Brevet FR2475953A1 — publié le 19810821

-1- La présente invention concerne un procédé pour compacter une matière de moulage par action d'un gaz sou- mis à une surpression sur la matière de moulage, notamment pour des moules de coulée)placée en vrac. L'invention se rapporte également à un dispositif pour la mise en pratique de l'invention. Un connaît déjà des dispositifs qui fonction- nent d'après le procédé dit "à impulsions". Ainsi, par exemple, dans le brevet allemand nO 1 097 622, on a dé- crit un dispositif pour compacter du sable de fonderie à l'aide d'air comprimé. Dans une plaque de fond d'une cloche à air comprimé, il est prévu des orifices qui sont pourvus de soupapes pouvant être ouvertes brusquement à l'aide d'un levier de manière qu'une impulsion de pres- sion agisse sur le sable placé dans le volume de remplis- sage situé en-dessous et assure ainsi le compactage du sable. On rencontre dans ce cas deux inconvénients, d'une part à cause des pertes de pression qui se produisent lors du passage de l'air au travers de la plaque de fond et d'autre part par le fait qu'il se produit des pertes de charge supplémentaires sous l'effet de la turbulence engendrée. En outre, l'onde de pression se propage égale- ment en direction des parois latérales du chàssis de remplissage, ce qui se traduit par une perte d'énergie supplémentaire. L'invention a pour but de remédier à ces in- convénients et de fournir un procédé et un dispositif permettant de réduire au minimum les pertes d'énergie et de faire agir la pression d'une façon plus efficace et plus précise. Ce problème est résolu selon l'invention grâce -2- au fait que le gaz soumis à une surpression est accéléré, lors de sa détente à l'aide d'une tuyère supersonique dans une direction, jusqu'à une vitesse supersonique, ladite direction étant orientée perpendiculairement à la surface de la matière de moulage à compacter. L'in- vention se rapporte également à un dispositif comportant une chambre à gaz sous pression pouvant être reliée à uxm source de gaz sous pression et dont la plaque de fond est pourvue d'au moins une ouverture obturable de passa- ge de gaz, ainsi qu'un chtssis de remplissage, un cais- son de moulage et une plaque-modèle, qui peuvent être reliés en commun à ladite plaque de fond, dispositif caractérisé en ce que l'orifice de passage de gaz est agencé sous la forme d'une tuyère de Laval orientée per- pendiculairement au plan de section droite du ch4ssis de remplissage. D'autres caractéristiques avantageuses sont mises en évidence dans les autres revendications. Dans une tuyère de Laval, l'énergie de pression contenue dans un gaz est convertie en une énergie cinéti- que; le gaz sort à grande vitesse de la tuyère de Laval. Il arrive ensuite sur la surface du sable et est ainsi. freiné. Sous l'effet devla pression du gaz incident, le sable est brusquement refoulé et il se produit ainsi un compactage du sable. La conversion d'énergie s'effectue dans la tuyère de Laval avec une très faible perte. On connaît des tuyères de Laval opérant avec des rendements attei- gnant 98 %. Du fait que l'onde de pression du gaz est diri- gée perpendiculairement à la surface de la matière de moulage, l'énergie cinétique du gaz est absorbée seule- ment par le sable et non par les parois latérales. Du fait que la détente se produit pratiquement sans perte de charge et sans perte par frottement, la pression -3- initiale dans la chambre à gaz reut être abaissée, ce nui a une influence favora'le sur le colt de l'opéra- tion. En outre, on peut établir dans la chambre à gaz une oression intérieure. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention seront mis en évidence dans la suite de la description, donnée à titre -l'exemples non limita- tifs, er. référence aux dessins annexés dans lesquels: lIa Figure 1 est une couoe longitudinale d'un disrositif conf.rie à l'invention, Dour assurer le com- nactage d'une matière demoulage de fonderie; La Figure 2 est une coupe de la chamhre à ga? sous pression, faite suivant la ligne I-I de la IJcare 1; 15. La virure ; est une coupe du chassis de rem- "lissage faite suivant la ligne II-II de la Figure I; et La Figure 4 est une couse partielle d'un autre mode de réalisation d'une plaque tuyères. La Fi-ure I représente un caisson de moule 2 et un chAssis de remrlissage 3, oui peuvent être soule- vés contre une nnaque de fond 10, en même temps qu'une olaque à modèle 4. associée à un modèle 5, à l'aide d'un mécanisme à iiston de noussée 9 et qui peuvent être des- cendus sérarément sur des Daires de rouleaux 13, 14, 15. La Flaque de fond 10, qui est réalis4e de façon monobloc et qui comporte olusieurs orifices de passage 19 en for- me de tuyères de Laval, fait partie d'une chambre à air comnrim6 20. La chambre à air comprimé 20 est reliée, par l'intermédiaire d'un tuyau d'alimentation obturable 21, avec une source d'air comprimé 25. Les orifices 19 peuvent être fermés à l'aide de soupapes 26, auquel cas toutes l.es ti7es Te soupapes 27 sont reliées à une pla- nue d'actionnement 28 commune. De préférence, les tiges de soupapes 27 sont réglables individuellement en hauteur -4- à l'aide d'écrous 29, ce qui garantit un actionnement simultané de toutes les tiges de soupapes 27. Lorsque les soupapes 26 sont fermées, de l'air comprimé se trouvant dans le réservoir 25 est introduit dans la chambre 20 et ensuite l'organe obturateur 33 prévu dans le tuyau 21 est fermé après équilibrage de pression entre la chambre 20 et le réservoir 25.oLa plaque d'actionnement de soupapes 28 est alors soulevée brusquement.à l'aide d'un piston de manoeuvre 34 de sorte que les soupapes 26 dégagent les orifices 19. L'air se détend alors dans les tuyères de Laval, qui sont orientées perpendiculairement à la masse de sable de moulage placée en vrac dans le châssis de remplissage 3 et l'air est ainsi accéléré. Il s'établit alors un écoulement de gaz dans des conditions supercritiques et la pression diminue également dans une section élargie, qui est placée, dans la direction d'écoulement, après le col de section rétrécie de la tuyère de Laval, ce qui produit une accélération supplémentaire du gaz au- dessus de la' vitesse du son s'établissant dans la sec- tion la plus étroite. Bien qu'on ait obtenu des résultats satisfai- sants en utilisant un seul orifice de passage 19,- il est plus avantageux de pourvoir la plaque de fond 10, approximativement sur toute sa surface, d'orifices 19 placés dans des positions aussi rapprochées que possible, comme le montre la Figure 2. Il est ainsi possible d'obtenir une action uniforme du courant de gaz sur toute la surface de la matière de moulage. Les orifices 19 sont agencés sous forme d'un système tramé qui se compose de lignes imaginaires 36, 37 se coupant à angle droit, ce -ui permet ainsi d'utiliser avantageusement la surface de la plaque 10. Comme gaz sous pression, on utilise dans ce t47s,53 cas de l'air comprimé. On pourrait cependant également employer de la vapeur ou d'autres gaz. Déjà avec des pressions relativement basses, d'environ 8 bars, dans la chambre 10, on peut réaliser des moules qui présen- tent des résistances à la compression d'environ 20 N/cm Avantageusement, la matière de moulage est introduite jusqu'au bord supérieur du châssis de rem- - lissage 3 de telle sorte qu'on forme par raclage une surface supérieure plane. On évite ainsi que les diffé- rents jets d'air sortant des tuyères de Laval puissent entrer en contact l'un avec l'autre et se perturber mu- tuellement. Pour une meilleure séparation des jets d'air, la plaque de fond 10 est pourvue de saillies 40, qui s'étendent à peu près sur toute la section du ch4ssis de remplissage 3 et qui ont une certaine hauteur dési- gnée par 41. Ces saillies 40 pénètrent dans le châssis de remplissage 3 et par conséquent dans la matière de moulage. Cependant pour éviter que la matière de moulage soit compactée mécaniquement par les saillies, celles-ci sont agencées sous la forme de rebords à ardtes vives 42. Ce résultat est obtenu en ce que les parties 43 situées entre les différents rebords 42, et également entre les rebords 42 et le châssis de remplissage 3, sont décalées en retrait d'une distance au moins égale à la hauteur 41 de la saillie 40. On a représenté sur la Figure 4 un autre mode avantageux de réalisation de la plaque à tuyères 10. Dans ce cas, des éléments