Brevet FR2197674A1 — publié le 19740329

La présente invention concerne les procédés de fabrication de noyaux de fonderie au moyen de mélanges fluides dans des boîtes chaudes, et les dispositifs pour la mise en oeuvre de ces procédés. L-'invention peut etre appEquée avec un maximun d'efficacité à la fabrication de noyaux en sable compliqués, pour les moules employés dans la production de pièces coulées en grande série et en série. Actuellement, on connaît largement plusieurs procédés de fabrication de noyaux en boîtes chaudes. Le principal et le plus répandu est le procédé par projection de sable. Dans ce procédé, une machine de projection remplit de sable une boîte à noyaux préchauffée dans laquelle le sable durcit rapidement sus l'action de la chaleur. Au bout du temps nécessaire au durcissement du noyau , on ouvre la boîte à noyaux et on en sort le noyaux fini. On connaît aussi un procédé dit "Shalco", dans lequel le soufflage d'un sable sec est combiné à des oscillations de la boîte à noyaux chaude afin d'obtenir une croûte uniforme sur le noyau. L'inconvénient de ces procédés connus de fabrication de noyaux consiste en ce que le sable remplit mal les boîtes de forme compliquée, dont la surface utile comporte des embranchements. On n'arrive pas, d'ordinaire, à remplir de telles boîtes à travers les orifices de portée de noyau. I1 est nécessaire soit de souffler le noyau à travers des orifices supplémentaires prévus sur la surface de travail de la boite, soit de le réaliser en deux ou plusieurs parties qui sont ensuite assemblées par collage. Dans un cas comme dans l'autre il s'ensuit une altération de l'état de surface et de la précision des noyaux ainsi qu'une complication des opérations de fabrication de ceux-cl. I1 convient d'ajouter que le procédé par projection de sable n'est employé que pour la fabrication en boites chaudes de noyaux de dimensions relativement petites (dimension maximale 0,6 à 0,7 mètre). Plus les dimensions sont grandes, moins la qualité des noyaux obtenus est bonne, ce qui s'explique par la forte dimir it;on de la force de serrage du sable au fur et à mesure qu'on s'éloigne de l'axe de l'orifice de soufflage. Le procédé par projection de sable présente aussi un autre inconvénient important, quiflest l'absence de pression sur le sable pendant la période de durcissement, d'ou la libre contraction du sable dans la boîte à noyaux et, par conséquent, la faible densité de la couche superficielle du noyaux. I1 arrive fréquemment que la mince croûte superficielle du noyau se détache, ou bien que des vides se forment sous elle. La nécessité de prévoir des évents dans le noyau lorsque les parois de la pièce coulée à obtenir sont minces, entraîne une complication notable de la structure de la machine. Be but de l'invention estde supprimer les inconvénients préc--xs Il s'agissait donc de créer un procédé assurant l'obtention de noyaux de fonderie de forme géométrique précise, présentant un bon état de surface, une haute résistance mécanique et de bonnes propriétés filtrantes. La solution consiste en un procédé de fabrication de noyaux de fonderie par remplissage forcé de sable fluide dans une boîte à noyaux chaude procédé dans lequel, d'après l'invention, on crée sur le sable fluide se trouvant dans la boite une pression de 3 à 40 kg/Gm2 et on maintient cette pression pendant un temps suffisant pour qu'il se forme sur le noyau à obtenir une couche superficielle résistance de 1 à 25 mm d'épaisseur. Cela permet d'obtenir des noyaux dont la couche superficielle présente une haute résistance, garantissant une bonne qualité et une bonne précision dimensionnelle des pièces coulées à fabriquer. la pression sur le sable fluide dans la boîte à noyaux peut être maintenue pendant 5 à 30 s à unevaleurde3 à 20 kg/cm2, et augmentée ensuite progressivement,pendant 5 à 60 s jusqu'à une valeur allant jusqu'à 40 kg/cm2. Cela permet d'assurer dans la boîte à noyaux une pression maximale sur le sable au moment où se forme la couche superficielle du noyau, et d'augmenter ainsi la densité et la résistance de ladite couche. Le dispositif proposé pour la mise en oeuvre du procédé de l'invention est du type comprenant des réservoirs pour les matériaux de départ, reliés à un mélangeur à-partir duquel, sous l'action d'un piston situé dans une chambre de dosage, le mélange fluide Oc ber est envoyé dans une boîte à noyaux à trouve l ladite chambre de dosage et une tuyère profilée raccorde à celle-ci et comportant un obturateur, ledit dispositif étant caractérisé, d'après l'inventiGn, en ce que le piston est réalisé extensible et chacun le ses stages comporte une commande indépendante, en ce que la boite à noyaux est pourvue d'un système pour sa fermeture étanche, et en