Brevet FR2248896A1 — publié le 19750523

La présente invention, qui résulte des travaux de Monsieur Robert POkTAIIER, concerne un perfectionnement du piston d'injection des machines de moulage sous pression, à chambre froide, et plus particulièrement des machines destinées au moulage, sous pression, des métaux et alliages non-ferreux tels que 1 1aluminium, le zinc, le cuivre, le magnésium et leurs alliages. Dans ces machines, le remplissage du moule est obtenu par injection d'un métal liquide dans un moule à partir d'un conteneur d'où le métal liquide est poussé par un piston sous une pression qui est généralement de l'ordre de quelques centaines de bars. Le remplissage du moule est toujours très rapide et la fin de 11 injection s 1accompagne de deux phénomènes parasites I/ Un effet de ncoup de belier" par arrêt brusque du piston et de l'ensemble de l'appareillage qui lui est solidaire, du fait de l'incompressibilité du métal liquide.Ce phénomène implique, pour le dispositif de fermeture des moules, l'emploi de dispositif d'une force nettement supérieure à la pression diinjec- tion calculée, et s'accompagne souvent, en plus, d'efforts vibratoires du piston. 2/ La poussée du piston se fait uniformément sur la partie plate de la pastille formée dans le conteneur en avant de la tête du piston ; dès que la partie périphérique de la pastille se solidifie ou devient suffisamment pâteuse, la résistance à l'avancement du piston devient telle que ce dernier s'arrête alors que la partie centrale de la pastille est encore liquide. Le refroidis sement se poursuivant, cette partie centrale se contracte sur elle-mheme, sans possibilité de nmasselottage", c1est-à-dire de compensation de la retassure de la pièce moulée par le métal liquide restant disponible. Pour remédier å ces inconvénients on a proposé diverses solutions, et, en particulier, un système à double piston concentrique, dans lequel un petit piston auxiliaire, disposé dans l'axe du piston principal, est mis en action à la fin de l'inJection de façon à exercer sa pousséè sur la zône de la pas tille encore liquide ou palpeuse. Ce dispositif a fait l'objet d'un brevet français I.397.882, au nom de "General Motors", et il est connu sous le nom de "procédé ACURAD". Mais cette solution complique énormément le système de commande hydraulique, elle nécessite une parfaite synchronisation du mouvement des deux pistons, et elle provoque un double "coup de bêliern ce qui soumet la machine à rude épreuve. La demanderesse a trouvé et mis au point une amélioration bu dispositif d'injection de métal liquide qui supprime les deux inconvénients précédemment décrits, et qui ne nécessite pas de double système de commande hydraulique. La présente invention concerne un dispositif d'injection amélioré, pour les machines de moulage sous pression à chambre froide, de métaux et alliages non-ferreux, caractérisé en ce qu'il comporte un piston d'inJection qui reçoit la force de compression de la machine de coulée, mais n'entre pas en contact avec le métal coulissant librement et ecaxialement à l'intérieur d'un piston presseur qui transmet la force de compression au métal à mouler placé dans un conteneur, formant ainsi une chambre dans laquelle un gaz neutre vis-à-vis du métal à mouler, préalablement introduit sous une pression initiale de 50 à 500 bars et préférentiellement de I00 à I50 bars, se trouve, grâce à une aiguille d'obturation coaxiale, fortement comprimé vers la fin de l'injection entre le piston presseur, immobilisé par le métal qui commence à se solidifier sur les parois du conteneur et le piston d'bnjection qui continue à avancer, puis, par l'avance de l'aiguille d'obturation, dégagée par le piston d'injection en fin de course, est libéré et détendu dans le conteneur où il provoque un effet de masselottage extrêmement efficace sur le métal encore liquide dans la partie centrale et assure un remplissage parfait du moule. Ce dispositif représente une amélioration importante par rapport à l'art antérieur. Il permet, en particulier - d'utiliser les machines d'injection au maximum de leur puissance théorique, du fait de la supression des coups de bèliern. - de diminuer la fatigue mécanique des moules, d'où augmentation de la longévité, - d'obtenir une meilleure compacité des moulages et de supprimer toute retassure au sein de la pièce, - de diminuer la tendance aux bavures sur