Brevet FR2474359A1 — publié le 19810731

i MOULE PERMANENT (COQUILLE) POUR LA FABRICATION DE PIECES DE FONDERIE EN METAL LEGER L'invention a trait à un moule permanent (coquille) pour la fabrication de pièces de fonderie en un alliage de mé- tal léger, notamment de pièces moulées de forme allongée, telle que par exemple des têtes de cylindre de moteur à com- bustion, la coquille étant réalisée sous la forme d'une enve- loppe double, l'enveloppe intérieure consistant en une garni- ture d'acier et l'enveloppe extérieure en un corps en fonte moulée. Pour le moulage en coquille de pièces de forme allon- gée présentant, par exemple, des longueurs allant de 0,3 m à l m ou davantage, il existe un risque important que la pièce moulée ne demeure pas rectiligne mais au contraire se gauchis- se plus ou moins, c'est-à-dire que la pièce moulée elle-même, vue selon son axe longitudinal, présente un profil incurvé. Un tel gauchissement de la pièce moulée n'est pas souhaitable. On doit maintenir de plus grandes tolérances sur les surfaces d'usinage. Ceci signifie d'une part, une dépense en matière première plus élevée et, d'autre part, des frais d'usinaze plus importants. On a déjà essayé de diverses façons, d'évi- ter un gauchissement de pièces de fonderie de forme allongée obtenues par moulage en coquille. L'un de ces processus con- siste à refroidir la coquille. Mais il en résulte une dépense supplémentaire dans la réalisation et la conception de la co- quille. Les parties de coquille doivent être dimensionnées de façon qu'à l'intérieur de l'épaisseur de paroi ce la coq:lle puisse être disposé un nombre suffisant de canaux de refroi- dissement. Cela conduit à des frais d'exploitation supplérmen- taires. Un autre processus, pour éviter le gauchissement de pièces moulées de forme allongée obtenues par moulage en co- quille consiste en une réalisation extrêmement massive de la coquille elle-même. La coquille est elle-même pourvue d'une épaisseur de paroi surdimensionnée. Il en résulte que les seules parois épaisses peuvent recevoir, grâce à leur masse, la chaleur transmise par la pièce moulée de façon telle que la coquille demeure rectiligne et ne se gauchisse pas. Toute- fois, dans le moulage en coquille, ce n'est pas seulement la pièce moulée qui est soumise à gauchissement mais aussi les parties de coquille, c'està-dire la garniture d'acier et le corps extérieur en fonte moulée faisant office d'enveloppe ex- térieure. Ceci peut favoriser le gauchissement de la pièce moulée. Dans les deux cas de réalisation antérieure de coquil- les servant à la fabrication de pièces moulées de forme allon- gée, on retrouve des coquilles nécessitant une grosse quantité de matériaux. Il en résulte un poids élevé pour les coquilles. Dans les modes de construction connus, le rapport des poids spécifiques, c'est-à-dire le rapport d'un kilogramme poids pour la coquille par rapport à un kilogramme poids pour le mou- lage ou la pièce moulée atteint des valeurs allant de 200 jus- qu'à 500 à 1 (y compris l'entonnoir de coulée). Cela signifie que la coquille est au moins de 200 à 300 fois plus lourde que la pièce moulée. De tels poids sont, en fonctionnement, coûteux en énergie et en frais de travaux, notamment dans le cas de coquilles qui sont partagées selon leur plan longitudi- nal, les parties de coquille devant alors être montées à cou- lissement pour la fermeture et l'ouverture. Le mode de cons- truction utilisé jusqu'ici pour les coquilles est également défavorable dans le cas o la fabrication de pièces moulées peut être effectuée en fonctionnement continu dans un système cyclique. La présente invention a pour but de réaliser des co- quilles pour des pièces de fonderie de forme allongée du type visé cidessus notamment pour le coulage selon le procédé par gravité, ces coquilles permettant l'obtention de pièces de fonderie deirearant rectilignes