Brevet FR2264614A1 — publié le 19751017

La présente invention concerne une machine à couler sous pression pour métaux généralement non ferreux, de conception nouvelle, utilisable pour des fabrications diverses et particuliè- rement bien adaptée à la coulée de rotors de moteurs électriques dits à "cage d'écureuil". C'est le cas de la machine équipée pour cette fabrication qui est décrite dans le texte. Ces rotors, coulés généralement en aluminium, (Fig 1) sont constitués d'un empilage de tôles (1} maintenues entre elles avant moulage, le plus souvent par un mandrin emmanché à force (2), de 2 anneaux de court-circuit (3), d'un certain nombre de barreaux (4) qui relient entre eux les anneaux de court-circuit et quelquefois d'ailettes de refroidissement (5) faisant corps avec les anneaux de court-circuit. Ces anneaux, barreaux et ailettes sont obtenus par coulée sous pression dumétal. La coulée du métal est généralement exécutée à l'aide de machines à couler sous pression traditionnelles et quelquefois à l'aide de machines spéciales, mais qui sont dans la plupart des cas, des machines de conception traditionnelle munies drun équipement particulier pour la coulée des rotors. Ces machines sont toujours constituées de 2 éléments de base : le groupe de fermeture du moule et le groupe dtinjection. Il existe des machines à fermeture horizontale et injection horizontale, à fermeture horizontale et injection verticale avec piston à la partie supérieure et quelques machines à fermeture verticale etinjection verticale avec piston à la partie inférieure. Pour obtenir des rotors de bonne qualité, la méthode idéale consiste à a) Couler le rotor verticalement, d'ob nécessité d'employer un groupe de fermeture vertical. b) Utiliser un groupe d'injection vertical à piston supérieur, afin dcinjecter un métal exempt d'air. c) Attaquer la coulée directement sur la face d'un des anneaux de court-circuit par un certain nombre de points ou à l'ex- trémité des ailettes de refroidissement afin d'obtenir une coulée "en source", qui permet un remplissage du rotor régulier de bas en haut, sans tourbillons du métal dans les anneaux et évite que le ou les jets de coulée ne viennent frapper le moule, ce qui provoque souvent un collage de l'aluminium sur le moule.En outre, un autre avantage dtinjectexr de cette manière est que le rotor ne comporte pas de masse extérieure à l'anneau, inconvénient que l'on trouve lorsque l'on coule à l'aide d'une machine traditionnelle avec attaques des coulées sur le bord de l'anneau, ces masses pratiquement impossible à élminer sans un usinage onéreux, nuisent au bon équilibrage du rotor. La figure 2 montre une masse restant après découpage d'une coulée avec attaque extérieure à l'anneau de court-circuit. d) Comprimer le paquet de tôles avec une force constante, quelle que soit la hauteur des paquets, qui en pratique ne sont jamais d'une régularité parfaite. e) Comprimer ce paquet de tales avec une force réglable minimum, c'est à dire légèrement supérieure au produit de la surface des anneaux de court-circuit multipliée par la pression du métal. f) Ejecter le mandrin de tenue des t8les le plus rapidement possible après l'injection du métal, afin d'éviter un serrage excessif du paquet de tôles, dû au retrait du métal. Aucune des machines actuellement utilisées ne permet de respecter toutes ces conditions idéales, et en particulier en ce qui concerne la force de serrage du paquet de tôles, en effet, avec une machine traditionnelle, les coulées et l'anneau de court-circuit sont sur un m8me plan, il faut donc fermer le moule avec une force supérieure au produit de la surface de l'anneau et des coulées, par la pression du métal, ce qui a pour effet de soumettre le paquet de tales à une force excessive, puisque la surface des coulées est souvent égale ou supérieure à la surface de l'anneau de court-circuit, au contraire, à l'aide de la machine objet de la présente invention, l'anneau et la coulée sont situés sur 2 plans différents et soumis à des forces indépendantes, il est donc aisé de régler la force de serrage du paquet de tôles au minimum nécessaire. La machine objet de la présente invention permet d'exécuter des rotors en réunissant toutes les conditions ci-dessus énumérées. Elle comporte, non plus deux, mais trois éléments de base. 1) Le groupe de fermeture du moule, vertical, dont le roule est uniquement de fermer le moule et de serrer le paquet de tôles dans les conditions énumérées aux paragraphes (a) (d) et (e), puisqu'il n'est soumis qu'à la pression du métal sur la surface de l'anneau de court-circuit. Ce groupe est équipé d'un système d'extraction du mandrin, qui permet de le chasser aussit8t après l'injection du métal et avant l'ouverture du moule selon les conditions du paragraphe tuf). 