les joints des moules, - de diminuer l'usure de la teAte du piston presseur par l'effet de matelas gazeux et d'écran thermique entre la pastille et le piston. Les figures qui suivent, données à titre d'illustration et de façon non limitative, permettront de mieux comprendre la structure et le fonctionnement du dispositif objet de la présente ineention. . La figure I représente l'ensemble du dispositif d'injection amélioré conformé ment à l'invention, . Les figures 2 à 6 représentent les positions successives du piston principal d'injection et de l'aiguille coaxiale lors d'un cycle complet d'injection. Sur la figure I le moule non représenté est à gauche de la figure. te dispositif d'injection est dans sa position initiale. Un conteneur, relié au moule, et muni d'un orifice de remplissage (2), est destiné à recevoir le métal liquide (I). Le dispositif d'injection comporte une tête (4) solidaire, (mais de façon à pouvoir être démontée et échangée en cas d'usure), du piston presseur (5) dans lequel coulisse le piston d'injection (6) en formant une chambre (7) dont le volume est variable selon la position relative du piston d'injection (6) et du piston presseur (5). La tête (4), le piston d'injection (6) et le piston presseur (5) sont munis axialement d'un orifice cylindrique dans lequel peut coulisser une aiguille (8), guidée par le guide d'aiguille (9).La tête de l'aiguille (8) comporte, sur environ la moitié de sa longueur des rainures longitudinales (10) qui connuniquent par des rainures (II) placées en regard et par des orifices (I2; avec la chambre (7). La chambre (7) est également en communication par la rainure (20) et le annal (13) avec un orifice (I4) par lequel on peut introduire un gaz sous pression. A l'arrière du guide d'aiguille (9) une chambre (15) communique, par le canal (I6) avec un orifice (17) qui est à l'air libre. on convient d'appeler "avance" tout mouvement des pièces mobiles vers la gauche de la figure, et "reculn tout mouvement des pièces mobiles vers la droite de la figure, Le système fonctionne de la façon suivante te moule étant fermé, le métal ou alliage liquide (I) est introduit par 11 orifice (2) dans le conteneur (3), soit manuellement soit par un système d'alimentation de type eonnu, en quantité telle que le niveau du liquide dépasse nettement l'axe du piston et, qu'en fin de remplissage du moule, la pastille constituée par l'excédent du métal ou d'alliage ait une épaisseur suffisante pour jouer son ralle de masselotte en restant liquide un peu plus longtemps que la pièce moulée.Par l'orifice (14), on applique de préférence de l'azote ou tout autre gaz inerte vis-à-vis du métal liquide sous une pression élevée, de l'ordre de I00 bars. Par l'intermédiaire du canal ( et de la rainure (20), cette pression d'azote s'exerce dans la chambre (7) et elle a pour effet de faire reculer le piston d'injection (6) jusqu'à ce qu'il vienne en butée sur la couronne (18). De meAme, ltensemble aiguille(8) et guide (9) est repoussé et recule Jusqu'd ce que l'épaulement (19) vienne en appui sur la face avant du piston presseur (5). tes rainures de la tête d'aiguille étant plus courtes que l'épaisseur de la tête de piston (4), l'étanchéité est assurée, et le gaz sous pression ne peut pas atteindre le métal liquide (1). La figure 2 représente la 2ème phase du processus d'injection : le piston d'injection(6), sous l'action de la pression d'injection, appliquée au moyen de tout dispositif hydraulique, pneumatique ou mécanique connu en soi, mais non représenté sur la figure, a avancé dans la chambre d'injection (3), a dépassé 11 orifice d'introduction (2) et a refoulé le métal liquide (I) dans le moule. L'excès de métal commence à se solidifier sur les parois froides de la chambre, ce qui bloque l'avance de la tête (4) et du piston presseur (5). Par contre, du fait de la compressibilité du gaz dans la chambre (7) et du fait que la pression qui stexerce sur le piston d'injection (6) est plusieurs fois supérieure è celle qui régnait initialement dans lachambre (7), le piston d'injection continue son avance, en réduisant le volume de la chambre (7) où la pression augmente. Cette compression de la chambre (7) fait office d'amortisseur et atténue très fortement le ncoup de béliern dans le système de commande du piston de l'injection (6). te piston d'injection (6) ayant dépassé la rainure 20, l'étanchéité