Brevet FR2562821A1 — publié le 19851018

L'invention concerne le domaine technique de la fonderie et, plus particulièrement, le moulage des alliages légers, des alliages de zinc ou des alliages à base de cuivre. L'exécution de pièces de fonderie par moulage consiste à remplir à la main l'empreinte d'un moule, aussi dénommé coquille, conçu pour que, après solidification du métal liquide, le démoulage de la pièce occupant l'empreinte puisse intervenir par simple séparation physique de l'un ou de plusieurs des éléments constitutifs du moule. Le remplissage de l'empreinte s' effectue à l'aide d'une louche dont la capacité est, sensiblement, égale à celle du volume à alimenter. Pour mener à bien une telle opération, il est donc nécessaire de faire comporter au moule un canal ou jet d'amenée du métal liquide dans l'empreinte, en prévoyant de placer l'orifice d'entrée d'un tel canal à un niveau supérieur à celui de l'empreinte, de fa çon à pouvoir bénéficier d'une pression hydrostatique d'introduction du métal dans l'empreinte. En général, un tel jet délimite, entre l'orifice d'admission et l'empreinte, une capacité réserve destinée à contenir une masse de métal en fusion, généralement dénommée "masselotte" et permettant de garder en réserve une fraction de métal en fusion pour compenser le retrait de celui occupant l'empreinte lors de la solidification. La capacité de la louche doit donc tenir compte du volume de l'empreinte, ainsi que de celui du jet de coulée et de la capacité de réserve. Compte tenu de ces caractéristiques, on comprend que les résultats obtenus et, notamment, la cadence, ainsi que la qualité des pieces moulées, dépendent, essentiellement, de la dex térité et du savoir-faire de l'opérateur. I1 en résulte qu'une obtention de caractéristiques constantes pour des pièces identiques n'est pas assurée, car les conditions de moulage sur des grandes séries varient d'un opérateur à un autre, notamment. Pour tenter de supprimer les inconvénients découlant du moulage manuel, différentes propositions techniques ont été formulées. On a préconisé l'utilisation d'un four conçu pour délivrer à la demande une quantité de métal liquide, dosée avec plus ou moins de précision et correspondant au volume de remplissage d'un moule. Cette technique fait intervenir le cheminement obligatoire de la dose de métal liquide délivrée dans une goulotte d'acheminement entre le moule et le four. I1 en résulte une altération du métal pendant son cheminement à l'air libre, altération qui est, le plus souvent, préjudiciable, voire rédhibitoire pour l'obtention de pieces de bonne qualité. En outre, les fours selon cette technique ne permettent pas de délivrer, avec la précision requise, la dose de métal nécessaire, de sorte qu'il en résulte des manques ou des débordements conduisant à des rebuts. On a proposé, aussi, d'utiliser un manipulateur ou robot équipé d'une poche qui puise le métal en fusion dans le four pour le transporter du four au moule dans lequel cette poche déverse le métal en fusion. Une telle solution ne règle pas le probleme de l'alte- ration du métal pendant son transport et des risques de débordement lors du remplissage. Par ailleurs, il est nécessaire de disposer d'une grande hauteur de coulée pour qu'unie pression hydrostatique suffisante s'établisse à l'intérieur du moule. I1 en résulte une pénalisation importante de ce qui est appelé la mise au mille, c'est-à-dire le poids de métal liquide utilisé par rapport au poids de la piece obtenue. Cette pénalité est importante, car, outre la perte de métal et son altération, il faut tenir compte de l'énergie inutilement dépensée pour chauffer et maintenir en température une fraction de métal n'ayant pas de fonction active dans la réalisation d'une pièce moulée. Pour tenter de résoudre ce problème, une autre technique préconise de faire intervenir un four étanche sur le couvercle duquel est placée une buse qui est en communication permanente avec le métal liquide, par l'intermédiaire d'un tube plongeur. Le couvercle est relié à une canalisation d'amenée d'un gaz sous pression introduit dans le four entre le couvercle et la surface du métal liquide. L'application d'une pression fait monter le métal dans le tube et permet d'assurer le remplissage d'un moule placé en relation de position avec la buse. Dans cette technique, la pression de gaz est maintenue dans le four jusqu'à solidification de la pièce dans le moule. Le four est ensuite mis en relation avec un circuit d'échappement, de façon à provoquer la descente du métal qui retourne dans le four. Une telle technique a permis d'obtenir des pièces moulées de bonne