Brevet FR2108075A1 — publié le 19720512

L'invention est relative à un dispositif de coulée ascendante ou intermédiaire dans un moulé relié à une tuyère de coulée pour des pièces moulées dont la masselotte refroidit surtout après achèvement du processus de coulée, en particulier pour des 5 pièces moulées de taille relativement importante ou pour des pièces moulées dans des moules de sable dans lequel dispositif il est prévu un organe de fermeture, constitué par un organe obturateur à glissière arrêtant l'écoulement de la fonte, encore à l'état liquide, qui se trouve entre la tuyère de coulée et la 10 cavité du moule. Par le brevet autrichien n° 239.979, on sait équiper un creuset d'une tubulure de sortie susceptible d'être fermée, sur laquelle est fixée une pièce de fermeture munie d'un disque, qui peut tourner par rapport à une plaque munie d'un trou et qui 15 comporte un trou excentrique. De tels organes obturateurs à glissière fixés sur le dispositif de coulée, présentent, en général, l'inconvénient que pour des pièces moulées de grande taille ou pour des pièces moulées dans des moules de sable, le moule doit être maintenu en communication avec la tuyère de 20 coulée jusqu'à ce que la masselotte soit solidifiée. Ceci entraîne un débit de production extrêmement lent. En outre, on ne peut que très difficilement régler la vitesse d'alimentation étant donné qu'il y a toujours risque de solidification par refroidissement ou de débordement entraînant, empêchant ainsi de régler 25 à une vitesse régulière la coulée. Un autre inconvénient de l'organe de fermeture décrit, réside dans son action perturtefcrice sur l'écoulement qui provoque des turbulences entraînant des rebuts considérables. Afin d'obvier à l'inconvénient du ralentissement de la 30 production, dû à la lenteur de la solidification et, afin de satisfaire en même temps au retrait à la solidification, on a déjà proposé (voir brevet autrichien n° 251.780) de munir une installation de coulée sous pression, dans laquelle le matériau à couler est refoulé sous pression d'un réservoir placé en 35 dessous du moule, à travers un tube ascendant dans le moule, d'un réservoir d'alimentation sous pression, placé entre le moule et le tube ascendant contenant une réserve de métal destinée à alimenter le moule et muni, à sa partie inférieure, d'une soupape de fermeture constituée par une plaque percée, et d'un dispositif 40 destiné à appliquer une pression indépendante de 71 35114 2 2108075 la pression de remplissage sur la réserve de métal située à l'intérieur du réservoir d'alimentation sous pression. Ce dispositif permet une bien meilleure utilisation de l'installation de coulée étant donné que chaque moule peut être enlevé immédiatement 5 après le remplissage, conjointement avec le réservoir d'alimentation sous pression. Un inconvénient, cependant, est constitué par le réservoir d'alimentation sous pression qui est très sujet aux pannes et entraîne par conséquent des frais d'entretien élevés, du fait des 10 grandes difficultés d'étanchéité qui se posent et du risque constant de solidification par refroidissement. Même lorsqu'on utilise un chauffage, on se heurte à de nombreuses difficultés, soit parce qu'il faut couler à température plus élevée, ce qui est, comme on le sait, extrêmement peu souhaitable, soit du fait de 15 l'accroissement de l'usure, soit du fait de l'impossibilité de régler les conditions d'écoulement par une forme judicieuse des trous de coulée, etc. On sait, en outre, (voir brevet autrichien n° 285.840) placer le dispositif réglant la vitesse de coulée à une certaine 20 distance en amont de la tuyère de coulée et créer ainsi, entre la tuyère de coulée et le dispositif de réglage, un espace de compensation, afin d'amener la fonte, avec une vitesse d'écoulement réglée, dans le moule. Ce dispositif entraîne également les inconvénients des cycles opératoires relativement courts lorsque 25 la pièce moulée ne se solidifie que longtemps après le processus de coulée. Il n'est donc pas possible, dans de nombreux cas, même en se servant de ce dispositif, d'obtenir un rendement de production optimal. L'invention a donc