Brevet FR2480636A1 — publié le 19811023

L'invention a pour objet une unité d'injection de métal en fusion dans une machine à mouler sous pression. Cette unité est conçue pour être utilisée en particulier sur une machine dans laquelle l'injection se fait dans le plan de joint des deux demimoules qui constituent le moule. Elle comprend des moyens aptes à réaliser un drainage du métal non encore solidifié dans les jets de cou- lée juste après l'injection. De préférence, cette opération d'injection a lieu grâce à une paire de cylindres comprenant un premier cylindre à piston multiplicateur de pression et un second cylindre à soupape de sélection pour diriger conve- nablement le métal refoulé sous pression. On donnera maintenant une description d'un exemple de réalisation de l'invention, sans intention limi- tative. On se reportera aux dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 est une vue générale de dessus d'une machi- ne à mouler équipée d'une unité d'injection selon l'invention, - la figure 2 est une vue en coupe selon 2-2 de la fig.l, - la figure 3 est une vue en coupe par un plan transver- sal du pot de fusion du métal faisant partie de la machine de la fig. 1, les figures 4 et 5 sont des vues en coupe montrant les moyens d'injection du métal, - - les figures 6a et 6b sont des vues en coupe par un plan transversal de l'unité d'injection faisant partie de la machine de la fig. 1, - la figure 7 est une vue partielle agrandie en coupe- du mécanisme à soupapes de l'unité d'injection, - la figure 8 est une vue de côté de l'ensemble de l'unité d'injection plongeant dans le pot de fusion de la fig. 3, - la figure 9 est une vue de détail agrandie en coupe et de bout du raccord entouré d'un rectangle 184 sur la figure 6b, - la figure 10 est une vue en coupe selon 10-10 de la figure 6a. L'unité d'injection du métal, selon l'invention, désigné par les références 40 sur la figure 2, est différent dans son principe, par de nombreuses manières, des moyens classiques aux points de vue à la fois des performances et de la sécurité. En fait, la seule similitude avec les moyens classiques est qu'elle repose sur l'emploi d'une force pour pousser un piston capable de créer à son tour une pression hydraulique se traduisant par le remplissage de la cavité du moule. & L'unité d'injection 40 est suspendue dans un pot d'alimentation 42, figure 3, qui a une double paroi en acier avec une peau intérieure 106 et une peau extérieure 108 tenues espacées par des entretoises 110. Cette structure donne la rigidité d'une large poutre continue en E capable de résister à la pression interne du métal en fusion et qui fournit aussi un intervalle rempli d'air ayant un rôle d'isolation. L'intérieur du pot 42 est garni d'un isolant approprié tel qu'un panneau 112 en vermiculite sur lequel est appliqué un garnissage réfractaire coulé 114. La température du métal en fusion à l'intérieur du pot 42 est maintenue à la valeur désirée par un ensemble de réchauffeurs électrique immergés 116 (comme on peut le voir aussi sur la figure 6a) espacés sur le périmètre du pot 42. Chaque réchauffeur 116 com- prend un élément 118 noyé dans un tube 120 en acier ino- xydable qui protège le réchaufLeur contre la corrosion, agrandit la surface exposée au contact avec l'alliage à couler et, aussi, réduit la densité de la puissance. L'injection du métal en fusion à l'intérieur de la cavité du moule es' effectuée Fjar un ensemble d'injection désigné par la rbfèrence générale sur la figure 2. Comme le montrent plus en détail les figures 6a, 6b et 18, cet ensemble 40 comprend un corps 122 en acier suspendu à l'intérieur du volume du pot 42 au moyen de bras 88 qui supportent la partie supérieure 90 de l'ensemble, en porte-à-faux à partir du bâti 12 de la machine, cette partie supérieure 90 étant réunie au corps 122 par de longs goujons 92. Le corps 122 comprend un cylindre 124 de grand diamètre apte à recevoir le piston 128 d'une tête d'injection 46 et un cylindre 126 de petit diamètre capable de recevoir la soupape 130 d'un distributeur 48. Comme représenté schématiquement sur les figures 4 et 5, le piston 128 accroît la pression du métal en fusion en direction du moule et de la soupape 130, en fonctiop de sa position en sens vertical, sélectionne un chemin d'é- coulement à partir du pot d'alimentation pour le remplis- sage d'une chambre 132 d'accroissement de la pression si- tuée dans le fond du cylindre 124 (figure 4) ou sélection- ne un chemin de circulation du moule vers le piston 128 (figure 5). La chambre 132 est raccordée au cylin- dre 126 de sélection par un passage 134 et au canal d'in- jection 44 par un conduit 136. Comme on le voit mieux sur la figure 7 à Plus grande échelle, la soupape 130 a une tête supé- rieure 100 et une tête inférieure 102 réunies par une tige 104 de diamètre réduit. La tête supérieure 