qualité constante. Cependant, l'attente de solidification ne permet pas d'atteindre des cadences de production importantes et, par conséquent, d'abaisser le coût de production de telles pièces. En outre, comme le moule est adapté pour être placé en relation permanente avec la buse, son accessibilité médiocre ne facilite pas les interventions d'entretien et de nettoyage. Cette disposition ne facilite pas, non plus, la phase d'éjection ou d'enlèvement de la pièce moulée après ouverture du moule. Par ailleurs, une telle technique impose, obligatoirement, l'immobilisation d'un four affecté à un moule, ce qui représente une contrainte importante. Par ailleurs, il est important de noter, aussi, que la partie basse du moule, en relation permanente avec la buse, est soumise à une montée en température plus élevée, compte tenu de son contact avec le four. Le moule n'est donc pas soumis à une tempéra- ture homogène qui est pourtant necessaire à l'obtention de conditions de coulée et de solidification convenables pour la production de pieces de bonne qualité reproductible. En général, un tel procédé est réservé au moulage de pièces de grandes dimensions ou de gros volume. L'objet de l'invention est de proposer une nouvelle machine de moulage par basse pression, permettant de réaliser, de façon automatique et rapide, des pièces de fonderie de toutes formes géométriques devant être exécutées en série. Un autre objet de l'invention est de proposer une machine de moulage automatique par basse pression qui permette de mouler automatiquement des pièces de structures différentes à partir du moment où les moules necessaires font partie de la structure de la machine. En d'autres termes, l'invention a pour objet de proposer une machine de moulage automatique par basse pression, dont le fonctionnement est indifférent de l'empreinte à remplir, sans que la programmation de la présentation d'une telle empreinte ait une incidence sur les conditions de fonctionnement et de remplissage à partir du four. Pour atteindre les buts ci-dessus, l'objet de l'invention est caractérisé en ce qu'il comprend - des moyens de support et d'entrainement en dé placement relatif d'au moins un moule transver salement à l'axe de la buse, - des moyens pour déplacer relativement, de façon cyclique, le four, de façon sensiblement paral lèle à l'axe de la buse pour mettre en relation de coopération le siège et le nez de buse. Diverses autres caractéristiques et avantages de l'objet de l'invention ressortiront de la description faite ci-dessous, en référence aux dessins annexés qui comprennent Une fig. 1 représentant une coupe-élévation, en partie arrachée, de l'objet de l'invention. Une fig. 2 représentant une vue en plan, prise selon la ligne II-II de la fig. 1. Une fig. 3 représentant, à plus grande échelle, un détail constitutif de l'objet de l'invention. Une fig. 4 représentant une vue transversale selon la ligne IV-IV de la fig. 3. Et une fig. 5 représentant une variante de réalisation de l'objet de l'invention. Les fig. 1 et 2 montrent une première forme de réalisation d'une machine de moulage automatique par basse pression conforme à l'invention. Selon cet exemple de réalisation, la machine comprend un four 1, par exemple du type à creuset. Dans un tel cas, le four comporte une cuve périphérique extérieure 2 associée à un revetement intérieur thermo-isolant 3 entourant une enveloppe chauffante 4 comprenant, par exemple, des résistances 5. L'enveloppe 4 contient, intérieurement, un creuset 6 en graphite définissant le volume utile dans lequel est placé un métal en fusion. Le corps 2 est associé à un couvercle 7 fixé avec étan chéité et présentant un orifice ou gueulard de chargement 8 fermé par une platine 9 comportant, sur sa face supérieure, une buse d'injection 10 communiquant en permanence avec une canne tubulaire il plongeant dans le métal en fusion contenu par le creuset, La platine 9 possède un rebord périphérique 9a délimitant un réceptacle 9b destiné à contenir les écoulements intempestifs éventuels de métal en fusion lors des phases de séparation moule-four, telles que décrites ci-après. Le réceptacle 9b est en relation avec une goulotte d'évacuation 12 de direction radiale destinée à diriger les écoulements de metal extérieurement au four, par exemple dans une poche de récupération.La goulotte d'évacuation 12 représente, par ailleurs, un bras de support de la platine et, dans ce but, est articulé par un axe 13 sur une membrure solidaire de la cuve 2. Le bras 12 est associé, à son extrémité, à une bride 15 permettant l'adaptation d'un levier utilisé pour faire pivoter, lorsque cela est