Brevet FR2261826A1 — publié le 19750919

L'invention, due à Bryan, George CARTER et Roland, George, Ronald ZELLORS, est relative à un procédé de moulage en coquilles sous pression de métaux à point de fusion élevé, tels que des métaux ferreux. L'invention est plus particulièrement relative à la mise en oeuvre d'un tel procédé dans un appareillage comprenant des coquilles séparables et utilisables d'une manière répétée,qui délimitent une cavité de moulage dans laquelle le métal en fusion est amené sous pression et peut se solidifier, après quoi les coquilles sont séparées et la pièce moulée éjectée. Habituellement l'une de ces coquilles est fixe tandis que l'autre est mobile. La pièce moulée est agencée de manière à être maintenue dans la coquille mobile à l'ouverture de cellesci, grâce à une conception appropriée de ces coquilles, par exemple en faisant en sorte qu'une plus grande partie de la surface de la-pièce moulée soit contenue à l'intérieur de la coquille mobile qu'à l'intérieur de la coquille fixe, ou grace à un choix approprié de l'inclinaison des parois des coquilles, ou encore grâce à un contact approprié de la pièce moulée et d'éjecteurs associés à la coquille mobile pour agir sur la pièce moulée qui s'y trouve, afin de l'éjecter de la coquille. Après que la pièce moulée a été éjectée de la coquille, il faut nettoyer celle-ci et en revêtir la surface d'un agent isolant approprié, tel que du noir de fonderie. Pour pouvoir accéder aux surfaces des coquilles, pour leur nettoyage et leur revêtement isolant, il faut séparer les coquilles d'une distance relativement grande. La pièce moulée qui est retenue dans la coquille mobile lorsque celle-ci est écartée de la coquille fixe se refroidit et par conséquent se contracte. Dans ces conditions, lorsque la cavité des coquilles a une configuration prévue pour fournir une pièce moulée comprenant une parue i*Ermédhire prssenin un axe longitudinal et comportant aumoins deux surfaces opposées, sourcesdecontraintes, situées à une certaine distance 1'unede 1'autrele long de ladite partie intermédiaire et dirigées dans l'ensemble transversalement par rapport à cet axe, la contraction de la partie intermédiaire de la pièce moulée donne lieu à des forces de compression appliquées aux coquilles, qui peuvent provoquer l'usure ou la détérioration et par conséquent réduire la longévité de ces coquilles. De plus, la contraction thermique de la pièce moulée sera limitée par les coquilles et ceci peut entraSner la formation de criques de retrait (ou de solidification) dans la partie inter médiaire de la pièce moulée si les contraintes provoquées par la contraction au refroidissement dépassent la limite de traction de la partie intermédiaire. La formation de criques de retrait peut se produire sous l'action de la contraction au refroidissement, même avant que les coquilles soient ouvertes. L'invention a donc pour buts de fournir un procédé et un appareillage nouveaux et perfectionnés pour le moulage en coquilles sous pression de métaux à point de fusion élevé, qui permettent de surmonter ou tout au moins de réduire les difficultés précitées. Ce résultat est obtenu, conformément à l'invention, en munissant la cavité des coquilles de moyens d'ancrage disposés de manière à agir par rapport aux surfaces sources de contraintes, en un esplacement choisi en vue d'empocher ou de réduire la formation de criques de retrait de la pièce moulée et/ou de réduire la charge exercée sur les surfaces correspondantes de la cavité, moyennant quoi, lorsque le métal en fusion se solidifie, la partie de la pièce moulée munie de ces moyens d'ancrage est empêchée de se déplacer par rapport à la cavité suivant la direction de l'axe de contraction de refroidissement. Dans cette description, l'expression "surfaces opposées sources de contraintes" est utilisée pour désigner deux surfaces qui sont orientées dans leur ensemble face à un plan, dirigé transversalement par rapport à 1'axe précité et disposé entre ces surfaces sources de contraintes. On peut prévoir un ou plusieurs moyens d'ancrage pratiquement seulesent en vue de réduire la force de traction dont est le siège la partie intermédiaire de la pièce moulée sous l'ac- tion de la contraction de refroidissement qui,autrement , exercerait des contraintes relativement importantes sur les surfaces correspondantes des coquilles et/ou produirait la formation de criques de retrait dans la partie intermédiaire. Les moyens d'ancrage peuvent comporter, soit une dépression, soit une saillie, ménagée dans