Brevet FR2582553A1 — publié le 19861205

Dispositif et procédé de coulée de métal. La présente invention concerne un dispositif et un procédé de coulée de métal, et plus particulièrement un dispositif de coulée de métal à différentiel de pression et à contre-gravité, du type généralement décrit dans les brevets US n' 3 863 706, n' 3 900 064 et n' 4 112 997, incorporés aux présentes à titre de références. Bien que les dispositifs et les procédés du type décrit dans ces brevets aient eu un succès commercial pendant de nombreuses années, les pièces coulées en cer- tains alliages métalliques' à point de fusion élevé et présentant des épaisseurs de paroi dépassant environ 19 mm (environ 3/4 de pouce) ne peuvent être réalisées économiquement, lorsqu'on utilise ces dispositifs et procédés, du fait que l'on ne peut employer des écrans tels qu'ils sont décrits dans le brevet US n' 4 112 997, car ils réagissent avec de tels alliages, alors que sans écrans de telles pièces coulées épaisses ont besoin d'un temps de solidification qui n'est pas économique. Au cours d'essais pour trouver une solution, on a utilisé des soupapes d'arrêt à bille en céramique, mais elles se sont avérées à la fois non économiques et non fiables avec un grand nombre de ces alliages du fait qu'ils ont tendance à éroder la céramique, amenant la bille à se coincer en position ouverte, ce qui fait que le métal fondu peut revenir dans le creuset avant de se solidifier, provoquant la destruction des pièces coulées. En conséquence, un but principal de l'invention est de proposer un dispositif et un procédé nouveaux de coulée de métal à différentiel de pression et à contre- gravité, notamment de certains alliages métalliques à point de fusion élevé, pour réaliser une coulée écono- mique de pièces coulées avec de tels alliages, à parois relativement épaisses. Selon la présente invention, on a obtenu ce ré- sultat en prévoyant dans un dispositif de coulée compre- nant un moule perméable aux gaz, un passage vertical comprenant une extrémité inférieure ouverte en vue de l'introduction du métal en fusion dans ses cavités de moulage, un creuset pour contenir le métal en fusion, dont la surface est disposée au-dessous du moule, des moyens moteurs pour déplacer le creuset et le moule en les rapprochant et en les éloignant l'un de l'autre en vue d'introduire le métal en fusion du creuset dans l'extrémité inférieure ouverte du moule, et des moyens de pression pour appliquer un différentiel de pression au moule et au creuset et amener le métal en fusion à remplir les cavités du moule en passant par le passage vertical, le perfectionnement consistant en un tuyau de remplissage métallique rigide et écrasable en permanence pouvant être relié de façon étanche à l'extrémité infé- rieure ouverte du passage vertical du moule alors que son extrémité inférieure s'étend verticalement vers le bas en direction du creuset, et des moyens d'écrasement du tuyau de remplissage disposés entre le moule et le creuset pour écraser sélectivement et en permanence le tuyau de remplissage et le fermer après le remplissage des cavités du moule pour éviter le retour du métal en fusion depuis le moule vers le creuset. Selon le procédé de la présente invention, le tuyau de remplissage et le moule sont déplacés en direc- tion du creuset de façon à amener l'extrémité inférieure du tuyau de remplissage au-dessous de la surface du mé- tal en fusion, un différentiel de pression est appliqué au moule et au creuset pour amener le métal en fusion à remplir les cavités du moule en passant par le tuyau de remplissage, et le tuyau de remplissage est ensuite écrasé en permanence de manière à être fermé, de pré- férence par soudage, et éviter le retour du métal en fusion depuis les cavités du moule vers le creuset lorsque le moule et le tuyau de remplissage sont éloignés du creuset. Pour expliquer plus complètement les buts ci- dessus de la présente invention, et