Brevet FR2117853A1 — publié le 19720728

i 2117853 La présente invention est relative à un appareil-servant à commander la variation de pression de l'élément d'injection de machines à couler, en particulier de machines à couler sous pression, comportant un cylindre multiplicateur subdivisé 5 par un piston multiplicateur en une chambre de poussée et une chambre de contre-pression et dans lequel la chambre de contre-pression est remplie d'un agent de contre-pression. Un appareil du genre ci-dessus est utilisé dans les machines à couler, en particulier sous pression, afin d'exposer 0 à une pression accrue la matière coulée, par exemple un alliage, après l'injection dans la cavité de moule et jusqu'à la solidification qui suit. Cette pression accrue est en général engendrée par le fait qu'à un moment exactement réglé la chambre de poussée du cylindre multiplicateur est mise en communication avec un 5 accumulateur de pression, de sorte que le piston multiplicateur exerce une pression notablement multipliée sur le poinçon qui déplace la matière à couler. Pour pouvoir régler dans une large gamme le degré désiré d'augmentation de pression, il faut commander en conséquence 0 l'action du multiplicateur de pression. Dans les appareils de l'espèce définie plus haut, cela a lieu en général par le fait que l'on règle en conséquence la contre-prèssion qui agit sur le piston multiplicateur. Il est connu d'effectuer le réglage de la contre-pressicn au moyen de soupapes préréglées de réglage S de pression. Mais d'une part les temps dans lesquels l'action complète du multiplicateur doit se produire sont très courts dans les machines à couler sous pression. Ils sont de l'ordre de quelques centièmes de seconde ou même moins. D'autre part, la contre-pression agissant sur le piston multiplicateur, et 0 dont la grandeur fixe l'action effective du multiplicateur, est engendrée dans la soupape de réglage de pression comme conséquence immédiate du passage de liquide de pression à travers des sections prédéterminées, c'est-à-dire par suite d'un étranglement de ce liquide de pression. Les sections sont engendrées et maintenues 5 par une action correspondante sur les éléments de réglage et de commande. Ainsi, la contre-pression établie dans la soupape de réglage de pression apparaît, au plus rôt, lorsqu'il s'est constitué un écoulement du liquide de pression dans la soupape de réglage de pression. Il s'ensuit que la contre-pression établie 71 37792 2 * :r- 2117853 dans la soupape de réglage de pression est influencée par la vitesse du piston multiplicateur, de sorte que dans l'adaptation à un débit modifié de liquide de pression par unité de temps, il faut toujours constituer dans la soupape de réglage de pres-5 sion une aire de section convenablement adaptée et modifiée. Pour un fonctionnement exact et pour l'entrée en action rapide de la soupape de réglage, l'inertie des éléments de commande déplacés et surtout du liquide de pression lui-même a des effets extrêmements gênants. Cela se traduit par le fait que dans 10 certains cas, toute la pression du multiplicateur existe seulement après écoulement du court laps de temps mentionné. Si par contre on commande la soupape de réglage de pression de façon telle que tout d'abord elle s'ouvre excessivement, il se constitue alors seulement au bout d'un temps déterminé les pressions 15 hydrauliques d'écoulement par suite desquelles le cône de la soupape de réglage de pression libère la section qui correspond à la pression désirée. Par suite, on obtient une pression de multiplicateur qui s'élève tout d'abord très au-dessus de la grandeur établie et qui s'abaisse lentement à la valeur de £0 pression établie. Toutefois, cette pression excessive entraîne l'ouverture du moule de coulée, Pour éliminer ces inconvénients, on a déjà proposé de remplacer les soupapes de réglage de pression préréglées hy On connaît aussi de? constructions dans lesquelles la J.0 chambre de cor. tre-~r ecsion du multiplicateur esc reliée ;• 1 1 chu 21bre i liquide d' un accumulateur de pression, -îr.