Brevet FR2473923A1 — publié le 19810724

La présente invention se rapporte à un procédé d'injection de métal fondu dans la cavité d'un moule de machine de coulée sous pression verticale. D'une façon générale, la coulée sous pression présente de fâcheux inconvénients en ce sens que l'air OLI les gaz qui se trouvent dans la cavité de moulage constituent un obstacle ou une résistance à la circulation du métal fondu vers toutes les parties de la cavité du moule et que cet air ou ces gaz risquent d'être em- prisonnés dans la pièce moulée, formant ainsi fâcheuse- ment des cavités qui diminuent la précision et la qua- lité de cette pièce moulée. Dans les procédés classiques de coulée sous pression, diverses méthodes ont été envisagées pour chasser l'air ou les gaz contenus dans la cavité de moulage. Cest ainsi par exemple que dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n0 3 209 416 on décrit un procédé consistant à former, dans le manchon de déversement, un passage en labyrinthe dans lequel l'air ou les gaz sont aspirés par un dispositif exhaus- teur, tandis que dans la demande de brevet japonais n' 1326/79, le manchon de déversement communique avec le pourtour du moule à l'aide d'une prise d'air. Le premier de ces procédés connus présente cet inconvénient d'exiger un dispositif à faire le vide (dispositif exhausteur) et des appareils complémentaires; de plus, des opérations complexes sont nécessaires pour le ré- glage des conditions de la coulée, la manipulation des moules et.le contrôle du métal fondu, ce qui a une influence fâcheuse sur le prix de revient des pièces moulées; quant au second de ces procédés connus, il présente cet inconvénient que l'air ou les gaz contenus dans la cavité de moulage sont chassés de façon insuf- fisante, du fait que la pression qui règne dans cette cavité de moulage augmente rapidement à mesure que le métal fondu y est injecté et également cet inconvénient qu'il permet difficilement d'obtenir des pièces moulées d'une qualité aussi bonne que celle des pièces moulées obtenues par coulée par gravité (GDC), étant donné que la dépression à laquelle est soumis le métal fondu circulant dans la cavité de moulage déséquilibre cette circulation, en favorisant ainsi la production ou l'emprisonnement d'air ou-de gaz dans les pièces moulées. L'invention fournit un procédé perfectionné de coulée qui remédie aux inconvénients des procédés classiques exposés ci-dessus. De façon plus précise,- l'invention a pour - objet un procédé d'injection de métal fondu dans une machine de coulée sous pression verticale, ce procédé consistant à injecter du métal fondu dans une cavité de moulage, la partie supérieure de cette cavité communiquant avec l'atmosphère, et à fermer cette cavité de moulage tout de suite avant la fin de l'injection puis à mettre sous pression le métal fondu. De la sorte, conformément à ce procédé, l'air ou les gaz qui se trouvent dans la cavité de moulage sont chassés de cette cavité dans l'atmosphère en même temps que du métal fondu est injecté dans cette cavité, de telle sorte que l'air ou les gaz sont complètement chassés.avant la fermeture de la cavité de moulage et que l'on obtient des pièces moulées de qualité supérieure'exemptes d'air ou de gaz emprisonné-. =-' De plus, le procédé selon l'invention .-'présente l'avantb-ge de ne nécessiter-aucun dispositif à 30. faire le vide dispositif exhauteur) ni aucun appareil- C omplémentaire, et de permettre la fabrication en série de pièces moulées de très-bonne qualité avec un meilleur rendement de fabrication. L'invention a également pour objet un procédé d'injection de métal fondu permettant d'obtenir des pièces moulées de très bonne qualité en mettant sous pression le métal fondu injecté dans la cavité de moulage à l'aide d'un élément de fermeture de l'ouverture située à la partie supérieure de la cavité de moulage, -de façon que l'on puisse ajouter un complément de métal fondu dans bette cavité de moulage à mesure que le métal qui