d'autres encore, référence est maintenant faite à la description détail- lée qui suit de modes de réalisation préférés, avec référence au dessin annexé dans lequel: les figures 1, 2 et 3 sont des vues schématiques latérales en coupe du dispositif de l'invention, illus- trant les étapes successives du fonctionnement du pro- cédé de l'invention. Si on se réfère au dessin, on prévoit un compar- timent de chargement 12, séparable et pouvant être fermé de façon étanche, monté sur un support mobile en direc- tion verticale 14. Le compartiment de chargement 12 com- prend, dans sa paroi supérieure, un raccord le mettant en communication avec un dispositif à différentiel de pression 16, et, dans sa paroi inférieure de support de moule, une ouverture centrale 18 destinée à supporter un moule perméable aux gaz, désigné dans son ensemble en , pouvant être du type à coquilles décrit dans lesdits brevets, présentant un passage vertical 22 avec une ex- trémité inférieure ouverte 24 en vue de l'introduction du métal en fusion dans les cavités de moulage 26 qu'il contient. Un creuset 30 destiné à contenir le métal en fusion, présentant une surface supérieure exposée 32 de métal en fusion, est disposé au-dessous du compartiment de chargement 12. Le dispositif à différentiel de pres- sion 16 peut être actionné sélectivement dé la manière habituelle pour appliquer un différentiel de pression au compartiment 12 et au moule 20 par rapport au creuset 30 et amener le métal en fusion à remplir les cavités de moulage 26 en passant par le passage vertical 22 du moule. Un vérin à commande hydraulique 34 relié au sup- port mobile 14 est prévu pour déplacer le creuset 30 relativement au compartiment 12 contenant le moule 20 en les rapprochant et en les éloignant l'un de l'autre en soulevant et en abaissant sélectivement le compartiment 12 avec le moule 20. Selon la présente invention, il est proposé un tuyau de remplissage métallique creux, à usage unique, amovible, rigide, jetable et écrasable en permanence, désigné dans son ensemble en 40, comprenant une partie supérieure évasée 42- constituant une collerette supé- rieure s'étendant radialement vers l'extérieur, et une partie inférieure 44 s'étendant verticalement vers le bas & partir de cette dernière. La collerette supérieure 42 est disposée de façon étanche entre la paroi infé- rieure de support de moule du récipient 12 et l'extrémi- té inférieure du moule 20 autour de son ouverture 24, et la partie inférieure 44 s'étend au travers de l'ouver- ture centrale 18 du récipient 12 et de là verticalement vers le bas en direction de la surface 32 du métal en fusion dans le creuset 30. Un dispositif d'écrasement du tuyau de remplissage, qui peut consister en un élément d'écrasement mobile horizontalement 50 et actionné par un vérin hydraulique 52 monté à l'extrémité inférieure du support 14 mobile verticalement gt en une butée oppo- sée 54, également montée sur le support 14, est disposé entre le compartiment 12 et le creuset 30, l'élément 50 et la butée 54 étant sur les côtés opposés de la partie inférieure 44 du tuyau de remplissage 40 en position abaissée, comme montré aux figures, pour écraser sélec- tivement et en permanence la partie inférieure 44 du tuyau de remplissage 40 et le fermer de façon permanente quand le remplissage des cavités 26 du moule est termi- né, de manière à éviter le retour du métal en fusion dans le creuset 30 lorsque le récipient 12 avec le moule et le tuyau de remplissage 40 sont déplacés vers le haut et éloignés du creuset 30. La partie inférieure 44 au moins du tuyau de remplissage 40 est en un métal écrasable de manière qu'elle puisse être déformée en permanence par l'avance de l'élément d'écrasement 50 en direction de la butée 54 en vue de déterminer une partie 56 écrasée de façon permanente, comme montré aux figures 2 et 3, de façon à fermer de façon permanente la partie interne creuse et y éviter le passage