Brevet FR2559079A1 — publié le 19850809

"Demi-moule métallique pour moulage en coquille" L'invention concerne les moules pour moulages en coquille utilisant deux moitiés de moule comportant chacune une cavité d'échange thermique à haute pression. Les demi-moules pour moulage en coquille selon l'inven- tion comportent une paroi mince entre la zone de moulage en coquille du demi-moule et la cavité d'échange thermique à haute pression. Cette paroi mince comprise entre la zone de moulage en coquille et la cavité d'échange thermique à haute pression couvre sensiblement toute la surface com- prise entre la zone de moulage en coquille et la cavité d'échange thermique à haute pression. Une cavité d'échange thermique à haute pres- sion permet à l'agent d'échange de chaleur contenu dans cette cavité d'échange thermique à haute pression, d'être maintenu sous la forme d'un liquide à haute température par rapport à la température à laquelle le métal à mouler est introduit dans le moule. Un demi-moule de moulage en coquille comportant une paroi mince de grande surface entre la zone de moulage en coquille de ce demi-moule et la cavité d'échange thermique à haute pression, a été uti- lisé pour profiter de la différence de température rela- tivement plus faible entre le métal à mouler et l'agent d'échange de chaleur afin d'évacuer la chaleur obtenue en utilisant un agent d'échange de chaleur à température relativement élevée. Les moules pour moulage en coquille couram- ment en service utilisent de l'eau à la pression atmosphé- rique comme agent d'échange de chaleur pour évacuer la chaleur de la cavité de la coquille. L'échange de chaleur est obtenu en perçant une série de conduits dans le bloc de coquille pour permettre à l'eau de circuler dans ce bloc de coquille et de refroidir ainsi la cavité de la coquille. Lorsque les systèmes servant à échanger la cha- leur de la cavité de la coquille ne sont pas sous pression, il faut faire circuler suffisamment d'eau froide dans le bloc de coquille pour refroidir suffisamment la cavité de coquille de façon que le métal de moulage puisse être in- jecté dans la cavité de coquille, refroidi, solidifié et extrait. La température du métal chaud introduit dans la cavité de coquille varie d'un métal à un autre. Le zinc est généralement introduit dans les moules à environ 430 C, tandis que l'aluminium est introduit dans les moules à environ 650 C, la température de l'eau de circulation étant normalement comprise entre 20 C et 95 C. La diffé- rence de température résultante entre les parties les plus chaudes et les parties les plus froides d'un moule classi- que lorsqu'on moule du zinc et de l'aluminium, est respec- tivement d'environ 315 C et 540 C. Les conduits d'échange de chaleur des moules classiques sont normalement espacés d'au moins plusieurs centimètres de la cavité de moulage de la coquille et d'au moins plusieurs centrimètres les uns des autres, de façon que l'acier compris entre les conduits d'échange de chaleur et la cavité de la coquille répartisse l'effet de refroidissement d'échange de chaleur, avant que l'effet de refroidissement n'atteigne la cavité de la coquille. Plus l'épaisseur de l'acier compris entre la cavité de moulage en coquille et les conduits d'échange de chaleur des moules classiques est grande, plus le profil de température dans la cavité de moulage en coquille est régulier. D'autre part, plus l'épaisseur d'acier entre les conduits d'échange de chaleur et la cavité de la coquille est grande, plus l'échange de chaleur s'opère lentement. Si les conduits de transfert de chaleur de moules classiques sont placés près de la cavité de la coquille, on augmente les risques de fatigue thermique dans le moule en raison de la différence de température impor- tante se produisant sur une épaisseur faible. Un autre in- convénient de placer les conduits de transfert de chaleur classiques au voisinage immédiat de la cavité de la coquil- le, est la formation de distorsions de température provo- quées par les grandes différences de température entre les zones de la cavité de coquille les plus proches des conduits de transfert de chaleur et les zones de la cavité de coquil- le les plus éloignées du moulage en coquille. Avec un moule pour moulage en coquille utili- sant une cavité d'échange de chaleur sous pression, il est possible d'élever la température de l'agent d'échange de chaleur à n'importe quelle température voulue pouvant atteindre 230 C. La différence de