y a été injecté se solidifie et se contracte, ce qui empêche la formation de cavités dues à la contraction ou au retrait du métal. L'invention a encore pour objet un procédé d'injection.de métal fondu permettant d'obtenir des pièces moulées de très bonne qualité en introduisant, doucement et sans à-coups, du métal fondu dans la cavité de moulage sous l'effet de la montée d'un plongeur disposé dans un manchon qui constitue une cuve de déversement, et qui présente l'avantage d'empêcher et de supprimer la formation de cavités emprisonnant l'air ou les gaz et les recouvrements à froid provoqués par l'écoulement turbulent du métal fondu.- - D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre, faite en regard des dessins annexés et donnant, à titre explicatif mais nullement limitatif, deux formes de réalisation. -Sur ces dessins, la fig. 1 est une coupe verticale d'une machine de coulée sous pression verticale mettant en oeuvre le procédé selon l'invention, le manchon étant représenté rempli de métal fondu; la fig. 2 est une vue analogue à la fig. 1, mais montrant le plongeur en cours de montéepour injecter le métal fondu dans la cavité de moulage - la fig. 3 montre une ouverture pratiquée - dans la-partie supérieure de la cavité de moulage, cette 2'473923 ouverture étant bouchée par un élément de -fermeture; la fig. 4 montre cet élément de fermeture en train de soumettre à une pression le métal'fondu injecté contenu dans la cavité de moulage; la fig. 5 est une coupe verticale d'une variante de réalisation de la machine de-la fig. 1, destinée à la mise en oeuvre d'une variante du - procédé selon l'invention; la fig. 6 montre le manchon de la fig. 5 rempli de métal fondu; la fig. 7 représente la machine de coulée verticale de la fig. 5 en.cours d'injection de métal fondu; - la fig. 8 représente une série de cavités de moulage, dont l'une est remplie de métal fondu tandis-qu'une autre est bouchée par un élément de fermeture; - la fig. 9 est une vue analogue à la fig. 8 mais sur laquelle le métal fondu qui remplit les cavités de moulage est-mis sous'pression pardes éléments de fermeture correspondants, et la fig. 10 est une vue en plan permettant de mieux comprendre comment l'on introduit du métal fondu dans le manchon. - La machine de coulée sous pression, telle que représentée sur la fig. 1 et désignée par-la référence 1, comprend un élément supérieur 2 et un élément inférieur 3. Au niveau des- surfaces de - séparation respectives 2a et 3a des éléments 2 et-3, une cavité de moulage 4 est délimitée par une surface 2b présentant des concavités et une surface 3b présentant des saillies. Un manchon inférieur de déversement 5 est monté verticalement dans l'élément inférieur 3. Un plongeur inférieur 6 est monté de façon couiissante dans ce manchon inférieur 5. L'extrémité-supérieure du manchon 5 communique avec un espace 8 comportant un conduit 7 qui communique avec la cavité 4. La partie supérieure de cet espace 8 est délimitée par la surface de séparation de l'élément supérieur 2. Un manchon supérieur 9 est disposé verticalement dans l'élément supérieur 2, coaxialement au manchon inférieur 5. Un plongeur supérieur 10 est monté de façon coulissante dans le manchon supérieur 9. Dans l'élément supérieur 2 est pratiquée une ouverture 11 qui fait communiquer la cavité 4 avec l'air libre, cette ouverture 11 étant délimitée par un manchon 13 qui communique avec un espace 12 communiquant lui-même avec la partie supérieure de la cavité 4. Au-dessus du manchon 13 se trouve un plongeur 14 permettant de boucher l'ouverture 11 et de mettre sous pression le métal fondu qui a été injecté dans la cavité de moulage 4. Les déplacements verticaux de ce plongeur 14 sont assurés par un dispositif à cylindre hydraulique ou tout dispositif analogue. Lorsque le plongeur supérieur 10 est retenu au-dessus du manchon supérieur 9, du métal fondu M se déverse par ce manchon supérieur 9 et remplit l'espace délimité par le manchon inférieur 5 et par