Brevet FR2254388A1 — publié le 19750711

La pressente invention concerne le problème de constitution d'un tuyau de remplissage en céramique pour la fabrication de pièces coulées à basse pression avec un trou traversant ou non traversant. Les tuyaux de remplissage en céramique actuellement connus des machines à couler à basse pression ont pour but de conduire, à partir du bain de fusion, une quantité suffisante dans le moule de coulée à basse pression, afin qu'après sa solidification on obtienne une pièce coulée de haute valeur. La fusion de métal doit, pendant le cycle de coulée, remplir la totalité de la cavité du moule, de telle manière que l'embouchure du tuyau de remplissage soit raccordée à la partie inférieure du moule de coulée. Pour l'obtention d'une pièce coulée homogène, il est nécessaire de maintenir une capacité d'écoulement parfaite et une densité homogène du bain de fusion. Il est nécessaire de chauffer le bain fondu et d'augmenter la surpression du fluide au-dessus de la pression du bain fondu. Ceci signifie que, pendant la coulée, le remplissage uniforme de la cavité du moule est exigé. Lors du remplissage du moule, le métal coule, à partir du perçage d'entrée, jusque dans l'endroit le plus éloigné dans le moule, où il vient frapper la paroi du moule. I1 s'établit ainsi une contre-pression opposée à la pression qui contraint le métal fondu à pénétrer dans la cavité du moule. Dans des conditions habituelles de coulée à basse pression, le métal fondu ne pénètre pas uniformément dans le moule.Tout dtabord et avec une très grande violence, il s'écoule dans les zones du moule les plus proches de l'embouchure du tuyau de remplissage. Dans les zones les plus éloignées, il parvient jusqu'à la fin avec une énergie diminuée et une température abaissée qui est provoquée par lteffet de refroidissement du moule. Lune des conditions les plus importantes à poser-aux tuyaux de remplissage réside dans le fait d'éviter au maximum l'écoulement de turbulence du métal fondu qui a pour effet une dispersion du métal et une usure de frottement des parois du moule. En conséquence, il est nécessaire, par conséquent, que, pendant le remplissage du moule de cculée à basse pression avec le métal en fusion, il se produise un écoulement laminaire avec lequel la vitesse maximale d'écoulement se situe au milieu du courant de métal fondu et décroisse vers le bord en raison de la viscosité. La limite entre ces deux modes d'écoulement s'exprime par la relation de Reynold. Si l'on calcule, d'après cette relation, la section optimale des canaux d'entrée, on obtient, pour la coulée à basse pression du métal fondu, des dimensions qui ne sont pas réalisables dans la pratique, le diamètre du canal d'entrée devant être d'environ 2 millimètres. En plus des sections du canal d'écoulement d'entrée, la modification de la direction du flux a une influence sur la turbulence. Celle-ci est constatée lorsqu'on utilise la coulée à basse pression pour la fabrication de type connu de pièces coulées creuses. Pour chaque réalisation d'une cavité ou d'un trou dans la pièce coulée, il est nécessaire de placer dans le moule un noyau qui partage les filets imaginaires du flux de métal et augmente ainsi le risque de formation de turbulence. D'autres tuyaux de remplissage connus pour la coulée ascendante à basse pression fonctionnent, lors de la fabrication de pièces coulées pourvues d'un trou, non seulement avec des noyaux en métal, mais également avec des noyaux en sable, ou avec des noyaux qui sont réalisés par le procédé de douille de noyau chaude ou froide. De tels procédés impliquent, lors du contact du bain de fusion avec la matière du noyau, un important développement de gaz, qui forment une résistance lors de leur échappement chaotique du moule, et posent des conditions aggravées au système de dégazage de la coquille. Ils opposent, dans leur sortie lente, une résistance au flux du métal. Ils restent même enrobés dans le métal, d'où résulte un défaut d'homogénéité de structure de la pièce moulée. Les tuyaux de remplissage connus à ce jour pour la coulée ascendante