Brevet FR2340158A1 — publié le 19770902

La présente invention concerne un procédé pour mouler en coquille des alliages légers. Plus précisément, l'invention a pour objet un procédé de moulage en coquille à basse pression du type utilisant une coquille ayant une cavité interne dont la section transversale varie en fonction de la hauteur et dont la forme correspond à celle d'une pièce qui doit etre moulée, un conduit de coulée communiquant avec le fond de la cavité par l'intermédiaire d'amorces de coulée, un évent communiquant avec le sommet de la cavité et une chambre de chargement pour alliage fondu qui doit être coulé, dont le fond communique avec le conduit de coulée, le procédé de coulée comportant les étapes successives qui consistent à remplir la chambre de chargement avec la quantité d'alliage fondu nécessaire pour la formation de la pièce etdes masselottes correspondantes, à fermer la chambre de manière étanche, à mettre sous pression l'alliage fondu contenu dans la chambre avec un gaz maintenu à basse pression constante et à établir la communication entre la chambre et le conduit de cou idée, Dans les procédés connus de ce type, lorsque la chambre de chargement est mise en communication avec le conduit de coulée, l'alliage fondu, sous l'influence de la pression appliquée au réservoir, est refoulé dans le conduit de coulée et, par les amorces de coulée, dans la cavité de moule, remplissant cette dernière tandis que l'air et les vapeurs présents dans la cavité sont évacués à l'atmosphère par l'évent ou conduit de mise à l'atmosphère0 Etant donné que la pression du gaz de mise sous pression (normalement de l'air ou de l'asote) est constante, l'écoulement de l'alliage fondu dans la cavité de la coquille ou cavité de moule s'éffectue à un débit volumique approximati- vement constant. La vitesse effective à laquelle le niveau de l'alliage fondu s'élève dans la cavité, varie, cependant, ennaison inverse de la surface de la section transversale de la cavité aux di.f- férents niveaux horizontaux0 Ainsi, dans les parties de la cavité qui ont une petite section transversale, le niveau de l'alliage s'élève plus rapidement tandis que dans les parties de la cavité qui ont une grande section transversale le niveau s'élève plus lentement. On sait qu'il existe une vitesse optimal dintroduc- tion de l'alliage fondu dans une cavité de moule, ou vitesse de montée du niveau d'alliage dans la cavité, au-dessus de laquelle une turbulence se produit qui entrasse la porosité de la pièce moulée résultante et au-dessous de laquelle des soufflures peuvent être formées dans la pièce moulée finie. Si la coulée est effectuée sous une pression constante, il n'est possible au mieux que de s'approcher de la vitesse optimale d'introduction de l'alliage fondu ou vitesse de montée de l'alliage fondu dans la cavité de moule en utilisant une valeur de pression qui constitue un compromis. Par conséquent, on court toujours le risque que le risque d'un objet ayant une section transversale non uniforme produise une pièce poreuse ou comportant des soufflures. La présente invention a notamment pour but de réaliser un procédé et un appareil pour mouler à basse pression des alliages légers qui permet de produire de façon sûre des pièces moulées saines, c'est-à-dire des pièces moulées de structure compacte et homogène sans défaut tels que des pores ou des soufflures. Conformément à la présente invention, il est réalisé un procédé de moulage en coquille à basse pression du type cidessus mentionné caractérisé en ce que, dans le but d'éviter la formation de pores dans la pièce moulée, la cavité de moule est mise en communication, par l'intermédiaire de l'évent, avec une source supplémentaire de gaz à une contrepression égale ou légèrement supérieure à la pression constante appliquée à la chambre de chargement, en ce qu'ensuite la chambre est mise en communication avec le conduit de coulée puis la contrepression est réduite à une valeur inférieure à celle de la pression constante et en ce qu'enfin, la contrepression est modulée conformément à un programme préétabli de façon à obtenir au cours de la coulée une vitesse d'écoulement approximativement constante de l'alliage fondu dans les différentes parties de la cavité de moule aux différents niveaux de l'alliage fondu dans la cavité. Afin de mettre en oeuvre le procédé selon l'invention, le programme doit être sous forme d'une fonction qui varie avec le temps suivant une loi inverse de celle de la variation de la surface de la section transversale du moule en fonction de la hauteur. Cette fonction peut alors être corrigée sur la base d'essais de moulage préliminaires; L'invention a également pour objet un appareil pour la mise en oeuvre du procédé qui comprend :: - une coquille ayant une cavité interne dont la section transversale varie en fonction de la hauteur et dont la forme correspond à celle de la pièce qui doit être moulée - un conduit de coulée communiquant, par l'intermédiaire d'amorces de coulée, avec le fond de la cavité ; - un évent communiquant avec le sommet de la cavité ; - une chambre de chargement destinée à recevoir llal- liage fondu qui doit être coulé, la chambre comportant des moyens de fermeture étanche à la pression, un orifice d'entrée supérieur pour admettre un gaz de mise sous pression et un orifice de sortie inférieur pour l'alliage fondu ; - une vanne pour mettre l'orifice de sortie de la chambre en communication avec le conduit de coulée ; et - un robinet pour raccorder l'orifice d'entrée de la chambre à une source de fluide sous pression à pression constante cet appareil étant caractérisé en ce qu'il comprend, dans le but d'éviter la formation de pores dans la pièce moulée ; - une source supplémentaire de gaz à une contrepressinon égale ou supérieure à la pression constante appliquée à la chambre de chargement, cette source supplémentaire étant raccordée à l'évent ; des moyens régulateurs pour régler la contrepression; et des moyens de programmation raccordés aux moyens régulateurs pour commander la contrepression en fonction d'un programme de façon ainsi à réduire initialement la contrqBrz & sion à une valeur inférieure à celle de la pression constante afin de commencer la coulée et de façon ensuite à moduler la contre pression au cours de la coulée de façon à obtenir une vitesse d'écoulement approximativement constante de l'alliage fondu dans les différentes parties de la cavité de moule pendant l'alliage remplit cette dernière, indépendamment de la variation en fonction de la hauteur de la section transversale de la cavité. L'invention sera maintenant plus comPlètement décrite, à titre d'exemple non limitatif, en se référant aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue schématique en coupe dans un plan vertical d'une machine à mouler en coquille faisant partie d'un appareil selon l'invention pour le moulage à basse pression de pièces en alliage léger - la figure 2 est une représentation schématique d'un mode de réalisation particulier de l'ensemble de l'appareil selon l'invention ; et - la figure 3 est une vue schématique avec coupe partielle d'un robinet régulateur faisant partie de l'appareil selon l'invention. Sur les dessins auxquels on se réfèrera, la figure 1 représente une machine à mouler en coquille qui est appropriée pour la mise en oeuvre de l'invention et qui peut être inorpo- rée à l'appareil selon l'invention. Une telle machine a été décrite dans la demande de brevet français déposée le même jour au nom de la demanderesse sous le titre "Machine à mouler en coquille à basse pression" et à laquelle on peut se référer pour de plus amples détails. La machine à mouler en coquille représentée sur la figure 1 est essentiellement constituée par un corps formé par un certain nombre de pièces séparables formant une coquille qui a une cavité interne 2 dont la surface de la section transversale varie en fonction de la hauteur et dont la forme correspond à celle de la pièce qui doit être moulée, qui, dans l'exemple représenté, est une culasse de moteur à combustion interne.La forme de la pièce est, en outre, définie par des noyaux internes dont l'un est désigné par la référence 3. Le fond de la cavité 2 communique, par l'intermédiaire d'amorces de coulée 4, avec un conduit de coulée So Les éléments du corps 1 forment également une chambre de chargement 6 pour recevoir une charge d'alliage fondu suffisante pour former la pièce qui doit être moulée avec la masselotte et le jet de coulée correspondants. Un passage 7 commu- nique avec le fond de la chambre 6.Le passage 7 est raccordé au conduit de coulée 5 par une vanne 8 constituée par un obturateur ou un bouchon transversalement mobile La chambre 6 est fermée de manière étanche à son sommet par un couvercle 9 qui est amovible de façon à permettre le remplissage de la chambre avec un alliage léger fondu. Le couvercle 9 comporte un conduit interne 10 qui communique, par l'intermédiaire de passages 11, avec la partie supérieure de la chambre 6. Au moyen d'un raccord de tuyauterie 12, le conduit 10 est relié à un tuyau 13 qui, comme il apparaitra à la lecture de la description ci-après, sert à introduire un gaz à faible pression dans la partie supérieure de la chambre 6 au-dessus du niveau d'alliage fondu qu'elle contient. La partie supérieure de la cavité de moule 2 commun i- que avec un évent 14, au moyen de passages parallèles 15 s'étendant vers le bas, chacun de ces passages étant entouré par un manchon 16 en acier à son