température entre la cavité de la coquille et la cavité d'échange thermique à haute pression, dans la zone de moulage en coquille de la paroi avant, est nettement inférieure à celle qu'on ren- contre avec des moules refroidis par circulation d'eau dans des conduits de ces moules. Cette différence de température plus faible a permis de fabriquer un moule dont la paroi de coquille de moulage ne dépasse pas 0, 85 mm d'épaisseur, suivant la dimension du moulage et la chaleur à en évacuer. La zone de moulage en coquille comprend généralement toutes les parties de la paroi avant qui reçoivent le matériau de moulage chaud. La différence de température plus faible entre la cavité de la coquille et la cavité d'échange thermique à haute pression a également permis d'augmenter la surface de la cavité d'échange thermique à haute pression se trou- vant en contact avec la zone de coquille de moulage de la paroi avant. La zone de surface de la paroi mince est la zone de coquille de moulage de la paroi avant recevant le liquide chaud. Grâce à l'augmentation de surface de la cavité d'échange thermique à haute pression venant en contact avec la zone de coquille de moulage du moule, il est possible d'obtenir à la fois une plus grande surface d'échange ther- mique et un meilleur profil de température dans la zone de coquille de moulage du moule. Les pièces qui sont à mouler dans les moules pour moulage en coquille présentent une variété infinie de formes et d'épaisseurs. La quantité de métal chaud à refroidir augmente avec l'épaisseur des pièces à mouler, diminue avec la minceur de la pièce à mouler et dépend directement de la surface de la pièce à mouler. En utili- sant une cavité d'échange thermique à haute pression et un agent d'échange thermique à haute température, il est possible d'adapter la configuration de la paroi d'échange thermique principale dans la cavité d'échange thermique à haute pression, pour produire sur la partie de moulage en coquille du moule un profil de température se conformant essentiellement à la chaleur à évacuer des différentes parties de la pièce en cours de moulage. I1 faut évacuer une plus grande quantité de chaleur des parties les plus épaisses de la piece en cours de moulage tandis qu'il faut évacuer une quantité de cha- leur plus faible des parties les plus minces de la piece en cours de moulage. En profilant de manière exactement inverse l'épaisseur de l'intérieur de la partie d'échange de chaleur principale de la paroi de la cavité d'échange thermique à haute pression, de manière à s'adap- ter à la chaleur à évacuer des différentes parties de la zone de moulage en coquille, on peut obtenir un profil de refroidissesment permettant d'évacuer plus de chaleur des parties du moulage nécessitant des pertes de chaleur plus importantes lors de la solidification, et moins de chaleur des parties du moulage nécessitant moins de pertes de cha- leur pour la solidification. Une autre difficulté liée aux conduits de transfert de chaleur tubulaires allongés des moules clas- siques, est que le passage d'eau continu dans ces conduits provoque la formation de boues ou de tartre sur les parois latérales des conduits. Ce problème peut être en partie résolu en conditionnant ou en traitant l'eau de refroidis- sement avant de l'utiliser. Le tartre ou les boues rédui- sent le transfert de chaleur normal entre l'leau et le moule et provoquent ainsi une distribution de chaleur ir- régulière dans le moule. Celui-ci doit être traité- en permanence pour évacuer le tartre ou les boues de manière à maintenir un transfert de chaleur satisfaisant. Avec un agent d'échange thermique sous pres- sion tel que par exemple de l'eau, il suffit d'ajouter dans la cavité d'échange thermique une quantité d'eau suf- fisante pour remplacer la vapeur entraînée par l'échange de chaleur se produisant à chaque injection de métal dans la cavité de la coquille. Par suite, les dépôts de boues ou de tartre ne se produisent pas et le problème ci-dessus ne se pose pas dans la cavité d'échange thermique sous pression. L'invention a pour but de résoudre les pro- blèmes posés ci-dessus et concerne, à cet effet un demi- moule métallique pour moulage en coquille, demi-moule caractérisé en ce qu'il comprend une paroi avant, compor- tant une zone de moulage en coquille, des parois latérales s'étendant vers l'arrière de la paroi avant, un élément de support fermant la base des parois latérales, des moyens pour fixer l'élément de support au bas des parois