Brevet FR2319445A1 — publié le 19770225

La présente invention concerne un procédé , et un dispositif pour sa mise en oeuvre en vue de la coulée de pièces métalliques de forme générale circulaire et plus spécialement de roues telles que des roues d'engrenage dont la périphérie doit etre travaillée pour la formation des dents L'invention s'applique de façon plus précise à la coulée de jantes destinées à la fabrication de roues à vis tangente On sait que la qualité et les caractéristiques du métal utilisé po- la coulée des engrenages de réducteurs de vitesse entravés par une vis tangente s lesdits engrenages étant appelés communément "roues à vis tangente" 2 est très importante pour leur comportement et leur résistance au grippage et à l'usure Ces roues sont généralement exécutées en bronze , les vis étant en acier D'une part , il faut que les caractéristiques géométriques soient bien étudiées et réalisées , et d'autre part, qu'il soit tenu compte des dilatations lors du fonctionnement, des jeux nécessaires, du graissage, du refroidissement etc. D'autre part, le coefficient de frottement entre vis et roue doit être excellent aux diverses températures de fonctionnement , et surtout les duretés respectives de la vis et de la denture doivent s'harmoniser. Il y a la un ensemble d'impératifs qui prennent une importance considérable si le couple roue-vis tangente travaille à la limite de la puissance pour laquelle il a été construit Bien souvent , c'est la roue qui subit des altérations sur sa denture par suite dtune qualité métallurgique insuffisante (manque de dureté 2 ségrégation, retassures internes, etc...) entrainant un grippage , une usure prématurée 2 ou des accidents de fonctionnement Pour réaliser une roue répondant à ces impératifs, on utilise souvent un dispositif de coulée visant à assurer la qualité métallurgique de la jante des roues , qui est la partie travaillante . Ce dispositif consiste à disposer dans le moule en sable, autour de la jante une coquille métallique formant un cercle ou constituée de plusieurs secteurs, laquelle coquille refroidit rapidement le métal liquide et lui donne un grain fin et compact. Mais ce dispositif est compliqué, motteux d'exécution et donne des pièces peu précises La présente invention vise à remédier à ces inconvénients et permet de réaliser des roues dentées notamment pour engrenages à vis tangente 2 dont le métal présente les propriétés et caractéristiques appropriées tout en facilitant l'opération de coulée A cet éffet l'invention concerne un procédé pour la coulée de pièces circulaires telles que roues d'engrenage ou jantes de roues dentées notamment montées sur des engrenages à vis tangente , caractérisé en ce que l'on dispose sur un plan support une coquille formant un fut cylindrique , à l'intérieur de laquelle on place un noyau inférieur reposant sur le plan support et rejoignant le bord intérieur de la coquille , on place par dessus un noyau supérieur reposant sur les bords supérieurs de la coquille ou sur le noyau inférieur et comportant un trou de coulée , l'espace intérieur défini par les deux noyaux respectivement inférieur et supérieur et par la coquille périphérique formant le moule dans lequel le métal en fusion est versé De préférence le noyau supérieur est solidarisé sur l'ensemble par crampage ou pression afin d'éviter d'etre soulevé lors de la coulée du métal remplissant le moule. De préférence l'alésage intérieur de la coquille est potéyé selon des techniques connues afin de faciliter la séparation de la coquille de la pièce moulée. Selon une forme de réalisation préférée après la coulée du métal la coquille est soulevée par des moyens de préhension qui sont prévus sur sa partie extérieure et l'ensemble pièce coulée et le noyau reposant sur le plan support sont évacués Selon une variante la coquille est maintenue en place et le plan support comporte un plateau situé sous l'alésage intérieur de la coquille le plateau étant monté mobile et coulissant verticalement permettant un mouvement de descente par rapport à la coquille en vue de l'évacuation de la pièce moulée L'invention concerne également un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé ci-dessus et formant un moule pour la coulée de pièces circulaires telles que roues dentées