souhaité, le bras 12 sur l'axe 13 pour ouvrir ou fermer le gueulard 8 par la platine 9. Les fig. 1 et 2 permettent de constater que la platine repose par son propre poids sur le couvercle 7 qui offre une portée annulaire pour un joint d'étanchéité porté par la platine. Le couvercle 7 comporte au moins deux colonnettes 7a sur lesquelles sont montés des taquets pivotants 7b représentant, en fonctionnement normal, des butées limitant le pivotement en ouverture de la platine 9 qui peut ainsi assumer une fonction de soupape de surpression. Le couvercle 7 comporte un raccord 16 permettant l'adaptation d'une canalisation d'amenée d'un gaz sous pression destiné à être introduit dans le four 1 dans l'intervalle compris entre le couvercle 7 et le niveau de la masse de métal en fusion contenue dans le creuset 6. Le four est porté par un bâti 17 comprenant une embase 18 à partir de laquelle s'élèvent des vérins 19 du type hydraulique, de préférence à double effet. Les tiges des vérins 19 sont fixées à des ferrures 20 solidaires de la cuve 2. L'embase 18 comporte, par ailleurs, une colonne verticale 21 sur laquelle est enfilée et centrée la cuve 2, par l'intermédiaire de bagues 22 en forme de paliers lisses. Les vérins 19 et la colonne 21 assurent le maintien en position horizontale stable du four 1 qui peut, toutefois, être déplacé verticalement sur une course sensiblement égale à la longueur utile de la colonne 21. Le bâti 17 supporte, comme cela apparait à la fig. 2, un ensemble 23 de support, d'entraînement en déplacement relatif et de présentation d'au moins un moule M illustré comme étant constitué par deux demi-moules 25a et 25b. L'ensemble 23 est, dans le cas présent, constitué par une structure porteuse mobile 24 comprenant des glissières 26 portées par des flasques 27. Les glissières 26 supportent deux paires de plateaux mobiles 28 et 29 verticaux placées en opposition et reliées à des vérins à double effet 30a et 30b. Les plateaux opposés 29 supportent les demi-moules 25a et 25b dont le plan de joint est ainsi disposé verticalement. Les flasques 27 sont portés par des guides 31 s'étendant horizontalement en étant fixés à des montants 32 faisant partie du bâti 17. Les guides 31 sont disposes pour amener la structure porteuse 24 d'une position A, correspondant à un déchargement ou à une ouverture du moule, à une position B, correspondant à un remplissage de ce dernier.A cet effet, la structure 24 est associée à un organe moteur d'entraînement, tel qu'un moteur 33, hydraulique ou pneumatique, porté par un flasque 27 et coopérant avec une crémaillière 34. Il doit être considéré que l'ensemble 23 pourrait comporter deux structures 24 de support de moules reliées l'une à l'autre selon un écartement égal à celui séparant les postes A et B. En prévoyant un ensemble 23 comprenant deux postes A, placés de part et d'autre du poste B, il devient possible de travailler sur deux moules M, l'un étant, dans une phase du cycle, en ouverture et l'autre en moulage et inversement pour la phase subséquente. Un même résultat pourrait être obtenu en prévoyant deux structures 24 indépendantes, mais ayant des cycles de déplacements conjugués ou synchronisés. De même, il doit être compris que l'ensemble 23 pourrait être formé par un carroussel apte à faire défiler n moules identiques ou différents, jusque dans la position B puis, ensuite, vers une position ultérieure d'ouverture et de déchargement. Selon une disposition de l'invention, la machine fait intervenir la mise en oeuvre d'un moule M dont les demi-moules 25a-25b délimitent ensemble, une fois associés, un siège 35 ménagé dans la face inférieure selon une forme conjuguée au nez de la buse 10. Le siège 35 communique par un jet de coulée 36 avec une empreinte 37 délimitee par les deux demi-moules 25a-25b. Selon l'invention, pour la mise en oeuvre de la machine, le moule M est réalisé de telle manière que le jet de coulée 36, prenant naissance à partir du siège 35, s'élève verticalement pour être en communication avec la partie supérieure de l'empreinte 37. En outre, ce jet de coulée est exécuté, de manière à comporter, au dessus de l'em- preinte 37, une cavité ou capacité 38 destinée à la formation d'une masselotte, ainsi placée en charge au dessus de l'empreinte devant être remplie. Le fonctiolmesent de la machine décrite ci-dessus se déroule de la façon suivante. A partir de la position illustrée à la fig. 2, les vérins 30a et 30b sont alimentés pour fermer le moule M. A supposer que le four contienne un métal en fusion à temperature convenable, l'organe moteur 33 est commandé pour déplacer la structure porteuse 24 dans le