latérales, la paroi avant, les parois latérales et l'élé- ment de support formant une cavité d'échange thermique à haute pression une soupape pour introduire du fluide sous pression dans la cavité d'échange thermique à haute pres- sion, et une soupape pour évacuer le gaz sous pression de la cavité d'échange thermique à haute pression. L'invention sera décrite en détail en se ré- férant aux dessins ci-joints dans lesquels: - la figure 1 est une vue encoupe de la moitié du moule fixe, et - la figure 2 est une vue en coupe du moule fixe comprenant des moyens pour maintenir alignées les deux moitiés du moule. En se référant à la figure 1, celle-ci repré- sente un demi-moule 1 comprenant une paroi avant 2, des parois latérales 3 et un élément de support 4. L'élément de support 4 est fixé au bas des parois latérales 3 par des boulons 5. Un mince joint d'étanchéité haute pression 6 capable de supporter des températures et des pressions élévées, est monté entre le bas des parois latérales 3 et l'élément de support Savant que les boulons 5 soient solidement fixés. Une cavité d'échange thermique à haute pression 7 est formée entre la paroi avant 2, les parois latérales 3 et l'élément de support 4. Une soupape d'en- trée 8 est prévue dans la paroi latérale 3 pour ajouter du fluide dans la cavité d'échange thermique à haute pression 7 lorsque cela est nécessaire. Une soupape de sortie 9 est prévue dans la paroi latérale 3 pour évacuer le gaz de la cavité d'échange thermique à haute pression 7 après chaque opération de moulage. La paroi avant 2 comporte une zone de moulage en coquille 10 destinée à recevoir le liquide de moulage chaud. La partie centrale de la zone de moulage en coquille fait partie de la cavité de coquille dans laquelle est formé l'objet à mouler. La forme de la paroi avant 2 et la forme de la zone de moulage en coquille 10 peuvent varier d'un moule à un autre suivant la forme de l'objet à mouler. La paroi mince 11 comprise entre la zone de moulage en coquille 10 et la cavité d'échange thermique à haute pression 7 peut présenter une épaisseur descendant jusqu'à 7,6 mm suivant la taille et la configuration de la partie à mouler et, par suite, suivant la quantité de chaleur à évacuer des différentes parties de la zone de moulage en coquille 10. Dans le demi-moule 1 représenté sur la figure 1, une colonne 12 est formée dans la cavité d'échange thermique à haute pression 7 pour fournir un support supplémentaire de la paroi avant 2. Une tige d'éjection 13 passe à travers la colonne 12. La figure 2 représente deux moitiés de moule 14 et 15 en position de fermeture, de manière à former une cavité de coquille 16. La moitié du moule 14 est fixée à un bloc 17 lui-même fixé à l'une des platines 18 de la machine de moulage en coquille qui entraîne la moitié de moule 14 vers la moitié de moule 15 en position de ferme- ture. ou l'écarte de celle-ci en position d'ouverture. De la même façon, la moitié de moule 15 est fixée au bloc 19 lui-même fixé à l'autre platine 20 de la machine de moulage en coquille, qui entraline la moitié de moule 15 vers la moitié de moule 14 en position de fermeture, ou l'écarte de celle-ci en position d'ouverture. La moitié de moule 14 comprend une paroi avant 21, des parois latérales 22 et un élément de support 23. Une cavité d'échange thermi- que à haute pression 24 est formée entre la paroi avant 21, les parois latérales 22 et l'élément de support 23. La moitié de moule 15 comprend deux ou plusieurs tiges de guidage 25 et 26 retenues respectivement dans des coussi- nets 27 et 28 pour maintenir les moitiés de moule 14 et 15 alignées. Lorsque les moitiés de moule 14 et 15 sont fer- mées, comme indiqué sur la figure 2, la cavité de coquille 16 est formée entre les zones de cavité de coquille 29 et 30 des moitiés de moule respectives 14 et 15. Lorsque les moitiés de moule 14 et 15 sont en position de fermeture, le métal de moulage chaud est introduit par l'orifice 31 et l'air est évacué par l'évent 32 jusqu'à ce que la cavité de coquille 16 et le trop-plein 33 soient remplis de fluide de moulage chaud. Le métal de moulage chaud est introduit sous une pression atteignant kg/cm2 et à une température d'environ 4300C dans le cas du zinc, et sous une pression atteignant 350 kg/cm2 et à une température de 650 C dans le cas de l'aluminium. Lorsqu'on effectue le moulage avec du zinc, la cavité d'échange thermique à haute pression 24 contient un fluide d'échange de chaleur 34 sous pression