sur toute leur longueur, le rapport de poids de la coquille par rapport à celui de la piè- ce de fonderie étant sensiblement réduit, les coquilles pou- vant être manipulées de façon simple et rapide avec une dé- pense en énergie plus réduite. Selon l'invention, on prévoit que les flasques latéraux et l'embase ainsi que les parties de l'enveloppe intérieure définissant le contour de la pièce de fonderie se raccordent aux parties de l'enveloppe extérieure, c'est-à-dire les parties latérales appuyant sur les flasques et la plaque de base qui reçoit l'embase, au moyen de surfaces de contact de dimension réduite et que lesdites surfaces de contact destinées à la transmission de chaleur de l'intérieur vers l'extérieur soient disposées en des endroits o le gau- chissement des parties de l'enveloppe intérieure est, par sui- te de la différence de température, le plus faible c'est-à- dire en général dans la zone médiane par rapport à la longaeur de la partie d'enveloppe. La réalisation selon l'invention d'une coquille consti- tuée d'une enveloppe intérieure et d'une enveloppe extérieure rêsulte de la connaissance qu'entre les enveloppes il ne se produise, si possible, aucune transmission de chaleur, c'est- a-dire qu'il cornvient de prévoir, selon les possibilités, des 0 îistolations, et que des zones de transmission de chaleur entre l'enveloppe extërieure et l'enveloppe intérieure doivent être uniqueriont dispoeéeos dns des endroits prédêterminés, ces zo- nes de -tarsmíq-r2 pouvant exister par des surfaces de con- tac c nommunes &l oZ en zndderation du gauchissement, de la tepf%'agu7re de l'cen eppc intérieure, la chaleur doit être eed@e - lnvàeoppe exLr;ure La variation de température entre!(e roulage e! e''eloppe intérieure, c'est-à-dire la 3a- nqtu2'e in acï-nr5 d. o_ dr e intérieur vers l'extérieur, da oozte que la og2r umr en acier tend ainsi à se cour'er vers l-RteIeur par nus ex.ré.ités. Cette tendance est con- ecarrée par le fal, que l chaleur est extraite de l'inté- r-ieur U ews l'extérieur au noyen de surfaces de contact prévues entre les extrmrités de l'!eveloipe intérieure. Celles-ci se rouvent, de façon générale, dans la zone médiane entre les deux enveloppes. A l'endroit o le cintrage de l'enveloppe in- -, eure cvest-à-dire de la garniture en acier, est la plus importanteD on emoSche la transmission de chaleur par une iso- lation. Grâce à cette méthode d'agencement des surfaces de contact, les forces résultant de la dilatation thermique sur la partie en fonte grise, c'est-à-dire sur l'enveloppe exté- rieure, s'opposent aux forces résultant de la chaleur appli- quée sur l'enveloppe intérieure, c'est-à-dire sur la partie en acier moulé. L'incurvation des parties d'enveloppe doit s'annuler réciproquement de sorte que la cocuille dans son en- semble, c'est-à-dire au niveau de son envelo;;,e intérieure, c'est-à-dire la garniture d'acier, demeure rectiligne pendant la coulée. La pièce de fonderie elle-même demeure ainsi recti- ligne, c'est-à-dire conserve rigoureusement les dimensions exactes de sorte que les limites de tolérance prescrites ne sont pas dépassées. Pour favoriser ce processus, les envelop- pes que forme la coquille doivent Etre extrêmement légères. L'épaisseur de paroi des enveloppes doit être relativement faible. Elles peuvent avoir d'environ 15 à 20 mm d'épaisseur. Le tout aboutit à un mode de construction extrêmement léger de la coquille. Le rapport des poids, à savoir le rapport d'un kilogramme poids de coquille par rapport à un kilogramme poids de moulage est réduit jusqu'à 70 à 80/1, c'est-A-dire jusquà un tiers ou même pratiquement 1/6ème par rapport au mode de construction utitlisé jusqu2ici. La réduction considérable du poics a pour autre avantage que les parties de coquille des coquilles séparées ou partagées sont plus aisément manipula= bles. Leur coulissement demande une énergie