et roues d'engrenage. à vis tangente caractérisé en ce qu'il est constitué d'une coquille formant un fut cylindrique métallique , l'alésage intérieur de cette coquille définissant le pourtour circulaire de la pièce moulée, la coquille étant apte à entre placée sur un plan support et étant associée à un noyau circulaire inférieur en sable disposé à l'intérieur de la coquille 2 en reposant sur le plan support le bord extérieur de ce noyau rejoignant l'alésage intérieur de la coquille , la coquille étant associée à un noyau supérieur reposant sur les bords de ladite coquille ou sur le noyau inférieur, le noyau supérieur comportant un trou de coulée , l'espace défini par les deux noyaux supérieur et inférieur respectivement et par l'alésage intérieur de la coquille formant le moule récepteur du métal en fusion pour la coulée de la pièce Selon une variante de réalisation la coquille est associée à des moyens de refroidissement. Par exemple la coquille comporte dans sa masse un circuit intérieur de refroidissement parcouru par un liquide d'échange thermique permettant l'é- vacuation des calories lors de l'échauffement de la coquille suite à la coulée du métal en fusion. Selon une variante le dispositif de refroidissement est constitué par un ventilateur apte à diriger un flux d'air sur la coquille après évacuation de la pièce moulée et des noyaux pour en assurer le refroidissement Selon une autre caractéristique la coquille comporte extérieurement des organes de préhension permettant sa manoeuvre, par exemple le levage de la coquille après la coulée du métal Selon encore une caractéristique la coquille est réalisée en alliage à fort coefficient de conduction de la chaleur tel que le cuivre ou un alliage riche en cuivre D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront encore de la description qui suit et qui est donnée en rapport avec une forme de réalisation préférentielle de l'invention présentée à titre d'exemple non limitatif et en se référant aux dessins annexés La figure I représente une vue en coupe d'un moule selon l'art antérieur connu. La figure 2 représente une vue en coupe selon le procédé et le dispositif conformes à l'invention La figure 1 représente un moule traditionnel comportant la partie inférieure 1 et la partie supérieure 2 en sable de moulage A l'intérieur du moule ainsi constitué est placée de façon connue en soi la couronne 3 qui délimite l'espace périphérique 4 formant le moule en creux destiné à recevoir la coulée de métal ; cette çouronne est réalisée habituellement en fonte et elle vient s'insérer dans l'espace périphérique laissé par les deux parties du moule 1 et 2 ; toutefois la mise en place de cette couronne 3 pose des problèmes notamment en raison de sa dilatation lorsque la couronne a été utilisée dans une opération de coulée précédente ; suivant la température à laquelle la couronne se trouve , elle peut prendre place avec jeu dans son logement ou au contraire elle peut présenter un diamètre débordant par rapport à la dimension de son logement L'invention remédie à ces divers inconvénients et elle repose sur l'utilisation d'une coquille circulaire et cylindrique représentée. à la figure Z ; cette coquille cylindrique 5 repose sur le plan support 6 et elle ne vient donc pas prendre place à l'intérieur d'un moule comme dans la formule précédemment décrite correspondant à l'art antérieur connu La coquille cylindrique 5 définit par son alésage intérieur la périphérie de la jante coulée ; à l'intérieur de la coquille 5 on met en place le noyau inférieur 7 et le noyau supérieur 8, exécutés généralement en sable associé à un produit de liaison (résine ou autre liant approprié). L'ensemble du moule est ainsi constitué par la coquille elle-mEme 5 associée aux deux noyaux dont les formes sont simplifiées et réduites par rapport au dispositif antérieurement connu La coquille 5 est constituée par un cylindre massif de préférence réalisé en cuivre ou un alliage à haute teneur en cuivre L'espace défini par l'alésage intérieur de la coquille 5, le noyau inférieur 7 et le noyau supérieur 8 constitue le moule proprement dit destiné à recevoir le métal de coulée ; le noyau supérieur 8 comporte de façon connue le trou de coulée 9 qui permettra la mise en place du métal avec formation