à une température atteignant 2300C. Il en est de même pour la moitié de moule 14. Avec une différence de température d'environ 205 C, lorsqu'on moule du zinc dans la cavité de coquille 16 et que le fluide d'échange de chaleur 34 se trouve dans la cavité d'échange thermique à haute pression 24, la chaleur passe par la zone de cavité de coquille 29 pour atteindre le fluide d'échange de chaleur 34 en provoquant ainsi la vaporisation d'une petite partie de ce fluide d'échange de chaleur. La vapeur s'échappe dans l'asmosphère par une soupape de commande de pression, comme indiqué sur la figure 1. Quand le moulage est solidifié, les moitiés de moule 14 et 15 sont écartées l'une de l'autre par les platines 18 et 20, puis le moulage est éjecté de la cavité de moulage en coquille par des tiges d'éjection telles que les tiges 13, 36 et autres tiges analogues non représentées sur le dessin. Un avantage supplémentaire de la cavité d'échange thermique à haute pression 24, est qu'avant le démarrage de l'opération de moulage, le fluide d'échange de chaleur 34 peut être chauffé sous pression et la tempé- rature de chacun des demi-moules peut être élevée jusqu'à 230 C ou n'importe quelle autre température voulue avant le démarrage du moulage. On peut contrôler la température du moule par une combinaison de commandes de pression de la soupape d'entrée 8 et de la soupape de sortie 9 de la cavité d'échange thermique à haute pression 7, en associa- tion avec un dispositif de chauffage à immersion placé dans la cavité d'échange thermique à haute pression 7. Bien que l'invention ait été représentée et décrite sur une forme particulière de réalisation, il est evident, pour les spécialistes de la question, que les détailes précis de construction peuvent varier d'un objet à un autre destiné à être moulé. R E V E N D I C A T I 0 N S REVENDICATIONS 1 ) Demi-moule métallique pour moulage en co- quille, demi-moule caractérisé en ce qu'il comprend une pa- roi avant (2) comportant une zone de moulage en coquille, des parois latérales (3) s'étendant vers l'arrière de la pa- roi avant, un élément de support fermant la base des parois latérales, des moyens pour fixer l'élément de support (4) au bas des parois latérales, la paroi avant, les parois laté- rales et l'élément de support formant une cavité d'échange thermique à haute pression, une soupape (8) pour introduire du fluide sous pression dans la cavité d'échange thermique à haute pression et une soupape (9) pour évacuer le gaz sous pression de la cavité d'échange thermique à haute pression. 2 ) Demi-moule selon la revendication 1, caractérisé en ce que la paroi avant de la zone de moulage en coquille est mince et le bas de la zone de moulage en coquille de la paroi avant forme le sommet de la cavité d'échange thermique à haute pression. 3 ) Demi-moule selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'épaisseur de la paroi avant de la zone de moulage en coquille est inversement proportionnelle à la quantité de chaleur à évacuer de la partie de coquille à mouler. 4 ) Demi-moule selon l'une ou l'autre des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'épaisseur de la paroi avant de la zone de moulage en coquille est aussi mince que possible compte tenu de la pression du métal et de la forme de la partie à mouler. ) Demi-moule selon l'une ou l'autre des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'épaisseur de la paroi avant de la zone de moulage en coquille est comprise entre 8,4 et 12,7 mm. ) Demi-moule selon l'une ou l'autre des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que la surface de la paroi mince est essentiellement la même dans les deux zones de moulage en coquille de la paroi avant et de la cavité d'échange thermique à haute pression. ) Demi-moule selon l'une ou l'autre des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il comprend un agent d'échange de chaleur dans lequel la pression dans la cavité d'échange de chaleur à haute pression est maintenue à un niveau tel que la point d'ébullition de l'agent d'échange de chaleur corresponde à la température à la quelle le moule doit être maintenu. 