Brevet FR2590364A1 — publié le 19870522

L'invention concerne les essais visant à déterminer les caractéristiques de résistance des éprouvettes en différents matériaux, et a notamment pour objet un dispositif pour essais de résistance d'éprouvettes de sables de moulage. L'invention trouve des applications dans la fonderie, dans les laboratoires des usines ainsi que dans les instituts de recherches, pour les essais destinés au contrôle et à l'évaluation des caractéristiques de résistance d'éprouvettes de différents sables de moulage utilisés pour la fabrication de moules et de noyaux notamment de fonderie. On connaît un dispositif utilisé pour les essais de résistance d'éprouvettes en sables de moulage (certificat d'auteur tJ.R.S.S. nO 823960, classe G 01 N 3/18, publié en 1979), comportant un corps portant un verin dont la chambre est mise en communication par une conduite pourvue d'un interrupteur pneumatique à bascule avec une source d'air comprimé et avec un manomètre. Le piston du vérin est lié à un plateau de pression sur lequel est posée l'éprouvette à essayer. Dans le corps du dispositif est aussi monté un mécanisme de serrage l'éprouvette lié cinématiquement par une tige à un plateau d'appui destiné à fixer en position l'éprouvette et disposé suivant un axe commun avec le plateau de pression. Le vérin est muni d'une soupape d'échappement. Etant donné que le vérin est lié à une source d'air comprimé, il est nécessaire de prévoir un- dispositif pour la déshydratation de l'air ou sa doss ccavion en vue de prévenir la corrosion des pièces du vérin ou bien de fabriquer ces pièces en un matériau résistant à la corrosion. Lors de l'utilisation du dispositif, on admet dans la chambre du vérin de l'air comprimé en se servant pour cela de l'interrupteur pneumatique à bascule. L'air comprimé faisant fonction de fluide moteur fait monter le piston actionnant le plateau de pression portant l'éprouvette serrée d'en haut par le plateau d'appui du mécanisme de serrage de l'éprouvette. On continue à élever la pression dans la chambre jusqu'à la destruction de l'éprouvette. Ensuite l'excédent de pression est évacué à travers la soupape, après quoi on interrompt l'admission d'air en fermant l'interrupteur pneumatique à bascule. A l'aide du manomètre, on mesure la pression d'air, dans la chambre, à laquelle a été détruite l'éprouvette. Toutefois, ce dispositif pour les essais de résistance des éprouvettes en sables de moulage est caractérisé par une basse fiabilité de fonctionnement, qui est due à ce que la soupape d'échappement ne peut pas évacuer instantanément l'excédent de pression du vérin après la destruction de l'éprouvette. En conséquence, des charges de choc sont engendrées et agissent sur le piston qui rebondit vers le haut et vient frapper le corps du dispositif,ce qui provoque une explosion assourdissante et crée un danger de blessure de l'opérateur par lus éclats de l'éprouvette. De plus, ce dispositif nécessite une alimentation en air comprimé déshydraté, ce qui impose de prévoir un dispositif approprié de déshydratation, car autrement toutes les pièces du vérin doivent être fabriquées en matériaux résistants à la corrosion (qui sont coûteux), car l'humidité provoque la corrosion des parties frottantes. Pendant l'utilisation, il est indispensable de désassembler périodiquement le vérin afin d'en évacuer l'eau accumulée Dans le dispositif considéré, il est impossible de régler la vitesse d'application de la charge à l'éprouvette, car l'air comprimé est amené dans la chambre du vérin à tra vers un gicleur ayant un orifice de diamètre constant. En cas d'engorgement de l'orifice, le dispositif ne peut plus fonctionner et doit être réparé. On s'est donc proposé demettre au point un dispositif pour essais de résistance d'éprouvettes en sables de mou lage, dans lequel la conception du vérin moteur permettrait de régler la vitesse d'application de la charge à l'éprou vette à essayer, d'utiliser un fluide inerte incompressi ble en tant que fluide moteur et d'assurer, par cela même, une amélioration de la fiabilité de fonctionnement du dis positif, de réduire la fréquence de répétition des répa rations ainsi que le niveau du bruit. Le problème ainsi posé est résolu du fait que le dis positif pour essais de résistance d'éprouvettes en