Brevet FR2122469A1 — publié le 19720901

La présente invention est relative à un procédé de fabrication d'un cylindre métallique, c'est-à-dire d'un cylindre du type utilisable dans le travail à chaud ou à froid des métaux ou pour d'autres buts, mais qui possède une surface de travail exter-5 ne cylindrique supportée par une partie cylindrique principale, chaque extrémité de la partie cylindrique étant munie de parties de tourillonnement sur lesquelles le cylindre est supporté pour tourner lors de l'utilisation. Il est de pratique courante pour la fabrication dans la 10 fonderie de tels cylindres, lorsqu'ils sont produits à partir d'une simple composition de fonte, de fer ou d'acier, ou de la combinaison de ces fontes, de procurer une qualité et/ou une dureté améliorée à la surface de travail du cylindre en incorporant des coquilles dans la cavité du moule. 15 il est également connu, qu'en adoptant des techniques appropriées de fonderie pour couler les cylindres de telle manière qu'une fonte de fer ou d'acier de composition spéciale constitue les zones externes de la surface de travail, le reste du corps de cylindre comprenant une portion cylindrique principale et des por-20 tées réalisées en une composition de fer ou d'acier différente, on produit un cylindre dont la composition peut être'définie par l'expression de bi- ou multi-métallique. La coulée centrifuge offre un procédé de fabrication, sur les zones externes des cylindres, de surfaces de travail de bonne 25 qualité, mais les cylindres du type auquel on se réfère ci-dessus sont parfois nécessaires en des dimensions très grandes telles qu' ils peuvent peser plusieurs tonnes et la coulée centrifuge d'éléments aussi grands s'accompagne de difficultés évidentes. Une autre difficulté de la coulée centrifuge réside dans le fait que l'élé-3° ment produit possède un centre creux. Un des inconvénients de la fabrication de cylindres du type ci-dessus, et actuellement utilisés, est le fait que, lorsque des cylindres importants SL.nt coulés, il est possible de voir apparaître des défectuosités dans la surface de travail exter-35 ne, mais celles-ci ne peuvent être découvertes que lorsque tout le matériau a été coulé.Si le cylindre doit en conséquence être rejeté, cela constitue un gaspillage de matière important. La présente invention a pour but de fournir un procédé de fabrication de cylindres du type indiqué dans lequel les avan-40 tages de la coulée centrifuge sont obtenus, et dans lequel certains 72 01449 2 2122469 autres avantages sont atteints. Selon la présente invention, le procédé de fabrication d'un cylindre métallique du type exposé et comprenant une partie cylindrique principale dont chaque extrémité est munie de parties 5 de tourillonnement, consiste à couler par centrifugation un manchon de surface de travail et ensuite à couler à l'intérieur du manchon une matière de remplissage pour achever le cylindre. Donc lorsque de grands cylindres doivent être fabriqués, un procédé de coulée centrifuge peut être utilisé dans lequel seu-10 le une partie du poids de matière est coulée par processus centrifuge, ce qui permet d'éviter les difficultés inhérentes à la coulée par centrifugation de poids très élevés de matière. Le procédé permet aussi de couler un cylindre bimétallique de façon à pouvoir utiliser un matériau convenable pour la surface de travail extérieu-15 re. Si seuls des cylindres de dimensions relativement petites doivent être fabriqués, le manchon de surface de travail coulé peut également comporter au moins une partie de la surface des parties de tourillonnement à chacune de ses extrémités, mais si un cylindre 20 important doit être fabriqué, le manchon de la surface de travail peut être réduit à n'être qu'un peu plus grand que la surface de travail. Le procédé de fabrication est particulièrement avantageux lorsque l'on coule le manchon de surface de travail à partir d'un 25 acier hautement allié, résistant à l'oxydation, à la chaleur ou à l'usure, tel qu'un acier du type chrome-nickel et la coulée centrifuge peut être effectuée dans un moule métallique cylindrique à revêtement réfractaire ou sablé. Si on le désire, le manchon de surface de travail peut 3 0 être coulé en deux ou plusieurs matériaux, de façon que l'on ait une composition simple ou multiple, et le moule peut être tourné autour d'un axe horizontal ou vertical, ou sur un axe incliné. Dans un procédé préféré, le manchon de surface de travail est retiré du moule centrifuge dans lequel il est coulé et la matiè-35 re de remplissage est alors versée dans un moule de fonderie statique. De préférence, on laisse refroidir le manchon avant de le placer dans le moule statique et il peut être usiné et/ou examiné avant cette opération. 