100 coopère avec un siège 140 et la tête inférieure coopère avec un siège 142, en fonction du mode de fonctionnement. On note- ra que la tige est munie de bras radiaux supérieur et inférieur 144, 146 qui sont en contact glissant avec la paroi du cylindre 126, ce qui laisse un ample volume en- tre le cylindre et le corps de la soupape pour le passage du métal en fusion. Pendant les intervalles qui séparent les cycles de fonctionnement de la machine, la soupape est maintenue à sa position de fermeture en direction du conduit 136 et d'ouverture en direction du pot 42. Cet- te position correspond à celle du sommet de sa course S, avec la tête en 100 contact avec le siège 140 ou à la position "maintien et remplissage" indiquée en trait interrompu dans la zone inférieure de la figure 7. Dans cette position de fermeture, la soupape 130 constitue une sécurité positive contre toute circulation accidentelle en direction de la buse d'injection de la machine. Au moment du signal de début du cycle suivant, la soupape est déplacée jusqu'à sa position inférieure visible sur la figure 7 et elle est prête à l'injection qu'indi- que une flèche A. La soupape 130 est mue verticalement par un vérin 148 réuni à cette soupape par un attelage comprenant une tige de piston 150 fixée à un cadre com- prenant des traverses supérieure et inférieure horizon- tales 152, 154 et des barres verticales 156. Le cylindre d'injection 124 et, en particulier, le piston 94 qui y est contenu, sont manoeu- vrés par une source extérieure de pression pneumatique infiniment variable, dimensionnée, en volume, selon la face inférieure du piston 94. En fait, le cylindre d'in- jection 124 accomplit un cycle de manière à remplir la cavité du moule et à supprimer instantanément la pression. Du fait que l'épaisseur des jets de coulée d'une pièce moulée est moins importante que celle de la section droite de la pièce, les jets sont la première partie à se soli- difier et ceci se fait en une fraction de seconde. Par conséquent, une inversion instantanée de la pression ne risque pas d'endommager la pièce mais elle permet que le métal non solidifié restant dans les parties plus larges du canal d'alimentation en soit retirée et laisse ainsi, seulement, un tronçon tubulaire des jets, grossièrement moulé, attaché à la pièce, ainsi qu'on le montrera plus loin. Ce principe de fonctionnement par drainage du ca- nal d'alimentation apporte plusieurs avantages. En pre- mier il évite qu'un temps appréciable du cycle soit perdu en attendant la solidification de tronçons importants des jets. Deuxièmement, la partie tubulaire restante est très solide et constitue un cadre léger de prise pour le trans- fert de la pièce hors du moule; lès tronçons et la pièce émergent à la même température ce qui favorise la stabi- lité des dimensions avant l'ébavurage; beaucoup moins de chaleur est transférée à la zone d'attaque du moule et le tronçon creux des jets est moins coûteux à fondre à nouveau. De plus, le métal en fusion drainé hors du canal d'injection est conservé à un endroit très proche de l'extrémité de la buse ce qui diminue le volume de l'air à chasser de la cavité du moule. En se reportant à la figure 6a, on peut voir le piston 128 représenté à sa position d'in- jection maximum au fond de sa course S en correspondance avec celle de la tige de piston 93. Quand le moule est complètement rempli, le piston 128 s'arrête, le courant de métal en fusion ayant passé à travers l'orifice ouvert de la soupape 130 comme l'indique la flèche A sur la figu- re 7. Une fraction de seconde après la fin de l'injection quand le métal est solidifié dans les ouvertures d'entrée du moule, le piston 128 est déplacé vers le haut par suite d'une pression exercée sur la face inférieure du piston 94. Ce déplacement est volumétriquement égal à la quantité de métal contenu dans les conduits de coulée du moule jusqu'à un point situé juste à l'intérieur de l'extrémité de la buse d'injection. A ce moment, le piston 128 est arrêté dans son mouvement vers le haut assez longtemps pour que la soupape de sélection 130 se déplace et main- tienne la colonne de métal dans la buse et dans le canal d'injection 136, en s'arrêtant à une position statique, et simultanément, d'ouverture, dite de maintien et de remplissage, indiquée en traits interrompus sur la figure 7, de sorte qu'une communication est établie entre le pot 42 et la chambre 132. Le piston 128 retourne ensuite à sa position la plus élevée pour que le cylindre 124 se remplisse. Un accumulateur de pression peut être prévu de la façon suivante: le cylindre d'injection 98 peut comprendre un dispositif pneumatique de préçharge 4)jlo 636 à pression variable constituant une source constante de pression vis-à-vis de ce cylindre 98 mais infiniment va- riable comme ceci peut être nécessaire en fonction du moulage particulier