sables de moulage, comprenant un corps portant un vérin dont la chambre est mise en communication avec une source d'air comprimé et avec un manomètre, et dont le piston est lié à un plateau de pression destiné à la mise en place de l'éprouvette à essayer, et un mécanisme de serrage de l'é prouvette relié cinématiquement à un plateau d'appui ser vant à bloquer l'éprouvette à essayer et disposé suivant un axe commun avec le plateau de pression, est caractéri sé, selon l'invention, en ce que la chambre du vérin mo teur est partagée en trois enceintes: une enceinte située au-dessous du piston et une enceinte médiane, remplies toutes deux d'un -luide moteur inerte incompressible et sépares l'une de l'autre per une cloison rigide munie ''un étrangleur réglable et d'une soupape aniretour, ladite enceinte médiane étant séparée de l'enceinte inférieure par une membrane élastique pourvue d'un organe de limitation de son déplacement, le piston du vérin étant relié à l'enceinte située au-dessous du piston par une autre membrane élastique, reliée au manomètre, et ladite enceinte inférieure communiquant avec la source d'air comprimé. I1 est avantageux que le dispositif conforme à l'invention comporte au moins un vérin supplémentaire identique au vérin cité en premier, monté au-dessous de celuici et coaxial à ce dernier, un bloc de changement des gammes de charge, dont le levier est relié cinématiquement au piston du vérin supplémentaire, les pistons des vérins étant pourvus d'un flasque, le flasque du vérin supplémentaire comportant, disposées suivant une circonférence, des rainures coopérant avec des butées fixées sur la face inférieure dudit premier vérin, dans la paroi latérale duquel sont ménagés des orifices dans lesquels sont montées des tiges poussoirs coopérant avec les flasques des pistons des vérins. L'invention revendiquée permet d'élever la fiabilité de fonctionnement du dispositif pour essais de résistance d'éprouvettes en sables de moulage, grâce à la suppression des charges de choc exercées par le piston sur le corps. Ladite fiabilité de fonctionnement est également améliorée par la présence d'un étrangleur réglable à travers lequel est amené le fluide moteur frais, par exemple un liquide inerte qui n'est pas pollué pendant l'utilisation et ne provoque pas la corrosion et l'engorgement de l'étrangleur, ce qui permet d'augmenter la période séparant les réparations. En outre, la présence de l'étrangleur permet de régler la vitesse d'application de la charge, tandis que l'utilisation d'un liquide en tant que fluide moteur incompressible permet non seulement de supprimer les charges de choc, mais également d'abaisser le niveau du bruit produit lors de la destruction de l'éprouvette. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement au cours de la description explicative qui va suivre de différents modes de réalisation donnés unique ment à titre d'exemple non limitatif avec références aux dessins non limitatifs annexés dans lesquels:: - la figure 1 représente schématiquement une vue d'en semble, coupe longitudinale partielle, d'un dispositif pour essais de résistance d'éprouvettes en sables de moulage confprme à l'invention; - la figure 2 est une vue en coupe longitudinale à plus grande échelle d'une partie du dispositif représenté sur la figure 1, comprenant une vue détaillée du vérin; - la figure 3 représente un vue d'ensemble, en coupe longitudinale partielle, d'un autre mode de réalisation du dispositif, comportant deux vérins; - la figure 4 est une vue partielle, en coupe longitudinale et à plus grande échelle, du dispositif à deux vérins représenté sur la figure 3; - la figure 5 représente une partie du flasque du piston de vérin avec le levier du bloc de changement de gammes de charges. Le dispositif pour essais de résistance d'éprouvettes en sables de moulage, représenté d'une manière schématique sur la figure 1, comporte un corps 1 avec un vérin 2 lié cinématiquement par une tige 3 à un plateau de pression 4 sur lequel est posée l'éprouvette à essayer 5. L'éprouvette 5 est fixée en position par un plateau d'appui 6 disposé coaxialement au plateau de pression 4 et lié cinématiquement à un mécanisme 7 de serrage de l'éprouvette par une tige 8 ayant une articulation à rotule 9 montée dans un évidement sphérique 10 du