-rj soupape de retenue étant interposée dans le tuyau de liaison. Mais cefcle disposition n'évite ."i les retards d'entrée en action dûs aux resis tances d'inertie ces masses en mouvement, ni l'influence 'f? exerce a sur la contre-pressi :n par la vitesse variable du piston siul tiplicaceur et résultant de la section de la soupape. i.n part.an'D des conditions décrites plus haut, 1 ' invention a pour but de donner à un appareil de l'espèce décrite plus haut 'me structure tell? que le piston multiplicateur subisse sans aucun retard pendant le laps de temps exigé une contre- 71 37792 5 2117853 pression exactement définie, réglable entre de larges limites, et qui détermine la grandeur de la pression de multiplicateur exercée sur la matière à couler. Selon l'invention, on résout ce problème par le fait que la chambre de contre-pression est 5 reliée par un tuyau de liaison exerçant une action d'étranglement aussi petite que possible à un récipient sous pression qui reçoit l'agent de contre-pression soumis à une pression permanente prédéterminée. Etant donné que dans l'appareil selon l'invention une 10 pression permanente convenablement réglée est maintenue dans la chambre de contre-pression du cylindre multiplicateur, celle-ci se fait sentir sans aucun retard, au moment même où elle se constitue, dans la chambre de poussée du cylindre multiplicateur. Etant donné qu'en outre l'agent de contre-pression est éjecté 15 sans étranglement vers le récipient sous pression, la hauteur statique de pression reste déterminante quant à la pression effective au multiplicateur sans être altérée par des variations de pression dues à des causes dynamiques. Pour exposer l'agent de contre-pression à une action 20 d'étranglement aussi faible que possible, il est avantageux de donner une section particulièrement grande à la liaison assurée avec le récipient sous pression. Selon un mode d'exécution particulièrement avantageux de l'invention, à la différence des appareils connus, on utilise 25 comme agent de contre-pression un gaz, par exemple l'azote. De ce fait, non seulement on diminue encore davantage par suite de la densité notablement moindre du gaz 1'étrangement qui pratiquement ne peut pas être tout à fait exclu dans la liaison avec le récipient sous pression, mais surtout on ramène l'inertie de masse 50 de l'agent de'contre-pression à une fraction de celle qui est à prévoir quand on utilise des agents liquides de contre-pression. Ainsi, lorsqu'on choisit l'azote à la place de l'huile, le rapport de masse est d'environ 1 : 75« Avantageusement, le volume effectif du récipient sous 55 pression qui loge l'agent de contre-pression est variable. Selon une variante particulièrement avantageuse de cette idée, le volume effectif du récipient sous pression peut être modifié par apport d'agent de pression venant du système d'entraînement; de la machine à couler ou par évacuation vers le réservoir du sys-40 tème d'entraînement. 71 37792 4 2117853 Selon un autre mode d'exécution de l'appareil selon l'invention, de l'agent de pression venant d'un accumulateur de pression est amené à la chambre de poussée en passant par deux soupapes branchées en parallèle et s'ouvrant successivement. La 5 combinaison de deux soupapes permet, en choisissant convenablement le moment de leur ouverture, d'obtenir les conditions qui correspondent le mieux aux caractéristiques d'une coulée désirée. Cela concerne par exemple la purge d'air de la cavité de moule et de la chambre de remplissage située en amont et le remplissage 10 le plus rapide possible de la cavité du moule avec une augmentation de pression qui suit immédiatement avant la solidification. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront dans la description ci-après qui porte sur un exemple d'exécution préférentiel d'un appareil selon l'invention. 