extrémité inférieure. Chaque manchon 16 comporte un certain nombre de petites fentes ou incisions de façon à permettre le passage des gaz et de la vapeur mais non celui de l'alliage fondu lorsque ce dernier a rempli la totalité de la cavité . Conformément à la présente invention, l'évent 14 est raccordé par l'intermédiaire d'un raccord de tuyauterie 17 à un tuyau d'alimentation 18, dont le rôle apparaitra ultérieurement. On -se réfèrera maintenant à la figure 2, qui représente un appareil selon la présente invention qui comprend la machine à mouler en coquille 1 telle que décrite en se référant à la figure 1 ainsi que les tuyaux 13 et 18 qui y sont raccordés. Le tuyau 13 est raccordé à une source 19 de gaz sous pression (normalement, une canalisation d'air comprimé) psr l'intermédiaire d'un robinet principal 20 du type à trois voies à commande manuelle, d'un graiaseur 21, d'un régulateur de pression 22 et d'un robinet de commande 23 à trois voies du type à commande pneumatique te régulateur de pression 22 est réglé de façon à fournir le gaz au tuyau 13 à une pression légèrement supérieure à la pression atmosphérique, par exemple à une pression supérieure de 0,1 à 0,6 bar à la pression atmos sphérique. Le tuyau 18 est raccordé à une source 24 de gaz sous pression qui est, de préférence, de l'azote, par l'intermédiaire d'un robinet principal 25 à trois voies du type à commande manuelle, d'un graisseur 26, d'un régulateur de pression 27 et d'un robinet de commande 28 à trois voies du type à commande pneumatique. Le régulateur 27 est réglé de façon à fournir le gaz au tuyau 18 à une pression légèrement supérieure à la pression de réglage du gaz contenu dans le tuyau 13, déterminée par le régulateur 22. En aval du robinet de commande 28, un tuyau 29 est piqué sur le tuyau 18, le tuyau 29 étant raccordé à l'entrée d'un robinet à deux voies 30. La sortie du robinet 30 est raccordée à un tuyau de décharge 31 qui communique avec l'atmosphère ou avec un réservoir de récupération de 1'azote. La figure 3 représentée un mode de réalisation particulier du robinet à deux voies 30. Ce robinet comporte un corps 32 dans lequel est formée une cavité cylindrique 32a. Le corps 32 du robinet comporte un orifice d'entrée 33, auquel le tuyau 29 est raccordé, qui communique avec une extrémité de la cavité 32a et un orifice de sortie 34, auquel le tuyau de décharge 31 est raccordé, qui communique avec la cavité 32a latéralement à travers la paroi latérale du corps 32. Un obturateur 35 est monté coulissant dans la cavité 32a du corps 32. L'obturateur 35 comprend une partie cylindrique d'obturation 36 et une partie tronconique de régulation 37. La rotation de l'obturateur 35 dans la cavité 32 est empochée par la coopération d'une extrémité d'un ergot 38 (représenté en traits interrompus) fixé dans une paroi latérale du corps 32 et d'une rainure longitudinale 39 formée dans un côté de l'obturateur 35. L'obturateur 35 comporte un alésage fileté 40 s'étendant axialement dans lequel est vissée une tige extérieurement filetée 41 qui fait saillie hors de l'extrémité du corps 32 opposée à l'orifice d'entrée 33 et est raccordée par un accouple mut 42 à l'arbre d'un moteur électrique réversible 43 (également représenté schématiquement sur la figure 2). Lorsque le moteur 43 fait tourner l'arbre 41 dans un sens tel qu'il déplace l'obturateur 35 dans le sens d'ouverture du robinet (vers la droite sur la figure 3), des que 1; partie de régulation tronconique 37 de l'obturateur 35 atteint ça position de l'orifice de sortie 34, un trajet d'écoulement est progressivement ouvert entre les orifices d'entrée wt de stie 33 et 34.Lorsque par contre, l'arbre 41 eft déplacé en rotation dans l'autre sens par le moteur 43, le d9placeoent de l'obturateur 35 dans la direction de fermeture (vers la gauche sur la figure 3) provoque l'étranglement progressif de l'écoulement entre les deux orifices 33 et 34 åusqulà ce qu'une fermeture complète soit obtenue lorsque la partie d'obturateur cylindrique 36 obture complètement l'orifice 34. Comme on le comprendra aisément, le robinet 30 permet de régler la pression appliquée dans la cavité de moule 2 par lintermédiaire du tuyau 18, de l'évent 14 et des passages 15 entre une pression égale à celle déterminée par le réglage du régulateur de pression 27 correspondant à la fermeture ctplè- te du robinet 30 et la pression atmosphérique corr pondant à l'état complètement ouvert du robinet 30. L'alimentation en courant électrique du moteur électrique réversible 43 est commandée par des moyens de programma tion qui, de préférence, comprennent une unité de commande électronique 44 représentée schématiquement sur la figure 2, Pour effectuer un moulage dans la cavité de moule 2, la vanne 