Brevet FR2358225A1 — publié le 19780210

La présente invention concerne un dispositif pour le moulage dtun métal fondu projeté par centrifugation à partir d'un creuset, ce dernier étant disposé sur un plateau pouvant être entraSné en rotation par une centrifugeuse. Dans ce genre de dispositif, le métal est mis en fusion par une torche électrique, par exemple une torche à électrode de tungstène reliée à une source de courant continu et exécutant la fusion électrique du métal dans le creuset selon le procédé dénommé TIG " (Tungstène Inert Gas). La centrifugeuse, communément appelée "Fronde" entraine en rotation le creuset après fusion du métal, et permet de la sorte le moulage de métaux, nobles de préférence, en utilisant la force centrifuge comme moyen de protection du métal en fusion dans le moule. Une application particulièrement intéressante de ce type d'appareil est réalisée en prothèse dentaire, pour le moulage par fusion-centrifugation d'armatures en métaux ou alliages nobles. Le certificat d'utilité français 72 00113 décrit un appareil de ce genre, dans lequel on amène un gaz protecteur neutre dans le fond du creuset pour empêcher l'introduction d'air au travers des parois du creuset. On obtient ainsi une certaine protection du bain métallique contre l'action oxydante de l'air, ce qui permet la conservation, dans une certaine mesure, des caractéristiques physiques, chimiques, et de pureté du métal considéré. Cependant, lexpérience montre que, malgré ces précautions, la protection assurée au métal en fusion reste Boit inconstante, soit superficielle . Dans tous les cas, la fusion et la centrifugation sont réalisées à-l'air libre, ce qui entrains nécessairement une oxydation et une altération notables du métal. L'invention a pour but d'éviter ces inconvénients en assurant une protection pratiquement totale du métal, pendant sa fusion et son moulage, contre l'action oxydante de 1' air. Le dispositif objet de l'invention est caractérisé en ce que le creuset destiné à recevoir le métal et son plateau de support sont contenus dans une enceinte étanche reliée d'une part à une pompe à vide, et d'autre part à un réservoir de gaz neutre protec teur prévu pour remplir l'enceinte étanche pendant la fusion et la centrifugation du métal. De ce fait, l'atmosphère contrôlée de gaz neutre autour du creuset assure une excellente protection du métal contre ltoxyda- tion, non seulement dans ses zones de contact avec le creuset, mais aussi sur sa surface libre. Suivant une autre caractéristique, le dispositif comprend un système articulé qui traverse un couvercle amovible de l'enceinte étanche, et dont la partie intérieure à l'enceinte supporte la torche électrique de fusion du métal, laquelle est connectée électriquement à une source de courant continu, le système articulé précité permettant la manutention de la torche électrique à l'in- térieur de l'enceinte et étant pourvu de moyens pour assurer son étanchéité avec le couvercle de ladite enceinte. Ce système articulé permet ainsi de manipuler la torche électrique au-dessus du creuset de fusion, sane pour autant altérer la nécessaire étanchéité de l'enceinte. Selon un autre mode d'exécution préféré et pouvant avantageusement être combiné au précédent, l'arbre d'entrainement de la centrifugeuse traverse un bottier faisant saillie extérieurement au fond de l'enceinte étanche et coiffé intérieurement à l'enceinte par un obturateur avec interposition d'un joint d'étanchéité, et ce boitier contient un corps concentrique à l'arbre dtentrainement et à l'intérieur duquel sont disposés coaxialement à l'arbre précité; deux joints assurant l'étanchéïté entre ledit bottier et l'atmosphère extérieure à ltenceinte. Le montage etanche de la centrifugeuse sur le fond de lten- ceinte complète celui du système de manutention de la torche, afin de garantir le maintien de l'étanchéité voulue pour empocher toute introduction d'air dans leenceinte. D'autres particularités et avantages de l'invention apparaî- tront au cours de la description détaillée