15 Le dessin représente de façon purement schématique l'adjonction d'un appareil selon l'invention à une machine à couler sous pression à chambre froide munie d'une chambre de pression horizontale. Dans la chambre de remplissage ou de pression 1 peut coulisser un poinçon 2 qui exerce une pression sur 20 du métal introduit et l'injecte dans une cavité de moule 5,. On a désigné par 4 et £ les moitiés du moule qui forme la cavité La moitié de moule 4 est placée contre un plateau porte-moule fixe 6, tandis que la moitié mobile de moule J? est poussée contre la moitié fixe de moule 6 par un mécanisme de fermeture de moule 25 non représenté, par l'intermédiaire d'un châssis de serrage _7. La force de compression exercée sur la matière à couler est transmise au poinçon 2 par une tige de poinçon S qui subit elle-même l'action d'un piston de pression 9,. Le piston 9 peut coulisser dans un cylindre 10 auquel fait suite, du côté opposé JO au poinçon 2, un cylindre multiplicateur 11_ relié directement au cylindre de pression _L0. Dans le cylindre multiplicateur _11 peut coulisser un piston multiplicateur 14 qui peut appliquer une pression à l'intérieur du cylindre de pression _1C par l'intermédiaire d ' ur.-3 tiga de niston 15. A travers le piston multiplica-teur 14 et la tzLga de piston _15 passe une perforation en gradin 15 qui est: fermée, à son extrémité tournée vers le cylindre 10, par un a soupape da rete.ïr;a à ressort 16 qui, lorsqu'une pression déterminée est dépassée dans la chambre de poussée 17 du cylindre multiplicateur, permet l'arrivée d'agent de pression dens le 40 cylindre 10. 71 37792 5 2117853 La chambre de poussée 12 du cylindre multiplicateur .11 est reliée, par des tuyaux 1^ £0 dans lesquels sont interposées des soupapes de commande, à un accumulateur de pression 2J dans lequel est guidé un piston de séparation 24. L'accumulateur 5 de pression peut bien entendu être dépourvu de piston de séparation 24. Il est chargé par la pompe non représentée du système d'entraînement de la machine à couler par l'intermédiaire d'un tuyau de pression 2j?, dans lequel est interposée une soupape de retenue 26, et du tuyau 20. 10 La chambre de contre-pression 18 du cylindre multipli cateur 11_ est reliée par un tuyau 22 à une bouteille de pression 28. La bouteille de pression 28 est elle-même reliée par des tuyaux 29,dans lesquels est interposée une soupape d'arrêt £0, au tuyau de refoulement jjl venant de la pompe non représentée. 15 De la partie du tuyau qui se trouve entre la soupape d'arrêt J50 et la bouteille de pression _28 se détache un tuyau d'écoulement 33 muni d'une soupape d'arrêt 32.. Le tuyau de refoulement j51, alimenté par la pompe du système d'entraînement, peut être mis en communication à volonté, 20 au moyen d'un tiroir de commande 34., avec la chambre de poussée 17 du cylindre multiplicateur 11_ ou avec la chambre de rappel 40 du cylindre de pression 10. Avantageusement, le tiroir de commande 3"r est un tiroir magnétique à action directe ou pré-commandé. Les soupapes de commande 21 et _22 interposées entre 25 les tuyaux 19 et 20 ont une largeur d'ouverture préréglable grâce aux tiges de réglage 21a, 22a. Les chambres de pression ^5., 36 situées au-dessus des obturateurs des soupapes de commande _21 et 22 sont reliées, par l'intermédiaire de tiroirs magnétiques 57, 38, soit à l'accumulateur de pression 23, soit à l'évacuation. JO La bouteille de pression _28 contient, comme agent de contre-pression, de l'azote gazeux ou un autre gaz inerte soumis à une pression prédéterminée, et le tuyau 27 qui la relie à la chambre de contre-pression _18 présente une section aussi grande que possible, de manière à opposer le plus petit étranglement 55 possible à l'écoulement de l'azote quand le piston multiplicateur 14 coulisse. Le dispositif de commande selon l'invention fonctionne comme suit : 71 37792 6 2117853 Après l'introduction de la matière à couler dans la chambre de pression 1 située avant la cavité de moule on .rçnverse le tiroir de commande ^4. Par suite, de l'agent de pression du système d'entraînement de la machine à couler s'é-5 coule du tuyau de refoulement _31 à la chambre de poussée 17. du cylindre multiplicateur, en passant par le tiroir de commande _^4 et les tuyaux 19a et 19. Ensuite, après ouverture de la soupape de retenue 16, l'agent de pression passe par la perforation longitudinale lj^ pour arriver dans la chambre de poussée fQ du 10 