l'extrémité d'emboîtement du tuyau à la place de la configuration circulaire voulue. Les fissures du tuyau qui se forment à son extrémité d'emboîtement du fait de cette déformation ou du fait de la formation d'ailettes, font également diminuer la production.On a trouvé que les déformations et les fissures d'extrémité produites par des noyaux métalliques diminuent la produc!tion de plus de vingt pour cent, de sorte qu'il n'a pas été possible du point de vue économique, avant la présente invention, de remplacer les noyaux de sable par des noyaux de type permanent. En conséquence, la présente invention a pour but de fournir un noyau de type permanent qui permet de résoudre les problèmes de coulée précités des tuyaux, en produisant d'une façon uniforme un tuyau sans fissure et sans déformation et qui peut etre utilisé'a'une manière répétée, en dépit d'une manutention brutale et de tensions thermiques extrêmes D'autres avantages et caractéristiques de la présente invention ressortiront au cours de la description détaillée qui va suivre, faite en regard du dessin annexé qui donne à titre explicatif, mais nullement limitatif, une forme de réalisation conforme à l'invention. Sur ce dessin, La Fig. 1 est une vue schématique d'un appareil de coulée centrifuge r La Fig. 2 est une coupe d'une partie de l'appareil de coulée à moule rotatif et dtun noyau de type permanent selon ia présente invention, La Fig. 3 est une vue en bout d'une partie du noyau de type permanent selon l'invention, et La Fig. 4 est une coupe d'une partie du noyau de la Fig. 3. Pour faire fonctionner l'appareil qu'on voit sur la Fig. 1, on introduit d'une manière réglable à l'aide d'une poche de coulée 12 le métal fondu destiré à chaque opération de cou lée à l'intérieur d'un moule rotatif 14, par l'intermédiaire d'un canal de coulée 16. Au début de la coulée, le canal de coulée 16 s'étend sur environ la moitié de la longueur du moule, vers son extrémité d'emboîtement. Le moule rotatif 14 est mis en rotation autour d'un axe longitudinal 18 pendant chaque opération de coulée. Avant la coulée, un noyau 20 est ajusté sur le moule rotatif 14. Au début de la coulée, le métal provenant du canal de coulée 16 vient en contact avec la face de contact 22 du noyau 20. Le métal est introduit suivant un régime et le moule rotatif se déplace longitudinalement (comme indiqué par la flèche 26) suivant une vitesse telle qu'un tuyau d'épaisseur à peu près uniforme 24 est formé. Les machines de coulée utilisant un moule rotatif se déplaçant longitudinalement, par exemple les machines de coulée centrifuges Delavaud pour les tuyaux, sont bien connues dans la technique et aucune autre explication du principe général de fonctionnement n'est nécessaire pour comprendre la présente invention.Les difficultés indiquées plus haut pour le noyau amovible sont également bien connues dans la technique et ont contraint ces machines semi-automatiques à utiliser pendant de nombreuses années des noyaux en sable. La Fig. 2 représente le noyau de type permanent de l'invention et certaines parties d'un moule rotatif ainsi qu'une structure de verrouillage automatique. Le noyau 28 est à peu près symétrique autour de l'axe longitudinal 30 et il présente une configuration tubulaire creuse allongée. La partie creuse du noyau 28 est en communication avec la cavité interne tubulaire creuse du moule 34. La surface intérieure du noyau 28 et d'une manière générale lisse, curviligne et elle forme une partie d'une surface conique. La surface extérieure du corps 32 du noyau qui comprend un épaulement 33, présente une configuration destinée à faire fonctionner des doigts de verrouillage automatiques com mandés par la force centrifuge, tels que celui -quton voit en 36. La rotation du moule produit la force faisant fonctionner le méca- nisme de verrouillage automatique. On peut utiliser d'autres méca- nismes de verrouillage appropriés pour mettre en pratique la présente invention. Le noyau 28 est fixé d'une manière amovible sur le moule rotatif 34 et il présente une surface de moulage à une partie de la cavité intérieure tubulaire creuse présentée par le moule rotatif 34. la surface de moulage d'une première extrémité du moule 28 sert à fermer une partie de la cavité intérieure du moule ro datif 34 gui est contiguë à la périphérie intérieure du moule. La surface/moulage présentée par le noyau 28 vient en contact avec le métal fondu qui est versé dans le moule. On estime que le contact entre le métal fondu et un noyau métallique est responsable des difficultés éprouvées avant