qui va suivre. Aux dessins annexés, donnés à titre d'exemple non limitatif, on a représenté deux modes de réalisation de l'invention. - La Figure 1 est une vue en coupe verticale axiale d'une première forme de réalisation du dispositif de moulage de métal par centrifugation conforme à l'invention. - La Figure 2 est une vue en coupe axiale et élévation partielle à échelle agrandie du système articulé de manutention de la torche électrique visible à la Figure 1. - La Figure 3 est une vue en coupe axiale et élévation partielle à échelle agrandie d'une seconde forme d'exécution de la centrifugeuse ou "fronde" représentée à la Figure 1. Le dispositif représenté aux Figures 1 et 2 est destiné au moulage d'un métal fondu, de préférence un métal noble, projeté par centrifugation à partir d'un creuset 1 disposé sur un plateau de support 2. Ce dernier est entrainé en rotation autour de son axe vertical X-I, la fusion du métal dans le creuset 1 étant exécutée selon le procédé connu " TIG " précité au moyen d'une torche électrique 4 à électrode de tungstène placée au-dessus du creuset 1. Celui-ci est porté par un bras "de fronde" 3 dont le support 5 est fixe sur le plateau 2 - l'agencement est tel que le creuset 1 est placé dans une position excentrée par rapport à l'axe X-X. Une électrode de tungstène traverse la matière réfractaire du creuset au centre due 6a paroi inférieure. Conformément à l'invention, le creuset 1 et son plateau de support 2 sont contenus dans une enceinte métallique étanche 6 reliée, d'une part à une pompe à vide 7, et d'autre part à un réservoir 8 d'un gaz neutre protecteur, tel que l'argon par exemple. La pompe à vide 7 communique avec le fond 9 de l'enceinte 6 par une canalisation Il sur laquelle est placé un clapet antiretour 12, tandis que le réservoir de gaz protecteur 8 est relié au fond 9 par une canalisation 13. Une première électrovanne 14 est intercalée sur cette canalisation entre le fond 9 et le réservoir 8, tandis qu'une seconde électrovanne 15 est placée en amont du réservoir 8. Selon une particularité importante de l'invention le dispositif comprend un système articulé 16 qui traverse un couvercle 17 coiffant l'enceinte 6 de manière étanche et amovible, et dont la partie intérieure à l'enceinte supporte la torche électrique 4 de fusion du métal. Cette dernière est reliée au pôle "moinsn dlun générateur de courant continu 19, par une connexion électrique 18 qui traverse le couvercle 17 par une traversée 21 isolante et étanche. Le pôle "plus" du générateur 19 est relié par un fil de connexion 22 au fond 9. Une traversée de cloison 10 permet l'écoulement du gaz protecteur vers la buse de la torche 4. Le système articulé 16 est destiné à permettre la manutention de la torche électrique 4 à l'intérieur de l'enceinte 6, et il est muni de moyens pour assurer son étanchéité avec le couvercle 17. Dans l'exemple représenté, le système de manutention 16 comprend un axe mobile 29 portant la torche électrique-. Cet axe est monté coulissant dans un tube 31 immobilisé dans le sens axial, la disposition de ce tube étant telle que l'axe 29 puisse coulissëren direction du creuset de fusion 1. Le tube 31 porte un plateau 32 monté mobile dans'le sens transversal-à l'intérieur dtun bottier plat solidaire du couvercle 17. Ce boiter est constitué par deux pièces 25 et 26 en forme de cuvettes renversées. Lune telle porte un collet ou renvoi tubulaire 23 engagé dans une ouverture du couvercle 17 de l'enceinte, ce collet étant solidarisé avec ce couvercle par un cordon de soudure 24. Le collet 23, et les euvettes renversées 25, 26 présentent des évidements circulaires coaxiaux tels que l'ouverture 7, qui sont traversés par l'axe 29 supportant la torche électrique 4. Les diamètres intérieurs de ces évidements et du collet 23 sont suffisants pour permettre un certain débattement latéral de cet axe 29. De chaque c8té du plateau annulaire 32 du tube 31 sont disposés des moyens de roulement constitués par des chemins de bille 33 disposés dans des lamages concentriques