Brevet FR2571282A1 — publié le 19860411

La présente invention concerne le domaine technique général de la réalisation de pièces en métal couves par gravité et, au moins en partie, creuses. L'invention vise, plus particulièrement, la phase préparatoire de fabrication de telles pièces. Pour réaliser, par fonderie, une pièce metallique, au moins en partie creuse, il est connu d'utiliser un noyau en sable cuit qui est disposé à l'intérieur d'un moule de coulée, de façon a être enrobé par le métal liquide coulé et définir ainsi, à l'intérieur de ce dernier, l'empreinte négative correspondant à la forme positive qu'il présente. Les pièces de fonderie réalisées selon ce principe sont, ensuite, soumises à des vibrations, de manière à provoquer la rupture du noyau en sable et permettre le débourrement de ce dernier pour libérer entièrement l'empreinte négative qui peut ensuite être nettoyée pour expulser toute trace de sable susceptible de nuire à la fonction ultérieure pour laquelle la pièce est destinée. Selon les cas, une opération d'usinage, au moins partiel , de l'empreinte négative peut aussi etre conduite après débourrage du sable du noyau. Le premier problème qui se pose dans une telle technique est, bien entendu, celui de réaliser un noyau constituant un contre moule fidèle de l'empreinte à délimiter, quelle que soit la complexité de cette dernière. A cette fin, la technique antérieure offre deux méthodes principales. La première méthode de fabrication peut être qualifiée par retournement. I1 s'agit, dans un tel cas, de réaliser un moule en creux délimitant l'empreinte négative correspondant à la forme extérieure du noyau devant être obtenu. Un tel moule est rempli d'un sable associé à un liant, un tel sable citant versé par gravite dans le moule qui est ensuite chauffé pour produire la cuisson en couche du sable versé. Lorsque la température imposée a conduit à un durcissement et à une cuisson d'une couche de sable d'épaisseur jugée suffisante, le moule est retourné, afin d'assurer l'évacuation de la fraction de sable versée mais non cuite et agglomérée. Après retournement, le moule est ouvert pour dégager le noyau creux obtenu. L'obtention d'un noyau creux est recherchée pour réduire la consommation de sable, faciliter l'échange thermique avec le métal coulé lors de la réalisation de la pièce de fonderie et faciliter aussi le débourrement après exécution de la pièce définitive. La méthode de fabrication d'un noyau creux par retournement ne donne pas satisfaction, bien que le noyau obtenu soit au moins en partie creux. En effet, un tel procédé est lent et ne permet pas d'obtenir des noyaux de qualités reproductibles. En outre, le remplissage du moule, par simple gravité, ne permet pas de faire venir sur le noyau des détails de forme complexe et/ou de faible épaisseur ou surface, ce qui représente un handicap important pour la réalisation de pièces techniques. Etant donné que le moule de fabrication est rempli de sable, il est impératif de prévoir une montée en température régulière et lente, afin d'éviter tout risque de carbonisation de la première couche en contact avec la paroi. La cuisson du sable s'établit ainsi sur une épaisseur importante. Le noyau obtenu est certes en partie creux mais possède des parois épaisses. I1 en résulte plusieurs inconvénients. Le premier est le mauvais échange thermique qui s'établit entre le noyau en sable et le métal liquide coulé dans le moule de réalisation par fonderie de la pièce. Ce mauvais échange est la cause d'un bouillonnement du métal conduisant à des tensions internes, des inclusions, voire des micro-fissures, ainsi qu'à un état de surface rugueux et irrégulier. Le second est dû à un dégazage ralenti lors de la coulée du métal et produisant les mêmes défauts que ci-dessus. Le troisième est la consommation importante de sable et par suite le prix de revient du noyau. Pour tenter de remédier a cet inconvénient, une seconde méthode a été préconisée. Cette méthode consiste a disposer une réserve de sable traité, dans un pot de tir dirigé verticalement et susceptible d'être animé d'un mouvement ascendant pour être placé en coincidence avec l'orifice d'alimentation de l'empreinte d'un moule de fabrication. La base du pot de tir est reliée à un circuit d'admission d'un fluide sous pression qui est introduit dans le pot de tir par des buses d'injection débouchant dans la charge de sable. Lorsque le pot de tir est placé en contact avec le moule, le circuit d'alimentation est ouvert, de façon à délivrer à l'intérieur du pot le fluide sous pression chargé de faire monter une fraction de la charge de sable dans ltempreinte du moule