la cavité des coquilles, de forme telle que, lorsque le métal se solidifie, se produise une coopération entre la dépression ou la saillie de la surface de la cavité des coquilles et le métal de la pièce moulée en cours de solidification, en empêchant ainsi le déplacement de la pièce moulée par rapport aux coquilles en cet emplacement. Les dimensions et la configuration des moyens d'ancrage peuvent être telles que ces moyens d'ancrage soient de dimensions minimales, compatibles avec l'absorption des forces qui leur sont appliquées lors de la contraction de la partie intermédiaire de la pièce moulée. Deux ou plus de deux moyens d'ancrage peuvent être mis en oeuvre, un tel moyen d'ancrage étant prévu en chacun d'un certain nombre d'emplacements situés à une certaine distance l'un de l'autre le long de la cavité suivant la direction de son axe. Les moyens d'ancrage peuvent être prévus directement sur au moins l'une des coquilles séparables l'une de l'autre ou peuvent être prévus sur des pièces intérieures fixes par rapport à au moins une des coquilles . La composition chimique et le coefficient de dilatation thermique du métal à mouler, la conductibilité thermique, la chaleur spécifique et la densité du matériau constituant les coquilles, le rapport volume/surface et le rapport longueur/dimension transversale minimale de la partie intermédiaire de la pièce moulée et la température de coulée sont tels que normalement la pièce moulée à produire soit capable d'être le siège de criques de retrait et/ou d'exercer des forces excessives sur les surfaces correspondantes des coquilles. Grâce à la mise en oeuvre de-s moyens d'ancrage conformes à l'invention, la pièce moulée se trouve ancrée par rapport aux coquilles à l'emplacement de ces moyens d'ancrage. Dans ces conditions, en prévoyant des moyens d'ancrage au moins en un emplacement tel qu'ils agissent par rapport aux surfaces sources de contraintes, la charge exercée sur les coquilles sous l'action de la contraction thermique de la partie intermédiaire de la pièce moulée sera répartie entre ces surfaces sources de contraintes de l'article et les moyens d'ancrage, ce qui réduit la charge exercée par la pièce moulée sur les coquilles en des emplacements bien localisés. Ceci a pour effet d'accroitre la longévité des coquilles par suite de la réduction des contraintes localisées qui s'exercent en ces emplacements. La formation de criques de retrait dans la pièce moulée est également réduite ou empêchée par suite de 1' ancrage de la pièce moulée en des emplacements intermédiaires de sa longueur, ce qui réduit la contraction totale de la pièce moulée et par conséquent les forces intérieures qui y sont créées. L'invention s'applique tout aussi bien aux pièces moulées dont la section droite est constante le long du segment de longueur intéressé qu'aux pièces moulées dont cette section droite varie. Le choix de l'emplacement des moyens d'ancrage est réglé empiriquement de manière à s'appliquer à la configuration de la pièce moulée à produire. D'une manière caractéristique, les moyens d'ancrage sont espacés d'une distance comprise entre 63,5 et 31,75 mm, dans le cas d'une section droite constante, correspondant à une partie cylindrique de 12,7 mm de diàmètre environ. Lorsque les moyens d'ancrage comportent des saillies formées sur la pièce moulée après son éjection de la cavité des coquilles, ces saillies peuvent être enlevées ultérieurement. L'invention sera décrite plus en détail ci-après à l'aide de certains de ses modes de réalisation, pris à titre illustratif mais nullement limitatif, en se référant aux dessins annexés dans lesquels - la figure 1 est une vue schématique en élévation latérale d'un appareillage de moulage en coquilles sous pression, dans lequel peut être mis en oeuvre le procédé conforme à l'invention; - la figure 2 est une vue en coupe des coquilles de l'ap- pareillage de la figure 1, et la figure 3 est une vue en coupe d'une variante de coquilles pour l'appareillage de la figure 1, qui illustre un autre mode de réalisation de l'invention. L'appareillage de moulage en coquilles sous pression représenté sur la figure 1 comporte des coquilles 10, séparables et utilisables d'une manière répétée qui, conjointement, délimitent une cavité 11 et qui peuvent être séparées suivant un plan X-X . L'une des deux coquilles 10 est portée par un élément de montage 12 prévu sur la table 13 de l'appareillage. L'autre coquille 10 est mobile et est porte par une plaque 14 gui coulisse le long de barres horizontales 15 qui