de la chambre est assurée. La figure 3 représente la 3ème phase du processus d injection. Le pression sur le piston d'injection (6) continuant à augmenter, la queue du guide d'aiguille vient en butée sur le fond (20) de l'orifice cylindrique axial ménagé dans le piston (6). ta figure 4 représente la 4ème phase du processus d' injection. La pression sur le piston d'injection (6) continuant à augmenter, l'aiguille (8) est poussée vers l'avant, et sa toute pénètre dans la partie centrale de la pastille, encore liquide, jusqu'au moment ou la partie cannelée de ladite tête débouche, ce qui permet au gaz fortement comprimé dans la chambre (7), sous une pression de plusieurs centaines de bars, de se détendre provoquant l'action de masselot tage, et ce, d'autant plus efficacement que la température élevée de la pastille augmente encore la pression du gaz. Le masselottage s'effectue donc par un "piston gazeux" intermédiaire qui épouse parfaitement toute la surface irrégulière de la retassure. La figure 5 représente la 5ème phase du processus d'injection : la pastille est solidifiée. La retassure est localisée à la zane en contact avec la te d'aiguille, donc sans aucun effet nuisible sur la pièce moulée, la pastille étant ultérieurement tronçonnée et refondue. La figure 6 représente la 6ème phase du processus dtinJectwon, qui est le retour du système dans son état initial. Le-piston d'injection (6) est ramené en arrière, par le dispositif de commande de la machine. En principe, le piston de compression (5) et l'aiguille (8) devraient se retrouver automatiquement en position initiale. Cependant, s > il nty a plus de pression résiduelle dans la chambre (7), le retour de l'aiguille (8) en position "fermée" pourrait ne pas se produire. GrEce à la butée (I8), le piston de compressionat5) vient en butée un peu avant la fin de course arrière du piston d'injection (6).De ce fait, la chambre (7) est mise en communication par le conduit (13 > et la rainure (20), et l'orifice (I4) avec la source de gaz inerte qui est à une pression de l'ordre de I00 bars. La montée de pression dens la chambre (7) a pour effet de séparer le piston d'injection (6) et le piston de compression (5), et de faire reculer le guide d'aiguille (9) vers la droite. La mise à l'air libre de la chambre (I5) par le conduit (I6) et l'orifice (17) évite tout matelas d'air génant le mouvement de l'aiguille. Le systeme est alors en place pour le cycle d'injection suivant. Le dispositif conforme à l'invention permet, en outre, de conserver toutes les autres caractéristiques des machines de moulage sous pression à chambre froide, et en particulier, ne diminue pas la cadence de production pour laquelle elle a été prévue. REVENDICATIONS I/ Dispositif d'injection amélioré pour les machines de moulage sous pression à chambre froide, de métaux et alliages non-ferreux, provoquant un effet de masselottage extrêmement efficace sur le métal encore liquide, caractérisé par un piston d'injection (6), qui reçoit l'effort de compression de la machine de coulée mais n'entre pas en contact avec le métal, coulissant librement et coaxialement à itintérieur d'un piston presseur (5) qui transmet la force de compression au métal å mouler (I) placé dans un conteneur grace à une aiguille d'obturation coaxiale (8), emprisonné et comprimé entre le piston presseur (5) et le piston d'injection (6). 2t Procédé d'injection amélioré pour les machines de moulage sous pression à chambre froide, de métaux et alliages non-ferreux selon revendication I, caractérisé en ce que, vers la fin de l'injection du métal (I) dans le moule, le gaz inerte emprisonné dans la chambre (7) est fortement comprimé entre le piston presseur (5), immobilisé par le métal (I) qui commence à se solidifier sur les parois du conteneur (D) et le piston d'injection (6) qui continue à avancer, puis, par l'avance de l'aiguille d'obturation (8) poussée par le piston d'injection (6) en fin de course, est libéré et détendu dans le conteneur ()) où il provoque effet de masselottage. 3/ Procédé d1 injection amélioré pour les machines de moulage sous pression à chambre froide, de métaux et alliages non-ferreux, selon revendications I et 2, caractérisé en ce que le gaz, inerte vis-à-vis du métal à mouler, est préalablement introduit dans la chambre (7) sous une pression initiale de 50 à 50Q bars et préférentiellement de I00 à I50 bars.