la surface supérieure du plongeur inférieur 6, qui se trouve alors au bas de sa course. Après déversement d'une quantité donnée de métal fondu (M), le plongeur supérieur 10 pénètre dans le manchon supérieur 9 et il descend jusqu'à ce que sa face inférieure arrive au ras de la surface de séparation de l'élément supérieur 2 ou plus bas; la fig. 1 représente le stade final de cette opération. Le plongeur supérieur joue ainsi le rôle d'une soupape d'étanchéité au cours de l'injection. Au-delà du stade représenté sur la fig. l, le plongeur inférieur 6 se soulève de telle sorte que le métal fondu (M) est injecté doucement et sans à-coups dans la cavité de moulage 4 par l'intermédiaire du conduit 7, en passant sous l'étranglement délimité par le plongeur supérieur 10; la cavité 4 se trouve donc ainsi remplie. Au cours de ces opérations d'injection de métal fondu, l'air ou les gaz qui se trouvent dans la cmvité 4 sont chassés par l'ouverture 11 en communication avec l'air libre, sans qu'il soit nécessaire d'exercer spécialement une pression ni d'appliquer-une contre-pression quelconque au métal fondu, étant donné que l'buverture11 a un diamètre relativement impobtant. La fig. 2 représente ce stade des opérations. Tout'de suite avant la fin de l'injection de métal fondu dans la cavité 4, le plongeur inférieur 6 vient au contact d'un commutateur de limitation 16 qui détecte le'stade final de l'ascension de. ce plongeur inférieur. Lorsque ce- commutateur de limitation 16 est mis en action, le plongeur 14 se met à descendre et bouche l'ouverture 11, ce qui empêche la dispersion de métal fondu à-l'extérieur. La fig. 3 représente ce stade des opérations, Une fraction du métal fondu (M) remplit l'espace 12 situé au-dessus de la cavité de moulage 4 et. atteint la partle intermédiaire du manchon 13, de telle sorte que tout l'air ou le gaz qui pouvait se trouver dans cette cavité 4 est châssé en quantité suffisante avant que l'ouvQrture 11 ne soit bouchée par le plongeur 14, ce qui te-rmine les opérations d'injection.de métal fondu. Grâce a ces opérations, les pièces moulées ne présentent pas. une porosité exagérée, ni d'autres défauts qui seraient provoqués par les gaz.emprisonnés. La détermination de l'instant o l'ouverture est bouchée par le plongeur 14 peut âtre assurée par un détecteur de.température associé au manchon 13. Le plongeur-14 continuant de descendre, le métal fondu qui a été injecté dans la cavité de moulage 4 est mis sous pression, de sorte que, par l'espace 12, un complément de métal fondu pénètre dans la cavité 4, au fur et à mesure de la contraction-, ou retrait, résultant de la solidification du métal fondu contenu dans cette cavité; on supprime de la sorte le risque de formation de cavités provenant d'un retrait du métal. Ces conditions sont représentées sur la figure 4. Au cours de l'opération de mise sous pres- sion par le plongeur 14, on peut faire appel également au plongeur supérieur 10 pour augmenter la pression exercée sur le métal fondu contenu dans la cavité 4. La mise sous pression du métal fondu contenu dans la cavité de moulage peut-être assurée par le fonctionnement du plongeur supérieur 10 et du plongeur inférieur 6, et le manchon supérieur et le manchon in- *15 férieur ne doivent pas obligatoirement avoir des dia- mètres différents, comme représenté sur les figures. Sur ces figures., la référence 17 désigne une tige d'é- jection servant à démouler les pièces après solidifica- tion dansla cavité de moulage et séparation des deux éléments constituant le moule. Les figures 5 à 9 incluse, représentent une variante de mise en oeuvre du procédé selon l'invention. Au niveau des surfaces correspondantes 102a et I03a d'un élément supérieur 102 et d'un élément inférieur 103 d'une machine de coulée verticale, désignée dans son ensemble par la référence 101, une cavité de moulage 104 est délimitée par une pièce mâle 102 b et une pièce femelle 103b. Cette cavité de moulage 104 comprend une partie -en saillie 