8 ) Demi-moule selon l'une ou l'autre des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il comprend un agent d'échange de chaleur dans lequel la pression de la cavité d'échange thermique à haute pression est maintenue à un niveau tel que le point d'ébullition de l'agent d'échange de chaleur soit compris entre 130 et 260 C. 9 ) Demi-moule selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'élément de support est fixé solidement aux parois latérales par une série de boulons avec interposition d'une garniture de joint. ) Demi-moule selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'une ou plusieurs colonnes creuses contenant des tiges d'éjection, sont montées dans la cavi- té d'échange thermique à haute pression. 11 ) Demi-moule selon la revendication 10, caractérisé en ce que les colonnes creuses font partie intégrante de la paroi avant. ) Demi-moule selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'une ou plusieurs colonnes traversent l'enceinte de pression pour atteindre la paroi avant de manière à supporter celle-ci. 13 ) Demi-moule selon la revendication 12, caractérisé en ce que les colonnes font partie intégrante de la paroi avant. 140) Demi-moule selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend une paroi avant compor- tant une zone de moulage en coquille, des parois latérales solidaires de la paroi avant et partant vers l'arrière de celle-ci, la paroi avant et le parois latérales solidaires de celle-ci étant formées d'un même bloc de métal, un élé- ment de support destiné à fermer la base des parois laté- rales, des moyens destinés à fixer solidement l'élément de support au bas des parois latérales, la paroi avant, les parois latérales et l'élément de support formant une cavité d'échange thermique à haute pression, une soupape d'entrée pour introduire du fluide sous pression à haute température dans l'enceinte de pression, et une soupape de sortie pour é\acuer le gaz sous pression de cette enceinte de pression. ) Demi-moule selon la revendication 14, caractérisé en ce que la paroi avant de la zone de moulage en coquille est mince, et le bas de la zone de moulage en coquille de la paroi avant forme le sommet de la cavité d'échange thermique à haute pression. - 16 ) Demi-moule selon l'une ou l'autre des revendications 14 et 15, caractérisé en ce que l'épaisseur de la paroi avant dans la zone de moulage en coquille est inversement proportionnelle à la chaleur à évacuer de la partie de coquille à mouler. 17 ) Demi-moule selon l'une ou l'autre des revendications 14 et 15, caractérisé en ce que l'épaisseur de la paroi avant de la zone de moulage en coquille est aussi mince que possible compte tenu de la pression du métal et de la forme de la partie à mouler. 18 ) Demi-moule selon l'une ou l'autre des revendications 14 et 15, caractérisé en ce que l'épaisseur de la paroi avant, dans la zone de moulage en coquille, est comprise entre 8,4 et 12, 7 mm. 19 ) Demi-moule selon l'une ou l'autre des revendications 14 et 15, caractérisé en ce que la surface de la paroi mince est essentiellement la même dans la zone de moulage en coquille de la paroi avant et dans la cavité d'échange thermique haute pression. ) Demi-moule selon l'une ou l'autre des revendications 14 et 15, caractérisé en ce qu'il comprend un agent d'échange thermique dans lequel la pression de la cavité d'échange thermique à haute pression est main- tenue à un niveau tel que la point d'ébullition de l'agent d'échange de chaleur corresponde à la température à laquel- le le moule doit être maintenu. 21 ) Demi-moule selon l'une ou l'autre des revendications 14 et 15, caractérisé en ce qu'il comprend un agent d'échange thermique dans lequel la pression de la cavité d'échange thermique à haute pression est mainte- nue à un niveau tel que le point d'ébullition de l'agent d'échange de chaleur soit compris entre 130 C et 260 C. 22 ) Demi-moule selon l'une ou l'autre des revendications 14 et 15, caractérisé en ce que l'élément de support est fixé solidement aux parois latérales par une série de boulons avec interposition d'une garniture de joint. 23 ) Demi-moule selon l'une ou l'autre des revendications 14 et 15, caractérisé en ce qu'une ou plu- sieurs colonnes creuses contenant des tiges d'éjection, traversent la cavité d'échange thermique à haute pression. 24 ) Demi-moule selon l'une ou l'autre des revendications 14 et 15, caractérisé en ce que les colon- nes creuses font partie intégrante de la paroi avant. ) Demi-moule selon l'une ou l'autre des revendications 14 et 15, caractérisé en ce qu'une ou plu- sieurs colonnes traversent l'enceinte de pression pour atteindre la paroi avant de manière à supporter celle-ci. 26 ) Demi-moule selon l'une quelconque des revendications 14, 15 et 25, caractérisé en ce que le colonnes font partie intégrante de la paroi avant.