de la pièce, c'est-à-dire de la jante 10 reliée au trou de coulée par une masselotte circulaire 11 , réalisée en fonction de la nécessité d'alimenter correctement la pièce tout en évitant les retassures La mise en oeuvre du procédé selon l'invention sera décrite ci-après La coquille 5 en forme de couronne cylindrique est potéyée sur son alésage intérieur de façon à faciliter la séparation de la pièce de coulée ; la coquille mise en place sur le plan support 6 formé d'une plaque métallique ; les noyaux 7 et 8 sont mis en place ; le noyau supérieur 8 formant la partie supérieure de la roue repose , dans l'exemple considéré sur le bord supérieur 12 de la coquille sur laquelle il déborde ; en variante on pourrait faire reposer le noyau 8 sur le noyau inférieur 7 par la zone centrale en ménageant des canaux de coulée pour atteindre la pièce 10. Le noyau supérieur 8 est solidarisé sur ltensemble par une pression obtenue par crampage ou par un poids de charge ; on coule dans l'orifice central de coulée 9 le bronze liquide qui passe dans le voile masselotte 11 , dont ltépais- seur a été calculée pour lui permettre de jouer son roule de masselotte ; le bronze liquide va remplir l'espace formant la roue 10 et vient au contact de la couronne en cuivre 5 dont l'alésage intérieur a été convenablement potéyé. Le métal se solidifie rapidement, au contact de la coquille , la solidification étant nettement dirigée de l'extérieur de la roue vers le voile masselotte Il puis la descente de coulée 9 On peut démouler alors que la pièce est encore rouge . I1 suffit pour cela de lever la couronne-coquille 5 2 laquelle est munie extérieurement de poignées de levage 13 . Par suite de son échauffement , cette couronne de cuivre est dilatée et l'ensemble noyaux-pièce tombe sans difficulté On peut mécaniser l'opération en maintenant en place la coquille et en faisant descendre la table 6 , sur laquelle reste la pièce (P) avec ses noyaux, que l'on évacue alors latéralement La pièce étant enlevée, il suffit alors de recommencer l'opération après refroidissement et potéyage de la coquille . Si l'opération doit etre réalisée à une certaine cadence on prévoira un refroidissement de la coquille soit par circuit incorporé dans sa masse (tube d'eau circulante) soit par soufflante que l'on descend dans son intérieur avant d'y remettre un jeu de noyaux La qualité métallurgique de la jante et des roues ainsi coulées est excellente et les moyens mis en oeuvré sont simples et peu coûteux . L'enlèvement du voile masselotte est très facile . Il se fait sur le tour, d'une façon propre et rapide. La mise au mille est faible et contribue à rentabiliser l'opération Divers variantes et modes de réalisation peuvent entre mis en oeuvre sans s'écarter du cadre de la présente invention On pourra notamment prévoir qu'un ou deux noyaux respectivement supérieur et inférieur sont réutilisables , c'est-à-dire qu'au lieu de les préparer à partir d'un sable aggloméré par un liant , selon les principes connus, les noyaux seront prévus en graphite ou en métal approprié ; le noyau inférieur 7 pourrait par exemple être solidaire de la plaque support 6 ; pareillement la coquille 5 pourrait également être montée solidaire sur ladite plaque support 6 ce qui permettrait de raccorder le système de circulation intérieure de fluide de refroidissement à un ensemble assurant la circulation et le refroidissement du fluide circulant à l'intérieur de la coquille pour absorber les calories reçues de la zone périphérique de la pièce moulée; cette dernière serait dans ce cas dégagée par basculement de la table ou plan support 6 On réalise ainsi selon l'invention un système simple facilement mis en oeuvre et qui permet d'obtenir des pièces d'une haute qualité grâce au phénomène de trempe des zones périphériques 10 de la pièce coulée venant au contact de la coquille massive 5 à laquelle elle peut céder rapidement une grande partie de ses calories ; le refroidissement de la pièce se fait donc dans ces conditions assez rapidement dans les zones périphériques et le refroidissement s'effectue de la périphérie vers le centre ; on obtient ainsi au niveau de la zone périphérique ,destinée à constituer la partie travaillante de la roue un métal à grain fin et permettant des performances