préalablement chauffé. La pression est maintenue temporairement puis le pot est ensuite mis à l'air libre pour assurer la chute par succion de l'exé- dent de sable injecté. La fraction de sable occupant le moule est alors soumis à cuisson. Cette méthode est, incontestablement, supérieure en résultats à la méthode précédente. Toutefois, un grand nombre d'inconvénients sont encore attachés à cette méthode. Etant donné que le fluide sous pression est introduit à la base du pot de tir, il est impératif de munir les buses d'injection de filtres à sable pour éviter que ce dernier ne redescende par gravité dans la ou les canalisations d'amenée de fluide sous pression. Etant donné que le sable utilisé est de faible granulométrie, il convient d'utiliser des filtres à mailles serrées qui ont pour premier inconvénient de se colmater rapidement. Les filtres ont pour deuxième inconvénient de créer une perte de charge élevée, de sorte que la pression d'injection ne peut être que limitée. Un autre facteur, conduisant a une limitation de la pression du fluide introduit dans le pot, réside dans le fait qu'un tel fluide est délivré au sein de la masse ou de la charge de sable. L'introduction du fluide a une pression trop élevée aurait pour effet de fluidiser le sable dont l'injection dans l'empreinte serait alors mal assurée. Pour remédier à cet inconvénient, la pression du fluide délivré dans le pot de tir est, généralement, limitée à 3 bars. Tou tefois, comme les réseaux de distribution d'air comprimé à caractère industriel fournissent un fluide d'environ 7 bars, il est impératif de munir les installations d'alimentation d'un ou plusieurs détendeurs qui doivent faire. l'objet de réglages fréquents, en raison des variations de certaines conditions de marche, telles que la température. De tels réglages sont apportés, en pratique, très fréquemment et sont souvent responsables de 11 obtention de pièces de fonderie de qualités variables. Etant donné que la pression délivrée à l'intérieur du pot de tir est volontairement limitée et que le sable est déplacé par une veine fluide, il est nécessaire de procéder à plusieurs tirs successifs, afin d'assurer le remplissage convenable de l'empreinte du moule de fabrication d'un noyau. Ceci implique de limiter la tempéra- ture du moule pour éviter une carbonisation de la première couche correspondant à la fraction de sable de la première injection. Mais cette température, le plus souvent comprise entre 200 et 2500C, implique une durée de cuisson plus longue. I1 en résulte une réduction de la définition de détails de surface et une augmentation de l'épaisseur de parois des noyaux. Un autre inconvénient de cette technique réside dans le fait que la fraction de sable injectée dans le moule est, en quelque sorte, acheminée dans l'empreinte par une veine fluide. Pour obtenir un remplissage convenable de l'empreinte, il est donc impératif de prévoir des moyens pour assurer l'échappement de la veine fluide après son entrée dans l'empreinte. A cette fin, il est généralement prévu de délimiter dans le moule des évacuateurs qui sont responsables de la formation sur le noyau réalisé de bavures devant faire objet d'une opération de reprise, généralement manuelle, pour conférer au noyau un état de surface compatible avec la réalisation ultérieure de la pièce métallique par fonderie. L'objet de 1 invention est de remédier aux inconvénients ci-dessus, en proposant une nouvelle machine fabriquer des noyaux creux, en sable aggloméré cuit, selon le procédé CRONING, c'est-àdire en faisant appel à une matière première et à une technique générale pouvant être considérée comme connues. Cependant, L'objet de l'invention est conçu de manière à éliminer totalement les inconvénients des techniques antérieures, pour permettre l'obtention de noyaux en sable creux présentant une surface extérieure parfaitement lisse et exempte de bavures et pouvant comporter, en saillie ou en creux, des détails de surface précis offrant une résistance ou une tenue mécanique suffisantes pour permettre la manipulation du moule et pour supporter les contraintes résultant de la coulée ultérieure du métal lors de la fabrication d'une pièce par fonderie. Un autre objet de l'invention est de proposer une nouvelle machine de fabrication de noyaux creux qui ont une faible épaisseur de paroi favorisant l'échange thermique lors du contact avec le métal liquide coulé dans le moule de réalisation de la pièce et un dégazage maximal lors de cette coulée. Un autre objet de l'invention est de proposer une nouvelle machine permettant de travailler à grande cadence et d'obtenir des noyaux creux de conformations