104-2 et une partie 104-1 pratiquement plate. La cavité de moulage peut se composer de deux davités de hauteursdifférentes communiquant par l'intermédiaire d'un conduit. Un manchon de déversement 105 est disposé verticalement dans une partie de l'élément inférieur 103, et au-dessus du manchon 105, se trouve un espace 108, dont la partie supérieure est délimitée par la surface 102c de l'élément supérieur 102. Cet espace 108 communique avec la cavité de moulage 104 par un conduit 107. Un plongeur 106 est disposé dans le manchon 105..Un manchon 109 d'alimentation en métal fondu est disposé oblique- ment et il fait un angle faible avec la paroi latérale de l'espace 10E, la sortie de ce manchon 109 d'alimen- tation en métal fondu se trouvant en regard. de l'ex- trémité supérieure du manchon de déversement 105. Ce manchon 109 d'alimentation en métal fondu fait-saillie extérieurement à une certaine distance rte la face la- térale de l'élément inférieur 103 etil comporte sur- sa surface supérieure, un trou d'injection 109a..'Un plongeur 110 peut coulisser dans ce manchon 109. Au- dessus de la partie 104-2 et de la partie 104-1 de la cavité de moulage 104, l'élément supérieur 102 compor- te respectivement un manchon 113-2 et un manchon 113-1. Les ouvertures 111-2 et 111-1 pour.le -passage des man- chons 113-2 et 113-1 communiquent respectivement avec les espaces 112-2 et 112-1 situés respectivement au- dessus de, la partie 104-2 et de la partie 104-1 de la cavité. Les éléments de fermeture 114-2 et 114-1 entraînés en mouvement vertical respectivement par les cylindres-hydrauliques 115-2.et 115-1, sont dis- posés au-dessus des ouvertures 111-2 et 111-1. Du mé- tal fondu (M) est introduit à force-dans le manchon de déversement 105 par le trou d'.inj-ection 109a, le plongeur 110. étant.en retrait de manière que le métal fondu déversé remplisse la partie du manchon 105 située au-dessus de la face supérieure du plongeur 106. Dans l'opération de remplissage du manchon 105 par du. métal fondu (M), le métal fondu arrive latéralement et - il pénètre dans le mhnchon 105 en descendant le long - de sa paroi verticale sans tomber directement à l'in- térieur de ce manchon, de telle sorte que le métal fondu s'écoule doucement et sans à coup et sans provo- quer de perturbations ni emprisonner de l'air. La fi- gure 5 montre la manière de déverser du métal fondu décrite plus haut. Le manchon d'alimentation en métal fondu peut- tre disposé en diagonale et tangentiellement par rapport au manchon de déversement 105, comme re- présenté sur la figure 10, de manière à provoquer un écoulement doux et tourbillonnaire du métal fondu dans le manchon de déversement 105. Dès qu'une quantité don- née de métal fondu a été introduite dans ce manchon de déversement 105, le plongeur 110 avance et ferme le trou d'injection 109a et la sortie du manchon -109 d'ali- mentation en métal fondu, ce qui met fin au stade pré- paratoire de l'opération d'injection. Ce stade opéra- toire est représenté sur la figure 6. Au cours du stade suivant, le plongeur 106 se soulève et injecte du métal fondu (M), par l'intermédiaire du conduit 107, d'abord dans la partie 104-1 à surface plate de la cavité moulage, puis progressivement dans la partie 104-2 pré- sentant des protubérances, de telle sorte que les gaz qui se sont formés au cours de l'injection sont chassés par les ouvertures 111-1 et 111-2. A l'instant conve- nable avant que la partie 104-1 à surface plate de la cavité ne soit remplie de métal fondu, l'ouverture 111-1 de cette partie 104-1 à surface plate est bouchée par un élément de fermeture 114-1. Ce stade opératoire est représenté sur la figure 7. Le plongeur 106 continuant de monter, le métal fondu s'écoule dans la partie 104-2 présentant des protubérances, étant donné que l'ouver- ture 111-1 de la partie 104-1 à surface plate est alors fermée. L'ouverture 111-2 de la partie 104-2 présentant des protubérances est fermée par un élément de fermetu- re 114-2 à