moindre. En ou- tre, la coquille selon l'invention est appropriée pour être installée dans un système cyclique d'un procédé de moulage. Il n'est nécessaire d'entraîner avec elle aucun poids mort, ce qui conduit, d'ar_ part, à une économie considerable en éner- gie de fonctionnement. Les coûts pour la fabrication de la coquille et pour son fonctionnement sont réduits de façon considérable. Les surfaces en vis-à-vis des parties d'enveloppe com- portent des isolations en dehors des surfaces de contact dis- posées à cet effet. Une isolation efficace peut consister en ce que les surfaces en dehors des surfaces de contact sont bordées par des évidements. Ces évidements présentent aussi l'avantage d'une réduction sensible du poids. Ils forment dès espaces d'isolation recherchés. Pour favoriser une telle iso- lation, c'est-à-dire la transmission ou la convection de cha- leur, on peut disposer à l'intérieur des évidements, des cops d'isolation thermique de nature appropriée, par exemple des plaques d'isolation thermique ou encore des feuilles de métal faisant écran ou des organes analogies. Il est avantageux que les isolations disposées à l'intérieur des évidements soient en amiante. Les corps ou plaques d'isolation thermique mises en place à l'intérieur des évidements peuvent être maintenus en position au moyen d'entretoises en matériau isolant. Dans le cas o il est nécessaire de prévoir des surfaces d'appui entre l'enveloppe intérieure et l'enveloppe extérieure, il k474359 convient de réaliser un tel appui au moyen de parties isolan- tes. La disposition recherchée des surfaces de contact ou d'isolation entre les deux enveloppes doit conduire au résul- tat qu'un échauffement ponctuel de l'enveloppe extérieure en des endroits prédéterminés permette une disposition rectiligne de l'enveloppe intérieure. Ceci ne vaut pas seulement pour les flasques latéraux de la garniture en acier de l'enveloppe in- térieure mais aussi pour la partie formant embase du moule. Selon une autre caractéristique de l'invention, on prévoit qu'aucune accumulation de chaleur de l'air puisse se produire à l'intérieur des évidements. Pour ce faire, les évi- dements doivent Otre pourvus d'ouvertures ou de perçages d'aé- ration et de désaération. Grâce à la désaêration des espaces vides formée par les évidements, la chaleur ou l'air chaud peut s'écouler sans entrave. Les orifices d'aération sont à prévoir de façon à permettre un écoulement permanent de l'air plus froid dans les espaces vides de façon à obtenir par les évidements, de véritables ponts de refroidissement. Sur des coquilles dont les parties, qui résultent de la séparation ou du partage longitudinal, doivent être déplacées perpendiculairement à l'axe longitudinal pour la manoeuvre d'ouverture ou de fermeture, il est particulièrement avanta- geux, que, selon l'invention, les parties de coquille soient maintenues exemptes d'organes de manoeuvre permettant leur ou- verture et leur fermeture ainsi que l'extraction de la pièce de fonderie. Il convient de disposer les organes de manoeuvre de façon stationnaire. Il en résulte une réduction du poids de la coquille. A la différence des modes de réalisation anté- rieurs pour lesquels les organes de manoeuvre des organes con- sidérés étaient disposés sur l'enveloppe extérieure, ces orga- nes de manoeuvre n'interviennent pas dans le bilan thermique de la coquille à double enveloppe. Les conditions thermiques et le rapport contraintes-chaleur des parties de coquille l'une par rapport à l'autre peuvent être ainsi bien maîtrisées. En outre, il faut encore veiller à ce que les autres parties qui portent ou reçoivent la coquille soient égalerent isolées pour éviter toute transmission de chaleur. A cet effet, la plaque de base est isolée au moyen de couches intermédiaires d'isolation thermique par rapport au châssis mobile ou aux or- ganes mobiles qui la