complexes, d'épaisseurs de parois faibles et, par conséquent, d'un prix de revient inférieur à ceux qui peuvent être obtenus avec les techniques antérieures. Pour atteindre les buts ci-des-sus, la machine selon l'invention est caractérisée en ce qu'elle comprend - un pot de tir dont la tête d'injection est prolongée par une canne tubulaire s'étendant à l'intérieur du pot pour plonger toujours dans la charge de sable, - un circuit d'admission-refoulement débouchant à la partie supérieure du pot et au-dessus du niveau maxi mal de la charge et comportant un clapet anti-retour et de décharge placé en aval d'une électrovanne in terposée sur le circuit entre le pot et une source de fluide sous pression, - et des moyens pour commander cycliquement l'alimen tation des vérins, de l'électrovanne et l'ouverture fermeture de la trémie. Diverses autres caractéristiques ressortent de la description faite ci-dessous en référence au dessin annexé, qui montre, à titre d'exemple non limitatif, une forme de réalisation de l'objet de l'invention. La figure unique est une représentation schématique de la machine conforme à l'invention. Selon le dessin, la machine à fabriquer des noyaux creux en sable aggloméré cuit, pour la réalisation par fonderie de pièces métalliques au moins en partie creuse, comprend, d'une façon connue, un bâti 1 comportant, à sa partie supérieure, une voie 3 de support et de guidage pour un moule 2. A titre d'exemple, le moule 2 est constitué par deux demi-moules 2a, 2b délimitant ensemble dans leur position fermée une empreinte de moulage 4 définissant négativement la forme devant être conférée à un noyau creux. Les demi-moules 2a et 2b sont associés à deux vérins Sa et 5b portés par le bâti 1 et chargés de mouvoir ces demi-moules en courses d'ouverture et de fermeture relatives. Les demi-moules 2a et 2b sont montés sur les glissières 3, de façon que le trou d'injection 6 de l'empreinte 4 soit orienté vers le bas. Bien que cela ne soit pas représenté, les demi-moules 2a et 2b sont associés à des moyens de chauffage devant être considérés comme classiques dans le domaine technique visé. Le bâti 1 supporte, également, des moyens 7 de guidage vertical d'un pot de tir 8 constitués sous la forme d'un cylindre à fond fermé, d'axe vertical. Les moyens 7 sont constitués par des glissières verticales coopérant avec des paliers 9 présentés par le pot 8 et par un couvercle 10 fermant l'extrémité supérieure dudit pot. Les moyens 7 comprennent, également, un ou plusieurs vérins 11 interposés entre le bâti 1 et le pot 8 ou le couvercle 10 pour commander le déplacement vertical ascendant ou descendant du pot par rapport au moule 2. Les vérins 11 sont choisis pour commander le déplacement vertical du pot 8 d'une position basse, dite d'attente, à une position haute, dite active, dans laquelle une tête de tir 12, portée par le couvercle 10, est amenée en coincidence avec le trou 6 du moule 2. Selon l'invention, la tête de tir 12 est prolongée par une canne tubulaire 13 s'étendant axialement à l'intérieur du pot 8, de manière à plonger, en permanence, dans une charge 14 de sable aggloméré contenu par le pot 8. La canne tubulaire 13 est formée ou adaptée, de manière à communiquer avec un trou d'injection 121 pré senté par la tête 12. La canne 13 présente une longueur choisie, de telle ma nière que la distance séparant son extrémité inférieure du fond 15 du pot 8 definisse, en fonction de la circonférence de la canne, une section de passage au moins égale à la section de passage interne de la canne 13. Selon l'invention, la canne 13 est également choisie de manière que sa section de passage interne soit inférieure à la surface de la section annulaire délimitée à l'intérieur du pot 8 par la présence de la canne 13. Selon une autre caractéristique constructive de lfinven- tion, le pot de tir est associé à un circuit 16 d'admission-refoulement d'un fluide sous pression, par exemple de l'air comprimé. Le circuit 16 comprend une canalisation d'admission 17 débouchant à la partie supérieure du pot 8 entre le couvercle 10 et le niveau N de remplissage maximal de la charge de sable. La canalisation 17 est reliée à une source 18 de distribution de fluide sous pression par un distributeur 19 commandé par une électrovanne temporisée 20. La canalisation 17 comporte, par ailleurs, en aval du distributeur 19, un clapet anti-retour et de décharge 21 prolongé par une canalisation de mise à l'air libre 22. De préférence, cette canalisation débouche au-dessus d'un bac de récupération 23 porté par le bâti 1 pour être placé en-dessous du pot de tir 8. Selon une autre disposition de l'invention, le pot de tir 8 est