cylindre de pression 10, avant le piston 9» Immédiatement avant, le tiroir de commande 2L a relié à l'évacuation la chambre de rappel du cylindre 10. Le piston ^ se meut alors vers la gauche (sur le dessin) à une vitesse correspondant au débit de la pompe d'entraînement, il ferme l'ouverture de remplissage de la chambre 15 de remplissage et pousse en direction de l'extrémité de la chambre de remplissage la matière à couler introduite. Après fermeture de l'ouverture de remplissage, la soupape de commande 21 s'ouvre à un moment prédéterminé. Le degré d'ouverture est déterminé par le préréglage de la tige 21a. Alors, de l'agent de pression venant 20 de l'accumulateur de pression 25 passe en outre par la soupape de comnandR 2l_ et le tuyau 19, pour arriver dans la chambre de poussée 12. du cylindre multiplicateur 11, puis, par la perforation longitudinale l_5 et la soupape de retenue 16, dans la chambre de poussée 41 du cylindre da pression 10. La quantité qui afflue 25 par unité de temps et donc la vitesse du piston de pression sont déterminées, pour une tension donnée de l'accumulateur de pression 23 > par le degré d'ouverture de la soupape de commande 21. Ainsi, la matière à couler introduite se déplace vers la gauche à une vitesse acsrv-® pour arriver dans le moule. JO En général, on fait ea sorte qu'il se produise une augmentation de la vitesse du poinçon 9. aussitôt que la matière à couler a atteint l'entrée du moule, afin de remplir le plus rapidement; possible de matière à couler la cavité de moule 3 avant qu' il ne se prodi.-i.se un refroidissement. C'est pourquoi, 35 selon 1'invention, au moment voulu, la soupape de commande 22 est en outre ouverte dans une mesure définie préalablement par la tige 2da. Cela a lieu par le fait que le tiroir magnétique 38 relie avec l'évacuation la chambre de pression 36 située au dessus de l'obturateur. Alors, la pression de l'accumulateur 71 37792 7 2117853 écarte très rapidement, dans la mesure réglée, l'obturateur de la soupape de commande 22. Par suite, outre à la soupape de commande 22, du fluide continue en outre d'affluer à la chambre de poussée, devant le piston 9» et augmente encore la vitesse de 5 c^elui-ci. Quand la cavité de moule ^ est remplie complètement ou à peu près, de sorte que par suite de la résistance de coulée qui lui est opposée le poinçon ^ ne peut plus continuer de se mouvoir, l'afflux d'agent de pression cesse. La soupape de rete-10 nue 1^6 se ferme sous l'action de son ressort. La surface annulaire du piston multiplicateur 14 qui est tournée vers la chambre de contre-pression 18 subit la pression permanente d'azote entretenue dans la bouteille de pression 28. Lorsqu'on parle ici de "pression permanente", cela 15 veut dire que contrairement aux appareils de commande connus, cette pression n'apparaît pas seulement lorsque le piston multiplicateur se meut, mais règne en permanence, donc même quand le piston multiplicateur est au repos. On choisit cette pression permanente au moins assez élevée pour que la force de compression 20 qu'elle exerce sur la surface annulaire du piston multiplicateur soit plus grande que la force de pression engendrée par l'agent de pression du système d'entraînement, agissant sur le piston multiplicateur 14_ pendant l'ouverture de la soupape de retenue 15 et tendant à pousser le piston multiplicateur 14 vers la gauche. 25 Lorsque la soupape de retenue 16> s'est fermée, la pression totale de l'accumulateur de pression 23_ se constitue dans la chambre de poussée 17 du cylindre multiplicateur _11. Par suite, le piston multiplicateur 14_ subit une force qui est dirigée vers la gauche (sur le dessin) et qui est déterminée par l'aire de section de la 30 chambre de poussée _17, et par la pression de l'accumulateur. A cette force s'oppose la force de contre-pression déterminée par la pression de l'azote sous pression et la surface annulaire du piston multiplicateur 14 qui est tournée vers la chambre de contre-pression _18. La force résultante du piston multiplicateur 35 est donc la différence des deux forces. Avec cette force différentielle, la tige 13 