Brevet FR2222160A1 — publié le 19741018

Depuis quelques temps déjà, il est connu de réaliser des roues en alliage léger coulé notamment pour véhicules automobiles. Un tel mode de réalisation permet d'obtenir des roues plus légères, mieux équilibrées statiquement et pouvant être réalisées ou ultérieurement usinées pour ne présenter qu'un voile-rli- nimal acceptable. Toutefois, bien que de telles roues donnent satisfaction, on s'est aperçu, en pratique, qu'il était impossible de les couler pEr siznple gravité était donné que le iaétal ne présentait pas alors les qualités d'homogénéité requises pour supporter les efforts et contraintes appliqués en cours d'utilisation. Pour remédier à cet inconvenient, on a envisagé de réaliser la cculée, en soumettant le métal liquide à une cortrainte de compressioç destinée à supprimer les bulles ou petites retassures internes. Un tel résultat est actuellement obtenu en soumettant lemoule de coulée à un mouvement de rotation sur l'axe de révolution de la roue, de manière à produire un effet de centrifugation comprimant le métal liquide à l'intérieur du moule. Les essais et expériences réalisés ont révélé qu'un tel procédé ne donnait pas entière satisfaction. En effet, la roue ne présente pas dans son ensemble une structure homogène étant donné que l'effet de centrifugation appliqué au métal liquide croit avec la distance radiale et a'exerce presque pas l'action sur la fraction de métal liquide occupant la partie du moule correspondant au moyen et u flasque ou bras de liaison avec la jante. la présente invention vise à résoudre ce problème en créant un nouveau procédé permettant de réaliser des roues en alliage léger coulé présentant une structure homogèsle. Selon le procédé de l'invention, on place un moule de coulée sur un plateau horizontal susceptible de tourner sur un axe vertical, on coule par gravité dans la cavité de meulage du moule la charge nécessaire de métal liquide, puis on soumet cette charge de métal liquide, -1W'un part, à un effet de centrifugation par rotation du moule, et, d'autre part, à l'effet d'une pression additionnelle introduite à l'intérieur du moule pour être appli quée à la fractions de métal occupant la partie de la cavité de soulage proche de l'axe de rotation du moule. L'invention s'applique également au dispositif pour la 15e en oeuvre du procédé ci-dessus. Diverses autres caractéristiques de l'invention ressortant d'ailleurs de la description détaillée qui suit. Une force de réalisation de l'objet de l'invention est représentée et décrite, à titre d'exemple non limitatif, aux dessins annexés. La fig. n est une coupe-élévation du dispositif pour la sise en oeuvre du procédé de l'iDvention. La fig. 2 es une coupe élévation partielle en partie arrachée montrant à plus grande échelle un des éléments constitutifs du dispositif. Selon le procédé de l'invention, on constitue un moule délimitant intérieurement une cavité de moulage dont la forme correspond à celle devant être conférée à la rouie à réaliser. A cet effet, on constitue le moule à partir dd pièces amovibles, de manière au'il soit possible, par changement de certaines d'entre elles, de faire varier la forme particulière totale ou locale de la cavité de moulage, Le moule selon l'invention est disposé à plat sur un plateau horizontal monté de manière à pouvoir tourner sur un axe vertical coincidant avec l'axe de révclution de la roue à réaliser. Dans le moule préparé, on coule par gravité la charge de métal liquide nécessaire, puis on ferme le chenal de coulée du moule par un chapeau étanche dans lequel on introduit, au moyen d'un fluide gazeux approprié à la rature du métal liquide coulé par gravité, une pression relative supérieure à celle du milieu ambiant, On soumet ensuite le moule et son chapeau de fermeture à une rotation sur l'axe de révolution de la roue à réaliser, de manière que, par effet de centrifugation, le métal situé dans la paroi périphérique du moule soit soumis à une pression radiale