à basse pression de pièces homogènes n'ont pas permis jùsqueà maintenant la coulée de certains alliages d'aluminium, et notamment d'alliages de magnésium en raison de la formation importante de mousses. Les bulles grosses ou petites qui sont formées se placent principalement sur la surface supérieure des pièces et provoquent leur rebut. L'invention a pour but d'éviter ces inconvénients. Elle a pour objet un tuyau de remplissage en céramique pour machines à couler à basse pression, pour la coulée ascendante de pièces homogènes dans des coquilles, comme pièce auto-portante en une matière physico chimiquement homogène, à base d'oxydes réfractaires au feu, tels que silicates de zirconium, corindon, spinelle, mullite, oxyde de zirconium ou leur combinaisong par fusion, ou par apport de la matière céramique au moyen d'un brûleur à plasma, en forme de ce tuyau, tuyau de-remplissage caractérisé en ce que, sur le tuyau proprement dit et en son prolongement, est -nontée une tête d'introduction interchangeable en une matière céramique résistant à l'érosion et à la chaleur, qui traverse au moins une partie de la cavité du moule, et dont les parois sont pourvues de canaux de régulation d'écoulement pour entrée du métal fondu dans les coquilles. Avantageusement, ces canaux de régulation pour l'entrée du metal fondu dans la coquille ont une section circulaire, dont le diamètre constitue de 10 à 600 X, de préférence 20 à 80 R, de l'épaisseur de paroi de la tête d'entrée interchangeable. Les canaux de régulation peuvent avec avantage avoir une section rectangulaire ou respectivement en losange, le rapport entre la longueur de l'axe longitudinale et la longueur de l'axe transversal du canal constituant de 0,1 % à 90 s du pourtour intérieur de la tête de coulée interchangeable. Ces canaux de régulation pour la pénétration du métal fondu dans la coquille peuvent également avoir une section ovale. Dans ce cas, le rapport entre la longueur de l'axe principal etla longueur de ltaxe secondaire est compris entre 0,01 et 90. Les canaux de régulation peuvent avantageusement être répartis, par exemple én tenant compte de la forme de la pièce coulée, dans la paroi de la tête interchangeable, en groupes. Un avantage du tuyau de remplissage céramique de 17invention réside avant tout en ce qu'il est possible de fabriquer la pièce de coulée creuse avec un trou traversant de telle manière que le tuyau de remplissage, non seulement garantisse l'amenée de la quantité optimale de métal fondu dans le moule, mais également joue le rôle du noyau de la pièce coulée. Un autre avantage réside en ce que le remplissage de la coquille avec le métal fondu se produit dans le temps suivant des lois qui sont très voisines des relations techniques de Reynold et de Bernouilli. Cela permet le choix d'ouvertures appropriées qui sont réalisées avec un diamètre choisi dans le corps de la tête d'introduction de coulée. Lors de la coulée de pièces creuses suivant l'invention, il n'y a aucun risque de formation de gaz à partir de la matière de la tête de coulée par son contact avec un métal fondu quelconque. En outre, il n'y a aucun risque de contamination de la surface extérieure des pièces coulées en raison du moussagede la fusion lors de la coulée. L'évacuation de vapeurs et gaz hors de l'alliage fondu et de l'air hors de la coquille peut être réglée et dirigée, au moyen du métal fondu qui pénètre, dans la direction des plans de séparation ou des canaux d'évent de la coquille. Il en résulte une haute qualité de pièce coulée. La description ci-après se rapporte à un exemple de réalisation d'un tuyau de remplissage céramique dans des machines de coulée à basse pression pour la coulée de pièces présentant un trou traversant, avec référence au dessin annexé, qui montre une coupe à travers le tuyau, la tête de coulée et la coquille. Le tuyau de remplissage conforme à l'invention est constitué par le tuyau de remplissage proprement dit 1, sur lequel est montée coaxialement une tette d'entrée 2. Le corps du tuyau 1 s'étend, avec sa partie supérieure, jusqu'a la partie inférieure