Brevet FR2453699A1 — publié le 19801107

La présente invention concerne les procédés de coulée sous pression de pièces métalliques, du type consistant à maintenir un-bain de metal liquide a l'intérieur d'une enceinte étanche, à mettre en place sur l'enceinte un moule dont la cavité communique dès lors avec un conduit de transfert plongeant dans le bain de metal et debouchant hors de l'enceinte, a appliquer une pression sur le metal liquide contenu dans l'enceinte de manière à le faire pénétrer dans la cavité du moule, à relâcher la pression et à retirer le moule, ces opérations devant être ensuite reproduites sur d'autres moules. Elle concerne egalement les installations de mise en oeuvre de ces procedes, qui sont du;type comprenant une enceinte isolante qui est destinee à contenir un bain de metal liquide ét sur laquelle peut être disposé un moule dont la cavité communique avec le volume intérieur de l'enceinte par l'intermédiaire d'un conduit de transfert plongeant dans le bain de métal et debouchant hors de l'enceinte, celle-ci etant par ailleurs reliee à un dispositif de commande de pression. On connait déjà des procédés du type considéré qui trouvent une application dans la coulée d'alliages légers ou de métaux tels que l'aluminium et dans lesquels une pression est appliquée sur le bain de métal pendant les phases de coulée, tandis qu'aucune pression n'est appliquée sur ce bain pendant les phases de repos intermédiaires entre les phases de coulée. Toutefois, si l'on désire appliquer un tel procede connu à la coulee de métaux ou d'alliages tels que le laiton, il se produit dans le conduit de transfert un encrassement qui est dû à l'apparition d'impuretés, telles que l'oxyde de zinc dans le cas du laiton. Ces produits se déposent en raison d'une part du mouvement de va-et-vient répété du métal dans le conduit lorsqu'on passe de la phase de coulée à la phase de repos et inversement, et d'autre part du refroidissehent du conduit qui survient entre chaque amenée du métal. C'est pourquoi l'invention a pour but de fournir un procédé qui puisse s'appliquer a la coulee de métaux ou d'alliages en évitant l'encrassement du conduit et les défectuosités des objets moulés. A cet effet, l'invention a pour objet un procédé du type précité, caractérisé en ce que, pendant la phase de repos, on applique sur le bain de métal une pression résiduélle inférieure à la pression appliquée pendant la phase de coulée et prédéterminée pour maintenir le bain de métal contenu dans le conduit de transfert au niveau supérieur de ce conduit, de préférence en affleurement à l'extrémité superieure de ce conduit. On supprime de la sorte le va-et-vient du métal liquide dans le conduit de transfert et l'on évite par conséquent l'encrassement du conduit. Elle a également pour objet un procédé du type précite, caractérisé en ce que, pendant l'ensemble des phases descyc'les operatoires, le niveau du bain de metal situé dans la zone entourant le conduit de transfert est maintenu à un niveau supérieur à celui du reste du bain. Grâce a cette disposition, on evite le refroidissement du conduit de transfert, ce qui diminue le risque d'encrassement et augmente le nombre de cycles operatoires applicables sur l'installation. L'invention a bien entendu également pour objet, en vue de la mise en oeuvre de ce procéde, une installation du type précite, caractérisée en ce que le dispositif de commande de pression comprend un organe de commutation de pression interposé entre une source de fluide sous pression et le volume intérieur de l'enceinte. Elle a également pour objet une installation du type précité, caractérisée par une enveloppe entourant au moins une partie du conduit de transfert de façon définir entre l'enveloppe et le conduit de transfert un espace intermédiaire communiquant avec le bain de métal, et caractérisée par des moyens assurant une élévation limite et un maintien du métal liquide dans l'espace intermediaire à un niveau supérieur à celui du bain. De manière particulièrement avantageuse, ces moyens d' & é- vation limite comprennent le dispositif de commande de pression et eventuellz ment des passages menages à un niveau prédéterminé dans le conduit de transfert et/ou un dispositif