reçoivent. Egalement, l'entonnoir de cou- lée est disposé de façon qu'aucune quantité de chaleur puisse passer de celui-ci à la coquille. Pour mieux faire comprendre l'objet de la présente in- vention, on va en décrire ci-après, à titre d'exemple purement illustratif et non limitatif, un mode de réalisation représen- té sur le dessin annexé. Sur ce dessin: - la figure 1 représente schématiquement, en coupe, un exemple de réalisation d'une coquille selon l'invention; - la figure 2 est une coupe schématique longitudinale de la coquille de la figure 1 - les figures 3 et 4 représentent en coupe d'autres exemples de réalisation concernant les éléments permettant le déplacement longitudinal de la coquille. La coquille 1 destinée à la fabrication de pièces de fonderie en alliage de métal léger, notamment de pièces de fonderie de forme allongée, par exemple, des têtes ou culas- ses de cylindre pour moteur à combustion interne ou des orga- nes analogues, comprend une enveloppe intérieure 2 en acier moulé et une enveloppe extérieure 3 en fonte grise. Les par- ties de l'enveloppe intérieure servent à la conformation de la pièce moulée et peuvent se composer de flasques latéraux 4 et d'une embase 5 tandis que les parties de l'enveloppe exté- rieure en fonte sont constituées par des parties latérales 6 qui maintiennent appuyés les flasques 4 et une plaque de base 7. A l'intérieur des éléments 4 de l'enveloppe intérieure et de l'embase 5 se trouvent les noyaux qui déterminent la confi- guration de la pièce moulée, à savoir le noyau de base 8 et les noyaux 9 et 10 qui sont pourvus de prolongements servant à la réalisation de canaux d'alimentation. Le noyau de recou- vrement 11 consiste en une gueuse pour la coulée par gravité, le matériau complémentaire rendu nécessaire par le retrait du moulage étant apporté par l'espace d'alimentation du noyau formant gueuse. La plaque de base 7 peut être, au moyen de pieds 7a, placé. et centrée sur le plateau 12 d'un chtssis mo- bile 13. Le châssis mobile comporte des roues 14 déplaçables sur des rails 15 s'appuyant sur un châssis de base 16. Un pa- lonnier 17 comporte des poussoirs 18 servant à éjecter ou ex- traire la pièce moulée hors de la coquille, ledit palonnier étant monté à coulissement sur des boulons 19. Le palonnier 17 est solidaire d'une tige 20 qui, au moyen de son collet a peut, lors du déplacement longitudinal de la coquille en- trer dans une griffe 21 disposée de façon fixe et sortir à nouveau de cette dernière, la griffe 21 pouvant ttre action- née au moyen d'un cylindre d'éjection fixe 22. Grace à la sé- paration de la coquille dans le sens longitudinal, les flas- ques latéraux 4 ainsi que les parties latérales 6 sont dépla- 0 gables perpendiculairement à l'axe longitudinal au moyen de glissières de guidage 23 et 24. La manoeuvre de coulissement est effectuée au moyen de vérins 5 et 26, sur les pistons a et 26a desquels scrt ménagées des parties en forme de crochet 27 et 28 qui coopèrent avec des talons 29 et 30 des parties 6 de l'enveloppe extérieure pour assurer la fermeture ou l'ouverture des. parties de coquille 4. Les parties 6 de l'enveloppe extérieure co.lissenrt, lors du déplacement des parties de coquille perpendiculairement à l'axe longitudinal, sur des barres 30 et coopêrent avec d'autres barres de guida- ge 31. On a désigné par 32 l'entonnoir de coulée, Pour l'obtention d'un moulage rectiligne à l'intérieur d'étroites limites de tolérances, on prévoit entre les parties 4 et 5 de l'enveloppe intérieure et les parties 6 et 7 de l'enveloppe extérieure, des isolations et des surfaces limi- tées de contact. Les isolations se composent, de préférence, d'évidements ou d'espaces creux 34, 35, 36, 37, qui, si pos- sible, sont disposes autour des parties de l'enveloppe inté- rieure de sorte que les surfaces en vis-à-vis des parties de l'enveloppe intérieure et des