pour but d'éliminer les inconvénients 30 des dispositifs connus, tout en en conservant les avantages. Elle consiste essentiellement en ce qu'en amont de la tuyère de coulée, à une certaine distance de celle-ci, il est prévu un dispositif réglant la vitesse de coulée et que l'organe obturateur à glissière est guidé dans le fond du moule et qu'au moins, sur sa surface 35 située du côté de la tuyère de coulée et coopérant avec celle-ci, il est recouvert de matériau réfractaire, le moule contenant au moins un emplacement de masselotte communiquant avec la cavité du moule. Grâce à la disposition de l'organe obturateur à glissière à l'intérieur du moule lui-même, (par exemple une coquille, 40 un moule de sable, etc.) il est possible de simplifier considérablement le mode de construction décrit ci-dessus et de raccourcir 71 35114 3 2108075 la distance entre la tuyère de coulée et la cavité du moule de manière que l'écoulement soit à peine affecté dans cette région. Conformément à l'invention, l'organe obturateur à glissière est utilisé uniquement en tant que dispositif de fermeture, du fait 5 qu'il est déchargé de toute fonction de réglage de la vitesse de coulée par le dispositif de réglage, disposé à une certaine distance en amont de la tuyère de coulée. Par conséquent, l'organe obturateur à glissière peut être réalisé de manière optimale en fonction de la configuration désirée de l'écoulement. On évite 10 ainsi que les conditions d'écoulement soient affectées défavorablement par l'organe obturateur à glissière. Le dispositif de réglage, à l'aide duquel on règle la vitesse de coulage désirée, peut être constitué par n'importe quel dispositif obturateur connu ; pour les grandes séries, ce réglage peut être assuré, par 15 exemple, par le choix du diamètre d'une tuyère, etc. Le matériau nécessaire à la compensation du retrait de solidification est conservé dans la masselotte à l'intérieur du moule lui-même, ce qui augmente un peu la quantité de matière en circulation et le coût d'usinage, cependant, on peut admettre ces 20 petits inconvénients si l'emplacement de masselotte est conçu de manière adéquate, parce qu'ils comptent à peine, eu égard aux avantages de l'augmentation de la production qui est considérable. Si l'on admet une durée de coulée, pour le remplissage du moule, d'une seconde, et si on peut économiser un temps supplémentaire 25 de solidification de la masselotte d'une seconde, on obtient déjà un doublement du rendement possible de production avec le dispositif conforme à l'invention. Etant donné que la conductibilité du matériau réfractaire est de beaucoup inférieure à celle du métal, il empêche tout 30 refroidissement indésirable de la tuyère de coulée et du matériau à couler, de sorte que la fonte n'a pas besoin d'être surchauffée inutilement et que la coulée peut s'effectuer à une température optimale. En outre, le risque de solidification est considérablement diminué, d'une part, en raison de l'amélioration précitée de 35 l'isolation thermique par le matériau réfractaire de l'organe obturateur à glissière et, d'autre part, parce que l'installation n'est exposée que pour un temps très court, c'est-à-dire pour la durée de la coulée, à des températures extrêmes. La manière dont l'organe obturateur à glissière est recou-40 vert de matériau réfractaire, au moins sur la surface située du 71 35114 4 2108075 côté de la tuyère de coulée et coopérant avec celle-ci, varie selon les circonstances. Il est par exemple possible d'introduire un mat, une plaque, etc. de matériau réfractaire entre la tuyère de coulée et la face de l'organe obturateur à glissière, qui est 5 disposée en regard. Conformément à l'invention, il est cependant souvent plus avantageux que l'organe obturateur à glissière soit réalisé en matériau réfractaire, au moins dans sa partie coopérant avec la tuyère de coulée, ce matériau participant ainsi au déplacement de l'organe obturateur à glissière» 10 Conformément à un mode de réalisation préférentiel de l'in vention, l'organe obturateur à glissière est percé d'un trou et est guidé dans une ouverture continue du moule s'étendant sur toute la largeur de