8 est tout d'abord fermée. On ouvre la chambre 6 en enlevant son couvercle 9 et on la remplit avec la quantité d'alliage fondu nécessaire. On remplace le couvercle 9 et on le ferme de manière étanche.En admettant que le robinet principal 20 est ouvert, on ouvre le robinet de commande 23 mettant ainsi sous pression l'alliage fondu contenu dans la chambre 6 au moyen d'un gaz maintenu à une basse pression établie par le régulateur 22, pression qui est de préférence, comprise entre 0,1 et 0,6 bar au-dessus de la pression atmosphérique. Comme précédemment indiqué, le gaz fourni à la chambre 6 est normalement de l'air étant donné que l'oxydation de la surface de l'alliage fondu dans la chambre 6 est sans conséquence. La vanne 8 restant fermée, on ouvre le robinet de commande 28 de sorte que du gaz est fourni par la source 24 à la cavité de moule 2 étant entendu qu'on a admis que le robinet principal 25 est également ouvert. Etant donné que le gaz de la source 24 vient en contact avec l'alliage fondu qui formera la pièce moulée en coquille finale, ce gaz doit être, comme précédemment mentionné, un gaz inerte, tel que de l'azote, pour empêcher l'oxydation de l'alliage. Lorsque le gaz provenant de la source 24 est initialement admis dans la cavité de moule 2, le robinet à deux voies 30 est complètement fermé de telle sorte que la pression régnant dans la cavité 2 est déterminée initialement par le réglage du régulateur 27 et est légèrement supérieure à la pression de gaz appliquée à la chambre 6. L'étape suivante du procédé de moulage consiste à ouvrir la vanne 8 ce qui établit ainsi la communication entre le passage 7 et le conduit de coulée 5. La pression ou contrepression régnant dans la cavité de moule 2 à cette étape est réglée par le régulateur 27 de façon à être légèrement supérieure à la pression du gaz contenu dans la chambre 6 combinée à la pression due à la hauteur de l'alliage fondu contenu dans la chambre 6 de sorte que l'alliage ne peut pas s'écouler dans la cavité de moule 2 par le conduit de coulée 5 et les amorces de coulée 4, même après ouverture de la vanne 8. Un programme de moulage mis en mémoire dans une mémoire re de l'unité de commande 44, par exemple enregistré sur une bande magnétique est alors exécuté à ce point, et ouvre l'alimentation en courant électrique du moteur électrique 43 de serte que ce dernier tourne dans un sens qui provoque l'ouverture du robinet 30 à un faible débit de façon tout d'abord à abaisser la contrepression dans la cavité 2 à une valeur qui permet à l'alliage de s'écouler dans la cavité de moule 2, mettant en route le procédé de moulage.Ensuite, à mesure que le niveau du métal fondu admis dans la cavité 2 s'élève dans celle-ci, le programme provoque la production par l'unité de commande 44 d'un signal électrique variable qui module l'alimentation en courant électrique du moteur 43 et prov-oque de ce fait des déplacements de l'obturateur dans les directions d'ouverture et de fermeture, conformément à une séquence pro gammée. Cette séquence est telle que malgré la variation en fonction de la hauteur de la section transversale de la cavité de moule 2 qui a pour effet que la surface de ltalliage-fondu contenu dans la cavité varie à mesure que le niveau du liquide s'élève dans la cavité, la vitesse à laquelle le niveau de l'alliage fondu s'élève reste approximativement constante et est optimale, c'est-à-dire qu'elle a une valeur pour laquelle il ne se produit ni turbulence ni stagnation, qui pourraient provoquer respectivement la formation de pores et de soufflures dans la pièce moulée finale. Après achèvement de l'ooération de moulage, lorsque la cavité de moule a été complètement remplie d'alliage, la contrepression dans la cavité 2 est supprimée tandis que la pression dans la chambre de chargement 6 est maintenue pendant toute la période de solidification de l'alliage, maintenant ainsi une alimentation en alliage sous pression pendant toute l'étape de contraction. De cette manière, on obtient les mêmes conditions que dans le moulage avec alimentation par gravité. REVENDICATIGNS 1) Procédé de moulage en coquille à basse pression du type utilisant une coquine ayant une cavité interne dont la section transversale varie en fonction de la hauteur et dont la forme correspond à celle d'une pièce qui doit être moulée, un conduit de coulée communiquant avec le fond de la cavité par l'intermédiaire d'amorces de coulée, un évent communiquant avec le sommet de la cavité et une chambre de chargement pour l'alliage fondu qui doit être coulé, dont le fond communique avec le conduit de coulée, le procédé de coulée comportant les étapes successives qui consistent à remplir la chambre de chargement avec la quantité d'alliage fondu nécessaire