mécaniques améliorées qui peuvent être encore améliorées par un traitement thermique La description qui précède n'ayant été donnée qu'à titre d'exemple d'une forme de réalisation de l'invention n'a aucun caractère limitatif et l'on pourra sans franchir les limites de l'invention réaliser à partir des éléments décrits plusieurs variantes ou formes de réalisation de l'invention REVENDICATIONS 1 - Procédé pour la coulée de pièces circulaires telles que roues d'engrenage ou jantes de roues dentées notamment montées sur des engrenages à vis tangente, caractérisé en ce que l'on dispose sur un plan support une coquille formant un fut cylindrique en métal fortement conducteur de la chaleur, on place à l'intérieur de ladite coquille un noyau inférieur reposant sur le plan support et rejoignant le bord intérieur de la coquille, on place par dessus un noyau supérieur reposant sur les bords supérieurs de la coquille ou sur le noyau inférieur et comportant un trou de coulée, ltespace intérieur défini par les deux noyaux respectivement inférieur et supérieur et par la coquille périphérique formant le moule dans lequel le métal en fusion est versé 2 - Procédé selon la revendication 1 2 caractérisé en ce qu'après la coulée du métal la coquille est soulevée par des moyens de préhension qui sont prévus sur sa partie extérieure et l'ensemble pièce coulée et le noyaux reposant sur le plan support sont évacués 3 - Procédé selon la revendication 1 , caractérisé en ce que la coquille est maintenue en place et le plan support comporte un plateau situé sous l'alésage intérieur de la coquille le plateau étant monté mobile et coulissant verticalement permettant un mouvement de descente par rapport à la coquille en vue de l'évacuation de la pièce moulée 4 - Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications 1 à 3 ci-dessus et conformant un moule pour la coulée de pièces circulaires telles que roues dentées et roues d'engrenage à vis tangente caractérisé en ce qu'il est constitué d'une coquille formant un fut cylindrique réalisé en métal hautement conducteur de chaleur et associé à des moyens permettant une dissipation rapide des calories , l'alésage intérieur de cette coquille définissant le pourtour circulaire de la pièce moulée, la coquille étant apte à être placée sur un pIan support et étant associée à un noyau circulaire inférieur disposé à l'intérieur de la coquille , en reposant sur le plan support , le bord extérieur de ce noyau rejoignant l'alésage intérieur de la coquille , la coquille étant associée à un noyau supérieur reposant sur les bords de ladite coquille ou sur le noyau inférieur , le noyau supérieur comportant un trou de coulée, l'espace défini par les deux noyaux supérieur et inférieur respectivement et par l'alésage intérieur de la coquille formant le moule récepteur du métal en fusion pour la coulée de la pièce 5 -Dispositif selon la revendication 4 2 caractérisé en ce que la couronne cylindrique formant ladite coquille est prévue sur une épaisseur massive permettant d'assurer une dissipation dans sa masse 2 des calories reçues de la zone périphérique de la pièce moulée venant au contact de ladite coquille en assurant ainsi une trempe de ladite zone 6 - Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que la coquille est associée à des moyens de refroidissement , tel qu'un dispositif de circulation de fluide d'échange thermique 7 - Dispositif selon la revendication 6 2 caractérisé en ce que la coquille comporte dans sa masse un circuit intérieur de refroidissement parcouru par un liquide d'échange thermique permettant l'évacuation des calories lors de l'échauffement de la coquille suite à la coulée du métal en fusion 8 - Dispositif selon la revendication 6 2 caractérisé en ce que le dispositif de refroidissement est constitué par un ventilateur apte à diriger un flux d'air sur la coquille après évacuation de la pièce moulée et des noyaux pour en assurer le refroidissement 9 - Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que la coquille comporte extérieurement des organes de préhension permettant sa manoeuvre, par exemple le levage de la coquille après la coulée du métal 10 - Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que la coquille est réalisée en cuivre ou un alliage riche en cuivre