assurant, un remplissage couplet et total de la cavité de moulage contrsiS ant le métal liquide pour lui conférer, par élií- natiOn des poches, bulles retassures et autres divers défauts in tees, une parfaite homogénéité ainsi u'une structure moléculaire plus dense. La pression introduite dans le moule par l'intermédiaire de chapeau de fermeture est maintenue pendant la rotation du moule, de manière à contrairdre la fraction de métal occupant la partie de la cavité de moulage proche du centre du moule et normalement peu soumise à l'action de centrifugation.La pression additionnelle développée dans le moule est modulée éventuellement en fonction de l'alliage et de la vitesse de rotation pour comprimer la fraction de métal occupant la partie centrale de la cavité de moulage en vue de lui conférer une homogénéité ainsi qu'un structure voisines de celles présentées par la fraction de métal soumise àla plus forte action r6- sultat de l'effet de centritugation, en vue d'obtenir une roue présentant des propriétés mécaniques constantes dans son ensemble. La fig. 1 montre un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé ci-dessus. Ce dispositif comprend un moule 1 constitué par un dessous 2 fixé sui: un plateau horizontal 3 monté de façon à pouvoir tourner sur un axe 4-qui coincide avec l'axe de révolution 5 de la roue à réaliser. Le dessous 2 supporte, par des broches de centrage 6, un châssis inférieur 7 qui est associé par des taquets 8 à une couronnefde démoulage 9 solidaire d'un mécanisme de levage non représenté.Le châssis inférieur 7 supporte une chape 10 constituée par deux demi-coquilles ll et 12 reliées l'une à l'autre par une articulation 13 à la manière de mâchoires pivotantes pouvant être maintenues en positlon de fermeture par une broche amovible 14 s'engageant dans le châssis 7. Les demi-coquilles Il et 12 assurent le support et le centrage par des broches 15 d'un dessus 16-formant un noyau 17 pénétrant à l'intérieur des demi-coquilles Il et 12 en regard du dessous 2. Ce dernier, les coquilles li et 12 et le noyau 17 sont réalisés pour-délimiter ensemble une cavité de moulage 18 dont le profil au moins local peut être adapté, en fonction des caractéristiques des roues à réaliser, par l'intermédiaire de segments profilés 19 - 20 et 21 rapportés respectivement de fa çon amovible sur le dessous 2, le châssis inférieur 7 et les deni-coquilles ll et 12.L'examen de la fig. 1 montre que les différents éléments constitutifs du moule délimitent une suavité de moulage 18 correspondant à une roue monobloc comprenant une jante 22 reliée par un flasque ou des bras rayonnants 23 à un moyeu 24 centré sur l'axe de révolution 5.La partie de la cavité de moulage 18 correspondant au moyeu 24 communique avec un chenal de coulée 5 formé concentriquement à l'axe 5 par une ouverture tronconique 26 ménagée dans le dessus 16 et garnie d'une fourrure 27. Cette dernière forma, extérieurement et dans un plan supérieur au dessus 16, un nez ou une collerette d'appui 28 associé à un anneau de levage 29. Comme cela est représenté plus en détail à la fig. 2, le nez ou la collerette 28 présente à sa partie supérieure une portée d'appui 30 délimitant une rainure ou gorge annulaire 31 de mise en place d'un joint d'étanchéité annulaire 32. La portée 30 est destinée à coopérer avec l'embase annulaire 33 d'un chapeau 34 qui est rendu solidaire d'un distributeur 35 suspendu à un mécanisme 36 d'entrainement en déplacement alternatif vertical. Le distributeur 35 comprend un noyau 37 monté libre de tourner à l'intérieur d'une enveloppe 38 qui comporte au moins un orifice 39 de raccordement avec une source de production u de distribution d'un fluide gazeux. Dans l'exemple représenté, l'enveloppe 38 comporte deux orifices 39 et 39 a raccordés à deux sources de fluides gazeux différents, par exemple respectivement de l'air et de l'azote.Les orifices 39 et 39 a communiquent en permanence avec deux gorges annulaires 40 et 40 a partiquées à partir de la périphérie du