Brevet FR2512954A1 — publié le 19830318

Procédé et dispositif de mesure automatique et en continu de la résistance au cisaillement du sable l vert utilisé dans les installations de moulage modernes. L'invention concerne le moulage en sable, et plus par- ticulièrement les procédés de moulage modernes automatiques et répétitifs à cadence élevée. On rappelle qu'un procédé bien connu consiste à confec- tionner des mottes sensiblement parallélépipédiques en compri- mant du sable dans une presse horizontale entre une plaque modèle avant ouvrante et une plaque modèle arrière exerçant la poussée, ces mottes étant assemblées au fur et à mesure de leur sortie de la presse en une colonne horizontale continue reconstituant une empreinte de moulage complète à chaque jonc- tion entre mottes, ce qui permet à la suite une coulée de métal à cadence répétée dans ces diverses empreintes, les mottes continuant à avancer pendant le refroidissement des pièces jusqu'à un poste d'extrémité o a lieu le désablage A chaque cycle d'opération le sable est projeté verticalement à grande vitesse entre la plaque avant fermée et la plaque arrière reculée avant d'effectuer la mise en pression. Le sable utilisé est du sable de moulage dit "à vert", matériau composé de grains de silice mélangés avec une argile appelée bentonite, de la poudre de charbon et de l'eau Moyen- nant un malaxage convenable, chaque grain solide est enrobé d'un mince film d'argile convenablement hydraté afin de donner les forces de cohésion nécessaires sous l'effet du serrage a haute pression, généralement de l'ordre de 10 kg/cm Comme tout sable de moulage, ce sable doit satisfaire à des exigences contradictoires, puisqu'il doit être suffisam- ment fluide pour pouvoir être compacté avec aisance autour de tous les détails des plaques modèles et en même temps être suffisamment rigide après compactage pour ne pas s'effondrer ni se déformer après séparation des plaques modèles D'autre part, il doit avoir une bonne cohésion, notamment une résis- tance au cisaillement suffisante pour résister aux contraintes de moulage, telles que la pression hydrostatique du métal en fusion, les chocs thermiques au moment de la coulée et les contraintes dues à la contraction du métal en cours de solidi- ffication, mais en même temps pouvoir se briser sans trop de difficulté lors du désablage pour l'extraction des pièces. Les procédés modernes de moulage tels que celui rappelé plus haut sont encore plus exigeants sur la qualité du sable en raison de l'absence de chêssis qui nécessite donc une plus grande cohésion des mottes par elles-mêmes, de la haute pres- sion subie par le sable dans les plans de joint des mottes de tête qui doivent repousser tout l'ensemble de la colonne, et enfin du fait que le désablage lui-même doit avoir lieu d'une manière automatique et à cadence élevée Dans chaque cas on est donc conduit à définir une qualité optimale de sable et il est indispensable de contrôler la qualité de ce sable pour qu'elle demeure entre les limites étroites et bien précises ainsi définies. Les méthodes usuelles de contrôle de la qualité du sable consistent à prélever un échantillon de sable non compacté, c'est-à-dire pris dans la trémie de la machine, à confection- ner dans un appareillage extérieur de laboratoire une éprou- vette cylindrique ( 5 cm x 5 cm) serrée à 10 kg/cm 2 et à cisailler cette éprouvette sur une machine spéciale En fonction du résultat de cette mesure on module les régénérations en agents agglomérants, ou argile bentonite, en fonction des fluctua- tions observées par rapport aux limites fixées Ces mesures sont répétitives, mais en raison du procédé utilisé la cadence est toujours faible et dépasse rarement plus de deux mesures par heure, ce qui occupe un opérateur en permanence et intro- duit un retard important entre l'instant du prélèment et l'instant o le résultat de la mesure est connu. Ce procédé ne permet de satisfaire que d'une manière trop approximative aux exigences exposées plus haut sur la constan- ce de la qualité du sable En outre, le contrôle porte seule- ment sur la qualité du sable proprement dit avant compactage, et non sur les conditions réelles dans lesquelles il se trouve à l'intérieur de la motte. Le but de l'invention est d'éliminer les inconvénients précédents en fournissant un moyen et un dispositif pour mesurer, d'une manière aussi automatique et aussi rapide que possible, non seulement la qualité du sable proprement dite, mais également la qualité de son compactage à l'intérieur de chaque motte. L'invention consiste à fixer sur une des plaques modèles, de préférence sur la plaque modèle arrière, un anneau de mesure comportant un trou central, de préférence un alésage dont l'axe est parallèle à la plaque modèle et de préférence parallèle à la direction de soufflage du sable, c'est-à-dire généralement vertical, avec sur ses deux bords latéraux un