associé à une trémie 24 contenant une réserve de sable pouvant être acheminée par un conduit de transfert 25 jusqu'à l'intérieur du pot de tir 8. La trémie 24 est portee par le bâti et le conduit 25 est raccordé à une tubulure 81 du pot 8 par un manchon souple 26. L'orifice de la tubulure 81 détermine le niveau de remplissage maximal N à l'intérieur du pot 8. Le conduit de transfert 25 est contrôlé par un obturateur 27, de tout type convenable, commandé par un vérin 28. Le pot 8 présente une hauteur choisie pour qu'en fonction du niveau maximal N de remplissage, la charge 14 de sable contenu soit supérieure à la capacité de remplissage de l'empreinte 4, de façon que lors d'une phase d'injection l'extrémité inférieure de la canne 13 plonge toujours dans le sable. La machine est associée à des moyens 29 de programmation et de déclenchement automatique de son cycle de fonctionnement. Ces moyens 29 agissent pour déclencher séquentiellement l'alimentation des vérins 5a-5b, 11, 28, la commande du distributeur 19, ainsi que la régulation du fonctionnement des moyens de chauffage associés au moule 2. La machine selon l'invention décrite ci-dessus fonctionne de la façon suivante. En considérant que le pot de tir a été rempli de sable jusqu'au niveau N et que le moule 2 a atteint la température suffisante pour assurer la cuisson du sable devant être injecté dans l'empreinte 4, les moyens 29 assurent tout d'abord l'alimentation des vérins 5a et 5b, de manière à fermer le moule 2. Simultanément, les moyens 29 assurent l'alimentation du vérin 28 pour fermer llobtura- teur 27. Les moyens 29 commandent, ensuite, l'alimentation des vérins 11 pour assurer le déplacement ascendant du pot de tir 8 et amener la tête de tir 12 en coincidence avec le trou d'injection 6 de l'empreinte 4. Dans cet état, le distributeur 19 est commandé par l'êlec- trovanne 20, de manière à établir la communication entre la source 18 et la canalisation 17. Le fluide sous pression, délivré par la source 18, est admis dans le pot 8 à l'intérieur duquel la force qu'il développe est soumise à un effet multiplicateur en raison de la surface offerte par la section annulaire de la charge de sable 14. Cette force assure l'injection dans l'empreinte 4 du bouchon de sable occupant la canne 13 conduisant ce bouchon directement dans l'empreinte 4 par les trous 121 et 6. Etant donné l'absence d'éléments de filtrage ou d'organes responsables de pertes de charge et l'admission de fluide sous pression dans la partie supérieure du pot, la pression du fluide peut être maximale, sans faire intervenir de détendeur. Ainsi, dans le cas le plus général de raccordement à une source 18 à caractère industriel, le fluide admis est de l'air comprimé à environ 7 bars assurant l'ín- jection, à grande vitesse, du bouchon de sable amené à remplir l'empreinte 4. La vitesse et la pression d'injection appliquent fortement et pressent fermement le sable contré la paroi de l'empreinte 4. Ces deux facteurs permettent d'épouser fidèlement toutes les conformations de surface de l'empreinte, quelle que soit leur taille et de faire vernir ainsi sur la surface extérieure du noyau une reproduction fidèle même des petits détails. Etant donné que l'injection fait intervenir un fluide sous forte pression, le remplissage de l'empreinte 4 peut être assuré en un seul tir. Cet avantage particulier permet de chauffer le moule 2 à une température plus élevée que celle normalement entretenue dans les techniques traditionnelles et, par exemple, égale à 3DO"C. Cette température élevée permet d'assurer le durcissement superficiel du sable en contact avec la paroi du moule 2, ce qui limite le temps de maintien de la phase d'injection et d'admission du fluide sous pression à l'intérieur du pot de tir 8. Cette phase de maintien, bien entendu réglable en fonction des caractéristiques dimensionnelles et de formes du noyau à obtenir, est déterminée par réglage de la temporisation de la vanne 20. Après temporisation, le distributeur 19 est ramené dans sa position d'origine isolant la canalisation 17 de la source 18. La charge de fluide sous pression, occupant le pot de tir 8, est ainsi mise brutalement en relation avec le milieu ambiant par le clapet de décharge 21. Il en résulte une décompression brutale du circuit d'injection du sable produisant un effet de succion et d'aspiration de la fraction de sable excédentaireroccupant l'empreinte 4. Cette fraction est réadmise dans le pot de tir 8 et laisse subsister , à l'intérieur de l'empreinte, une épaisseur de sable formant un noyau creux reproduisant, par sa surface extérieure, le contre-modèle de l'empreinte 4. Ce noyau creux