2) Le groupe de fermeture de la partie inférieure de l'outil- lage qui comporte les réseaux de coulées, également vertical et placé dans le mêae axe que le groupe de fermeture du moule. Cette disposition permet d'injecter dans les conditions du paragraphe (c) et provoque lors de ltouverture, la séparation-de la coulée et du rotor. 3) Le grouped'injection vertical à piston supérieur, situé sur un axe parallèle à celui des groupes de fermeture, ce qui permet d'injecter selon les conditions du paragraphe (b)-o Ce groupe d'injection est remarquable par sa conception par ticulière. Un groupe d'injection vertical classique ( Fig,3 ) est toujours compose d'un cylindre t6), d'un piston (7), d'un contre piston (8) et d'une buse d'injection (9). Le contre piston étant en position A, la buse d'injection obturée, le métal est versé dans le cylindre, le piston (7) descend et prenant appui sur le métal en fusion, repousse le contre piston en position B libérant ainsi l'orifice de la buse par lequel le métal stécoule dans le moule.Après refroidissement du métal, le piston (7) revient à sa position de départ, puis le contre piston stélève jusqu'à la position C pour expulser la masselotte0 L'inconvénient majeur de ce système réside dans le déplacement du contre piston sur toute la hauteur du cylindre, ce qui provoque une usure rapide et des grippages. Le groupe dtinjection de la présente invention (Fig. 4) est composé d'un piston (29), d'un cylindre (30) et du contre piston (31). Le contre piston étant en position A, le métal en fusion est versé dans le cylindre, le piston descend et prenant appui sur le métal, repousse le contre piston en position B, ce qui ouvre le canal d'injection situé entre les plateaux (16) et (20), le métal etant froid, le piston remonte à sa position de départ, le plateau (20) s'écarte du plateau (t6) en entrainant le masselotte, qui sera expulsée par le contre piston qui reprend la position Ao L'avantage de ce système est de faire sortir la masselotte par la base du cylindre, ainsi le contre piston n'a aucun frottement dans le cylindre. Il faut retenir que ce groupe d'injection peut etre incliné, afin de rapprocher sa base de la pièce à mouler et de réduire ainsi la longueur des canaux de coulée. Dans son principe de base la machine est constituée par ( Fig. 5 ) 1) Un groupe de fermeture du moule, composé d'un cylindre (10) fixé au bati (11), un piston principal de fermeture du moule (12) se déplace dans le cylindre (10) à l'aide d'un fluide sous pression qui arrive alternativement en A et B. Le piston (12) est alèsé et forme le cylindre danslequel se déplace un piston (13) par arrivée de fluide sous pression en C et D. A l'extrémité de ce piston est fixée la tige d'éjection du mandrin de tenue des tôles, ce piston a également le but de maintenir le rotor coulé sur la partie inférieure du moule lors du relevage du piston (12). A l'extrémité du piston (12) est fixée la partie supérieure du moule (15). Un plateau (16) fixé sur le bati reçoit sur sa face supérieure la partie inférieure du moule (17), décollée de ce plateau lors de l'ouverture du moule par des ressorts (18) ou par tout autre moyen mécanique ou hydraulique, afin de provoquer la rupture de la coulée, cette partie du moule est attelée à un ve- rin (19) qui a pour but de la sortir du bati pour faciliter l'é- vacuation du rotor coulé et la mise en place d'un nouveau paquet de t & es. Il faut noter que le système de fermeture à piston (10) et (12) peut être éventuellement remplacé par un système de fermeture à genouillères mécanique ou hydro-mécanique, particulièrement dans le cas où la machine est utilisée pour d'autres fabrications que les rotors 2) Un groupe de fermeture inférieur comoosé d'un plateau (20) attelé à un piston (21) qui se déplace à l'aide