la présente invention. Le refroidissement rapide du métal coulé 1à où il vent en contact avec le noyau et les différences de refroidissement entre le métal venant en contact avec le noyau et le métal venant en contact avec le moule, produisent une déformation du tuyau à son extrémité de retrait. De ce fait, on obtient une configuration elliptique de l'extrémité de retrait du tuyau coulé à la place de la configuration circulaire voulue. Normalement, la forme elliptique s'étend sur quelques centimètres le long du tuyau. Il en résulte que soit la totalité du tuyau doit etre rebutée soit une partie doit en être coupée afin de sauver un tuyau dont les utilisations sont limitées, ce qui empêche d'obtenir une production acceptable du point de vue industriel. La présente invention permet de supprimer ces difficultés à l'aide d'un moyen servant à maintenir le métal à l'extré- mité d' du dul pendant la coulée et pendant les stades de formation du tuyau afin d'éviter tout retrait, toute déformation et toute formation de fissures à l'extrémité de celui-ci. En pratique, la configuration du corps du noyau selon la présente invention peut varier d'une manière étendue pour s'adapter au type de modèle de verrouillage utilisé. Cependant, un élément rapporté formant la face de contact du noyau est disposé à l'extrémité du noyau 28 qui vient en contact avec le moule tournant 34. Les dimensions diamétrales de l'élément rapporté 40 du noyau sont choisies de manière à maintenir les extrémités du tuyau à-ltépaisseur nécessaire. L'élément rapporté 40 s'ajuste fermement dans le moule afin d'empêcher le métal fondu de s'écouler entre le noyau et le moule.La partie de l'élément rapporté 40 & noyau qui vient en contact direct avec le métal fondu comporte des évidements destinés à recevoir et à faire solidifier le métal coulé de façon à maintenir l'extrémité du tuyau à l'extré- mité 4'enlèvementX moule tournant à l'abri des forces de retrait radiales pendant la coulée du restant du tuyau et jusqu' à ce que ce dernier soit enlevé du moule. Les évidements formés dans l'élément rapporté 40 de la face de contact du noyau peuvent varier en ce qui concerne leur forme, leur profondeur et leur nombre suivant le type de métal qui est coulé et les dimensions du tuyau coulé. Ils peuvent etre formés sur l'élément rapporté 40 à l'aide de divers moyens comprenant le forageret le moletage. Dans le mode de réalisation représenté sur les Fig. 3 et 4, on utilise une série de creux tels que ceux qu'on voit en 44. Ces creux peuvent être répartis uniformément autour de l'élément rapporté 46 afin d'assurer un serrage uniforme du métal. De préférence, la configuration extérieure des creux est curviligne afin d'éviter tout risque de formation de faibles fissures à la surface d'extrémité du tuyau. La profondeur des creux peut varier suivant le diamètre du tuyau qui est coulé et le type de métal utilisé. On a trouvé qu'une profondeur d'environ 0,8 mm était satisfaisante pour des tuyaux standards en fonte. La profondeur des creux doit être suffisante pour maintenir le tuyau à l'abri des forces de retrait radiales. Cependant, la profondeur des creux ne doit offrir aucune difficulté pour enlever le noyau ni obliger à enlever les saillies formées à la surface d'extrémité du tuyau par le métal qui est coulé dans les creux. Le nombre de creux peut également varier suivant les dimensions du tuyau. tans un exemple de mode de réalisation de l'invention destiné à la coulée d'un tuyau d'un diamètre de 102 mm, trente creux d'un diamètre extérieur de 3,2 mm et d'une profondeur de 0,8 mm, et d'une configuration conique comme on le voit sur la Fig. 4 se sont montrés satisfaisants Avec un tuyau de diamètre de 75 mm, on a trouvé que vingt quatre de ces creux étaient satisfaisants. Si on considère la durée utile d'un noyau, on obtient des résultats inattendus en utilisant du laiton pour le moyen formant la surface de contact du noyau. On pense que cette plus longue durée est due à la conductivité thermique du laiton qui est meilleure que celle qu'on obtient avec d'autres métaux appropriés tels que de l'acier inoxydable. En pratique, une surface de con caca en laiton d'une épaisseur d'environ 6,4mm, comportant desdu évidements tels que ceux décrits ci-dessus,est soudée sur le corps/ noyau. Un métal approprié pour le corps du noyau est constitué par du fer ductile. Cette combinaison permet d'obtenir une longue durée de service utile, supérieure à 5000 coulées par noyau, en dépit des chocs thermiques subis par le noyau lorsqu'il est plongé dans l'eau après