parties de l'enveloppe exté- rieure n'aient entre elles aucun contact direct. Sur les c8- tés longitudinaux des flasques latéraux 4 des parties de l'enveloppe intérieure sont également ménagées des espaces creux 38 qui peuvent communiquer en diagonale avec les espa- ces creux 36 et 37. Des canaux d'aération 39 conduisent à ces espaces creux ou évidements et à l'extrémité supérieure des évidements sont prévus des canaux de désaération 40 dans le but d'éviter une accumulation de chaleur à l'intérieur des évidements ou espaces creux. En outre, dans les espaces creux 34 et 38 peuvent être disposés des corps ou plaques calorifu- ges 41 42 qui captent et interrompent le rayonnement de cha- leur en direction des parties de l'enveloppe intérieure. Ces corps calorifuges 41 et 42 peuvent être maintenus en position au moyen d'entretoises 43. Les corps calorifuges sont avanta- geusement en céramique. L'embase 5 de l'enveloppe intérieure 2 est supportée par la plaque de base 7 de l'enveloppe extérieure 3. A cet ef- fet, des surfaces de contact sont convenablement disposées pour la transmission de chaleur de l'intérieur vers l'exténeur. Une telle surface de contact 45 se trouve dans la zone médiane vue dans le sens de La longueur des parties au moyen de la saillie 46 dirigée vers le haut, tandis que sur les autres points d'appui sont insérés des éléments d'isolation 47 et 48. La transmission de chaleur de la partie d'enveloppe intérieure 5 à la partie d'enveloppe extérieure 7 se trouve ainsi réali- sée dans la zone médiane o la déformation sous l'effet de la chaleur est la plus petite. Aux extrémités des parties de for- me allongée o la déformation est la plus grande, on n'a prévu aucune surface d'appui ou de contact direct, mais l'appui s'ef- fectue dans ce cas au moyen de corps d'isolation thermique, De cette façon, la tendance au cintrage de la pièce en acier mou- lé 5 avec un fort gauchissement aux extrémités se trouve con- trariée par la pièce en fonte grise 7 de la plaque de base, la zane médiane étant plus chaude que les parties terminales de façon qu'il en résulte un cintrage de direction opposée. Les forces ainsi créées doivent se compenser de façon que cela ne se traduise pas par des conséquences fâcheuses pour le moula- ge. Il est évident que partout o des canaux d'aération et de désaération destinés aux évidements sont possibles, ceux-ci- peuvent être ménagés sur les parties des enveloppes. Aux endroits o il peut encore y avoir des surfaces de contact, ces dernières sont également isolées. Ceci vaut par exemple pour les zones dans lesquelles l'embase 5 de l'enve- loppe intérieure est fixée à la plaque-de base 7-au moyen de bnulcns 52: dans ce cas, sont interposés des éléments d'ap- pui constitués par des anneaux d'isolation thermique 53. La cruation de ponts thermiques est totalement à éviter sauf sur l'agencement recherché des surfaces de contact de chaleur en- tre les parties des enveloppes intérieure et extérieure. L'1so- lation thermique entre les parties de l'enveloppe intérieure et celles de l'enveloppe extérieure doit être réalisée de par- tout de façon conséquente, pour l'obtention de l'effet recher- ché de rectilinéarité de la pièce de fonderie. Il est en outre judicieux que les paliers des roues 14 et 14a soient thermiquement isolés, ce qui peut être réalisé au moyen d'un fourreau 54 d'isolation thermique (figure 3). Si la plaque de base 7 est déplaçable directement sur des rouleaux 55 entraînés ou non, la plaquette intermédiaire 56 peut également être réalisée en un matériau isolant thermique. La réalisation décrite de la coquille à enveloppe dou- ble-est aussi particulièrement avantageuse sur le plan des coûts en raison des épaisseurs de parois réduites et d'une meilleure obtention de l'effet recherché concernant la dispo- sition rectiligne du moulage. Pour un moulage de Ikg poids (poids de vente) on