noyau tournant 37. Les gorges 40 et 40 a sont en relation avec des canaux 41 et 41 a pratiqués dans le noyau pour déboucher à l'intérieur du chapeau 42 en forme de cloche. Le dispositif décrit ci-dessus fonctionne de la façon suivante Après montage des segments profilés 19 - 20 et 21 correspondant aux caractéristiques de la roue à réaliser, les demi-coquilles 11 et 12 sont fermées et maintenues sur le châssis inférieur 7 avant mise en place du dessus 16. Le moule est amené ensuite par déplacement relatif à l'aplomb d'une poche de coulée destinée à déverser dans le chenal 25 la charge de métal liquide nécessaire au remplissage de la cavité de moulage 18. Le distributeur 35 est ensuite déplacé verticalement pour amener 1'embase 33 du chapeau 34 contre la portée d'appui 30 sur laquelle elle est pressée pour assurer l'écrasement de la garniture ou du joint 32 en vue d'établir une étanchéité suffisante entre le milieu ambiant et le volume interne du moule. te plateau tournant est alors entraîné en rotation pour faire tourner le moule n et simultanément le noyau 37 du distributeur 35 à l'intérieur de l'enveloppe 38. Le distributeur 35 est mis en relation avec la source de production et de isribüticn de gaz comprimé convenable, Far exemple de l'air, tandis que le circuit aboutissant à l'orifice 39 a est maintenu fermé. Le fluide gazeux sous pression pénètre dans la gorge ou saignée 40 et emprunte le conduit 41 pour etre délivré à l'intérieur du chapeau 34 ainsi que dans le chenal de coulée 25.Il en résulte une montée en pression ayant pour effet de comprimer la fraction de métal liquide occupant la partie de la cavité 18 la Plus proche de l'axe 5, de manière à lui conférer une structure homogène équivalente à celle de la fraction périphérique soumise à l'effet de centrifugation. La pression additionnelle appliquée vient ainsi compenser-le faible effet de centrifugation normalement exercé dans les parties du moule proches dé l'axe 5. La mise en oeuvre des moyens ci-deêus permet par conséquent d'obtenir une roue présentant une homogénéité et une structure moléculaire sensiblement constantes lui conférant de bonnes caractéristiques de résistance mécanique aux contraintes et efforts appliqués ou développés au cours d'une utilisation. Dans ce qui précède, on indique que le moule 1 est entrai- né en rotation et que la pression additionnelle développée par le fluide gazeux sous pression est ensuite introduite dans le chenal de coulée 5. Un tel procédé est avantageux car il est possible d'obter3ir un bon résultat en utilisant une pression additionnelle relativement faible étant donné le reflux d'un grande fraction de la masse de liquide résultant de l'effet de centrifugation produit par l'entraînement préalable en rotation du moule 1. Il est toutefois possible de procéder inversement, c'ePt- à-dire d'appliquer préalablement une pression additionnelle plus importante à l'intérieur du chenal de coulée 25 et d'assurer ensuite l'entraînement en rotation du moule 1 par l'intermédiaire du plateau tournant 3. L'entraînement en rotation et la pression additionnelle sont maintenus compte tenu de la nature de l'alliage métallicwue coulé, pendant une durée suffisante pour conférer l'homogénéité et la structure recherchées à la roue. Le moule est ensuite soumis à un refroidissement partiel préalable à la phase de démou moulage qui intervient en mettant en relation le distributeur rotatif 35 avec un circuit de retour ou de dérivation destiné à faire chuter la pression régnant dans le moule avant l'ouverture du chenal de coulée 5 par élévation du chapeau 34. ;Dans ce qui précède, on indique que le distributeur rotatif 35 relut être relié à deux circuits d'amenée et de retour de fluides gazeux de natures différentes. Il est évident que l'enveloppe 38 et le noyau 37 peuvent être réalisés pour être reliés à plus de deux sources de production ou de distribution de fluide gazeux sous pression ainsi qu'éventuellement à un circuit de rise sous vide relatif. De même, il