sont fixes par rapport à la table 13. La plaque coulissante 14 est mobile le long des barres 15 sous l'action d'un mécanisme articulé désigné dans son ensemble par 16. Ce mécanisme est actionné par un ensemble à cylindre et piston 17. Une barre d'accouplement 18 va de l'ensemble 17 au mécanisme 16. Sur la table 13 est également monté, d'une manière fixe, un ensemble à cylindre et piston 19, muni d'une barre d'accouplement 20 destinée à actionner le piston, non représenté ici, d'un conduit de coulée 21, ceci d'une manière classique. Le métal en fusion est introduit dans le conduit de coulée 21 en un poste de réception 22, à partir, par exemple, d'un creuset 23. L'ensemble à cylindre et piston 19 est ensuite actionné, de telle manière que sa barre d'accouplement 20 déplace le piston du conduit de coulée 21 vers la gauche (sur la figure 1) pour introduire le métal fondu dans la cavité de moulage 12 délimitée par les coquilles 10 lorsqu'elles sont disposées en position de fermeture. Sur la figure 2 n'est représentée que la coquille mobile des deux coquilles 10, le plan X-X de séparation des deux coquilles étant parallèle au plan du tableau. La coquille 10 représentée sur la figure 2 comporte une cavité désignée par 24 qui, conjointement avec l'autre coquille, délimite la cavité de moulage 11 dans laquelle est produite la pièce moulée 25. On voit que cette pièce moulée 25 comporte des parties 26 qui sont diri géies dans 1'ensemble transversalement par rapport à un axe A-A de l'article. Les parties 26 présentent des.surfaces de butée 27 et 28, qui sont opposées l'une à l'autre, ainsi qu'on ltexpo- sera ci-après, et sont disposées transversalement par rapport à l'axe A-A et situées à une certaine distance de celui-ci. La coquille est munie de parties échancrées 29 qui constituent des moyens d'ancrage et sont situées en des emplacements espacés l'un de l'autre le long de l'axe A-A de la pièce moulée 25 et entre les surfaces 27 et 28. Lorsque le métal fondu est coulé à l'intérieur de la cavité 10, il pénètre dans les parties échancrées 29 et par conséquent, lorsque le métal se solidifie, le métal qui se trouve à l'intérieur des parties échancrées 29 agit pour ancrer,par rapport à la coquille, les parties de l'article liées au métal solidifié dans les échancrures 29. Dans ces conditions, lors de la contraction de la pièce moulée à l'intérieur de la cavité des coquilles, sous l'action du refroidissement de la pièce moulée, les parties de la pièce moulée munies de moyens d'ancrage sont empêchées de se déplacer par rapport à la pièce moulée suivant la direction de l'axe A-A.Ainsi la charge exercée par les surfaces de butée 27 et 28 de la pièce moulée sur les surfaces cor respondantes 27a et 28a de la coquille ne proviennent que de la contraction de la pièce moulée suivant les segments A et B de sa longueur, ce qui réduit l'intensité de la charge exercée par la pièce moulée sur les surfaces 27a et 28a de la coquille. De plus, en ce qui concerne les forces intérieures créées au sein de la pièce moulée (qui produiraient des criques de retrait), ces forces sont réduites du fait que la longueur de la pièce moulée ne peut secsntracter sur la totalité de sa lon- gueux axais seulement suivant les segments séparés A, B et C, ce qui réduit l'intensité totale des forces intérieures créées dans la pièce moulée, et ce qui i son tour réduit ou mme élimine la tendance à la formation de criques de retrait. La figure 3 représente une variante de réalisation de l'invention qui se rapporte au moulage d'un guide-câble. Du fait qu'un guide-câble doit être monté sur une surface plane, il est essentiel que la surface d'application de celui-ci soit plate et, du fait qu'il faut une certaine dépouille ou inclinaison des parois de la cavité des coquilles de l'appareilla- ge de moulage pour permettre d'en extraire la pièce moulée, il faut prévoir dans les coquilles une pièce intérieure, habituellement appelée noyau de surépaisseur, qui est munie d'une surface plate. Sur la figure la coquille est désignée par 110 et le noyau de surépaisseur par 111. Des moyens mécaniques ou hydrauliques sont prévus pour enlever le noyau de surépaisseur du reste de la coquille, à l'ousertare des coquilles.La surface active 114 du noyau de surépaisseur est plane à l'exception de moyens d'ancrage qui sont constitués par des saillies 115 ménagées avec une inclinaison appropriée, de manière à permettre leur extraction de la pièce moulée, lorsque les coquilles sont séparées. Lorsque le métal fondu, coulé à l'intérieur