des pièces 25 et 26. De ce fait, le tube 31 peut effectuer des déplacements transversaux symbolisés par les flèches, sur les chemins de bille 33 en entraînant l'axe 29 supportant la torche 4, pour déplacer celle-ci dans le sens transversal. Cependant il convient de noter que l'axe 29 peut également tourner sur lui-m8me à l'intérieur du tube 31. En combinaison avec la possibilité de coulissement vertical et la possibilité de déplacement transversal, ceci permet donc une très grande latitude de déplacement de la torche 4. Sa partie terminale 29a opposée au plateau annulaire 32, l'ase 29 porte un bouton de manoeuvre 34 solidarisé de manière étanche avec le collet 23 par l'intermédiaire d'un manchon deformable derecouvrement 35. Ce dernier est réalisé en une matière- souple telle que du caoutchouc formant "accordéon" et est fixé, d'une part à un an neau demi-rond 36 soudé à l'extrémité du renvoi 23 extérieure à l'enceinte 6, et d'autre part à-un bourrelet demi-rond 37 du chapeau 34, identique à l'anneau 36, en conservant la liberté de déplacement de l'axe 29 en rotation et en translation. Un organe élastique de rappel, constitué dans cet exemple par un ressort hélicordal 20, est intercalé entre la partie ter minale 29a de l'axe 29 et le chapeau 34, en appui sur l'extrémité adjacente de la pièce tubulaire 3. L'axe 29 étant solidarisé avec le chapeau 34 par vissage d'un doigt d'extrémité filetée 38 dans le chapeau 34, le ressort de rappel 20 sollicite l'axe 29 dans une direction F opposée au couvercle 17 de l'enceinte étanche 6. L'axe 29 se termine à sa partie inférieure par un épaulement 39 et un doigt cylindrique 41 de moindre diamètre, une bague iso lante cylindrique fendue 42 assurant l'isolation entre laxe 29 et le bras latéral 43 de support de la torche 4. Une vis de pres sion 44 engagée radialement dans le bras 43 maintient la liaison entre ce dernier et l'axe 29. Suivant une particularité importante l'invention prévoit que la centrifugeuse ou "fronde" 3 est munie d'un arbre 45 d'entrai- nement en rotation du plateau 2 qui traverse de façon étanche le fond 9 de l'enceinte 6. L'arbre 45 traverse un bottier 46 cylindrique et réalisé d'une seule pièce avec le fond 9 de l'enceinte 6, par rapport auquel il fait saillie extérieurement. Le bottier 46 contient un corps 47 cylindrique et concentrique à l'arbre 45, et qui présente deux logements annulaires à l'intérieur desquels sont disposés coaxialement à l'arbre 45, deux joints 48. Ces derniers, sont réalisés en une matière élastique et assurent l'étanchéité entre le boitier 46 de l'enceinte 6, et l'atmosphère extérieure, tout en maintenant la liberté de rotation de l'arbre;45. Deux paliers de roulement 49 sont placés coaxialement à l'arbre 45 de part et d'autre des joints 48, qui sont maintenus en place dans leurs logements par deux bagues intercalaires 51, dont l'une est placée entre le joint 48 et le roulement 49 extérieurs. Les deux extrémités du corps cylindrique 47 sont coiffées par des obturateurs 54 et 55 percés chacun d'un orifice central pour le passage de l'arbre 45, l'obturateur 55 étant placé entre un roulement 49 et le fond du boitier cylindrique 46. A sa partie inférieure, l'arbre 45 porte une poulie 56 pouvant entre entrainée en rotation par un moteur non représenté, le plateau rotatif 2 étant fixé à son extrémité supérieure. La partie du couvercle 17 de l'enceinte 6 qui porte le système articulé 16 est surélevée par rapport au pourtour 17a du couvercle 17, une fenêtre ou hublot 57 d'observation de l'intérieur de l'enceinte 6 étant agencée sur la partie intermédiaire inclinée du couvercle 17. Dans le système de manipulation 16 de la torche 4, la pièce tubulaire 31 et l'axe 29 peuvent être déplacés latéralement sur une surface égale à celle de l'alésage central du renvoi cylindrique 23, diminuée de la section de la pièce tubulaire 31. Cette surface disponible est suffisante pour permettre les évolutions nécessaires de la torche électrique " TIG " 4 à l'intérieur de l'enceinte étanche 6, au-dessus du creuset 