à réaliser. Une injection de moulage est faite quand la pression hydraulique antagoniste est supprimée pour le drainage et le piston 94 retourne à sa position de départ de la figure 6a quand la pression hydraulique est appliquée à nouveau. Toutefois, le premier mouvement de l'action de retour d'injection est accompli sous l'effet d'un cylindre auxiliaire hydraulique de dé- placement ayant une course réglable afin d'injecter une quantité contrôlée de fluide dans le circuit de retour d'injection. Ceci sert au retrait du piston d'injection 128 et fournit, à son tour, de l'espace pour le métal de moulage non solidifié dans les conduits de coulée du moule afin de drainer ceux-ci pour y laisser un tronçon creux moulé comme une coquille, comme expliqué précédemment. Un récepteur du type d'un accumula- teur est prévu pour accepter le fluide évacué du cylindre d'injection. Le fluide ainsi évacué est de l'ordre de 1900 litres par minute et le récepteur envoie ultérieurement le fluide lentement pour se vider dans le réservoir pendant la période active du cycle de la machine. Un dispositif de sécurité ou d'écono- mie est visible sur la figure 6a et désigné par la réfé- rence générale 141 sur la figure 10 plus détaillée. Ce dispositif empêche l'exécution de l'injection quand on fait des réglages sur la machine et que le mode de fonc- tionnement en injection n'a pas été choisi. La tige de piston 96 est pourvue d'une came6irculaire 143 destinée à rencontrer et à dé- placer momentanément une paire de colliers de verrouillage , 147 quand la tige 96 et le piston 94 se déplacent pendant leur course ascendante de telle façon que la came 143 se loge dans un évidement 149. Les colliers 145, 147 sont maintenus à leur position de fermeture de la figure ?480636 par un ressort 149 et ils sont ouverts contre la pres- sion de ce dernier par suite du déplacement vers le haut de la came 143. Lorsque celle-ci est entrée dans l'évi- dement 149, le piston 94 et la tige 96 ne peuvent plus descendre parce que les colliers fermés sont rencontrés par la face inférieure de la came 143. Comme on le voit sur la figure 10, les colliers 145, 147 sont montés pivo- tants autour d'axes 151 et ils engrènent ensemble grâce à une denture 153. Le collier 147 a une aile 155 tenue ò la position de fermeture par le ressort 149 d'une tige 156 montée coulissante dans un organe de guidage 157. Un vérin 158 a une tige 159 qui agit sur l'autre c8té de l'aile 155. On remarquera que lorsque le vérin 158 déplace la tige 159, les colliers 145 et 147 s'ouvrent pour permettre à la tige de piston 96 de descendre. L'ensemble complet d'injection est suspendu et porté en porte à faux par un cadre composé des bras 88 et d'une plaque transversale 89 boulonnée au bâti 12 de la machine. Le réglage de l'alignement de l'ensemble peut se faire grâce à des vis 160 permettant un déplacement linéaire dans le sens de l'axe du canal d'alimentation 44 et grâce à des vis 162 en sens vertiCal et 164 en sens horizontal vers la droite et vers la gau- che. Pour l'alignement de l'extrémité de la buse par rap- port au moule dans le plan x-x, figure 6b, un raccorde- ment sphérique 166, qui est légèrement libre pendant l'exécution de l'alignement, permet un déplacement dans les trois axes pour que l'extrémité de la buse soit par- faitement centrée et dégauchie par rapport au moule. On peut constater sur la figure 8 que les bras en porte-à-faux 88 ont des faces 168, 169 qui, lorsqu'elles sont prolongées par des lignes A et B sont parallèles à l'axe général du conduit d'alimentation 44e La partie supérieure 90 a un des patins 170 qui glis- L49OG36 se sur les faces 168 et 169 de façon que le réglage ef- fectué à l'aide des vis 160 permette un déplacement liné- aire correct de l'ensemble. Le fonctionnement séquentiel de l'en- semble d'injection du métal est le suivant. Un signal émis à la suite du verrouil- lage du moule fermé provoque le déplacement vers le bas jusqu'à sa position de la figure 7, de la soupape 130 de sélection d'injection, ce qui ferme un détecteur de posi- tion. Le détecteur de position envoie à son tour un signal au dispositif de sécurité pour provo- quer son retrait ce qui a lieu par le mouvement de la tige de piston 159 et la libération par les colliers 145, 147 de la came annulaire 143. Un détecteur de cette libération en- voie un signal qui met en action le piston 94 d'injection du métal et qui déclenche une minuterie chargée d'émettre un signal provoquant une rétraction partielle après un délai d'une fraction de seconde pour laisser le temps né- cessaire au métal des jets de coulée de se solidifier et puis, ensuite, d'en drainer la partie centrale. A la fin de cette période, la soupape 130 du sélecteur d'injection revient à sa position supérieure. Le retour à cette position supérieure de la soupape 130 provoque l'émission d'un