du métal en fu- sion, même après que l'élément d'écrasement 50 a été rétracté, comme montré à la figure 3. Dans la pratique, avec la plupart des métaux constituant le tuyau de rem- plissage, la partie écrasée 56 du tuyau de remplissage est fermée par soudage sous l'action de l'élément d'écrasement 50 et de la butée 54, la soudure étant con- servée du fait de la dissipation rapide de la chaleur du tuyau de remplissage de métal 40. En fonctionnement, selon le procédé de l'inven- tion, la partie inférieure 44 du tuyau de remplissage 40 est d'abord insérée dans l'ouverture inférieure 18 du récipient ouvert 12, de manière que sa partie supérieure évasée 42 soit supportée par la paroi inférieure du ré- cipient 12 et que sa partie d'extrémité inférieure 44 s'étende verticalement vers le bas en direction du creu- set 30, à une certaine distance au-dessus de la surface 32 du métal en fusion dans le creuset 30. Ensuite, le moule 20 est placé sur la surface supérieure de la par- tie évasée du tuyau de remplissage 44, son extrémité inférieure ouverte 24 étant concentrique au tuyau de remplissage 40 de manière que ledit tuyau de remplissage soit relié de façon amovible et étanche entre l'ex- trémité inférieure ouverte 24 du passage vertical du moule 22 et la paroi inférieure du récipient 12 entou- rant l'ouverture inférieure 18 du récipient. Le réci- pient 12 est alors fermé et relié au dispositif à diffé- rentiel de pression 16. On déplace ensuite vers le bas le récipient 12 avec le moule 20 et le tuyau de remplissage 40 en ac- tionnant le vérin hydraulique 34 de manière à amener t4 l'extrémité inférieure du tuyau de remplissage 40 au- dessous de la surface 32 du métal en fusion dans le creuset 30 et à introduire le métal en fusion du creuset dans l'extrémité inférieure du tuyau de remplissage 40, comme montré à la figure 1. Un différentiel de pres- sion réduit est alors appliqué au récipient 12 et donc au moule 20 en actionnant le dispositif à différentiel de pression 16 pour amener le métal en fusion à remplir les cavités 26 du moule en passant par le tuyau de rem- O10 plissage 40 et le passage vertical central 32 du moule. Lorsque les cavités 26 du moule ont été rem- plies, l'élément d'écrasement 50 qui est mobile horizon- talement est actionné par le vérin hydraulique 52 et avancé horizontalement en direction de la butée opposée 54 sur le côté opposé de la partie inférieure 44 du tuyau de remplissage 40, comme montré à la figure 2, pour écraser la partie inférieure 44 du tuyau de rem- plissage 40 et déterminer une partie 56 écrasée de façon permanente, comme montré aux figures 2 et 3, en vue de fermer de façon permanente la partie interne creuse, de préférence même après que l'élément d'écrasement 50 a été rétracté, comme montré à la figure 3, pour éviter le retour du métal en fusion dans le creuset 30 quand le récipient 12 avec le moule 20 et le tuyau de remplissage 40 ont été soulevés et éloignés du creuset 30. Dans la pratique et comme noté ci-dessus, les parois intérieures de la partie écrasée 56 du tuyau de remplissage sont fermées par soudage sous l'action de l'élément d'écrase- ment 50 et de la butée 54, par application de la force d'écrasement pendant seulement une seconde ou deux, après quoi l'élément d'écrasement 54 est rétracté et la soudure est ensuite maintenue en raison de la dissipa- tion rapide de chaleur du tuyau de remplissage métal- lique 40. Ceci constitue un avantage particulier, du fait qu'il réduit la durée du cycle de coulée et aug- mente donc la production. Finalement, le récipient 12 est ouvert et le moule rempli 20 et le tuyau de remplissage 40, solidari- sés par le métal solidifié, sont retirés en vue de la préparation d'un autre cycle de moulage. Il est important que le métal ou l'alliage du tuyau de remplissage 40 soit compatible avec celui qui est coulé, de façon qu'au moins dans certains cas on utilise un alliage identique. Du fait que