l'instant convenable. Ce stade opératoire est représenté sur la figure 8. Lorsqu'une quantité suffi- sante de métal fondu (M) a été ainsi injectée dans la cavité de moulage 104, le métal fondu ainsi injecté dans cette cavité est mis sous pression sous l'effet de la descente des éléments de fermeture 114-1 et 114-2. Cette mise sous pression du métal fondu peut- être complétée par la mise en action des plongeurs 106 et 110. La référence 117 désigne une tige d'éjection. On peut prévoir plusieurs ouvertures pour chasser les gaz à l'air libre et, de plus, le métal foridu peut être déversé latéralement à une certaine distance de la paroi latérale du manchon de déversement de manière à assurer les mêmes effets que ceux qui ont -ét décrits à propos de la première forme de réalisation. On voit donc que l'invention permet d'obtenir des pièces moulées de très bonne qualité, ne présentant pas une porosité excessive et exemptes d'autres défauts qui seraient provoqués par des gaz emprisonnés. En outre, la machine de coulée sous pression verticale selon l'invention est d'une construction simple et ne nécessite aucun dispositif 'de mise sous vide ni aucun appareil auxiliaire complémentaire. 1 1 REVENDICATIONS 1. Procédé d'injection de métal fondu dans une machine de coulée sous pression verticale, carac- térisé par le fait quril consiste à injecter du métal fondu dans une cavité de moulage(4)tandis que ladite cavité 4 est en communication avec l'atmosphère, et à boucher ladite cavité du moulage avant la fin de l'opération d'injection du métal fondu. 2. Procédé d'injection selon la revendication 1 caractérisé par le fait que ledit métal fondu est injecté d'une cuve de déversement dans ladite cavité de moulage (4) sous l'effet de la montée d'un plongeur (6)logé dans ladite cuve de déversement. 3. Procédé selon la revendication 2, carac- térisé par le fait que ce métal fondu tombe directe- ment dans ladite cuve de déversement par la partie supérieure de droite de cette dernière. 4. Procédé selon la revendication 2, carac- térisé par le fait que le métal fondu est introduit dans ladite cuve de déversement en tombant le long d'une paroi verticale de cette dernière. 5. Procédé selon la revendication 4, carac- térisé par le fait que ce métal fondu est introduit obliquement avant de s'écouler le long de la paroi cylindrique de cette cuve de déversement. 6. Procédé selon la revendication 1, carac- térisé par le fait que ledit métal fondu injecté dans ladite cavité de moulage (4) est mis sous pression par un élément servant à boucher cette cavité de moula- ge, avant la fin l'opération d'injection du métal fondu. 7. Procédé selon la revendication 1, carac- térisé par le fait que ladite cavité de moulage (104) 2473923 - 12 X - ' est bouchée au moins en deux endroits, par des éléments qui sont en synchronisme ou non. 8. Machine'de coulée sous pression verticale, caractérisée par le fait qu'elle comprend un élément supérieur (2) et un élément inférieur (3) une cavité de moulage (4) délimitée par cet élément supérieur et par.cet élément inférieur, un manchon (5, 9) de déversement disposé verticalement dans chacun de ces éléments 2.:et 3,-plus bas que ladite cavité. de moulage 4, des plongeurs(6,10) dis-posés de manière à pouvoir coulisser dans ladite cuve de déverse- ment, au'moins une ouverture(11) pratiquée dans l'un ou l'autre des éléments (2) et (3) de manière que ladite cavité de moulage (4) soit ouverte à l'air libre et des.moyens disposés dans ladite ouverture et servant à la boucher par coulissement. 9. Machine selon la revendication 8, carac- térisée par le fait qu'elle comporte en outre un manchon d'injection (109) servaht à guider du métal 20. fondu pour l'introduire dans ledit manchon de déver- sement (105), ce:manchon comportant des moyens d'étan- chéité, et par Se fait que lesdits moyens de fermeture et lesdits moyens d'étanchéité-sont destinés à mettre sous pression ledit métal fondu qui a été injecté dans la cavité de moulage -(4). -