ce dernier, sa longueur correspondant au moins à l'étendue axiale de l'ouverture. Ainsi, il devient possi-15 ble d'introduire, d'une manière simple, l'organe obturateur à glissière, au cours de la préparation du moule, et de le déplacer après le remplissage du moule. Des avantages particuliers peuvent être obtenus, selon un perfectionnement de l'invention, en constituant les parois de l'ouverture de guidage de l'organe obturateur 20 à glissière par du sable du moule de coulée, car, dans ce cas, l'organe obturateur à glissière peut être simplement introduit à plat au cours de la préparation du moule, et, par conséquent être utilisé en tant que moyen de formage de son ouverture de guidage. Selon la nature du matériau à couler, le matériau réfractaire 25 de l'organe obturateur à glissière peut être choisi avec une conductibilité relativement élevée ou relativement faible, ou avec une résistance relativement élevée ou relativement faible. Il est particulièrement avantageux, conformément à l'invention, que le matériau réfractaire soit constitué d'un matériau à noyaux, de 30 céramique ou de laine minérale, par exemple de laine de kaolin, ou d'un matériau fritté. Le choix de ce matériau dépend du maté-riauqui est traité à l'usine. Ce matériau peut être introduit dans un organe obturateur à glissière en acier ou en fonte de fer, par exemple sous forme d'un anneau ou d'une plaque, ou bien ce maté-35 riau peut revêtir l'organe obturateur à glissière dans la zone menacée ou constituer l'organe obturateur à glissière lui-même. Dans tous ces modes de réalisation on peut faire en sorte que,bien que la tuyère de coulée soit protégée du refroidissement par le matériau réfractaire, il s'effectue cependant une accélération du 40 refroidissement de la masselotte par la partie métallique de l'organe obturateur à 71 35114 5 2108075 glissière, qui exerce ainsi un effet d'ailette de refroidissement et qui, éventuellement, peut être soumis à un refroidissement supplémentaire. Ainsi, il est plus facile de répondre à l'exigence selon laquelle, bien qu'une solidification du matériau à couler à 5 l'intérieur de la tuyère de coulée doive être empêchée à tout prix, il est cependant souhaitable, d'obtenir une solidification rapide du matériau coulé dans le moule au moins dans.la masselotte de coulée, afin de pouvoir réaliser des cycles opératoires plus rapides. De cette manière on peut également agir à volonté sur la 10 vitesse de refroidissement de la fonte coulée. Selon le moule et le matériau à couler, les organes obturateurs à glissière ne peuvent être utilisés qu'une fois ou peuvent l'être plusieurs fois après nettoyage. Un autre avantage résulte du fait que l'installation décrite est facile à automatiser. 15 Le procédé conforme à l'invention pour la fabrication du dispositif conforme à l'invention, consiste essentiellement en ce que l'organe obturateur à glissière est introduit à plat dans le moule au cours du formage de ce dernier et qu'il est enrobé dans le matériau du moule. Ainsi qu'on l'a déjà mentionné, on économise 20 une pièce composante séparée pour le formage de l'ouverture où est logé l'organe obturateur à glissière. Des exemples illustratifs, mais nullement limitatifs, de réalisation sont représentés sur les dessins annexés sur lèsquels : - la figure -1 est une coupe verticale d'un dispositif de 25 coulée complet, - la figure 2 montre, en coupe verticale, un détail de la figure 1, - la figure 3 est une vue d'en haut de la figure 2, - les figures 4 et 5 montrent une installation de coulée 30 automatisée, la figure 4 étant une coupe selon la ligne 4-4 de la figure 5, et la figure 5 une coupe selon la ligne 5-5 de la figure 4, - les figures 6 et 7 montrent respectivement un mode de réalisation d'un organe obturateur à glissière vu d'en haut et 35 sa coupe selon la ligne 7-7 de la figure 6, et - les figures 8 et 9 montrent une variante d'exécution d'un organe obturateur à glissière respectivement vu d'en haut et de côté. Dans le mode de réalisation de la figure 1, il est prévu 40 un réservoir d'approvisionnement 1 dans lequel est disposé un 71 35114 6 2108075 un tube 2 constituant un