plateau d'appui 6 en vue d'assurer une répartition régulière de la charge sur l'éprouvette 5. a tige 8, poussée par un ressort 11, appuie sur la surface supérieure 12 de la base cunéiforme du mécanisme de serrage 7, logée dans une rainure 13 du corps 1 et munie extérieurement d'une manette ou levier de manoeuvre 14 fixée à ladite base par des moyens d'assemblage par vissage 15. Le dispositif comporte également un manomètre 16 communiquant avec le vérin 2 par une conduite 17. La conduite 18, munie d'un interrupteur pneumatique à bascule 19, est destinée à mettre en communication le vérin 2 avec une source d'air comprimé (non représentée sur les figures). Le vérin 2 est monté dans le corps 1 de manière à être espacé de la paroi 20 du corps 1 au moyen de douilles d'écartement 21. Le dispositif est en outre muni d'une auge 22 fixée sur le plateau de pression 4 et destinée à collecter les particules de sable de moulage résultant de la destruction de l'éprou- vette 5. La figure 2 représente une coupe longitudinale de la partie du dispositif qui contient le vérin 2 monté dans le corps 1 du dispositif. On voit sur cette figure que le vérin 2 comprend un piston 23 dans lequel est fixée une tige 3 transmettant le mouvement du piston 23 au plateau de pression 4. La chambre du vérin 2 est partagée en trois enceintes. L'enceinte 24 située au-dessous du piston et l'enceinte médiane 25 sont remplies d'un fluide moteur inerte incompressible constitué notamment par un liquide inerte, par exemple un liquide silico-organique.Les enceintes 24 et 25 sont séparées par une cloison rigide 26 pourvue d'une soupape antiretour 27 munie d'un joint d'étanchéité 28 et d'orifices de vidange 29, tandis que l'enceinte inférieure 30, communiquant par une conduite 18 avec la source d'air comprimé, est séparée de 1 enceinte médiane 25 par une membrane élastique 31. Une membrane élastique identique 31 est montée au-dessous du piston 23 pour assurer l'étanchéité de l'enceinte 24 située au-dessous du piston et pour la transmission de la pression du fluide moteur au piston 2. L'enceinte 24 du vérin 2 est reliée par la conduite 17 au manomètre 16 (figure 1). Un étrangleur 32, dont le pointeau 33 est destiné à régler la vitesse d'écoulement du liquide de l'enceinte médiane 25 dans l'enceinte 24, à travers descanaux 34 et 35, est prévu dans la paroi du vérin 2 (figure 2).Un bouchon 36 est prévu pour obturer d'une manière étanche l'étrangleur 32. Pour former la chambre à trois-enceintes qu'on vient de décrire, le vérin 2 est constitué par assemblage de trois parties séparées par les membranes élastiques et assemblées par des tiges filetées 37 visées dans la paroi 20 du corps, avec utilisation des douilles d'écartement 21. L'étanchéité delta chambre du vérin 2 est assurée par des bagues d'étanchéité 38, par exemple en caoutchouc, montées dans des gorges 38' Des bagues 39 montées dans des encoches 40 sont destinées à assurer un montage aisé. Une grille 41 est montée dans l'enceinte inférieure 30 en vue de prévenir le fléchissement de la membrane élastique 31 séparant les enceintes inférieure 30 et moyenne 25 et pour limiter les déplacements de celle-ci. Le dispositif conforme au mode de réalisation qui vient d'être décrit peut être utilisé notamment pour le-s essais d'éprouvettes de sable de moulage cylindriques de 50 mm de hauteur. Ce sable da moulage peut être par exemple un sable silico-argile.ux, un verre soluble ou un mélange fluide à l'état solidifié. La figure 3 représente d'une manière schématique un autre mode de réalisation du dispositif. Dans ce cas, le corps 1 du dispositif contient aussi un vérin supplémentaire 42 identique au vérin 2 et monté coaxialement au-dessous de ce dernier. En outre, le dispositif est muni d'un bloc 43 de changement des gammes de charges, dont le levier 44 est cinématiquement lié au vérin supplémentaire 42 pour mettre celui-ci en action dans le cas où il est nécessaire d'augmenter la charge agissant sur l'éprouvette 5. L'interrupteur pneumatique à bascule 19 et le manomètre 16 sont reliés au vérin supplémentaire 42 par des conduites 45 et 46. La conception des vérins 2 et 42 est représentée d'une manière plus détaillée sur la figure 4. Comme on peut le voir sur cette figure, la liaison cinématique entre le bloc 43 (figure 3) de changement