dans ce cas le résultat sera que l'extrémité inférieure du tuyau de remplissage fondra quand elle sera introduite dans la surface 32 du métal en fusion contenu dans le creuset , il est envisagé que le vérin hydraulique 34 soit actionné pour continuer & faire descendre le récipient 12 pendant le cycle de remplissage du moule 20, suite à quoi on pourra mettre fin à son mouvement descendant et actionner l'élément d'écrasement 50 pour écraser le tuyau de remplissage 40, après quoi la poursuite de la fusion de l'extrémité inférieure du tuyau de remplissage sera sans importance. En variante, le tuyau de remplissage 40 peut présenter un mince revêtement externe en céramique, qui en raison de la courte durée pendant laquelle le tuyau de remplissage 40 est immergé dans le métal en fusion, l'empêche de fondre, mais n'interfère pas avec son écra- sement ou son soudage. Selon une autre variante, la par- tie inférieure du tuyau de remplissage 40 qui doit être immergée dans le métal en fusion, au-dessous de la par- tie qui doit être écrasée, peut être en céramique, car, en raison de la courte durée pendant laquelle la partie inférieure du tuyau de remplissage 40 est immergée, seule la partie du tuyau de remplissage 40 qui est ef- fectivement immergée est sujette à fusion. On a découvert que, du fait que le métal du tuyau de remplissage a presque toujours un point de fusion notablement inférieur à la température du métal dans le creuset et que le tuyau de remplissage nu fond rapidement s'il est trop fin, il s'affaissera et le procédé ne pourra fonctionner. Si par contre le tuyau est trop épais, le métal se solidifie sur les surfaces intérieures et extérieures, rendant également le procédé impraticable. On a établi que l'épaisseur de paroi pra- tique pour un tuyau de remplissage & usage unique devait être comprise entre 0, 15 et 0,45 cm pour des gammes de diamètres allant de 2,54 A 7,62 cm et des longueurs allant de 12,7 à 76,2 cm. Cette gamme d'épaisseurs de paroi est également compatible avec la formation et le maintien d'un écrasement soudé en permanence. On a également découvert que l'emplacement de l'écrasement devait être à une distance égale à au moins 1,5 fois le diamètre du tuyau, à compter de l'extrémité supérieure de celui-ci et de sa collerette, de sorte que l'action d'écrasement ne déforme pas la collerette du tuyau et ne permet pas au métal fondu de s'échapper par le joint entre cette collerette et le moule perméable. Bien que la description du mode de réalisation préféré se réfère aux moules du type à coquilles décrit dans les brevets US n' 3 863 706, n' 3 900 064 et n* 4 112 997, il est envisagé que d'autres types de moules perméables aux gaz soient également utilisés pour la mise en oeuvre de l'invention, y compris les moules classiques en sable lié ou non lié, de même que ceux du type à "mousse perdue". Dans ces derniers, le sable de moulage est tassé autour d'un motif en mousse de poly- styrène, avec des ouvertures, et le métal en fusion est introduit directement dans la mousse qui se vaporise et s'échappe au travers du sable de moulage, laissant une pièce moulée qui est une réplique du motif en mousse. D'autres modifications de l'invention répondant & l'esprit de cette invention et au champ d'application des revendications apparaîtront à l'homme de l'art dans le domaine de la coulée des métaux. REVENDICATIONS 1. Dispositif de coulée comprenant un moule per- méable aux gaz, avec un passage vertical comprenant une extrémité inférieure ouverte en vue de l'introduction du métal en fusion dans ses cavités de moulage, un creuset pour contenir le métal en fusion, dont la surface est disposée au-dessous du moule, des moyens moteurs pour déplacer le creuset et le moule en les rapprochant et en les éloignant l'un de l'autre en vue d'introduire le métal en fusion du creuset dans l'extrémité inférieure ouverte du moule, et des moyens de pression pour appli- quer un