amincissement comportant une jauge de contrainte raccordée électriquement à travers le support et la plaque modèle à un appareillage de mesure extérieur, cet anneau étant compris entre deux plans parallèles ou de préférence en légère dépouil- le dans le sens du démoulage, de telle manière que lors de l'extraction de la plaque modèle par rapport à la motte, cet anneau produise un double cisaillement du cylindre de sable contenu dans son alésage et qui a été compacté par le proces- sus normal de confection de la motte dans les conditions normales régnant au coeur de celle-ci Les signaux fournis par les jauges de contrainte sont exploités électroniquement pour en tirer la résistance au cisaillement, et traités informati- quement pour gérer les divers paramètres, en particulier les ordres de modulation des regénérations en agents agglom 6 rants, et les ordres de réglage de la pression fournie par la presse. D'autres particularités de l'invention apparaîtront dans la description qui va suivre d'un mode de réalisation pris comme exemple et représenté sur le dessin annexé sur lequel la figure 1 est une vue partielle en perspective de la presse et de sa plaque modèle arrière en position sortie; les figures 2 et 3 sont respectivement des vues en éléva- tion et de côté de l'anneau de mesure. On voit en particulier sur la figure 1 la presse 1, la plaque modèle arrière 2 portée par le plateau 3 de la presse, solidaire de la tige 4, et l'orifice 5 par o est soufflé le sable dans la direction représentée par la flèche 6 On voit également le début de la colonne de mottes 7. La plaque modèle 2 comporte de la manière usuelle des saillies 8 correspondant à la forme des pièces à mouler limi- tée au plan de joint (les formes au-delà de ce plan étant portées par l'autre plaque modèle non représenté) et également une saillie 9 destinée à réserver le trou de coulée et le canal de coulée (directe ou en source). Conformément à l'invention, on vient fixer sur cette plaque modèle 2, en un endroit approprié entre ces diverses saillies 8 et 9, et de préférence au coeur de la motte, un anneau de mesure 10 représenté en détail sur les figues 2 et 3. Cet anneau a avantageusement la forme d'un palier pour permettre sa fixation commode sur la plaque modèle 2 à l'aide de vis traversant les trous 11 de sa semelle Il comporte essentiellement un alésage 12, par exemple de 50 mm, dont l'axe est parallèle à la direction 6, c'est-à-dire générale- ment vertical Le corps de cet anneau, en acier résistant à l'usure, de préférence en acier 35 CD 4 T 4, est limité entre deux plans 13 de direction sensiblement perpendiculaire à la plaque modèle 2, mais de préférence en légère dépouille dans le sens du démoulage comme représenté sur la figure 3 Deux fraisages latéraux 14, par exemple cylindriques comme représenté sur les figures, ont pour effet de réduire la section des branches latérales de l'anneau, qui travaillent dans la direction d'extraction de la plaque modèle, à une faible section 13, par exemple de l'ordre de 1,5 mm d'épaisseur A l'endroit de cet amincissement maximum, qui correspond à l'endroit o les 3 D tangentes à l'alésage 12 sont parallèles à la direction de la tige 4 de la presse, on vient coller dans le fond des fraisa- ges 14 des jauges de contrainte non représentées, qui sont couplées en pont de Wheatstone de la manière usuelle avec des jauges de compensation thermiques, et raccordées électrique- ment par des câbles traversant l'anneau 10 à travers des trous 16, et la plaque modèle 2 ainsi que le plateau 3 à travers des trous appropriés pour joindre le dispositif de mesure et d'exploitation'17 par des connexions flexibles non représen- tées. Lors du compactage du sable entre les deux plaques modè- les, le sable remplit également l'intérieur de l'alésage 12 de l'anneau 10 et s'y trouve compacté à la pression qui règne à cet endroit Lors de la course d'extraction de la plaque modèle, par extraction de la tige 4, l'anneau entraîne le cylindre de sable qu'il contient et le sépare du reste de la motte par un double cisaillement selon les deux plans 13 La mise en dépouille de ces deux plans facilite cette séparation en évitant d'introduire des contraintes parasites qui pour- raient fausser la mesure De la même façon les deux fraisages 14 sont de préférence comblés par une matière destinée à protéger les jauges de contrainte et en même temps éviter toute contre-dépouille. La résistance au cisaillement du cylindre de sable selon les deux plans de cisaillement 13 est donc mesurée exactement par la somme des tensions des deux parties 15, mesurées par les jauges de contrainte, rapporté à la somme des deux sec- tions du du cylindre de sable. L'empreinte en négatif fournie par l'anneau dans la motte est sans importance dans la suite étant donné qu'elle ne communique pas avec les autres empreintes ni avec le trou de coulée D'autre part, grâce à l'orientation