du piston multiplicateur 14 est poussée devant le piston 9 à l'intérieur de la chambre de poussée 41, ce qui fait que la pression multipliée qui règne dans cette chambre d'avance est le quotient de cette force résultante par 71 37792 8 2117853 l'aire de la tige de piston 1J>. Plus la pression do l'azote dans la bouteille _28 et dan-s la chambre de contre-pression 18 approche de la pression de 1'accumulateur et donc de la chambre de poussée 17,, plus la 5 pression multipliée devient petite. Aussitôt qu'il y a égalité de pression, il ne se produit plus aucune action de multiplication. Etant donnée la grande section du tuyau de liaison 27. relié à la bouteille de pression 28, la vitesse d'écoulement de 10 l'azote, et donc la résistance à l'écoulement lorsque le piston multiplicateur 14 coulisse, restent très petites. En outre, du fait que l'on choisit l'azote comme agent de contre-pression, on n'a à redouter que les retards causés par la très petite inertie de masse du gaz. On obtient ainsi une constance à peu près com-15 plète de la contre-pression dans la chambre de contre-pression, qui correspond à la pression qui règne dans la bouteille £8 et une accélération exceptionnelle dans l'apparition de l'effet de multiplication. Par suite, dans le très court intervalle de temps qui est important, immédiatement avant ou après le remplissage 20 complet de la cavité de moule 5., on peut établir une pression de multiplicateur exactement définie. Pour modifier et régler la pression de multiplicateur, on fait varier la pression dans la chambre de contre-pression 18 et dans la bouteille de pression 28 qui lui est reliée, en amenant 25 du gaz d'une bouteille de réserve d'azote par une soupape d'arrêt 59 ou en laissant échapper de l'azote dans l'atmosphère par la soupape d'arrêt 59• Pour que la variation de l'effet de multiplication soit indépendante de la présence d'une bouteille de réserve d'azote, 30 on fait varier le volume effectif de la bouteille 28 en amenant ou en évacuant de l'agent de pression provenant du système d'entraînement de la machine à couler. L'agent de pression arrive par le tuyau 29 et la soupape d'arrêt 50 dans la bouteille 28 et rsut éventuellement s ' oc oui ar par la soupape d'arrêt _52 et le f.-.yau 55. 55 vers le réservoir du système d'entraînement. L'agent de pression qui se trouve dans la bouteille 28 n'a pas de fonction hydraulique dans le système d'entraînement de la machine, nais sert simplement à faire varier le volume effectif de la bouteille 28 qui est rempli d'azote et donc la pression de l'azote. Confor 71 37792 9 2117853 mément à la grandeur choisie pour la bouteille 28, une gamme de travail est fixée pour le cylindre de pression 10 de la machine à çouler, gamme à l'intérieur de laquelle on peut établir à volonté toute pression finale désirée du multiplicateur, d'un 5 maximum à un minimum, simplement en amenant ou en évacuant de l'agent de pression. Dans bien des cas, les conditions de la coulée exigent que le mouvement du piston causé seulement par l'ouverture de la soupape de commande 21, se poursuive même lorsque l'entrée 10 du moule a déjà été atteinte par la matière à couler. La matière à couler remplit alors lentement la cavité de moule j5, conformément à la vitesse du piston 9. Cela est avantageux par exemple lorsque, dans le cas de coulées de grande épaisseur de paroi, il faut donner à l'air contenu dans la cavité de moule l'occasion 15 de s'échapper. Seulement quand la cavité de moule j5 est remplie de matière à couler, pour une part notable ou même complètement ou à peu près, la soupape de commande 22 s'ouvre et elle augmente alors en conséquence la vitesse du piston 9 jusqu'au remplissage complet de la cavité de moule ensuite, déplace à une vitesse 20 correspondante le piston multiplicateur 14, de manière à assurer encore une augmentation rapide de pression de la matière à couler avant qu'elle ne se solidifie. Les moments où les soupapes 21 et 22 s'ouvrent sont de préférence fixés par des interrupteurs de fin de course, des minuteries ou des interrupteurs à pression. 