différentiel de pression au moule et au creuset et amener le métal en fusion à remplir les cavités du moule en passant par le passage vertical, caractérisé en ce qu'il comprend un tuyau de remplissage métallique, rigide et écrasable en permanence (40) pouvant être relié de façon étanche et amovible à l'extrémité infé- rieure ouverte (24) du passage vertical (22) du moule alors que son extrémité inférieure (44) s'étend vertica- lement vers le bas en direction du creuset (30), et des moyens d'écrasement (50,52,54) relâchables du tuyau de remplissage (40) disposés entre le moule (20) et le creuset (30) pour écraser sélectivement et en permanence le tuyau de remplissage (40) et le fermer après le rem- plissage des cavités (26) du moule (20) pour éviter le retour du métal en fusion depuis le moule (20) vers le creuset (30). 2. Dispositif de coulée comprenant un moule per- méable aux gaz (20), avec un passage vertical (22) ayant une extrémité inférieure (24) ouverte en vue'de l'intro- duction du métal en fusion dans ses cavités de moulage (26), un support (12) de moule (20) ayant une ouverture inférieure (18) située au-dessous de l'extrémité infé- rieure ouverte (24) du passage (22) du moule (20), un creuset (30) destiné à contenir du métal en fusion dont la surface libre est située au- dessous dudit support (12) du moule (20), des moyens moteurs (34) pour dépla- cer le creuset (30) et le moule (20) en les rapprochant et en les éloignant l'un de l'autre, et des moyens de pression pour appliquer un différentiel de pression au moule (20) et au creuset (30) et amener le métal en fusion & remplir les cavités (26) du moule (20) en pas- sant par le passage vertical (22), caractérisé en ce qu'il comprend un tuyau de remplissage métallique rigide et écrasable en permanence (40), ayant une collerette supérieure s'étendant radialement vers l'extérieur (42) et intercalée de façon étanche entre l'extrémité infé- rieure ouverte (24) du passage (22) du moule (20) et l'ouverture inférieure (18) du support (12) du moule, en entourant ladite extrémité inférieure ouverte (24) du passage (22), l'extrémité inférieure de ce tuyau (40) s'étendant verticalement vers le bas vers le creuset, et des moyens d'écrasement (50,52,54) relâchables du tuyau de remplissage (40), disposés entre le moule (20) et le creuset (30) pour écraser sélectivement et en permanence le tuyau de remplissage (40) et le fermer après remplis- sage des cavités (26) du moule (20) pour éviter le re- tour du métal en fusion depuis le moule (20) jusqu'au creuset (30), tandis que le moule (20) et le tuyau de remplissage (40) sont écartés du creuset (30), lesdits moyens d'écrasement étant ensuite ouverts pour relâcher ledit tuyau de remplissage (40) de sorte & permettre son enlèvement. 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le tuyau de remplissage (40) est fermé en permanence par lesdits moyens d'écrasement (50, 52,54), par soudage entre elles des parois intérieures dudit tuyau. 4. Dispositif selon l'une quelconque des reven- dications précédentes, caractérisé en ce que le tuyau de remplissage (40) a une épaisseur de paroi comprise entre 0,15 et 0,45 cm et est écrasé à une distance de son extrémité supérieure égale au moins à 1,5 fois son diamètre. 5. Dispositif selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que ledit creuset (30) contient du métal en fusion à une température prédéterminée, et en ce que ledit tuyau de remplissage (40) fond à une tem- pérature inférieure & ladite température prédéterminée du métal en fusion contenu dans ledit creuset (30). 