pour la formation de la pièce et des masselottes correspondantes, à fermer la chambre de matière étanche, à mettre sous pression l'alliage fondu contenu dans la chambre avec un gaz maintenu à une basse pression constante et à établir la communication entre la chambre et le conduit de coulée caractérisé en ce que, dans le but d'éviter la formation de pores dans la pièce moulée, la cavité de moule est mise en communicatiop, par l'intermédiaire de l'évent, avec une source supplémentaire de gaz à une contrepression égale ou légèrement supérieure à la pression constante appliquée à la chambre de chargement, en ce qutensuite la chambre est mise en communication avec le conduit de coulée, puis ladite contrepression est réduite à une valeur inférieure à celle de la pression constante et en ce qu'enfin, la contrepression est modulée conformément à un programme préétabli de façon à obtenir au cours de la coulée, une vitesse d'écoulement approximativement constante de l'alliage fondu dans les différentes parties de la cavité de moule aux différents niveaux de l'alliage fondu dans la cavité;. 2) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, dans le but de réaliser une commande précise de la contrepression, la modulation de la contrepression est effectuée au moyen d'une évacuation ou décharge commandée du gaz à partir d'une conduite d'alimentation reliant la source supplémentaire à l'évent~. 3) Appareil pour mouler en coquille à basse pression des pièces en alliage léger di type comprenant : - une coquille ayant une cavité interne dont la section transversale varie en fonction de la hauteur et dont la forme correspond à celle de la pièce qui doit entre moulée ;; - un conduit de coulée communiquant par l'intermédiaire d'amorces de coulée avec le fond de la cavité - un évent communiquant avec le sommet de la cavité 3 - une chambre de chargement destinée à recevoir l'alliage fondu qui doit être coulé, la chambre comportant des moyens de fermeture étanches à la pression, un orifice entrée supérieur pour admettre un gaz de mise sous pression et un orifice de sortie inférieur pour l'alliage fondu ; - des moyens formant vanne pour mettrs l'orifice de sortie de la chambre en communication avec le ccnduit de coulé ; et - des moyens formant robinet pour raccorder l'orifi- ce d'entrée de la chambre à une source de fluide sous pression à pression constante ; cet appareil étant caractérisé en ce qu'il comprend, dans le but d'éviter la formation de pores dans la pièce moulée * - une source supplémentaire de gaz à une contrepression égale ou supérieure à la pression constante appliquée a' la chambre de chargement, ladite source supplémentaire étant raccordée à l'évent (14) - des moyens régulateurs de pression pour régler la contrepreesion ; et - des moyens de programmation raccordés audits moyens régulateurs pour commander la contrepression en fonction d'un programme de façon ainsi à reduire initialement la contrepression à une valeur inférieure à celle de la pression constante afin de commencer la coulée et de façon ensuite à moduler la contrepression au cours de la coulée de façon à obtenir une vitesse d'écoulement approximativement constante de l'alliage fondu dans les différentes parties de la cavité de moule pendant que l'alliage remplit cette dernière, indépendamment de la variation en fonction de la hauteur de la section transversale de la cavité (2). 4) Appareil selon la revendication 3, caractérisé en ce que, dans le but d'assurer une commande précise de la contrepression, les moyens régulateurs de pression comprennent un robinet à deux voies ayant un orifice d'entrée raccordé à une conduite d'alimentation qui raccorde la source supplémentaire à l'évent et un orifice de sortie qui débouche à l'at- mosphère, le robinet étant réalisé de façon à régler de manière progressive l'importance de l'obturation de l'orifice de sortie, et des moyens dtentrainement réversibles commandés par des moyens de programmation pour actionner le robinet. 5) Appareil selon la revendication 4, caractérisé en ce que, dans le but de faciliter la commande du robinet, le robinet comporte un obturateur coulissant susceptible d'être sélectivement déplacé dans une direction d'ouverture ou de fermeture par les moyens d'entraRnemrnt qui comprennent un moteur électrique réversible dont l'arbre est accouplé ê une tige filetée vissée dans un écrou femelle fixé à l'obturateur. 6) Appareil selon l'une des revendications 4 et 5, caractérisé en ce que pour faciliter la commande programmée, les moyens de programmation comprennent une unité de commande électronique commandée par un programme mis en mémoire et réalisée de façon à produire un signal électrique variable commandant les moyens d'entrainement réversibles.