ce que la tuyère et l'obturateur sont rigidement assemblés l'un à l'autre et sont montés de façon qu'ils puissent exécuter un mouvement rectiligne alternatif leur permettant de s'appliquer à tour de rôle sur l'orifice de sortie de la chambre de dosage, ledit dispositif comportant en outre un mécanisme de retour des restes du mélange de la tuyère au mélangeur, et ladite tuyère étant réalisée ouvrante. Une telle réalisation constructive du dispositif permet de créer dans la boîte à aux la pression nécessaire sur le mélange fluide et, au besoin, d'augmenter cette pression. Plus bas est décrit un exerti -oncret mais non limitatif de réalisation du dispositif proposé, avec renvois aux dessins annexés qui représentent - La figure 1, un dispositif conforme à l'invention, en coupe longitudinale; - La figure 2, la tuyère du dispositif de l'invention, en position ouverte. Le dispositif proposé comprend un réservoir I (figure 1) pour le sable et un réservoir (non représenté) pour la composition liquide (contenant un liant et un moussant). La composition liquide est aspirée de ce réservoir par une pompe 2 qui la refoule dans un mélangeur 4 à action continue, par l'intermédiaire d'une conduite 3. Le réservoir 1 est relié par un distributeurdoseur à bande 5 au mélangeur 4. A l'intérieur du mélangeur 4 deux arbres 6 portant des pales 7 disposées suivant une hélice tournent en sens contraires. Les arbres r du mélangeur 4 sont entraînés en rotation r un moteur électrique 8. En bout du mélangeur X il y a un orifice de sortie C susceptible d'être fermé par un registre 10. A l'orifice de sortie 9 est raccordée une chambre de dosage 11 de forme cylindrique, à l'intérieur de laquelle est placé un piston 12 accouplé à une commande pneum-4-ique et hydraulique i commandée par un distributcu à trur '4. Le piston 12 est extensible (du type télésccpique), et chacun de ses étages comporte une commande indépendante.A l'orifice de sortie de la chambre de dosage Il est monté un obturateur 15, sur lequel est disposée une tuyère profilée 16 (figure 2) à fleur de la surface supérieure de l'obturateur 15 tournée vers la chambre de dosage 11. La tuyère 16 peut avoir, par exemple, une forme conique. L'obturateur 15 et la tuyère 16 sont reliés à une commande 17 le3 animant d'un mouvement rectiligne alternatif dans un plan horizontal. Sousîn chambre de dosage 11 et la tuyère 16 est placée sur une table élévatrice 18, une boîte à noyaux 19. On dispose la boîte à noyaux 19 de telle façon que son orifice 20 de portée de noyau se trouve exactement en face de l'orifice de sortie de la chambre de dosage 11. La boîte à noyaux 19 comporte un registre 21 avec une commande 22 pour sa fermeture étanche.Le dispositif est pourvu d'un mécanisme 27 de retour des restes de mélange de la tuyère 16 au mélangeur 4 après le remplissage de la boîte à noyaux 19. Le mécanisme 27 peut être constitué par un élévateur, une vis transporteuse, etc... lie dispositif de l'invention fonctionne de la façon suivante. Le sable provenant du réservoir 1 (figure 1) est débité en continu dans le mélangeur 4 par le distributeur-doseur 5. Simultanément, la conduite 3 amène dans le mélangeur 4 la composition liquide refoulée par la pompe 2. Au fur et à mesure de son brassage et de son cheminement le long du mélangeur 4, le mélange se fluidifie et, en sortant par l'orifice 9, remplit la chambre de dosage 11. Au moment où la boîte à noyaux 1 9 préchauffée arrive sur la table élévatrice 18, le remplissage en mélange fluide de la chambre de dosage 11 s'achève. La boîte à noyaux 19 est placée sur la table élévatrice 18 de telle façon que son orifice 20 de portée de noyau soit exactement en face de l'orifice de sortie de la chambre de dosage 11. Avant le remplissage de la boîte à noyaux 19 le registre 10 ferme l'orifice de sortie 9, la commande 17 de déplacement de la tuyère 16 avec l'obturateur 15 est miseen marche et la tuyère 16 vient se mettre en coïncidence avec l'orifice de sortie de la chambre de dosage 11. Simultanément, la table élévatrice 18 serre la boîte à noyaux 19 ccntre a tuyère 16. Ensuite, au moyen du distributeur à tiroir4, la commande 13 du piston 12 est mise en action Le mélange fluide est chassé de la chambre de dosage 11 et remplit la boîte à noyaux 19.Dans la boîte à noyaux 19 une pression de 3 kg/cm2, est créée sur le mélange fluide et maintenue pendant 5 s, durant lesquelles, sous l'action de ladite pression, il se forme sur le noyau une couche superficielle compacte de 1 mm d'épaisseur. Au bout de la période de maintien de 5 s la commande 22 du registre 21 est mise en marche et le registre ferme hermétiquement la boîte à noyaux 19, assurant ainsi le maintien de la pression dans la boîte à noyaux 19, ce qui a pour effet