6. Procédé de coulée dans un moule perméable aux gaz, caractérisé en ce qu'il consiste à prévoir un moule (20) perméable aux gaz ayant un passage vertical (22) à extrémité inférieure ouverte (24) pour l'introduction du métal en fusion dans les cavités (26) du moule, à pré- voir un creuset (30) pour contenir le métal en fusion, avec sa surface libre disposée au-dessous dudit moule (20), à prévoir un tuyau de remplissage métallique ri- gide pouvant être écrasé en permanence (40) relié de façon étanche à l'extrémité inférieure ouverte (24) du- dit passage vertical (22) du moule,.son extrémité infé- rieure s'étendant verticalement vers le bas en direction dudit creuset (30), à déplacer le moule (20) et le tuyau de remplissage (40) vers ledit creuset pour déplacer l'extrémité inférieure du tuyau de remplissage (40) au- dessous de la surface libre du métal en fusion contenu dans le creuset (30), pour introduire le métal en fusion de ce creuset dans l'extrémité inférieure dudit tuyau de remplissage (40), à appliquer une pression différen- tielle au moule (20) et au creuset (30) pour que le métal en fusion remplisse les cavités (26) du moule (20) en passant par le tuyau de remplissage (40); et & écra- ser en permanence le tuyau de remplissage (40) pour le fermer après remplissage des cavités (26) du moule (20), pour empêcher un écoulement en sens inverse du métal fondu depuis les cavités du moule vers le creuset (30), tandis que le moule (20) et le tuyau de remplissage (40) sont écartés dudit creuset. 7. Procédé de coulée dans un moule perméable aux gaz, caractérisé en ce qu'il consiste à prévoir un moule (20) perméable aux gaz ayant un passage vertical (22) à extrémité inférieure ouverte (24) pour l'introduction du métal en fusion dans les cavités (26) du moule, à pré- voir un support (12) de moule ayant une ouverture infé- rieure (18) disposée au-dessous de l'extrémité infé- rieure ouverte (24) du passage (22) du moule, à prévoir un creuset (30) pour contenir le métal en fusion, avec sa surface libre disposée audessous dudit moule (20), à prévoir un tuyau de remplissage métallique rigide pou- vant être écrasé en permanence (40), à prévoir un tuyau de remplissage métallique rigide et écrasable en perma- nence (40), ayant une collerette supérieure s'étendant radialement vers l'extérieur (42) et intercalée de façon étanche et amovible entre l'extrémité inférieure ouverte (24) du passage (22) du moule (20) et l'ouverture infé- rieure (18) du support (12) du moule, en entourant la- dite extrémité inférieure ouverte (24) du passage (22), l'extrémité inférieure de ce tuyau (40) s'étendant ver- ticalement vers le bas vers le creuset, à déplacer le moule (20) et le tuyau de remplissage (40) vers le creu- set (30) pour que l'extrémité inférieure dudit tuyau de remplissage vienne au-dessous de la surface libre du métal en fusion contenu dans le creuset, de sorte à introduire du métal en fusion du creuset (30) dans l'extrémité inférieure du tuyau de remplissage (40), à appliquer une pression différentielle au moule (20) et au creuset (30) pour que ledit métal en fusion remplisse les cavités (26) du moule en passant par'le tuyau de remplissage (40), à écraser en permanence le tuyau de remplissage (40) pour le fermer après remplissage des cavités (26) du moule (20), pour empêcher un écoulement en sens inverse du métal fondu depuis les cavités du moule vers le creuset (30), tandis que le moule (20) et le tuyau de remplissage (40) sont écartés dudit creuset, et finalement & enlever le tuyau de remplissage (40) du moule (20) et du support (12). 8. Procédé selon la revendication 6 ou 7, carac- térisé en ce que les parois intérieures dudit tuyau de remplissage (40) sont soudées ensemble en permanence par ledit écrasement pour fermer en permanence ce tuyau. 9. Procédé selon l'une quelconque des revendica- tions 6 à 8, caractérisé en ce que le tuyau de remplis- sage (40) fond à une température de fusion inférieure à la température du métal en fusion contenu dans le creuset (30). 10. Procédé selon l'une quelconque des revendica- tions 6 à 9, caractérisé en ce que le tuyau de remplis- sage (40) a une épaisseur de paroi comprise entre 0,15 et 0,45 cm et est écrasé à une distance de son extrémité supérieure égale à au moins 1, 5 fois son diamètre.