réservoir de compensation 3. A l'une de ses extrémités, le tube 2 montre une goulotte d'entrée 4 pour la fonte, laquelle goulotte peut être fermée par un bouchon 5. A quelque distance de celle-ci, dans la zone de l'autre extrémité 5 du tube 2, est disposée la tuyère de coulée 6 recouverte par la plaque de fond 7 sur laquelle repose la coquille 8 ou un autre moule, par exemple un moule de sable. Un dispositif de chauffage à induction, qui n'est pas représenté sur la figure, est raccordé à des ouvertures 9 du réservoir 10 d'approvisionnement 1 et permet de maintenir une température réglable pour la coulée de la fonte. La section transversale relativement grande du réservoir d'approvisionnement 1 permet l'écoulement de la fonte qui est nécessaire pour le chauffage régulier de celle-ci, tandis que l'écoulement dans le réservoir de 15 compensation constitué par le tube 2, n'est pas influencé par l'écoulement engendré par le chauffage. Le réservoir d'approvisionnement 1 est, soit accouplé au four de fusion, soit alimenté de façon intermittente en vue d'obtenir un niveau de bain constant, de manière que le niveau ferrostatique, dont dépend la 20 vitesse de coulée, demeure essentiellement inchangé. Comme le montrent les figures 2 et 3, la plaque de fond 7 entoure la tuyère 6 et en est isolée par un anneau 10 en un matériau d'isolation thermique afin que les pertes calorifiques soient aussi faibles que possible. La coquille 8 comporte un 25 cadre 11 ainsi qu'une plaque de fond 12. La plaque de fond 12 est munie d'une ouverture allongée 13 qui se prolonge également à travers une paroi du cadre 11. Dans cette ouverture 13, est disposé un organe obturateur à glissière 14 comportant, dans sa partie venant directement en contact avec la fonte, un appendice 30 15 en matériau réfractaire, constitué de façon à n'influencer qu'à peine les conditions d'écoulement. Afin d'assurer sa position finale de fermeture, l'organe obturateur à glissière ne doit présenter, aucune partie arrondie. Il faut uniquement assurer qu'au cours de la fermeture de l'organe obturateur à glissière 14, qui 35 s'effectue généralement très brusquement, parfois avec destruction partielle de l'appendice 15, l'emplacement de l'attaque de la coulée 16 de la coquille soit fermé de manière que la coquille puisse être transportée ensuite sans que la fonte qu'elle renferme s'en échappe. 40 a l'attaque de coulée 16 se raccorde-la cavité de moulage 17 de la coquille 8 à laquelle est raccordé l'emplacement de 71 35114 7 2108075 masselotte 18. L'organe obturateur à glissière 14 est pourvu d'une rainure 19 coopérant avec un verrou 20, articulé sur le cadre 11 de la coquille 8 à un axe 20' et qui s'engage dans la rainure 19 lorsque 5 l'organe obturateur à glissière 14 est mis en place et empêche ainsi son extraction inopportune àu cours du transport ultérieur de la coquille 8. Naturellement, un anneau d'usure peut également être disposé entre la tuyère 6 et la coquille 8. En outre, il est possible de 10 prévoir, à l'intérieur de l'organe obturateur à glissière 14, un dispositif de refroidissement à eau, qui entre en action après le transport de la coquille 8. Les figures 4 et 5 montrent l'application de l'invention à une installation de moulage automatique. Ici des noayux formés en 15 boules de sable 21 sont amenés, l'un après l'autre, sur un support 22 à la tuyère de coulée 6. Au cours du formage de ces boules de sable 21, l'ouverture pour l'organe obturateur à glissière 14 peut être formée par l'introduction d'un noyau approprié ou l'organe obturateur à glissière 14 lui-même peut être utilisé 20 comme noyau. L'organe obturateur à glissière 14 présente une ouverture 23, choisie de manière favorable, au point de vue de la technique de l'écoulement en fonction de la section de la tuyère 6 et de l'attaque de coulée 16. Dans l'exemple de réalisation représenté, l'organe obturateur à. glissière est entièrement 25 constitué de matériau réfractaire, par exemple de matériau à noyau, de céramique, de laine minérale comprimée, non comprimée ou feutrée (notamment de la laine de kaolin) ou d'un matériau fritté. Après achèvement du processus de coulée, un piston hydraulique 24 —mû par le vérin 25 à double effet à deux conduits de 30 pression 26, 26' —déplace l'organe obturateur à glissière 14 et ferme l'attaque de coulée 16. Le moule de sable ainsi fermé est alors prêt pour son transport ultérieur. Le vérin hydraulique 25 peut être commandé automatiquement par une jauge mesurant l'état de remplissage. 