de la cavité 116 des coquilles, s'est solidifié et refroidi, la pièce moulée 117 tend à se contracter thermiquement et à exercer ainsi une charge sur les parties 118 de la coquille. Pour réduire cette charge et réduire ainsi l'usure de la coquille ainsi que la tendance à la formation de criques de retrait de la pièce moulée, on prévoit des saillies d'ancrage 115. Celles-ci assurent 1'an- crage de la pièce moulée dans les régions avoisinant les emplacements où une charge est exercée sur la coquille, réduisant ainsi la contraction de la pièce moulée et par conséquent la charge exercée entre la pièce moulée et la coquille. En outre, la tendance de la pièce moulée à la formation de criques de retrait se trouve réduite ou éliminée. Bien que l'on ait décrit ici deux modes de réalisation particuliers de moyens d'ancrage, il y a lieu de noter qu'on peut prévoir éventuellement d'autres genres de moyens d'ancrage. Par exemple des saillies d'ancrage pourraient être prévues, dans le premier mode de réalisation, à la place des évidements d'ancrage 12 et, d'une manière analogue, des évidements d'ancrage pourraient être prévus dans le noyau de surépaisseur du second mode de réalisation à la place des saillies d'ancrage. Ceci entraSnerait la formation d'évidements dans la surface de la pièce moulée du premier mode de réalisation et des saillies sur la surface inférieure de la pièce moulée du second mode de réalisation. Selon les applications respectives de ces articles, cela peut n'être pas acceptable. il y a donc lieu de remarquer que la nature des moyens d'ancrage est choisie en tenant compte de l'utilisation envisagée pour l'article. De plus, dans le cas où les moyens d'ancrage forment des saillies sur la pièce moulée et que ces saillies ne servent à rien d'autre qu'à ancrer la pièce moulée par rapport à la cavité des coquilles au cours de ltopération de moulage, elles peuvent être éliminées ultérieurement. Les moyens d'ancrage sont de préférence réalisés sous forme aussi petite que possible et de dimensions et de configuration telles qu'ils soient capables d'absorber les forces exercées sur eux sous l'action de la contraction de la partie intermédiaire de la pièce moulée. Dans la présente description, l'expression "pièce moulée" est utilisée pour désigner un article sous la forme qu'il présente à son extraction de la cavité des coquilles. Si on le désire, des opérations de finition peuvent être effectuées ensuite sur ladite pièce moulée avant son utilisation prévue ou sa vente. L'expression métaux à point de fusion élevé" désigne des métaux dont le point de fusion est supérieur à environ 12000C. Des métaux caractéristiques de cette sorte sont constitués par les aciers, la fonte de fer, les alliages à base de nickel et ceux à base de cobalt Comme il va de soi et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes d'application et de réalisation ayant été plus spécialement envisagés ; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes REVENDICATIONS 1. Procédé de moulage en coquilles sous pression de gé- taux à point de fusion élevé, dans une cavité de moulage délimitée par des coquilles séparables et utilisables d'une manière répétée, la cavité de moulage ayant une configuration prévue pour fournir une pièce moulée comprenant une partie intermédiaire, présentant un axe longitudinal et comportant au moins deux surf aces opposées, sources de contraintes, situées à une certaine distance l'une de l'autre le long de ladite partie intermédiaire et dirigées dans l'ensemble transversalement par rapport à cet axe, cette partie intermédiaire étant susceptible d'être le siège'De criques de retrait et/ou d'exercer des charges sur des surfaces correspondantes de la cavité des coquilles, contre lesquelles s'appliquent les surfaces sources de contraintes précitées, en produisant une usure excessive des coquilles, lequel procédé est caractérisé en ce qu'on prévoit des Moyens d'ancrage disposés, à l'intérieur de la cavité des coquilles, de manière à agir par rapport aux surfaces sources de contraintes, en un emplacement choisi de manière à empêcher ou réduire la formation de criques de retrait dans la pièce moulée et/ou à réduire la charge exercée sur les surfaces correspondantes de la cavité, moyennant quoi, lorsque le métal fondu se solidifie, la partie de la pièce ioulée munie des moyens d'ancrage est empochée de se déplacer par rapport à la cavité suivant la direction de l'axe de contraction de refroidissement. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est prévu un ou plusieurs moyens d'ancrage pratiquement seulement en vue de réduire la force de traction dont est le siège la partie intermédiaire de la pièce moulée sous l'action de la contraction de refroidissement qui, autrement, exercerait des contraintes relativement importantes sur les surfaces correspondantes des coquilles etZou produirait la formation de criques de retrait dans la partie intermédiaire. 3. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les moyens d'ancrage comportent, soit une dépression, soit une saillie, ménagée dans la cavité deys coquilles, de forme telle que, lorsque le métal se solodifie, se produise une coopération entre la dépression ou la saillie de la surface de la cavité des coquilles et le métal de la pièce moulée en cours de solidification, en empêchant ainsi le déplacement de la pièce moulée par rapport aux coquilles en cet emplacement. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les dimensions et la configuration des moyens d'ancrage sont telles que ces moyens d'ancrage soient de dimensions minimales, compatibles avec l'absorp- tion des forces qui leur sont appliquées lors de la contraction de la partie intermédiaire de la pièce moulée. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que-la composition chimique et le coefficient de dilatation thermique du métal à mouler, la conductibilité thermique, la chaleur spécifique et la densité du matériau constituant les coquilles, le rapport volume/surface et le rapport longueur/dimension transversale minimale de la partie intermédiaire de la pièce moulée et la température de coulée sont tels que normalement la pièce moulée à produire soit capable d'être le siège de criques de retrait et/ou d'exercer des forces excessives sur les surfaces correspondantes des coquilles. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens d'ancrage comportent des saillies formées sur la pièce moulée et qu'après éjection de la pièce moulée en dehors de la cavité des coquilles ces saillies sont éliminées. 7. Appareillage de moulage en coquilles sous pression de métaux à point de fusion élevé, comportant deux coquilles séparables et utilisables de manière répétée,entre lesquelles est délimitée une cavité de moulage, cette cavité ayant une conf i- guration prévue pour fournir une pièce moulée comprenant une partie intermédiaire, présentant un axe longitudinal et comportant au moins deux surfaces opposées, sources de contraintes, situées à une certaine distance l'une de l'autre le long de ladite partie intermédiaire et dirigées dans l'ensemble transversalement par rapport à cet axe, lequel appareillage est caractérisé en ce qu'il comporte des moyens d'ancrage disposés, à 1win- -térieur de la cavité des coquilles, de manière à agir par rapport aux surfaces sources de contraintes, en un emplacement choisi de manière à empêcher ou réduire la formation de criques de retrait dans la pièce moulée et/ou à réduire la charge exercée sur les surfaces correspondantes de la cavité, moyennant quoi, lorsque le métal fondu se solidifie, la partie de la pièce moulée munie des moyens d'ancrage est empêchée de se déplacer par rapport à la cavité suivant la direction de l'axe de contraction de refroidissement. 8. Appareillage selon la revendication 7, caractérisé en ce que les moyens d'ancrage sont prévus pratiquement uniquement en vue de réduire la force de traction dont est le siège la partie intermédiaire de la pièce moulée sous section de la contraction de refroidissement qui, autrement, exercerait des contraintes relativement importantes sur les surfaces correspondantes des coquilles et/ou produirait la formation de criques de retrait dans la partie intermédiaire 9. Appareillage selon l'une quelconque des revendications 7 et 8, caractérisé en ce que les moyens d'ancrage comportent, soit une dépression, soit une saillie, ménagée dans la cavité des coquilles, de forme telle que, lorsque le métal se solidifie, se produise une coopération entre la dépression ou la saillie de la surface de la cavité des coquilles et le métal de la pièce moulée en cours de solidification, en empechant ainsi le déplacement de la pièce moulée par rapport aux coquilles en cet emplacement. 10. Appareillage selon l'une quelconque des revendications 7 à 9, caractérisé en ce que les dimensions et la configuration des moyens d'ancrage sont telles que ces moyens d'ancrage soient de dimensions minimales, compatibles avec l'absorption des forces qui leur sont appliquées lors de la contraction de la partie intermédiaire de la pièce moulée.