sens f1 en direction de -l'a- plomb de la buse 10, ctest- -dire du poste A au poste B. Lorsque le siège 35 est situé à l'aplomb de la buse 10, les vérins 19 sont alimentés pour élever le four et assurer l'introduction du nez de buse 10 dans le siège 35. Ceci a pour effet d'appliquer la platine 9 sur le couvercle 7 et d'obturer, de façon étanche, l'ouverture 8. Le fluide sous pression est alors introduit dans le four, de manière à faire monter le métal en fusion par la canne tubulaire 11 et assurer, ainsi, l'introduction du métal en fusion dans le jet de coulée 36 puis le remplissage de l'empreinte 37 et de la cavité 38. Lorsque l'opération de moulage a été réalisée, les vérins 19 sont alimentés pour abaisser le four et provoquer la séparation du nez de buse 10 d'avec le siège 35. Il faut noter que cette phase de séparation peut intervenir même si.un début de solidification est intervenu dans la buse 11 car, alors, les taquets 7b s'opposent au pivotement de la platine 9 et permettent la rupture de la carotte solidifiée de métal. La structure 24 est ensuite déplacée en direction du poste A où s'effectue le refroidissement et l'éjection de la pièce moulée par alimentation des vérins 30a et 39b. Pour faciliter la séparation et la dissociation entre le nez de buse 10 et le siège 35 et éviter la coulée du métal en fusion pouvant encore, éventuellement, occuper à l'état liquide le jet 36, il est prévu de faire comporter, dans la zone de ce dernier jouxtant le siège 35, un rétrécissement de section 39. Ceci permet d'obtenir une solidification plus rapide de la masse de métal occupant cette zone immédiatement après la phase de moulage Il en résulte la formation d'une carotte solidifiée, facilement sécable lors de la dissociation et constituant, simultanément, un opercule obturant le jet de coulée 36. Ainsi que cela ressort de ce qui précède, la machine selon l'invention fait intervenir deux types de moyens techniques assumant des fonctions différentes. Les premiers moyens constitués par les éléments 24, 31 et 33 permettent de supporter et déplacer au moins un moule jusqu'à l'axe vertical de la buse 10. Les seconds moyens constitués par les éléments 17 et 19 permettent d'associer relativement la buse 10 et le siège 35 pour la phase de moulage. Il devient ainsi possible de fabriquer des pièces par moulage à ca dense relativement élevée, de façon automatique et dans des conditions de coulée et de refroidissement favorables à l'obtention de pièces de bonne qualité reproductible. Les moyens de l'invention permettent d'exécuter des pièce identiques ou différentes, mais à grande cadence, étant donné quail suffit d'adapter l'ensemble 23 à la production recher chiée, pour faire défiler, successivement, des moules au poste 3 et assurer, ainsi, de façon entièrement automatique, un remplissage complet de chacun par simple injection d'un gaz comprimé dans le four. Le remplissage automatique est obtenu indépendamment de la orne nu de la capacité de l'empreinte à remplir. Il devient ainsi possible de réaliser une machine de moulage automatique fonction nant sans aucune astreinte de surveillance en présentant des moules M identiques ou différents. Il doit être considéré que, dans certains cas, les moyens de déplacement relatif font intervenir un four immobile à poste fixe et un moule M déplaçable pour amener le siège 35 en association de coopération avec le nez de la buse 10 Une telle disposition peut être retenue quelle que soit la structure de l'en- semble 23, car dans le cas de construction sous la forme d'un car rot'ssel, un tel appareil peut comporter des bras devplaçables ver ticalenent et en bout desquels sont fixés les demi-moules 25a et 25b. Selon l'invention, il est aussi prévu de conférer à la platine 9 et au bras 12 une masse telle que la pression développée dans le four pour faire monter le métal dans la canne il et, par conséquent, appliquée à la surface exposée de la platine, se tra duise par une force capable de soulever cette masse, dans le cas où la platine n'est pas maintenue appliquée sur le couvercle par la coopération avec le moule Le cas échéant, la platine 9 peut ainsi assumer une fonction de soupape de sureté. La pression développée dans le four est aussi choisie de manière que la valeur maximale admissible, de la force applicable sous la platine 9, soit supérieure à la force des vérins 19.La platine 9 peut ainsi assumer une fonction de soupape de sécurité en phase d'injection car, dans un tel cas, le recul relatif du four produit ltouverture du gueulard 8. La fig. 5 montre une variante de réalisation selon laquelle le four 1 est du type bassin et comporte