1. Ces évolutions sont également autorisées par le fait que ltaxe 29 peut coulisser à l'intérieur de la piècetubulaire 31, en appuyant sur le chapeau 34. Ce déplacement longitudinal peut Btre exécuté sur une longueur égale à celle de l'alésage du chapeau 34 dans lequel est logée la partie terminale 29a de ltaxe 29, diminuée de la longueur du ressort 20 à sa compression maximum. Cette longueur de débattement longitudinal de l'axe 29 correspond à la course nécessaire au dégagement en hauteur de la torche -4 au moment de la mise en rotation de la "fronde" 2. Le fonctionnement du dispositif de moulage selon l'invention est le suivant Après avoir placé le moule sur le bras articulé porté par le plateau 2, ainsi que le métal à fondre dans le creuset 1, l'opérateur ferme le couvercle 17 de Itenceinte étanche 6. L'élec trovanne 14 étant fermée et l'électrovanne 15 étant ouverte, on fait le vide dans l'enceinte 6 en mettant en marche la pompe 7, tandis que le réservoir 8 se remplit de gaz protecteur. Ce dernier est à une pression telle que lorsque le vide maximum est obtenu dans l'enceinte 6, qu'on ferme l'électrovnnne 15 et que l'on ouvre l'électrovanne 14, l'enceinte 6 et le réservoir 8 sont ramenés à la pression atmosphérique.Le clapet anti-retour 12 empoche l'air aspiré par la pompe 7 de revenir dans l'enceinte étanche 6, tandis que l'électrovanne 15 isole le réservoir 8 de la source (non représentée) de gaz protecteur. Lors de la mise en service d'une nouvelle source de gaz protecteur, on procède également à la mise à vide du réservoir 8, et des tuyauteries afin de ne pas avoir d'apport d'air par le réservoir lors des opérations ultérieuree. L'opérateur grâce au dispositif articulé 16, peut alors en regardant par le hublot 57, manipuler la torche " TI " 4 et réaliser la fusion par arc électrique du métal dans le creuset. Lorsque le métal est entièrement en fusion, il relève la torche " TIG " 4 et commande la mise en rotation du plateau 2, ce qui par effet centrifuge projette le métal en fusion dans le moule. On laisse ensuite le moule refroidir dans l'enceinte 6. Ainsi toute ltopération de fusion, moulage, refroidissement de la pièce coulée se trouve réalisée sous atmosphère protectrice non oxydante. La variante de réalisation de la Figure 3 diffère de la précédente én ce qu'un joint torique 52 interposé entre le corps 47 et le bottier 46, sur la face terminale du corps 47 opposée à l'enceinte 6 assure en se comprimant ltétanchéité entre le corps 47 et le boitier 46. Une clavette 53 encastrée dans le corps 47 et le bottier 46 solidarise ces deux pièces tandis qu'à sa partie supérieure, le corps 47 est -maintenu dans son logement par une bague filetée 58, vissée sur le fond 9. Les joints 48 sont placés aux extrémités de l'arbre 45 intérieures au boitier 46, les roulements 49 étant disposés entre les joints 48 avec interposition d'une rondelle de maintien 60. Des circlips 61 maintiennent les joints 48 dans leurs logements. L'invention n'est pas limitée aux deux formes de réalisation décrites et peut comporter des variantes d'exécution. Ainsi d'une manière générale, tous autres moyens que ceux représentés et assurant une atmosphère protectrice neutre au creuset de fusion, par une enceinte étanche de géométrie quelconque, entrent dans le cadre de l'invention et ce, pour assurer une fusion de métal par le procédé " TIG " dans les meilleures conditions possibles. L'invention est extrèmement avantageuse dans tous les cas où on recherche pour la fusion de métaux nobles ou autres, par ce procédé et leur moulage par centrifugation, une protection par une atmosphère contrée assurant le maintien des caractéristiques physiques, chimiques et due pureté du métal considéré. En outre, on peut laisser refroidir ie métal moulé dans l'enceinte, ce qui évite toute absorption d'oxygène au métal. Cette faculté est particulièrement indiquée pour les alliages au titane, très oxydables à chaud. Une application particulièrement intéressante est réalisée en prothèse dentaire pour le moulage par