35 L'exemple de réalisation de l'organe obturateur à glissière 14, représenté par les figures 6 et 7, comporte un tel organe à double couche. La couche inférieure 27 est constituée en un matériau réfractaire et recouvre la surface de l'organe obturateur à glissière situé du côté de la tuyère de coulée. La couche supé-40 rieure 28 est métallique, par exemple en fonte, en acier coulé, 71 35114 8 2108075 etc. Dans la zone de cette couche, l'ouverture 23 de l'organe obturateur à glissière 14 est revêtue, par un anneau 29, de matériau réfractaire. La variante de réalisation de l'organe obturateur à glissière 5 14, représenté par les figures 8 et 9, comporte une plaque de fond 30 métallique de l'organe obturateur à glissière dans laquelle est enrobée une couche 31 de matériau réfractaire tout autour de l'ouverture 23 sur la surface de la plaque de fond métallique 30 qui est en contact avec la tuyère de coulée. 10 Comme il va de soi et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à celui de ses modes d'application, non plus qu'à ceux des modes de réalisation de ses diverses parties, ayant été plus spécialement indiqués ; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes. 71 35114 9 2108075 REVENDICATIONS 1 - Dispositif de coulée ascendante ou intermédiaire dans un moule relié à une tuyèrë de coulée pour des pièces moulées dont la masselotte de coulée refroidit surtout après achèvement du 5 processus de coulée, en particulier pour des pièces moulées de taille relativement importante ou pour des pièces moulées dans des moules de sable, dans lequel dispositif il est prévu un organe de fermeture constitué par un organe obturateur à glissière arrêtant l'écoulement de la fonte, encore à l'état liquide, qui 10 se trouve entre la tuyère de coulée et la cavité du moule, caractérisé en ce qu'en amont de la tuyère de coulée (6), à -une certaine distance de celle-ci, il est prévu un dispositif (4, 5) réglant la vitesse de coulée et que l'obturateur à glissière (14) est guidé dans le fond (12) du moule (8) et qu'au 15 moins sur sa surface située du côté de la tuyère de coulée et coopérant avec celle-ci, il est recouvert de matériau réfractaire, le moule contenant au moins un emplacement de masselotte (18) communiquant avec la cavité du moule (17). 2 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en 20 ce que l'organe obturateur à glissière (14) est réalisé en un matériau réfractaire au moins dans sa partie coopérant avec la tuyère de coulée (6). 3 - Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'organe obturateur à glissière comporte un trou et 25 qu'il est guidé dans une ouverture'(13) du moule s'étendant sur toute la largeur du moule (8), sa longueur correspondant au moins à l'étendue axiale de l'ouverture. 4 - Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que les parois de l'ouverture (13) de guidage de l'organe obtura- 30 teur à glissière (14) sont réalisées en sable provenant du moule. 5 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'organe obturateur à glissière (14) comporte un corps métallique qui, dans sa région en contact avec la fonte, dans sa position d'ouverture, en particulier sur sa 35 paroi percée, est recouvert de matériau réfractaire ou que le matériau réfractaire y est introduit, par exemple sous forme d'un anneau ou d'une plaque. 6 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le matériau réfractaire est constitué 40 de matériau à noyau, de céramique, de matériau fritte ou de laine 71 35114 10 2108075 minérale, par exemple de laine de kaolin. 7 - Procédé de fabrication d'un dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'organe obturateur à glissière est introduit à plat dans le moule au cours du formage de ce dernier et qu'il est entouré de matériau du moule.