un couvercle 40 incluant dans son épaisseur les résistances électriques de chauffage 41. Le couvercle 40 peut, dans cet exemple, comporter la platine 9 associée à la buse 10 et à la canne tubulaire il et délimiter, également, un gueulard ou orifice de remplissage 8. Dans un tel exemple, le remplissage du bassin du four peut ainsi intervenir entre deux phases de moulage consécutives par l'intermédiaire d'un obturateur propre 42 pouvant etre ouvert chaque fois que le gaz sous pression introduit dans le four, lors d'une phase de moulage, a été évacué. La fig 5 montre, également, que, dans un tel cas, il peut être prévu de réaliser la platine 9 pour assurer son adaptation, non pas sur la face supérieure du couvercle 40, mais, par exemple, sur l'un des côtés latéraux, comme cela est représenté en traits mixtes. La fig. 5 illustre, aussi, que le four bassin peut être associé, soit à des moyens de déplacement vertical 17 et 19 en cas de mise en oeuvre de la platine 9 sur le dessus du couvercle 40, soit à une voie de guidage 43 horizontale et à au moins un vérin 44, en cas de mise en oeuvre d'une platine 9 sur l'un des côtés du couvercle. Il pourrait être prévu, aussi, lorsque la platine 9 est placée sur l'un des côtés latéraux, de supporter le four par des tourillons 45 définissant un axe de rotation horizontal placé à proximité du centre de gravité du four. L'effort de basculement du four est ainsi faible et aisément contrôlable. REVENDICATIONS 1 - Machine de moulage automatique par basse pression de pièces de fonderie, du type comprenant un four étanche formé par un couvercle et contenant une masse de métal en fusion et muni, d'une part, d'un raccord de branchement d'une source de fluide sous pression introduit de façon contrôlée dans le four au-dessus du métal en fusion et, d'autre part, d'une canne tubulaire plongeant dans le métal en fusion et raccordée à une buse portée par le four pour coopérer avec un siège complémentaire présenté par un moule, caractérisée en ce qu'elle comprend - des moyens (24-31) de support et d'entraînement en déplacement relatif d'au moins un moule (M) transversalement à l'axe de la buse (10), - des moyens (17-19) pour déplacer relativement, de façon cyclique, le four et le moule, de fa çon sensiblement parallèle à l'axe de la buse pour mettre en relation de coopération le siège (35) et le nez de buse (10). 2 - Machine selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle fait intervenir, au moins, un moule comportant au moins une empreinte (37) et un jet de coulée (36) s'étendant entre le siège (35) et l'empreinte et délimitant une cavité 3o) de formation d'une masselotte de métal coulé située au moins en partie en charge par rapport à l'empreinte. 3 - Machine selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que les moyens de support et d'entraînement comprennent un dispositif de présentation et de transfert (24). 4 - Machine selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que les moyens de déplacement relatif, de façon sensiblement parallèle à l'axe de la buse, comprennent au moins un organe moteur (19) agissant sur le four pour le déplacer verticalement et au moins une colonne (21) de guidage du déplacement vertical du four. 5 - Machine selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que les moyens de déplacement relatif comprennent au moins un organe moteur (33) agissant sur les moyens de support du moule. 6 - Machine selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que la buse (10) est portée latéralement par le couvercle (40) du four et en ce que les moyens (43-44) de déplacement relatif sollicitent le four en translation horizontale. 7 - Machine selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que les moyens de déplacement relatif sollicitent le four en pivotement sur un axe horizontal proche du centre de gravité du four. 8 - Machine selon la revendication 1, caractérisée en ce que le four est du type bassin et comporte, dans son couvercle, un gueulard (8) de chargement équipé d'un obturateur étanche (42). 9 - Machine selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle fait intervenir au moins un moule (M) délimitant un siège (35) pour une buse (10) portée par une platine (9) prenant appui par sa masse sur le couvercle (7) pour fermer un orifice (8) de ce dernier qui supporte des taquets (7b) pivotants limitant l'ouverture de la platine (9). 10 - Machine selon la revendication 9, caractérisée en ce que la platine présente une surface offerte à la pression interne du four telle, qu'en fonction de cette pression l'effort développé est supérieur à la masse de ladite platine.