choisie, le cylin- dre de sable restant dans l'alésage 12 de l'anneau se trouve chassé au moulage suivant par la projection de sable soufflé selon la direction 6, le sable ainsi chassé vers le bas par la pression se trouvant remis en cohésion avec le reste du sable lors du cycle de pressage suivant. L'invention permet ainsi, à chaque cycle de confection d'une motte 7, de disposer d'une mesure précise est instan- tanée de la résistance au cisaillement du cylindre de sable sous la pression de compactage effectivement présente dans la motte. Ces diverses mesures, qui se succèdent au rythme de la presse, peuvent avantageusement être exploitées par un calcu- lateur électronique qui calcule la résistance au cisaillement en unités convenables et diverses données nécessaires, et effectue le stockage en mémoire de ces diverses données pour ensuite effectuer périodiquement, par exemple tous les cent contrôles, un calcul des grandeurs statistiques, telles que moyenne et dispersion, qu'il compare avec l'intervalle de tolérance préétabli, puis fournir les indications nécessaires à la correction manuelle ou automatique de la modulation des régénérations en agents agglomérants des charges de sable successives qui sont acheminées vers la trémie de la presse. En effet tant que la presse travaille à pression constante, les variations dans les mesures ne peuvent être imputées qu'aux variations de composition du sable. Cependant le procédé selon l'invention permet en outre, en connaissant les propriétés du sable utilisé, de contrôler également la qualité du compactage au coeur du moule et son évolution, et de régler en conséquence la pression fournie par la presse Il permet également de contrôler unitairement que chaque moule reçoit effectivement la pression correcte et signaler instantanément toute défaillance. L'invention permet ainsi d'éviter l'emploi d'un contr 8- leur et de fournir de surcroît l'indication instantanée sur les divers réglages à effectuer, manuellement ou automatique- ment, en vue d'une parfaite constance de fabrication permet- tant d'obtenir des pièces de fonderie de qualité et avec un faible pourcentage de rebut Enfin il est clair que l'invention s'adapte très simple- ment à l'appareillage existant. REVENDICATIONS 1 Procédé de mesure automatique de la résistance au cisaillement du sable à vert utilisé dans un processus de moulage répétitif en sable à partir de plaques modèles, et d'exploitation du résultat de la mesure en vue de moduler les divers paramètres du processus, caractérisé par le fait que l'on place sur une des pla- ques modèles ( 2) un anneau de mesure ( 10) comportant un ori- fice ( 12) et des jauges de contrainte fixées dans des parties amincies ( 15) de cet anneau de mesure de part et d'autre dudit orifice, que l'on raccorde électriquement lesdites jauges à travers la plaque modèle ( 2) à un dispositif électronique ( 17) de mesure et d'exploitation, que l'on calcule dans ce disposi- tif de mesure diverses grandeurs physiques dont la résistance au cisaillement de l'éprouvette de sable comprimée dans ledit orifice, puis que l'on traite le résultat desdites mesures par un calculateur pour déterminer les grandeurs de modulation, notamment de la régénération en agents agglomérants du sable recyclé. 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'on place l'anneau de mesure ( 10) sur la plaque modèle arrière ( 2) d'une presse horizontale ( 1) avec ledit orifice ( 12) orienté dans le sens ( 6) du soufflage de sable dans ladite presse de manière à vider, au cours de chaque opération de remplissage, la rondelle de sable cisaillée par l'anneau de mesure au cours du cycle précédent. 3 Procédé selon une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que l'on utilise les caractéristiques du sable, déterminées antérieurement, pour déterminer la pression de compactage au coeur de la motte et calculer la modulation de la pression de serrage de la presse en consé- quence. 4 Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que l'anneau de mesure ( 10) a la forme d'un palier, ledit orifice étant un alésage cylindrique ( 12), et que lesdites parties latérales amincies ( 15) sont obtenues par des fraisages extérieurs ( 14) au fond desquels sont disposées les jauges de contrainte. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé par le fait que le corps de l'anneau de mesure ( 10) est délimité dans le sens dudit alésage ( 12) par deux plans ( 13) en légère dépouille par rapport au sens de démoulage. 6 Dispositif selon une des revendications 4 et 5, carac- térisé par le fait que lesdits fraisages ( 14) communiquent par des trous ( 16) avec le plan de la base du palier pour permet- tre de loger les fils de connexion des jauges de contrainte, et que lesdits fraisages sont ensuite comblés par un remplis- sage assurant la protection des jauges de contrainte et la suppression de toute contre-dépouille.