chaque coulée. Des métaux appropriés pour le moyen formant la face de contact du noyau comprennent l'acier inoxydable, l'acier, le fer, etc... On peut obtenir également un fonctionnement satisfaisant en coulant tout le noyau à l'aide d'un métal tel que du fer ductile et en préparant la configuration décrite ci-dessus sur la face qui vient en contact avec le métal coulé. Cependant, une face de contact en laiton et un corps en fer dletile pour le noyau combinent des caractéristiques qui lui permettent de fonctionner d'une manière satisfaisante pendant chaque coulée et qui le rendent suffisamment robuste pour supporter des milliers de coulées. Le chauffage du noyau pendant la coulée et son refroidissement alternés/en le trempant dans l'eau immédiatement après la coulée produisent une"fatigue thermique" qui finalement détermine la durée de service du noyau. On peut évidemment augmenter celle-ci en supprimant l'opération consistant à tremper le noyau, mais des avantages tels que la facilité de la manipulation par l'opérateur après l'avoir trempé, rendent cette pratique de la trempe mieux approprié, du point de vue économique. La présente invention supprime le problème présenté par les formes elliptiques et les fissures d'extrémité dans la coulée centrifuge des tuyaux et permet de réaliser un appareil de type permanent capable de supporter l'utilisation vigoureuse et les tensions thermiques qu'il subit. Il en résulte que la production et la qualité du produit ainsi que le régime de produc- tion de l'appareil de coulée centrifuge sont accrus. Il va de soi que la présente invention n t a été décrite et représentée qutà titre explicatif, mais nullement limitatif, et qu'elle est susceptible de diverses variantes sans sortir de son cadre. LEGENDE DES DESSINS Figure Repère 2 A Support de verrou centrifuge B Plaque de couverture du verrou centrifuge. REVENDICATIONS 1. Noyau métallique de type permanent pouvant être utile de lisé t e manière répétée,destiné à être utilisé- avec un apparei / lée centrifuge des tuyaux utilisant un moule rotatif comportant me cavité intérieure tubulaire creuse et allongée ; le moule métallique présentant une configuration tubulaire creuse allongée et comportant un moyen fixant d'une manière amovible le noyau métallique sur le moule rotatif de manière à fermer une partie de la cavité intérieure tubulaire creuse allongée par une surface de moulage contiguë à la périphérie intérieure du moule rotatif à son extrémité d'enlèvement/ tuyau, caractérisé en ce que la surface de moulage du noyau métallique présente des évidements destinés à recevoir et à faire solidifier la matière coulée de façon à maintenir le tuyau à l'extrémité d'enlèvement du moule rotatif pendant la coulée. 2. Structure suivant la revendication 1, caractérisée en ce que les évidements présentés par la surface de moulage du noyau métallique comprennent une série de creux répartis unif or- mément autour de la surface de moulage de ce dernier. 3. Structure suivant la revendication 2, caractérisée en ce que les creux qui constituent les évidements présentent des configurations curvilignes venant en contact avec la matière cou lée. 4. Structure suivant la revendication 2, caractérisée en ce que les creux qui constituent les évidements présentent une profondeur d'environ 0,8 mm et une configuration circulaire extérieure d'un diamètre d'environ 3,2 mm. 5. Structure suivant la revendication 1, caractérisée en ce que la surface de moulage du noyau métallique est en laiton. 6. Noyau pouvant être utilisé plusieurs fois pour un moule rotatifvutilisé pour la coulée centrifuge des tuyaux sans moyeu caractérisé en ce qu'il comprend un corps de noyau métallique présentant un axe longitudinal, le noyau étant disposé d'une manière symétrique autour de cet axe longitudinal et un moyen formant une face de contact métallique fixée à une première extrémité du corps du noyau et qui est destinée à fermer une par tie du moule de coulée centrifuge rotatif, contiguë à la périphé vie-intérieure de ce dernier à son extrémité de retrait du tuyau, Le moyen formant la face de contact du noyau présentant une confi giration formant une surface à peu près plane, et des parties évidées er dessous de la surface à peu près plane destinées à recevoir et à faire solidifier la matière coulée de façon à maintenir le tuyau à l'extrémité de retrait du moule rotatif, pendant la coulée. 7. Structure suivant la revendication 6, caractérisée en ce que le corps du noyau est en fer ductile et la face de contact du noyau est en laiton. 