de réglage de pression associe à la partie superieure de l'espace intermédiaire, de façon à creer sous l'action du dispositif de commande de pression une poche de gaz de pression prédéterminée ou réglable dans ladite partie supérieure, cette pression étant en phase de repos comprise entre la pression résiduelle et la pression atmosphérique. Dans ce cas, la poche de gaz permet le maintien en température de la quasi-totalite du conduit de transfert tout en interdisant un contact direct du métal situé dans l'espace intermédiaire avec le couvercle de l'enceinte. D'autres caracteristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivrez titres d'exemples non limitatifs et en regard des dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 représente une vue schematique d'une installation suivant un mode de réalisation conforme à l'invention ; - la figure 2 représente à plus grande echelle une vue en coupe de la partie superieure du conduit de transfert ; - la figure 3 représente une variante d'installation à double bassin. L'installation représentée par les figures 1 et 2 comprend une enceinte i, un moule 2, un conduit de transfert 3 entoure par une enveloppe 4 et un dispositif de commande de pression 5. L'enceinte 1 est une enceinte isolante étanche constituée par un four électrique induction à canal comprenant un creuset 6 qui est délimite par un garnissage réfractaire d'isolation thermique 7 contenu dans une enceinte proprement dite 8 fermée par un couvercle 9. Le couvercle peut être muni d'un garnissage 9a (figure 2) ou démuni d'un tel garnissage. Lé creuset est destiné à recevoir un bain de metal en fusion ou métal liquide 10, tel que du laiton, ce creuset étant rempli jusqu'à un niveau nominal n1, au-dessus duquel est maintenueune atmosphere il d'air ou de gaz inerte sous pression. Place de manière amovible sur le couvercle 9 de r'enceinte, le moule 2 est constitué de deux demi-coquilles qui délimitent une cavité de moulage 12 a laquelle sont associés les trous classiques d'évent 13 et d'attaque 14, ce dernier débouchant sur la face inférieure du moule en regard d'un orifice 15 du couvercle 9. Le conduit de transfert ou "buse" 3 est constitue par un conduit cylindrique réalise en un matériau réfractaire et dispose verticalement de maniere que son extrémité supérieure traverse l'orifice 15. Le conduit comporte par ailleurs des passages latéraux 16 dont le sommet est situé à un niveau n3 compris entre le niveau n1 du bain et le couvercle 9, ces passages permettant la création d'une poche de gaz ainsi qu'il sera décrit plus loin. Le dispositif de commande 5 qui permet de commander la pression dans la chambre 11 au-dessus du bain peut être constitue de toute manière connue. Il comprend par exemple le montage en série d'une source de pression 17 et d'un organe 18 susceptible d'etablir deux niveaux reglables de pression et de faire passer la pression d'un niveau à l-'autre et vice-versa, cet organe 18 étant relie a la chambre 11 de l'enceinte par une Conduite 22. Le dispositif de commande est prevu de manière a fournir en alternance une pression de coulee par exemple de l'ordre de-0,5 bar, suffisante pour assurer, lorsqu'elle est appliquée sur la surface du bain 10, la montée du métal dans la buse 3 et le moule 2, et une pression residuelle de repos, par exemple de l'tordre de 0,10 et 0,15 bar, déterminée:pour assurer le maintien du métal contenu dans la buse 3 en affleurement au niveau n4 de l'extrémité supérieure de cette buse. I1 est en outre possible de faire varier de façon connue la pression de coulee pendant la phase de coulée. L'enveloppe 4 est constituée par une virole de forme cylindrique tubulaire, réalisée comme la buse 3, de manière à l'entourer au moins sur sa partie située au-dessus du niveau n1. La virole peut être soudee au couvercle 9. Son niveau inférieur n2 est plus bas que nl ; il convient de noter que nl est amene en pratique aussi haut que possible. Le fonctionnement de l'installation ainsi décrite est le suivent Le bain de metal contenu dans le creuset étant maintenu constamment en fusion et egalement de maniere à peu près constante au niveau nl par apport regulier du métal, la coulee d'une piece dans la cavite 12 d'un moule posé