de porter l'épaisseur de la couche superficielle durcie jusqu'à 3 mm. Si la pression initiale créée sur le mélange fluide dans la boîte à noyaux est réglée à 40 kg/cm2, on peut obtenir sur le noyau une couche superficielle dont l'épaisseur peut aller jusqu'à 25 mm. Si l'on veut obtenir des noyaux suivant un régime prévoyant une augmentation graduelle de la pression, la pression est maintenue au début, pendant 5 s, à 5 kg/cm2, puis le distributeur à tiroir 14 met en action le second étage du piston 12. La pression monte dans la boîte jusqu'à 10 kg/cm2 et y est maintenue pendant 5 s (en cas de nécessité technologique due à la forme et aux dimensions du noyau, le piston 12 peut avoir plus de deux étages). Pendant cet intervalle de temps il se forme sur le noyau une couche superficielle compacte de 3 mm d'épaisseur.L'épaisseur de la couche superficielle est déterminée par la pression sous laquelle se trouve le mélange dans la boîte à noyaux 19 et par la durée de maintien du mélange sous cette pression; elle peut varier de 1 à 25 mm. t l'issue du temps indiqué, la commande 22 du registre 21 est mise en marche et le registre ferme hermétiquement la boîte à noyaux 19. Le distributeur à tiroir 14 assure la remontée du piston 12. La table élévatrice 18 s'abaisse et la boite à noyaux 19 avec le noyau partiellement durci est transférée au poste de fabrication suivant. Simultanément, la commande 17 déplace la tuyère 16 jusqu'à sa position droite extreme, en l'éloignant de la chambre de dosage 11. L'orifice de sortie (non représenté) de la chambre 11 est alors fermé par llobturateur 15. La tuyère 16 (figure 2) s'ouvre, et les reste due mélange ayant perdu leur fluidité par suite de leur forte compression, sont transférés de la tuyère 16 au mélangeur par un mécanisme 23 en vue de leur régénération. vendant le remplissage de la boîte à noyaux 19 et le retour du piston 12 en position haute, le mélange fluide s'accumule dans le mélangeur 4. Après ouverture du registre 10, le mélange fluide passe de nouveau à travers l'orifice de sortie 9 pour remplir la chambre de dosage 11. Ensuite le cycle opératoire des différents mécanismes se répète. Si la pression initiale appliquée sur le mélange fluide se trouvant dans la boîte à noyaux est réglée à 20 kg/cm2 et maintenue pendant 30 s, puis progressivement augmentée jusqu'à 40 kg/cm2 pendant 60 s, l'épaisseur de la couche superficielle résistante du noyau atteindra 25 mm. De la sorte, le procédé de l'invention et le dispositif proposé poursa.mise en oeuvre permettent de réduire notablement des dépenses de main-d'oeuvre, d'augmenter la productivité du travail, d'améliorer la précision et la qualité des noyaux et des moules. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et représenté qui n'a été donné qu'à titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits, ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci sont exécutées selon l'esprit de l'invantion. R E V E N D I C A T I O N S 1. Un procédé de fabrication de noyaux de fonderie par remplissage forcé d'un mélange fluide dans une boîte à noyaux ch@ude, caractérisé en ce qu'après remplissage de la boîte à noyaux, on > crée sur le mélange fluide une pression de 3 à 40 kg/cm2, que l'on maintient pendant an temps suffisant pour qu'il se forme sur le noyau à obtenir une couche superficielle résistante de 1 à 25 m d'épaisseur. 2. Un procédé suivant la revendication 1, caractérise en ce qot la pression appliquée sur le mélange fluide fi- la boîte à @@@@ est d'abord maintenue à une valeur de 3 à 20 kg/cm2 pendant 5 à 30 s, puis est augmentée progressivement pendant 5 à 60 s jusqu'à une valeur pouvant atteindre 40 kg/cm2. 3. Un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé faisant l'objet de l'une des revendications 1 et 2, du type comprenant des réservoirs pour les matériaux de départ, reliés à un mélangeur à partir duquel, sous l'action d'un piston situé dans une chambre de dosage, le mélange fluide obtenu est envoyé dans une boîte à noyaux à travers ladite chambre de dosage et une tuyère profilée raccordée à celle-ci et comportant un obturateur, caractérisé en ce qae le piston est réalisé extensible, par exemple télèscopique, et chacun de ses étages comporte une commande indépendante, en ce que la boîte à noyaux est pourvue d'un système pour sa fermeture étanche, et en ce que la tuyère et l'obturateur sont rigidement assemblés l'un à l'autre et sont monts de façon qu'ils puissent exécuter un mouvement rectiligne alternatif leur permettant de s'appliquer à tour de rôle sur l'orifice de sortie de la chambre de dosage, ledit dispositif comportant en outre un mécanisme de retour des restes du mélange de la tuyère au mélangeur, ladite tuyère étant réalisée ouvrante.