8. Noyau pouvant être utilisé plusieurs fois servant à fermer partiellement un moule tournant allongé à son extrémité de retrait pendant la coulée centrifuge d'un tuyau, le moue tournant présentant une section droite circulaire dans un plan perpendiculaire à son axe longitudinal, caractérisé en ce qu'il comprend un corps de noyau comportant un axe longitudinal, le corps du noyau étant destiné à être disposé de telle sorte que son axe longitudinal colncide à peu près avec l'axe longitudinal du moule rotatif, le corps du noyau étant en un métal qui est disposé à peu près symétriquement autour de son axe longitudinal et présentant une configuration extérieure comportant un épaulement servant à verrouiller le noyau sur le moule rotatif, une face de contact métallique du noyau étant fixée à une première extrémité longitudinale du corps du noyau et étant destinée à obturer une partie de l'extrémité de retrait du moule rotatif,contiguë à la périphérie de ce dernier, la face de contact du noyau présentant une configuration de creux destinés à venir en contact avec la matière coulée dans le moule tournant de façon à maintenir lé tuyau à l'extrémité de retrait du moule rotatif pendant la coulée. 3. Noyau métallique à verrouillage automatique pouvant être utilisé plusieurs fois en combinaison avec un appareil de coulée centrifuge des tuyaux comportant un moule rotatif creux et allongé présentant un axe longitudinal et de configuration à peu près circulaire en section droite dans un plan perpendiculaire à son axe longitudinal, noyau caractérisé en ce qu'il comporte un axe longitudinal et présente une configuration tubulaire creuse disposée symétriquement autour de son axe longitudinal, le noyau étant fixé d'une manière amovible à l'extrémité longitudinale du moule rotatif par laquelle un tuyau ooulé est enlevé, son axe longitudinal coincidant à peu près avec l'axe lnngitudinal du moule rotatif de façon à fermer une partie de ce dernier qui est contiguë à la périphérie interne du moule rotatif et empêcher la matière coulée fondue de s'échapper entre le moule et le noyau, le noyau présentant à son extrémité longitudinale une configra tion de moulage fermant partiellement le moule rotatig qui est destinée à venir en contact avec la matière coulée, la configuration de moulage présentant une série de creux destinés à recevoir et à faire solidifier la matière qui est coulée de façon maintenir le tuyau à l'extrémité d'enlèvement du tuyau du moule rotatif et empêcher tout retrait radial pendant la coulée et la solidification du restant du tuyau 10.Procédé pour la coulée centrifuge d'un tuyau en utilisant un noyau métallique de type pouvant être utilisé plu fois sieurs/fixé,d'une manière amovible à un moule rotatif dont la surface interne sert à mouler une matière de coulée fondue et comportant une extrémité dtenlèvement/ tuyau, caractérisé en ce qu'il consiste à introduire d'une manière réglée la matière de coulée fondue dans le moule, le noyau métallique de type utilisable à nouveau étant disposé à l'extrémité d'enlèvement du tuyau du moule et présentant une surface de moulage qui obture une partie du moule contiguë à sa surface intérieure, à faire tourner le moule pendant l'introduction réglée de la matière de coulée fondue dans ce dernier, et à faire solidifier la matière de coulée fondue à l'endroit de l'extrémité d'enlèvement du tuyau du moule avant la solidification du restant du tuyau, la surface de moulage du noyau métallique maintenant le tuyau à ltextrémité d'enlèvemènt/ moule de façon à éviter toute déformation par retrait à cette extrémité du tuy u pendant la coulée et la solidification du restant du tuyau. 11. Procédé de coulée centrifuge d'un tuyau permettandt d'éviter tout retrait radial du tuyau à l'extrémité d'enlèvement7 moule lorsqu'on utilise un noyau métallique pouvant être utilisé plusieurs fois/Permer partiellement cette extrémité du moule le long de sa périphérie intérieure, caractérisé en ce qu'il consiste à introduire d'une manière réglée le métal de coulée dans le moule rotatif, à faire tourner ce dernier autour de son axe longitudinal et à le déplacer longitudinalement pour répartir le métal qui est introduit dtune manière réglée dans le moule, et à présenter une surface de moulage du noyau métallique le long de la périphérie intérieure du moule rotatif afin de recevoir et faire solidifier la matière de coulée fondue avant la solidification du restant du tuyau de façon à maintenir le tuyau à extrémité d'enlèvement du moule pendant la coulée et la solidification du restant du tuyau.