40 Donc un avantage supplémentaire de l'invention apparaît 72 01449 3 2122469 du fait que le manchon de surface de travail, lorsqu'il a été coulé peut être examiné et s'il présente des défectuosités peut être éliminé sans le gaspillage de matière qui accompagnait les procédés de coulée normaux. En tout cas, l'utilisation du procédé de 5 coulée centrifuge pour obtenir le manchon de surface de travail a pour but de réaliser une coulée qui est moins susceptible de produire les défectuosités du genre de celles des procédés de coulée statique. Le manchon peut être préalablement chauffé avant le ver-10 sage de la matière de remplissage et ceci peut être réalisé par une bobine d'induction électrique située à l'intérieur du moule de fonderie statique bien qu'il soit préférable qu'elle soit à l'extérieur du moule. En tout cas, le préchauffage peut être continué pendant 15 le versage de la matière de remplissage pour activer la fusion entre la matière de remplissage et le manchon. Si on le désire la surface interne du manchon peut être conformée de façon à favoriser la fusion et/ou 1' accrochage de la matière de remplissage. 20 Dans un autre procédé selon l'invention deux ou plusieurs manchons de surface de travail coaxiaux sont coulés d'une seule pièce par centrifugation et ensuite séparés avant la coulée du métal de remplissage pour achever chacun des cylindres. L'invention comprend aussi un cylindre du type exposé 25 réalisé selon le procédé ci-dessus. L'invention peut être mise en oeuvre de diverses manières, mais un procédé va maintenant être décrit à titre d'exemple et en se référant au dessin annexé dans lequel : La figure 1 est une vue en coupe schématique d'un moule 30 de fonderie statique dans lequel est mise en oeuvre la seconde partie du procédé de fabrication et, la figure 2 est une vue partielle d'une variante de construction pour le moule statique représenté dans la figure 1. Dans le procédé de fabrication d'un cylindre pour le tra-35 vail à chaud ou à froid du métal et comprenant une portion cylindrique principale, dont chaque extrémité est munie de parties de tourillonnement, un manchon de surface de travail de dimensions équivalant à celles de la surface de travail de la portion cylindrique principale et d'une faible partie de chacuiB des portées 40 de tourillonnement, est coulé par centrifugation en acier 72 01449 4 2122469 inoxydable dans un moule cylindrique métallique ou muni d'un revêtement réfractaire ou sablé. Dans le procédé décrit, un seul acier est utilisé, mais si on le désire le manchon de surface de travail peut avoir une composition multiple. Le moule peut être mis en 5 rotation autour d'un axe vertical ou horizontal, ou un axe incliné, de manière bien connue. La pièce coulée ainsi réalisée possède la forme d'un cylindre dont la surface extérieure constitue la surface de travail du cylindre et si on le désire une partie de support interne peut 10 également être coulée qui peut être de même matière ou de matière différente. Le cylindre qui constitue ainsi le manchon de surface de travail est extrait de son moule après la coulée centrifuge et ensuite introduit dans un moule statique traditionnel de fonderie comme représenté dans le dessin, le manchon de surface de travail 15 étant désigné par le numéro de référence 1. On laisse le cylindre ou manchon coulé par centrifugation refroidir à la température atmosphérique et il peut être usiné et examiné avant d'être introduit dans le moule de fonderie. L'usinage peut inclure les faces internes et externes et si on le désire des fentes de clavetage 20 peuvent être réalisées dans les faces internes. Le moule statique comprend une cavité de moule supérieure 2, une cavité centrale de moule 3 dans laquelle est placé le manchon coulé par centrifugation et une cavité de moule inférieure 4, avec un orifice d'entrée 5 inférieur conventionnel pour le versa-25 ge d'un métal de coulée. Le métal de remplissage est indiqué dans le dessin par le numéro de référence 6 et une paroi de garde conventionnelle 7 est prévue pour recevoir le trop-plein. Dans le but d'obtenir la fusion entre la surface interne du manchon coulé par centrifugation et le reste du métal de remplis-30 sage 6 qui est versé dans le moule statique pour former le cylindre entier, le manchon coulé par centrifugation est préalablement chauffé par induction électrique à l'aide d'un assemblage à bobine d'induction conçu de façon appropriée, qui forme la partie centrale 3 du moule statique. Cet assemblage comprend une bobine d'induction 8 35 entourant un dispositif de retenue du moule 9, non—magnétique, par exemple en fibre de verre, et une carcasse de retour de champ magnétique 10, par exemple en lamelles de fer silicium. Dans une variante de construction, comme représentée dans la figure 2, l'assemblage de bobine d'induction se trouve à l'intérieur du moule 40 de fonderie statique (cavité métallique) indiqué par le numéro de 72 01449 5 2122469 référence 11. Dans cet agencement, l'assemblage comprend une bobine d'induction 12, une carcasse de retour de champ magnétique 13 et une surface de ciment 14, un intervalle d'air 15 étant prévu entre la carcasse de retour du champ magnétique 13 et la partie 5 centrale métallique 11 du moule statique. La fréquence du courant électrique induisant la chaleur du manchon est calcules pour engendrer la chaleur désirée et le gradient de température à l'intérieur du manchon coulé par centrifugation de telle manière que la température du manchon soit plus élevée à la périphérie interne *0 qu'à sa périphérie externe. Ceci présente des avantages du fait que c'est la périphérie interne qui doit fusionner avec la matière de remplissage 6. La commande de la température de préchauffage est réalisée grâce à un pyromètre associé au manchon de surface de travail !5 et/ou par le contrôle et la mesure de la puissance d'entrée à la bobine d'induction. Le procédé peut être mis en oeuvre de façon que lorsque le degré désiré de température a été créé par induction électrique à l'intérieur du manchon coulé par centrifugation, le métal 20 de remplissage pour former le cylindre est versé à l'intérieur de la cavité du moule de manière normale et si on le' désire la température peut être maintenue pendant le versage en continuant à fournir l'énergie à la bobine d'induction pour favoriser la fusion entre la matière de remplissage et le manchon. 