Brevet FR2276115A1 — publié le 19760123

La présente invention se rapporte aux méthodes de refroidissement des moules tels que moules de fonderie sous pression, moules pour verriers, moules utilisés dans la mise en forme des matières plastiques. On sait que la coulée sous pression impose de fortes contraintes thermiques aux moules et nécessite une évacuation rapide de la chaleur de solidification de la pièce. En effet, le temps de solidification doit être court, dtune part, pour obtenir des pièces saines et d'une bonne structure, d'autre part, pour profiter pleinement des cadences élevées permises par le procédé et amortir correctement l'investissement important qu'il exige. Or, fréquemment, les formes des pièces coulées rendent difficile cette évacuation de la chaleur de solidification de la pièce par le moule, particulièrement lorsque certains éléments de celui-ci sont entourés par la pièce coulée, c'est le cas des noyaux, des broches et des inserts dits : "poi gnards".La quantité de chaleur à évacuer, liée à la quantité de matériau à solidifier, rapportée à la section de l'élément du moule chargé de l'évacuei, devient alors trop importante pour que la solidification puisse s'opérer de manière satifaisante. Dans le cas notamment de la fonderie.sous pression, les canaux de refroidissement utilisés actuellement n'interviennent pratiquement p#as pendant la solidification de la pièce coulée et celle-ci dépend essentiellement de l'inertie thermique du moule et de sa température initiale. Le moule se comporte alors comme un accumulateur thermique qui emmagasine la chaleur extraite rapidement de la pièce pour la restituer plus lentement aux circuits de refroidisserent pendant le reste du cycle de la machine. Dans ces conditions, la chaleur spécifique du matériau constituant le moule et sa température initiale au moment de l'injection déterminent l'épaisseur de la zone du moule, entourant la pièce, nécessaire pour stocker la chaleur de solidification de celle-ci. Le temps de solidification est alors fixé par l'épaisseur de cette zone et par la diffusivité du matériau constituant le moule. Une fois le matériau choisi on ne peut donc réduire le temps de solidification qu'en abaissant la température initiale du moule avant l'injection et par conséquent en augmentant les con traintes thermiques appliquées à celul-ci. Un but de l'invention est de remédier à ces inconvénients en améliorant la capacité de refroldissement des éléments constituant les moules tout en augmentant considérablement leur conductibilité thermique apparente. A cet effet, l'invention propose un procédé de refroidissement des moules remarquable en ce qu'on tranfère les calories d'une zone chaude ers une zone plus froide au moyen d'au moins un caloduc. Lorsqu'on veut augmenter la diffusivité du moule, ou lorsque sa géométrie est très complexeson peut prévoir, selon une variante de l'lnventlon, une pluralité de caloducs associés, les zones d'évaporation des uns étant au voisinage des zones de con sensation des autres. Cette variante est aussi applicable quand on veut relier des caloducs placés à demeure dans un moule à des inserts munis de caloducs en contact avec l'extérieur. 5elon une deuxième variante de l'invention,on fait va rler la surface d'échange d'au moins un caloduc par adjonction d'un gaz incondensable selon une caractéristique de cette deuxième variante on modifie la pression du gaz incondensable, contenu dans le caloduc, par un apport de chaleur, comme par exemple à l'aide d'une résistance électrique. On rappellera pour mémoire qu'un caloduc est constitué par une enceinte fermée dans laquelle un fluide circule entre un évaporateur et un condenseur. Le transfert de chaleur s'opère sous la forme d'un transfert de masse associé à la chaleur latente de vaporisation ou de condensation du fluide. La très grande efficacité de tels systèmes test plus à démontrer et ils ont fait ltobjet de nombreuses applications dans d'autres domaines. Outre l'amélioration de la capacité de refroidissement, le procédé, selon l'invention, par un choix judicieux du fluide utilisés permet d'ajouter un effet de thermorégulation du moule à l'accroissement considérable de cette capacité de