fondeuse centrifugeuse d'armatures en métaux ou alliages nobles. REVENDICATIONS - 1. Dispositif pour le moulage dtun métal fondu projeté par cen trifugation à partir d'un creuset disposé sur un plateau pouvant être entrarné en rotation par une centrifugeuse, le métal étant mis en fusion par une torche électrique, earacté- risé en ce que le creuset destiné à recevoir le métal et son plateau de support sont contenus dans une enceinte étanche reliée d'une part à une pompe à vide, et d'autre part à un réservoir de gaz neutre protecteur prévu pour remplir l'en- ceinte étanche pendant la fusion et la centrifugation du métal, lrarbre d'entraSnement de la centrifugeuse traversant de façon étanche le fond de l'enceinte. - 2. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un système de manipulation traversant un couvercle amovible de l'enceinte étanche et dont la partie intérieure à enceinte supporte la torche électrique de fusion du mé tal, laquelle est connectée électriquement à une source de courant, ce système de manipulation permettant la manutention de la torche électrique à l'intérieur de 11 enceinte et étant pourvu de moyens pour assurer son étanchéité avec le couver cle de l'enceinte. - 3. Dispositif suivant la revendication 2, caractérisé en ce que le système de manipulation de la torche électrique comprend un axe portant cette torche, cet axe qui est monté coulissant en direction du creuset de fusion et mobile dans le sens transversal, pouvant également tourner sur lui-même à l'inté- rieur de son support. - 4. Dispositif suivant la revendication 3, caractérisé en ce que l'axe de support de la torche est monté coulissant dans une pièce tubulaire munie d'un plateau engagé à l'intérieur d'un boitier solidaire du couvercle de l'enceinte, des moyens de roulement tels que des billes étant interposés de chaque cté du plateau annulaire et le diamètre du boitier étant déterminé de façon à autoriser des déplacements transversaux de la pièce tubulaire et de l'axe. - 5. Dispositif suivant la revendication 4, caractérisé en ce que la partie terminale de l'axe opposée au plateau annulaire est fixée dans un chapeau formant organe de manoeuvre et relié de manière étanche à un collet du bottier contenant le plateau mobile et en ce qu'un organe élastique de rappel agit sur l'axe coulissant pour écarter la torche électrique par rapport au creuset de fusion. - 6. Dispositif suivant la revendication 5, caractérisé en ce que la liaison étanche entre le chapeau formant organe de manoeu vre et le collet du boîtier contenant le plateau mobile est assurée par un manchon en matière déformable telle que le caoutchouc, ce manchon permettant les déplacements de l'axe supportant la torche. - 7. Dispositif suivant la revendication 6, caractérisé en ce qu'une bague isolante est placée entre l'extrémité de l'axe intérieure à l'enceinte et un bras latéral auquel est fixée la torche électrique. - 8. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications précé dentes, caractérisé en ce qu'unie électrovanne est intercalée entre le réservoir de gaz neutre et l'enceinte étanche, une seconde électrovanne étant placée en amont du réservoir pour isoler ce dernier d'une source de gaz protecteur. - 9. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications précé dentes, caractérisé en ce que l'arbre d'entrainement de la centrifugeuse traverse un boitier faisant saillie extérieure ment au fond de 11 enceinte étanche et coiffée intérieurement par un obturateur avec interposition d'un joint d'étanchéité et en ce que ce boitier contient un corps concentrique à l'arbre dwentrainement et à l'intérieur duquel sont disposés, coaxialement à l'arbre précité, des joints assurant l'étan- chéité entre ledit bottier de l'enceinte et l'atmosphère exté rieure à l'enceinte. -10. Dispositif suivant la revendication 9, caractérisé en ce qu'un joint r0orique d'étanchélté est interposé entre le corps et le boitier coaxialement à l'arbre d'entrainement et sur la face terminale du corps-opposée à l'enceinte étanche.