d'un fluide sous pression qui arrive au cylindre (22) par les orifices E et F. Le plateau (20) comporte le canal (23) qui conduit le métal en fusion aux coulées (24) placées dans le plateau (16). Le plateau (20) comporte également un système d'éjection de la coulée, qui vient au contact de butées fixes (26) lors de l'ouverture du mou le. Ce système d'éjection pouvant être commandé également par tout autre moyen mécanique ou hydraulique. Afin de faciliter le démoulage automatique des coulées restant accrochées au plateau (20) lors de son ouverture, ce plateau peut tre prévu basculant de 90 au moins par une disposition décrite séparément. (Fig, 6 et 7). Le plateau (20) est muni de deux tourillons (33) qui pivo- tent dans des coussinets (34) guidés par le bati (11). Ces coussinets sont fixés sur des pistons de vérins (35) qui coulissent dans des cylindres (36) fixés sur le plateau (37) solidaire du piston (21) et attelés au bati (11) avec un certain jeu. Sur l'un des tourillons (33) est fixé un pignon (38) actionné par une crémaillère (39) à commande hydraulique ou mécanique.Afin que le piston (21) est une course réduite à quelques millimètres, dans le but de réduire l'encombrement du système et d'accélérer le cycle, une cale (40) coulissante sur le plateau (37) et actionnée par un fluide sous pression arrivant en J et K, vient se placer entre les plateaux (37) et (20), lorsque ce dernier est en position de fermeture sur le plateau (16) ainsi, il suffit d'une très faible course du piston (21) pour assurer le blocage des plateaux (16)et(20). En outre, la cale (40) permettra, par un mouvement d'avancement limité de faire fonctionner le système d'éjection de la coulée (25) lorsque le plateau (20) est renversé. Il faut notre que le système de blocage à piston (21) et (22) peut être avantageusement remplacé par un système de fermeture à genouillères mécanique ou hydromécanique. 3) Un groupe d'injection vertical composé d'un cylindre (27) dans lequel se déplace un piston (28) par arrivée de fluide sous pression- en G et H. A Itextrémité du piston (28) est fixé le piston d'injection (29). Un cylindre (30) recevra le métal en fusion avant l'injection. Un contre piston (31) pénètre légèrement dans le cylindre (30) lorsque les plateaux (20)et (16) sont en contact et obture ainsi la base du cylindre (30) qui peut ainsi recevoir le métal en fusion. Un piston (32) maintient à l'aide d'une pression hydraulique arrivant en I le contre piston (31) en haut de course.Lorsque le piston (29) descend pour injecter le métal dans le moule, ltorifice I est mis en vidange et le piston (31) peut ainsi reculer et dégager le canal (23) par lequel le métal va alimenter le moule0 Cette description de la machine est donnée à titre d'exemple mais n'est pas limitative quant au mode de réalisation, ainsi, l'ensemble peut être exécuté selon une disposition horizontale au lieu de verticale comme ci-dessus décrit* Le cycle de fonctionnement de la machine est le suivant Fig. 8 - Le paquet de tôles est placé dans le moule (15) 17), lui mEme bloqué sur le plateau (16) par le piston (12). Le contre piston (31) est levé et le métal introduit dans le cylindre (30). Fig. 9 - Le Piston (29) est descendu, sa poussée sur le m- tal en fusion a repoussé le contre piston (31) qui a ouvert le canal (23), le métal stest écoulé dans le moule par les canaux d'injection, Fig. 10 - Le piston d'injection (29) est remonté. La tige d'éjection (14) a expulsé le mandrin qui passe au travers de l'ensemble et tombe à la partie inférieure de la machine0 La tête de la tige (14) vient prendre appui sur le rotor afin de la maintenir sur la partie inférieure du moule lors de la phase suivante, Fig. 11 - La tige (14) a maintenu le rotor sur la partie inférieure du moule pendant toute la course de remontée du moule (15), puis est elle mssme remontée.La partie inférieure du moule (17) stest légèrement décollée du plateau (16) sous l'action des ressorts (18) provoquant la rupture de la coulée. Le plateau (20) descend en entrainant la coulée qui sera éjectée en fin de course par le système d'éjection (25) et par le contre piston (31) qui reprend sa position de départ. La partie inférieure du moule (17) se déplacera ensuite à l'extérieur de la machine0 Le rotor sera évacué et remplacé