25 Donc, dans le cas extrême, on peut arriver sans difficulté à ce que, après la fermeture de l'ouverture de remplissage, la matière à couler soit d'abord poussée vers la chambre de remplissage à la vitesse établie sur la soupape de commande 21 et soit ensuite injectée dans la cavité de moule 5. jusqu'à ce qu'elle remplisse 50 complètement celle-ci et qu'ensuite, elle subisse brusquement la pression de l'accumulateur, par ouverture de la soupape 22, avec une course complète du piston multiplicateur 14. Au lieu de manoeuvrer la soupape de commande 22 en fonction de la pression, on peut aussi, par exemple, prévoir une manoeuvre dépendant du 35 temps, de sorte que la soupape de commande 22 s'ouvre ion temps prédéterminé avant le remplissage complet de la cavité de moule 2- Toutefois, il est possible aussi d'ouvrir déjà la soupape de commande 22 avant que la matière à couler n'atteigne l'entrée du moule, de sorte que le temps qui s'écoule entre l'alimentation de 71 37792 2117853 la chambre de remplissage et le remplissage complet de la cavité de moule devient aussi court que possible. Le plus avantageux, dans ce cas aussi, est que le moment correct de l'ouverture de la soupape de commande 22 soit fixé par un interrupteur de fin 5 de course actionné en fonction de la course. Bien entendu, on peut aussi adopter d'autres modes d'actionnement appropriés pour ouvrir les soupapes de commande 21 et 22 à un moment déterminé. Dans l'exemple décrit ci-dessus, on a simplement représenté l'appareil de commande selon l'invention en combinaison 10 avec une machine à couler sous pression à chambre froide, mais il est évident que le principe selon l'invention peut s'appliquer à toute machine à couler de fonctionnement analogue, dans laquelle il importe d'exposer la matière à couler à une pression accrue à un moment déterminé, avec un retard aussi faible que possible 15 et une action exactement définie. C'est pourquoi l'appareil selon l'invention est applicable sans restriction, par exemple aussi aux machines à couler sous pression à chambre chaude ou aux machines à mouler par injection pour matières thermoplastiques. En outre, on peut choisir les soupapes de commande _2l 20 et 22 de façon telle qu'elles présentent des dimensions et des sections d'ouverture égales et qu'elles s'ouvrent dans une nesure différente ou bier. qu'elles présentent des dimensions différentes et exécutent donc des courses égales. 71 37792 2117853 REVENDICATIONS 1. Appareil servant à commander la variation de pression de l'élément d'injection de machines à couler, en particulier 5 de machines à couler sous pression, comportant un cylindre multiplicateur subdivisé par un piston multiplicateur en une chambre de poussée et une chambre de contre-pression,et dans lequel la chambre de contre-pression est remplie d'un agent de contre-pression, appareil caractérisé par le fait que la chambre de 10 contre-pression est reliée, par un tuyau de liaison exerçant une action d'étranglement aussi petite que possible, à un récipient sous pression qui reçoit l'agent de contre-pression soumis à une pression permanente prédéterminée. 2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé par 15 le fait que l'agent de contre-pression est un gaz. 5. Appareil selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que le volume effectif du récipient sous pression qui loge l'agent de contre-pression est variable. 4. Appareil selon la revendication 3, caractérisé par 20 le fait que le volume effectif du récipient sous pression peut être modifié par apport d'agent de pression venant du système d'entraînement de la machine à couler ou par évacuation vers le réservoir d'entraînement. 5. Appareil selon l'une des revendications 1 à 4, carac-25 térisé par le fait que de l'agent de pression venant d'un accumulateur de pression est amené à la chambre de poussée en passant par deux soupapes branchées en parallèle et s'ouvrant successivement . 6. Appareil selon la revendication 5, caractérisé 30 par le fait que l'une des deux soupapes de commande peut être actionnée brusquement, par exemple dans un laps de temps d'un centième de seconde ou moins.