sur le couvercle 9 s'obtient par l'application directe de la pression de coulee (0,5 bar) sur le bain 10, de sorte que le métal s'élève dans la cavité 12 du moule en passant par la buse. Une fois que la coulée a eté effectuée, l'organe de réglage et d'inversion 18 est actionné de manière à appliquer la pression résiduelle de repos (0,1 bar) sur le bain 10 ; le niveau du metal est dès lors maintenu au niveau n4, ce qui évite l'encrassement de la buse, puis le moule peut être retiré de la buse. On peut alors apporter un autre moule sur le couvercle 9 et procéder à un nouveau cycle operatoire de coulée avec application successiv des pressions de coulée et de repos. Par ailleurs, il convient de noter que, des la première mise sous pression du bain 10, le métal liquide s'élève simultanément dans l'espace 23 intérieur a la buse 3 et dans l'espace 24 intérieur à la virole 4 ; lorsque le métal liquide situe dans l'espace 24 atteint le niveau na défini par le sommet des passages 16, les gaz contenus dans l'espace 24 ne peuvent plus s'échapper vers l'atmosphère par les passages 16 et l'espace 23 et sont emprisonnes sous forme de coussin gazeux 26 dans la partie supérieure de l'espace 24. En phase de repos, lorsque le métal atteint le niveau n4 au sommet de la buse, il atteint le niveau n5 dans l'espace 24. La pression dans la poche 26 reste des lors à une valeur qui est comprise entre la pression atmosphérique et la pression régnant dans la chambre 11. En particulier, dans la phase de coulée, le niveau de métal dans l'espace 24 monte légèrement au-dessus du niveau n5 sans toutefois atteindre le couvercle 9, ce qui evite l'échauffement de celui-ci. Ainsi une quantité importante de metal en fusion reste disposée pendant les phases de coulée et les phases de repos autour de la buse dans l'espace 24 a un niveau proche du niveau supérieur n4 de la buse ; il en résulte dans l'espace 23 intérieur à la buse un réchauffement du metal évitant le risque de solidification. Le niveau n3 des passages est prevu à une valeur optimale comprise par exemple entre 50 et 200 mmau-dessous de n4, tandis que le rapport entre la section de la virole 4 et celle de la buse 3 peut être compris entre 10 et 100. La valeur optimale du niveau n3 est déterminée de façon à assurer le maintien en-temperature d'une portion suffisante de la partie haute de la buse, tout en évitant la propagation de crasses susceptibles d'être transmises depuis la surface du bain contenu dans l'espace 24 à l'espace 23 par l'intermédiaire des passages 16. Dans la variante de la figure 3, il est fait usage d'un four à double bassin ; ce four comprend d'une part un bassin de chargement 27 au-dessus duquel est disposée une réserve de lingots 28 permettant d'obtenir une alimentation régulière sans démontage de couvercle ét d'autre part, relié au bassin 27.par un canal 29, un bassin de puisage 30 qui présente la même structure que l'enceinte 1 sella figure 1. Le dispositif de commande de pression 5 est relié par une conduite 22 au bassin de chargement 27 et au bassin de puisage 30. L'organe 18 comprend entre la source de pression 17 et la conduite 22 deux conduites 19,20 en parallèle.La conduite 19 presente un détendeur réglable 19 a et un clapet antiretour 19 b, tandis que la conduite 20 présente un détendeur réglable 20 a et une électrovanne de commande de coulée 20 b. Cette installation fonctionne de la même façon que celle de la figure 1. I1 va de soi que l'on peut apporter des modifications au mode de réalisation décrit sans sortir du cadre de l'invention. Ainsi un dispositif de réglage de pression 31 par contrôle d'échappement peut être raccordé à la poche 26 de façon à ajuster à la valeur souhaitée la pression dans cette poche. De même, un dispositif de contrôle de niveau peut être prévu pour détecter le niveau n5 et permettre de l'ajuster en agissant sur le dispositif de réglage de pression. La poche limitant l'élévation du métal dans l'espace 24 pourrait être obtenue en l'absence des passages 16 par un simple réglage de pression au moyen du dispositif 31. La diminution de pression nécessaire pour passer dans la chambre 11 de la pression de coulée à la pression residuelle peut être réalisée par un passage