par un nouveau paquet de tôles par un système automatique approprié. Les moules sont de deux types différents, selon que les t8les du rotors sont à encoches ouvertes ou à encoches fermées. Pour les encoches ouvertes, le moule supérieur comporte une chambre cylindrique qui enferme totalement le paquet de tales pour empêcher toutes projection dtaluminium à l'extérieur0 La base de ce cylindre s'emboîte sur la partie inférieure du moule, afin d'assurer un serrage toujours constant sur le paquet de tôles, quelle que soit sa hauteur ( Fig. 1.2). Pour les rotors à encoches fermées, le moule supérieur ne comporte pas de chambre, mais un simple centrage du paquet de t- les, le centrage sur le moule inférieur pouvant indifférenient se faire par le mandrin ou par un centrage extérieur (Fig.13). La machine est décrite pour la fabrication d'un seul rotor, mais elle peut être équipée pour permettre la coulée de plusieurs rotors à la fois. REVENDICATIONS 1. Machine destinée à la réalisation de pièces diverses par cou lée sous pression de métaux généralement non ferreux, caractérisée par le fait qu'elle comporte trois éléments de base - Un système de fermeture du moule situé d'un côté d'un pla teau fixe. Le moule constitue la forme de la pièce à éxécu ter et comporte généralement uoeempreinte supérieure mobile et une empreinte inférieure fixe. - Un système de fermeture des plaques comportant les canaux de coulée, situé de l'autre côté du plateau fixe, - Un système d'injection vertical ou incliné solidaire du pla teau fixe, situé du même côté que le système de fermeture du moule et comportant essentiellement une chambre et un piston dtinjection. 2. Machine selon la revendication l, caractérisée par le fait que le système de fermeture du moule comporte un éjecteur qui permet de dégager la pièce coulée de l'empreinte supérieure, en la maintenant sur l'empreinte fixe inférieure, lors de l'ouverture du système 3 e Machine selon la revendication 2, caractérisée par le fait que 11 éjecteur permet d'expulser au travers du plateau fixe une pièce auxilliaire, placée dans le moule pour les besoins du moulage, celui-ci étant encore fermés 4.Machine selon la revendication 1, caractérisée par le fait que ltempreinte inférieure du mou lekst fixée sur un plateau qui s'écarte du plateau fixe lors de l'ouverture du système de fermeture du moule afin de pro voquer la rupture des canaux d'alimentation qui relient les canaux de coulée à la pièce à exéuter, 5.Machine selon l'ensemble des revendications 1 et 4, caractérisée par le fait que le plateau sur lequel est fixé l'empreinte inférieure du moule est coulissant sur le pla teau fixe afin de le faire sortir de la machine et de faci liter l'évacuation de la pièce coulée, 6. Machine selon la revendication 1, caractérisée par le fait que le système de fermeture des canaux de coulée comporte un système d'éjection des canaux de coulée et de la masselotte0 7. Machine selon l'ensemble des revendications 1 et 6, caractérisée par le fait que le plateau presseur du système de fermeture des canaux de coulée qui comporte le système d'éjec tion de ces canaux1 bascule lors-de l'ouverture du système de fermeture afin d'assurer la chute et l'évacuation automatique des canaux de coulée et de la masselotte. 80 Machine selon la revendication 1, caractérisée par le fait que le système de fermeture du moule et le système de fermeture des canaux de coulée sont de force réglable indépendamment l'une de autre et permettent de sou mettre le moule et la plaque comportant les canaux a' des forces de blocage différentes et réglées en fonction du travail à exé cutter. 9. Machine selon l'ensemble des revendications 1 et 6, caractérisée par le fait que le système de fermeture des pla ques comportant les canaux de coulée comporte un piston de faible course qui obture la base de la chambre d'injection pendant la phase dtintroduction du métal en fusion dans la dite chambre, afin d'empêcher que ce métal s'écoule dans les canaux de coulée0 Ce piston recule et ouvre la base de la champ bre lorsque le piston d'injection soumet le métal fondu à la pression nécessaire pour le faire passer dans le moule par l'intermédiaire des canaux de coulée0 En outre, lors de la phase d'éjection des canaux, ce piston sort pour éjecter la masselotte