est alors soumis à cuisson. A la suite de la phase de cuisson, les moyens 29 commandent l'ouverture des moules 2a et 2b pour libérer le noyau creux fabriqué et, simultanément, l'ouverture de l'obturateur 27, de façon à admettre, dans le pot de tir 8, une charge de sable suffisante pour rétablir le niveau N. Un nouveau cycle de fonctionnement peut alors se dérouler. Ainsi que cela ressort de ce qui précède, les moyens structurels conformes à l'invention permettent de fabriquer des noyaux creux d'excellentes qualités, constitués à partir d'une masse de sable inférieure à celle normalement utilisée par les techniques habituelles. Il en résulte un moindre coût de production et une réduction des déchets après utilisation en fonderie. Les conditions de pression et de température permettent d'obtenir un noyau creux possédant un état de surface parfaitement lisse et exempt de bavure et présentant, par ailleurs, des reliefs résistants, même de faibles dimensions, soit en creux, soit en saillie, correspondant à la forme présentée par l'empreinte 4. La grande vitesse d'injection et le temps de cuisson réduit permettent une plus grande cadence de fabrication et l'obten- tion de noyaux creux à un moindre coût. L'introduction dans l'empreinte 4 d'une charge de sable sans injection simultanée d'un fluide de transfert supprime les bavures et évite les opérations de reprise manuelle d'ébavurage. L'absence d'injection d'air dans le sable supprime l'effet de fluidisation et l'existence d'évacuateurs, ce qui rend possible l'utilisation d'un sable de faible granulométrie permettant l'obtention de noyaux creux à surface lisse et de conformation très précise. La faible épaisseur de paroi des noyaux permet d'assurer un bon échange thermique et un dégazage efficace lors de la coulée du métal, ainsi qu'un débourrage plus simple après refroidissement de la pièce métallique coulée. Il devient ainsi possible avec de tels noyaux creux de réaliser, par fonderie, des pièces métalliques de conformation particulièrement complexe, de grande qualité et qui ne pouvaient, jusqu'à présent, être obtenues par les techniques connues de fabrication de noyaux creux. L'invention n'est pas limitée à l'exemple décrit, car diverses modifications peuvent y être apportées sans sortir de son cadre. REVENDICATIONS 1 - Machine à fabriquer des noyaux creux en sable aggloméré, cuit, pour la réalisation de pièces métalliques par fonderie, du type comprenant un bâti (1) formant, d'une part, des glissières horizontales (3) de guidage supportant au moins deux demi-moules chauffants (2a-2b), mobiles relativement, associés à au moins un vérin d'entraînement (5) et délimitant l'empreinte en creux (4) du noyau à fabriquer et, d'autre part, des moyens (7, 9) de support et de guidage vertical d'un pot de tir (8) contenant une charge de sable (14), associé à une trémie (24) d'alimentation en sable et comportant une tête supérieure d'injection.(12) susceptible d'être mise en relation avec l'empreinte des demi-moules, ledit pot étant en relation avec un circuit (16) d'admission-refoulement d'un fluide sous pression, - caractériséeen ce qu'elle comprend - un pot de tir (8) dont la tête d'injection (12) est prolongée par une canne tubulaire (13) s'étendant à l'intérieur du pot pour plonger toujours dans la charge de sable (14), - un circuit (16) d'admission-refoulement débou chant à la partie supérieure du pot et au-dessus du niveau maximal (N) de la charge et comportant un clapet anti-retour et de décharge (21) placé an aval d'une électrovanne (20) interposée sur le circuit entre le pot (8) et une source (18) de fluide sous pression - et des moyens (29) pour commander cycliquement l'alimentation des vérins, de l'électrovanne et l'ouverture-fermeture de la trémie. 2 - Machine selon la revendication 1, caractérisée en ce que la trémie de sable (24) communique avec le pot de tir (8) par une canalisation d'alimentation (25) au moins en partie souple dont l'orifice définit le niveau (N) de remplissage du pot de tir et dont la section de passage est contrôlée par un obturateur (27). 3 - Machine selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'orifice inférieur de la canne (13) est situé dans un plan inférieur au niveau de remplissage minimal du pot de tir en phase d'injec tion et séparé du fond (15) du pot (8) par une distance calculée en fonction du diamètre extérieur de la canne pour définir une section de passage au moins égale à celle de la canne. 4 - Machine selon la revendication 1, caractérisée en ce que le pot de tir (8) délimite avec la canne une surface annulaire transversale plus grande que la section de passage de la canne.