25 Le cylindre achevé peut ensuite être retiré du moule de fonderie et usiné de manière normale. Dans une variante du procédé selon l'invention, le manchon de surface de travail peut être coulé par centrifugation en un long tube de métal possédant la composition requise, la longueur du tube équivalant à deux ou plusieurs manchons de surface de travail. Le tube est ensuite coupé en plusieurs manchons de surface de travail qui sont alors remplis avec le métal de remplissage de la manière décrite ci-dessus. Il y a des avantages évidents à couler plus d'un manchon à la fois. 35 Dans une variante de procédé la longueur du manchon de surface de travail est prolongée jusqu'à excéder la surface de travail elle-même et continue sur une partie ou même sur toute la longueur de la portée de tourillonnement de cylindre, mais une telle coulée n'est naturellement possible que pour des cylin-40 dres de plus petites dimensions. 72 01449 6 2122469 L'invention rend possible d'incorporer un métal coulé par centrifugation dans la surface de travail d'un cylindre sans avoir à faire tourner la matrice ou le moule de fonderie, dont la longueur est comparable à celle du cylindre total, lorsque l'on fabrique un grand cylindre. Ceci présente des avantages considérables à la fois sur le plan économique et pratique spécialement pour des cylindres de dimensions générales importantes. 72 01449 7 2122469 REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication d'un cylindre métallique comprenant une partie principale cylindrique, dont chaque extrémité est munie de parties de tourillonnement, caractérisé par le fait 5 qu'il comprend les étapes consistant à couler par centrifugation un manchon de surface de travail et ensuite, à couler un métal de remplissage à l'intérieur du manchon, pour achever le cylindre. 10 2. Procédé de fabrication d'un cylindre métallique selon la revendication *1, caractérisé par le fait que le manchon de surface de travail est coulé dans un acier hautement allié résistant à la corrosion, à la chaleur et à l'usure. 5. Procédé de fabrication d'un cylindre métallique selon 15 l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que le manchon est coulé en deux matières ou plus. 4-. Procédé de fabrication d'un cylindre métallique selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que le manchon de surface de travail est retiré du moule 20 de centrifugation dans lequel il est coulé et que le métal de remplissage est versé dans un moule statique de fonderie. 5. Procédé de fabrication d'un cylindre métallique selon la revendication 4, caractérisé par le fait qu'on laisse refroidir le manchon avant son installation dans le moule statique. 25 6. Procédé de fabrication d'un cylindre métallique selon l'une quelconque des revendications 4 et 5, caractérisé par le fait que le manchon est usiné ou examiné avant d'être installé dans le moule statique. 7- Procédé de fabrication d'un cylindre métallique, selon 30 l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le manchon est préchauffé avant le versage de la matière de remplissage. 8. Procédé de fabrication d'un cylindre métallique selon la revendication 7, caractérisé par le fait que le manchon est 35 préchauffé par une bobine d'induction électrique. 9. Procédé de fabrication d'un cylindre métallique selon la revendication 8, caractérisé par le fait que la bobine d'induction électrique est située à l'intérieur du moule statique de fonderie. 40 10. Procédé de fabrication d'un cylindre métallique selon GA/19.4-08 72 01449 8 2122469 - la revendication 8, caractérisé par le fait que la bobine d'induction est située à l'extérieur du moule statique de fonderie. 11. Procédé de fabrication d'un cylindre métallique selon 5 l'une quelconque des revendications 8 à 10, caractérisé par le fait que l'on continue le préchauffage tandis que l'on verse la matière de remplissage. 12. Procédé de fabrication d'un cylindre métallique selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé par le 10 fait que la surface interne du manchon est conformée de façon à favoriser la fusion ou l'accrochage de la matière de remplissage . 13. Procédé de fabrication d'un cylindre métallique selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé par le 15 fait que deux manchons de surface de travail coaxiaux ou plus sont coulés d'une seule pièce par centrifugation et ensuite séparés avant la coulée du métal de remplissage pour achever chaque cylindre. 20 25 35 40 GA/19.4-08