a simplement besoin de dépenser entre un tiers et environ un cinquième en coût de coquilles pour des partles d'ailleurs identiques en utilisant des noyaux d'ali- mentation, d'évacuation à chemise d'eau et à gueuse en sable de quartz. Le rapport des coûts devient encore plus favorable pour des culasses de cylindre dépassant 10kg poids environ. Il est bien entendu que le mode de réalisation ci-des- sus décrit n'est aucunement limitatif et pourra donner lieu à toutes modifications désirables sans sortir pour cela du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1 - Moule permanent (coquille) pour la fabrication de pièces de fonderie en alliage de métal léger, notamment de pièces moulées de forme allongée, par exemple de têtes de cy- lindre pour moteur à combustion, la coquille se présentant sos la forme d'une enveloppe double, l'enveloppe intérieure con- sistant en une garniture en acier et l'enveloppe extérieure en un corps en fonte moulé, la coquille étant divisée longitudi- nalement et les éléments de coquille étant déplaçables perpen- diculairement à l'axe longitudinal, caractérisé par le fait que les flasques latéraux (4) et l'embase (5) en tant que par- ties de l'enveloppe intérieure (2) définissant le contour-de la pièce moulée, se raccordent avec les parties --- de l'en- veloppe extérieure (3), c'est-à-dire les parties latérales (6) appuyant sur les flasques (4) et la plaque de base (7) qui reçoit l'embase (5), au moyen de surfaces de contact (45) de dimension réduite tandis que les surfaces en vis-à-vis des par- ties d'enveloppe n'ont aucun contact entre elles, et que les surfaces de contact (45) destinées à la transmission de cha- leur de l'intérieur vers l'extérieur sont disposées en des en- droits o le gauchissement des parties de l'enveloppe inté- rieure est, par suite de la différence de température, le plus faible c'est-à-dire dans la zone médiane par rapport à la longueur de la partie d'enveloppe. 2 - Moule permanent selon la revendication 1, caracté- risé par le fait que les surfaces en vis-à-vis des parties d'enveloppe (2, 3) comportent des isolations à l'extérieur des surfaces de contact (45). 3 - Moule permanent selon la revendication 1, caracté- risé par le fait que les surfaces en vis-à-vis des parties d'enveloppe, à l'extérieur des surfaces de contact sont bor- dées par des évidements (34 - 38). 4 - Moule permanent selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait qu'à l'intérieur des évidements (34 - 38) sont disposés des corps ou des plaques d'isolation thermique (41, 42) ou une tôle de protection arrêtant le rayonnement. - Moule permanent selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que sur les surfaces d'appui re- quises entre les parties de l'enveloppe intérieure et de l'en- veloppe extérieure, sont prévues des parties isolantes (47, 48) telles que par exemple des corps en céramique. 6 - Moule permanent selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que les évidements (34, 38) ou les espaces creux correspondants sont pourvus de canaux d'aération et de désaération (39, 40). 7 - Moule permanent selon l'une des revendications 1 à 6. caractérisé par le fait que la plaque de base (7) est iso- lée du chlssis mobile (13) qui la reçoit ou des organes de cransport (14, 14a) au moyen de couches intermédiaires (54) d'isolation thermique, 8 - Houle selon 'une des revendications 1 à 7, carac- tiCsé par le ais que les coquilles (4) sont exemptes d'orga- ine de manoeuvre (295, 28) pour l'ouverture et la fermeture des parties de coquilles ainsi que d'organes (21, 22) servant à lUdjection de la pièce moulée. 9 Moule permanent selon l'une des revendications 1 à S, caracterise par le fait que le poids de la coquille (y com- pris l'entonnoir de coulée) est, par rapport au poids de la pièce moulée dans une proportion inférieure à 100/1, et va de préférence de 90 à 70/l,