d'echappement prévu dans la chambre 11, la con duite 22 ou l'electrovanne 20 b lorsque cette dernière est un electrodis- tri buteur. R E V E N D I C A T I O N S 1. Procède de coulée sous pression de pièces métalliques, du type consistant a maintenir un bain de métal liquide à l'intérieur d'une enceinte, à faire communiquer cette enceinte avec la cavité d'un moule par l'intermédiaire d'un conduit de transfert plongeant dans le bain de métal et debouchant hors de l'enceinte, et a appliquer pendant les phases de coulée une pression sur le metal liquide contenu dans l'enceinte de manière à le faire penetrer dans le moule, ces opérations devant ensuite être reproduites sur plusieurs autres moules, caracterise en ce que, pendant les phases de repos intermediaires entre les phases de coulée, on applique sur le bain de métal une pression résiduelle inférieure à la pression appliquee pendant les phases de coulée et prédéterminée pour maintenir le bain de métal contenu dans le conduit à l'extrémité superieure de ce conduit. 2. Procedé de--coulee selon la revendication 1, caractérisé en ce que, pendant les phases de coulée et pendant les phases de. repos, on maintient sous l'effet de la pression appliquée sur le bain le niveau du métal liquide situé dans la zone entourant le conduit de transfert à un niveau supérieur à celui du reste du bain. 3. Installation de coulee sous pression de pièces métalliques du type comprenant une enceinte isolante qui est destinee à contenir un bain de métal liquide et sur laquelle peut être disposé un moule dont la cavité communique avec le volume interieur de l'enceinte par l'lntermédiaire dtun conduit de transfert plongeant dans le bain de métal et débouchant hors de l'enceinte, celle-ci etant par ailleurs reliée à un dispositif de commande de pression, caractérisée en ce que le dispositif de commande de pression (5) comprend un organe de réglage et d'inversion (18) susceptible d'etablir deux niveaux réglables de pression, à savoir une pression de coulee et une pression résiduelle inférieure à la pression de coulée, et d'inverser la pression d'un niveau à l'autre et vice-versa, cet organe étant interpose entre:une source de fluide sous pression (17) exile volume intérieur de l'enceinte (1). 4. Installation de coulée selon la revendication 3, caractérisé par une enveloppe (4) entourant au moins une partie du conduit de transfert (3) de façon à définir un espace intermédiaire (24) communiquant avec le bain de métal (10), et par des moyensd'elevation limitée et de maintien du metal liquide dans ledit espace intermédiaire a un niveau supérieur à celui du bain (10). 5. Installation de coulée selon la revendication 4, caractérisée en ce que les moyens d'élévation limite et de maintien du métal liquide dans l'espace intermédiaire comprennent le dispositif de commande de pression (5), sous l'action duquel il secrée à la partie superieure de l'espace intermédiaire (24) une poche (26) de gaz de faible hauteur et de pression comprise en phase de repos entre la pression résiduelle et la pression atmospherique. 6. Installation de coulee sélon la revendication 5, caracterise en ce que la poche de gaz (26) est reliée à l'atmosphère extérieure au moyen d'un dispositif de réglage de pression (31) permettant d'ajuster lapression de la poche. 7. Installation de coulée selon l'une des revendications 4 à 6, caractérisée en ce que les moyens d'élévation limitée et de maintien du métal liquide dans l'espace intermediaire (24) comprennent des passages (16) de niveau prédéterminé (n3) prevus dans le conduit de transfert (3) pour faire communiquer l'espace (24) avec espace (23) intérieur au conduit de transfert. 8. Installation de coulée selon llune des revendications 4 à 7, caractérisée en ce que l'enveloppe (4) est assemblée au couvercle (9) de manière etanche aux gaz. 9. Installation de coulée selon l'une des revendications 3 a 8, caractérisée en ce que l'enceinte (1) est constituée par un four qui comprend un bassin de chargement de metal (27) muni d'une réserve de lingots (28) et relié à un bassin de puisage (30) qui comporte le conduit de transfert (3), le dispositif de commande de pression (5) étant relié au volume supérieur de chacun des bassins (27,30).