peut être prévu ainsi de relier le distributeur à une source de production ou de distribution de fluide liquide sous pression, par exemple de l'huile, et de munir le distributeur d'un verni placé à l'intérieur du chapeau 34 pour qu'un piston qu'il comporte puisse agir par pression sur la fraction de métal liquide occupant la partie de la cavité 18 correspondant au moyeu de la roue. L'invention n'est pas limitée à l'exemple de réalisation représenté et décrit en détail, car diverses modifications peuvent y être apportées sans sortir de son cadre. R E V E N D I C A T I O N S XEVEDICBIIOS 1 - Procédé pour la réalisation de roues en alliage léger coulé pour véhicules caractérisé en ce qu'on place ut moule de coulée sur un plateau horizontal susceptible de tourner sur un axe vertical, en ce qu'on coule par gravité dans la cavité de moulage du moule la charge nécessaire de métal liquide, puis en ce qu'on soumet cette charge de métal liquide, d'une part, à un effet de centrifugation par rotation du moule et, d'autre part, à l'effet d'une pression additionnelle introduite à l'intérieur du moule pour être appliquée à la fraction de métal occupant la partie de la cavité de moulage proche de l'axe de rotation du moule. 2 - Mode d'éxécution du procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que la pression additionnelle est introduite à l'intérieur du moule après entraînement en rotation de ce dernier. 3 - Mode d'éxécution du procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que la pression additionnelle est introduite à l'intérieur du moule suant entraînement en rotation de ce dernier. 4 - Mode d'éxécution suivant ltune des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que la pression additionnelle est créeepsr un fluide gazeux sous pression. 5 - Mode d'éxécution suivant l'une des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que la pression additionnelle est créée par le piston d'un verin. 6 - Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'un des revendications 1 à 5 caractérisé en ce qu'il. comporte un moule monté sur un plateau tournant et comprenant un dessous de moule associé à un châssis inférieur surmonté d'une chape constituéepar deux demi-coquilles entourant et supportant un dessus de moule délimitant avec les demi-coopilles et le dessous une cavité de moulage communiquant en son centre avec un chenal de coulée coincidant-avec l'axe de rotation et formant extérieurement à ce dernier une surface d'appui pour un chapeau porté par le noyau tournant d'un distributeur mobile axialement et dont l'enveloppe est reliée à au moins un circuit d'amenée et de retour de fluide gazeux sous pression. 7 - Dispositif selon la revendication 6 caractérisé en ce que le distributeur mobile axialement comprend ure enveloppe reliée à un mécanisme d'entraînement en déplacement vertical alternatif et contenant intérieurement un noyau cylindrique tournant prolongé extérieurement à l'enveloppe par un chapeau formant une embase annulaire destinée à coopérer avec une surface d'appui complémentaire présentée par une collerette solidaire d'une fourrure montée dans le dessus du moule pour délimiter le chenal de coulée coincidant avec l'axe de rotation dudit moule. 8 - Dispositif selon les revendications 6 et 7 caractérisé en ce oue le distributeur comprend une enveloppe reliée à au moins un circuit d'amenée et/ou de retour de fluide gazeux sous pression débouchant dans une gorge ou saignée annulaire pratiquée dans le noyau tournant pour communiquer avec un conduit ouvrant è l'intérieur du chapeau. 9 - Dispositif selon l'une des revendications 6 à 8 caractérisé en ce que le chapeau forme une portée d'appui destinée à coopérer avec un joint d'étanchéité monté sur la collerette du chenal de coulée du moule. 10 - Dispositif selon l'une des revendications 6 à 8 caractérisé en ce que le distributeur est associé à un venin s'étendant à l'intérieur du chapeau comportant un piston d'appui capable de pénétrer dans le chenal de coulée.