de la coquille 3. La texte d'entrée 2, qui peut être réalisée avec une forme annulaire, rectangulaire, carrée, ou autre forme générale aérodynamique, passe à travers la partie inférieure de la coquille 3 et à travers la partie supérieure de la coquille 4. Sur le corps du tuyau de remplissage, la tete d'entrée 2 est emmanchée à pression au moyen d'un mécanisme de presse 5.Le métal fondu coule dans la cavité du moule à travers un système de canaux 6, qui peut être disposé, en même temps que la tête, en tout endroit approprié entre la partie creuse inférieure et la partie creuse supérieure de la pièce coulée. Le tuyau de remplissage céramique suivant l'invention rend possible une fabrication facile de pièces moulées avec un trou traversant ou avec un simple trou réalisé à la coulée, ce qui est important surtout dans le cas de coulée basse pression de cylindres de monteurs de véhicules auto- mobilés, de têtes de cylindres ou de coulée de récipients, tuyaux, pièces expansées en mousse de matières plastiques de décoration, pièces sans charge du type plaques de construction, etc. Un avantage réside également dans le fait que la tête d'entrée, qui remplit également la fonction de noyau, peut être réalisée à la presse comme pièce cnrrle pourvue d'un perçage traversant, et elle peut être, après enlèvement des restes de métal fondu solidifié, à nouveau utilisée. Le tuyau de remplissage céramique partagé peut égalenent être fabriqué en une màtièrecéramique de type fibreux, qui a été produite au moyen d'une technique d'apport de plasma par un brûleur. Les composants fibreux de la matière peuvent être formés par un mélange à une matière porteuse de base ou être formée d'un liquide qui est capable de régénérer les composants fibreux en raison de la formation de son état de plasma Bien entendu, l'invention n'est pas limitée à l'exemple de réalisation ci-dessus décrit- et représenté, à partir duquel on pourra prévoir d'autres formes et d'autres modes de réalisation, sans pour cela sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 10) Tuyau de remplissage en céramique pour machines à couler à basse pression, pour la coulée ascendante de pièces homogènes dans des coquilles, comme pièce autoportante en une matière physico chimiquement homogène, à base dioxydes réfractaires au feu, tels que silicates de zirconium, corindon, spinelle, mullfte, oxyde de zirconium ou leur combinaison, par fusion ou par apport de la matière céramique au moyen d'un bruleur à plasma, en forme de ce tuyau, tuyau de remplissage caractérisé en ce que, sur le tuyau proprement dit (1) et en son prolongement, est montée une tête d'introduction interchangeable (2), en une matière céramique résistant à l'érosion et à la chaleur, qui traverse au moins une partie de la cavité du moule, et dont les parois sont pourvues de canaux de régulation d'écoulement (6) pour l'entrée du métal fondu dans les coquilles (3, 4). 20) Tuyau de remplissage céramique suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les canaux de régulation (6) pour l'entrée du métal fondu dans la coquille (4) ont une forme circulaire, dont le diamètre correspond à 10 à 600 %, de préférence 20 à 80 X de l'épaisseur de paroi de la tête d'entrée interchangeable (2). 30) Tuyau de remplissage céramique suivant l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les canaux de régulation (6), pour l'entrée du métal fondu dans la coquille (4), présentent une section rectangulaire ou en losange, le rapport entre la longueur de l'axe longitudinal et celle de l'axe transversal du canal (6) correspondant à 0,1 à 90 % du pourtour intérieur de la tête de coulée interchangeable (3). 40) Tuyau de remplissage céramique suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les canaux de régulation (6j pour l'entrée du métal fondu dans la coquille (4) présentent une section ovale, dont le rapport entre les axes est compris entre 0,1 et 90. 50) Tuyau de remplissage suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les canaux de régulation (6) sont répartis par groupes dans la paroi de la tete interchangeable (2).