transfert de chaleur que l'on peut obtenir. En effet, lorsque la température du caloduc diminue la pression de vapeur du fluide diminue encore plus vite et le transfert de masse correspondant au transfert de chaleur nécessite des volumes croissants de vapeur, donc des vitesses croissantes. De la vient une limitation de la capacité de transfert de chaleur qui décroît très rapidement en dessous d'une certaine valeur dé la température. Il est ainsi possible de réaliser un dispositif capable d'évacuer très rapidement la chaleur de solidification de la pièce tout en cessant de refroidir le moule pendant le reste du cycle de la machine, ce qui permet donc de conserver une température suffisamment élevée au moment de l'iniection suivante. On peut ainsi pallier l'un des plus gros inconvénients des canaux de refroidissement actuellement utilisés, qui; lorsque l'on cherche à accroître leur efficacité pour réduire le temps de solidificae tion, imposent une température trop basse en fin de cycle et par conséquent des contraintes thermiques trop élevées lors de l'injection suivante. Cet effet de thermorégulation, selon la deuxième variante de l'invention, peu-t être accentué à volonté par l'adjonction d'un gaz incondensable dans les caloducs. Pour répondre aux problèmes technologiques posés par la construction des éléments des moules, on peut soit rapporter les caloducs dans des logements usinés dans les éléments mêmes des moules, soit les incorporer par construction dans ces éléments. Dans le cas de pièces à surfaces non réglges, on prévoit d'effectuer le prélèvement des calories par un caloduc adapté à la forme spécifique de la zone de coulée. Parmi les fluides utilisables dans les caloducs on peut citer le mercure, le césium, le potassium, le sodium ou leur mélange. D'autres fluides, utilisables à plus basse température, peuvent convenir, par exemple liteau, l'alcool, l'ammoniac, les fréons. Parmi les gaz incondensables applicables à l'invention, on peut mentionner l'azote et les gaz inertes tels que l'argon, hélium, néon. L'invention s'étend également-aux moules de coulées sous pression faisànt application du procédé de l'invention. Lorsqu'on désire faire varier artificiellement la pression de gaz incondensable dans un caloduc, on peut lui adjoindre une enceinte, munie de moyens de chauffage, contenant un gaz incondensable, et communiquant avec ledit caloduc par un orifice calibré. La dilatation du gaz sous l'effet de la chaleur dégagée permet de modifier à volonté la zone de condensation du caloduc, ce qui permet d'accentuer, suivant les besoins, l'effet de thermorégulation du moule. Cette variante peut s'appliquer à un ou plusieurs caloducs conformes au procédé de l'invention. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui fait suite et aux dessins annexés donnés à titre d'exemples non limitatifs dans lesquels - La figure 1 illustre des courbes montrant la capacité de transfert de chaleur d'un caloduc en fonction du fluide utilisé et de la température; - La figure 2 illustre un exemple destiné à expliciter le procédé suivant l'invention; - La figure 3 est un autre exemple du procédé comportant une pluralité de caloducs; - La figure 4 représente une variante de procédés selon l'invention. La figure 1 montre la capacité de transfert de chaleurs de deux fluides caloporteurs, par exemple l'eau (courbe A) et le mercure (courbe B) en fonction de la température T du caloduc. Lorsque la température du caloduc diminue, le transfert de chaleur diminue plus rapidement encore. Sur la figure 2 qui illustre un exemple du procédé de l'invention,1 est un noyau, parfois désigné sous le nom de broche ou d'insert ou encore de "poignard". Le noyau 1 renferme un caloduc 2 disposé à l'intézieur. Le caloduc 2 prélève les calories situées à la droite des points C.D. à la périphérie du poignard et émises par la zone de coulée et les transfère près d'un système d'évacuation 4 de ces calories vers l'extérieur du noyau 1 et par conséquent à l'extérieur du moule. Le système d'évacuation des calories 4 peut être constitué par les canaux de refroidissement à eau classiques 4a, 4b, dérivés à proximité du caloduc 2. Pratiquement, le caloduc 2 peut être, soit