rapportés 46 formant des tuyères de Laval sont montés dans un carter en forme de châssis. Ce carter'comporte une plaque supérieure d'obturation 47, dont la surface supérieure libre est de niveau avec les extrémités d'entrée des tuyères de Laval 46, ainsi qu'une plaque inférieure d'obturation 48 -6- qui est tournée vers le chàssis de remplissage 3 et de laquelle dépassent les extrémités de sortie des tuyères 46 d'une distance correspondant à la hauteur 41 de la saillie 40, de sorte qu'on est également garanti dans ce cas d'une séparation efficace des jets partiels. Les orifices des tuyères peuvent avoir un profil conique, de sorte qu'ils se composent de sections circulaires. Il est également possible d'envisager l'application de sections polygonales, par exemple, carrées, ou bien un mélange des deux types de sections. L'invention est également applicable au com- pactage d'autres matières de moulage de types quelcon- ques. -7- REVENDICATIONS 1. Procédé pour compacter une matière de mou- lage notamment pour des moules de coulée par action d'un gaz soumis à une surpression sur la matière de moulage nlacée en vrac, procédé ca- r-ctrisé en ce que le gaz soumis à une surpression est accéléré, lors de sa détente à l'aide d'une tuyère surersonirue dans une direction, jusqu'à une vitesse suoersonique, ladite direction étant orientée nerpen- diculairement à la surface de la matière de moulage à compacter. 2. - Procédé selon la revendication 1, caric- t4risé en ce que le surface de la matière de moulage est nivelée suivant un plan et en ce que l'extrémité de sortie He ladite tuyère supersonique est légèrement enfoncée dans la matire de moulage. 3. - Dispositif pour la mise en oeuvre du rrocédé selon la revendication 1, comportant une chambre à gaz sous pression (20) pouvant être reliée à une sour- ce de gaz sous nression (25) et dont la olaque de fond (10) est pourvue d'au moins une ouverture obturable de Massage de gaz (19), ainsi qu'un chassis de remplissage (3), un caisson de moulage (2) et une plaquemodèle (4), qui peuvent être reliés en commun à ladite plaque de fond (10) , dispositif caractérisé en ce que l'orifice de nassaee de gaz (19) est agencé sous la forme d'une tuyère de Laval orientée perpendiculairement au plan de section droite du châssis de remplissage. 4. - Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce -ue la plaque de fond (10) est pourvue, approximativement sur toute sa surface, d'orifices de passage de gaz (19) qui sont placés à proximité les uns des autres. 5. - Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que les. orifices (19) sont disposés -8- suivant un système tramé se composant de préférence de lignes (36, 37) se coupant perpendiculairement entre elles. 6. - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que la plaque de fond (10) est réalisée de façon monobloc. 7. - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 à 6, caractérisé en ce que la plaque de fond (10) comporte des saillies (40) qui pénètrent, en étant réparties sur toute sa section, dans le châssis de remplissage (3). 8. - Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que les parties (43) situées entre les saillies (40), ainsi qu'entre ces saillies (40) et le ch4ssis de remplissage (3), sont décalées en retrait d'une distance au moins égale à la hauteur (41) de la saillie. 9. - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, 7 ou 8, caractérisé en ce que la plaque de fond (10) est constituée par un carter en forme de châssis, dans lequel sont montées les tuyères de Laval (46). 10. - Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que le carter comporte une plaque inférieure d'obturation (48), de laquelle les extrémités de sortie des tuyères de Laval (46) dépassent d'une cer- taine hauteur (41). 11. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 à 10, caractérisé en ce que chaque ori- fice de passage de gaz (19) présente une section droite circulaire et/ou polygonale. 12. - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 à 11, caractérisé en ce que toutes les soupapes (26) assurant l'obturation des orifices de pas- sage de gaz (19) sont reliées à une plaque d'actionne- ment (28).