signal qui fait revenir le piston 94 d'injection à sa position supé- rieure et, à nouveau, le dispositif de sécurité revient à sa position de verrouillage. Comme on peut le voir sur la figure 6b, un prolongateur de buse est prévu pour combler la distance entre le multiplicateur ce pressien 128 et le moule 54 (figure 2). En se reportant à la figure 9 on peut constater que le prolongateur comprend un raccord régla- ble désigné par la référence générale 184 qui réunit la partie extrême 186 du canal d'injection à ce prolonga- teur 188, la partie extrême 186 du canal est usinée pour z4go63c présenter une bride extérieure 190 avec une rainure adja- cente 192. Le prolongateur 188 se termine par une partie extrême sphérique 194 et, quand cette partie extrême 194 et la partie extrême 186 sont mises convenablement en alignement, un conduit 136 est constitué. Les deux parties extrêmes sont tenues en alignement à l'aide d'une paire de pinces 196, 198 réunies par des boulons 200, comme représenté. Les deux parties des pinces 196, 198 sont munies d'une pluralité de cartouches de réchauffage 202 capables de maintenir le raccord à la température voulue. Bien que l'on ait décrit l'invention en se rapportant à un exemple particulier de réalisation et à un emploi spécifique, il est entendu que différentes variantes peuvent lui être apportées par l'homme de l'art sans que l'on sorte pour autant de l'esprit et du cadre de l'invention. Les mots et les expressions employés pendant la description n'ont été retenus que pour les be- soins de celle-ci et n'ont pas en vue de limiter l'inven- tion; il doit être entendu que cette description n'exclut aucune variante ni aucun organe équivalent de réalisation, au contraire de nombreuses modifications sont possibles sans qu'on sorte, comme on vient de le dire, du cadre de l'invention. REVENDICATIOINS 1) Unité d'injection de métal pour une machine à mouler sous pression caractérisée en ce qu'elle comprend: des moyens d'injection du métal dans le plan de joint des moules de la machine, des moyens réalisant un drainage du métal non solidifié des jets de coulée à l'intérieur du moule, cette unité d'injection du métal comprenant aussi un corps (122) en acier avec une paire de cylindres (124, 126) constituée par un pre- mier cylindre (124) contenant un piston (128) multiplica- teur de pression pour l'exécution des opérations suivan- tes: a) le remplissage d'une chambre d'injection en métal en fusion provenant d'une alimentation, b) l'exécution d'une injection de ce métal à partir de cette chambre dans un moule monté sur la machine à mouler, et par un second cylindre contenant une soupape de sélection pouvant pren- dre une première position dans laquelle a) elle ouvre un passage entre l'alimentation en métal et la chambre du piston multiplicateur, b) elle ferme simultanément le passage entre la chambre et une buse de l'unité, et une seconde position dans laquelle c) elle ferme le passage d'alimentation en métal et ouvre simultanément un passage entre la chambre et la buse. 2) Unité d'injection de métal selon la revendication 1, caractérisée en ce que le piston (128) multiplicateur de pression accomplit un cycle pendant le- quel il fait une injection de remplissage d'une cavité d'un moule et supprime instantanément la pression pour permettre au métal non solidifié des jets de coulée dans le moule de se vider en laissant des jets tubulaires at- tachés à la pièce moulée. 3) Unité d'injection du métal selon la revendication 2, caractérisée en ce qu'elle comprend des moyens de sécurité (141) empêchant le fonctionnement accidentel du piston (128) multiplicateur de pression, ces moyens (141) comprenant une came annulaire (143) montée sur la tige de ce piston (128) et une paire de colliers verrouillables (145, 147) repoussés élastique- ment à une position de fermeture dans laquelle ils sont rencontrés par la face inférieure de la came périphérique (143) et empêchent le déplacement vers le bas de cette tige et du piston (128) multiplicateur, cette came (143) étant apte à ouvrir les colliers (145, 147) quand la tige est tirée vers le haut. 4) Unité d'injection du métal selon la revendication 5, caractérisée en ce qu'elle comprend un châssis en porte-à-faux apte à être fixé à l'arrière du bâti de la machine à mouler, ce bâti en porte-à-faux supportant l'unité d'injection (40) du métal et la tenant suspendue dans un pot d'alimentation (42) en métal en fusion, des éléments ajustables (160) étant disposés entre des parties du chassis en porte-à-faux et de l'unité d'injection (40) pour permettre d'ajuster l'alignement de la buse de l'unité par rapport au moule de la machine. 5) Unité d'injection du métal selon la revendication 4, caractérisée en ce qu'elle présente sur le canal d'injection un raccord sphérique (194) fa- cilitant l'alignement de la buse et du moule.