rapporté à l'intérieur de logement usiné, soit incorporé directement par construction dans un noyau adapté à la forme d'un élément du moule. La figure 3 représente un noyau 1, dans lequel sont insérés une pluralité de caloducs. On retrouve un caloduc principal 2 dont la zone d'évaporation 2b est proche des zones de condensation 3b des caloducs 3, les calories prélevées à la périphérie du noyau 1 par le caloduc 3 sont transférées au caloduc 2, puis sont évacuées vers l'extérieur par les canaux de refroidissement 4. Le dispo#sitif à caloduc (fig. 4) mettant en oeuvre une variante du procédé de l'invention comporte de façon classique un évaporateur 6e, un condenseur 6c, un fluide caloporteur 6f contenus dans une enveloppe 6a. Un réservoir 7 rempli de gaz incondensable attenant au condenseur 6c communique par un orifice calibré 6b avec le condenseur 6c et un moyen de chauffage, ici une résistance chauffante électrique 8 placée dans ce même réservoir. Le gaz incondensable peut être de l'argon ou de l'azote ou encore un autre gaz ayant les mêmes propriétés. En appliquant une tension aux bornes de la résistance, la chaleur dégagée par effet Joule provoque une dilatation du gaz qui pénètre par l'orifice calibré 6b dans le condenseur 6c dont la zone de condensation 6c se trouve ainsi modifiée. La tension peut être réglée de façon à faire varier la zone de condensation 6c pour -accentuer à volonté l'effet de thermo#égulation du moule. Cette caractéristique décrite s'applique à l'un quelconque des caloducs conformes au procédé. On peut aussi réaliser grâce au procédé de l'invention, des moules capables d'évacuer très rapidement la chaleur de solidification de la pièce tout en cessant de refroidir le moule pendant le reste du cycle de la machine, ce qui permet donc de conserver une température suffisamment élevée au moment de l'in- jection suivante. REVENDICATIONS 1. Procédé de refroidissement de moules de fonderie caractérisé en ce qu'on transfère les calories d'une zone chaude vers une zone plus froide au moyen d'au moins un caloduc. 2. Procédé selon la revendication 1 , caractérisé en ce qu'on prélève les calories de la zone de coulée à l'aide d'au moins 1 caloduc, associé à un caloduc principal qui évacue les calories vers l'extérieur. 3. Procédé selon chacune des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'on fait varier la surface d'échange d'au moins un des caloducs par la présence d'un gaz incondensable. 4. Procédé selon chacune des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'on fait varier la surface d'échange d'au moins un caloduc par introduction d'un gaz incondensable. 5. Procédé suivant la revendication 2, caractérisé en ce que l'on dispose le caloduc principal à proximité d'un circuit de refroidissement du système d'évacuation. 6. Procédé suivant chacune des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'on rapporte les caloducs dans des logements usinés dans un moule. 7. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5,caractérisé en ce que l'on incorpore directement les caloducs par construction dans un noyau adapté à la forme d'un élément du moule. 5. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'on effectue le prélèvement des calories par un caloduc adapté à la forme spécifique de la zone de coulée. 9. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le gaz incondensable est du groupe appartenant à l'argon, à l'azote, hélium argon. 10. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que le fluide du caloduc est du groupe appartenant au mercure, au césium, au potassium, au sodium ou à leur mélange, ainsi qu'au groupe de l'eau, de l'alcool, de l'ammoniac. 11. Dispositif de refroidissement d'un moule de fonderie, caractérisé en ce qu'il comporte au moins u caloduc dont le condenseur communique par un orifice calibréavecunvolume rempli de gaz incondensable, ledit volume comportant un moyen de chauffage. 12. Dispositif de refroidissement d'un moule de fonderie selon la revendication 11, caractérisé en ce que le moyen de chauffage est constitué d'une résistance électrique. 13. Moule de fonderie caractérisé en ce qu'il est muni d'un dispositif de refroidissement selon la revendication 11.