des gammes de charges et le vérin supplémentaire 42 (figure 4) peut notamment être assurée par un doigt d'entraînement 47 associé au levier 44 et fixé rigidement au flasque 48 du piston 49 du vérin supplémentaire 42. Le piston 23 du vérin 2 comporte lui aussi un flasque 50. Dans la paroi latérale de toutes les parties du vérin 2 sont pratiqués des orifices 51 parallèles à leur axe longitudinal et traversés par des poussoirs 52 sous forme de tiges. Les poussoirs 52 butent par leur face en bout contre les flasques 48 et 50 des pistons 49 et 23, respectivement. Pour simplifier la conception, les enceintes inférieures 30 des vérins 42 et 2 peuvent être réalisées notamment sous forme de gorge annulaire (dans ce cas, ce sont les parois de ladite gorge annulaire qui assurent la limitation du déplacement de la membrane élastique. 31). Dans le but de simplifier l'assemblage des parties des vérins 42 et 2, on a ménagé sur celles-ci des éléments pour assemblage du type à entailles, sous forme de gradins 53, tandis que des tiges filetées 54 disposées suivant une circonférence sont utilisées pour assembler les vérins 2 et 42 l'un à l'autre. Des tiges filetées 55 disposées suivant une circonférence sont prévues pour assembler les vérins 2 et 42 à la paroi 20 du corps 1 par l'intermédiaire de bagues d'écartement 21. Les conduites 45, 46 ainsi que les conduites 18 et 17 sont raccordées à l'enceinte inférieure 30 et à l'enceinte supérieure 24 des vérins 42 et 2, respectivement, pour 'amenée d'air comprimé et la mesure de la pression dans lesdites enceintes simultanément. Des butées 56 fixées à la face inférieure du vérin 2 coopèrent avec des rainures 57 (figure 5) pratiquées dans le flasque 48 du piston 49 du vérin 42 pour assurer la liai son entre les pistons 49 et 23 dans le but de transmettre l'effort du vérin supplémentaire 42 au vérin 2 par l'intermédiaire des poussoirs 52 (figure 4) lorsque le levier 44 tournant sur un axe 58 fixé à la base 59 du bloc 43 se trouve en position de travail (position I sur la figure 5). Lorsque le levier 44 se trouve en position de repos (position II sur la figure 5), la butée 56 ne s'engage pas dans la rainure 57 mais bute contre le flasque 48 du piston 49, de sorte que le vérin supplémentaire 42 ne coopère pas avec le vérin 2. Le mode de réalisation du dispositif représenté sur les figures 3, 4, 5 permet de réduire son encombrement tout en permettant l'application des mêmes charges sur l'éprouvette 5. En même temps, il permet d'élargir la gamme de charges pouvant être produits par le dispositif et de soumettre à des essais, à l'aide d'un seul dispositif et avec une même précision plusieurs sables de moulage, par exemple des sables silico-argileux, des sables fluides, des verres solubles, des mélanges furaniques, alors que le dispositif représenté sur les figures 1 et 2 ne permet d'effectuer les mesures avec précision et d'une manière efficace que pour un seul type des sables de moulage, tandis que pour les autres types de sables de moulage l'erreur de mesure est plus grande, ce qui nécessite l'utilisation d'un dispositif particulier pour la mesure de la résistance de chaque sable de moulage. Le dispositif représenté sur les figures 3, 4, 5 permet de mesurer la résistance dans une vaste gamme de charges, mais il ne comporte que deux vérins- 42 et 2. Or il est possible de pourvoir le dispositif de trois vérins ou plus et d'élargir ainsi davantage la gamme des charges créées par un même dispositif tout en conservant la même précision des mesures. Le dispositif fonctionne de la manière suivante. On pose une éprouvette 5 (figure 1) sur le plateau de pression 4, ensuite, en déplaçant le levier 14 du mécanisme de serrage 7, on met en contact la surface 12 de la partie cunéiforme avec l'éprouvette 5. En ouvrant l'interrupteur pneumatique à bascule 19, on admet l'air comprimé dans l'enceinte inférieure 30 (figure 2) du vérin 2. Par l'intermédiaire de la membrane élastique 31, la pression d'air comprimé est transmise à l'enceinte médiane 25 et agit sur la soupape antiretour 27 en la fermant. Le liquide s'écoule de l'enceinte médiane 25 dans l'enceinte 24 située au-dessous du piston, passe par les canaux 34 et 35 de l'étrangleur réglable 32 et, par l'intermédiaire de l'autre membrane élastique 31, transmet au piston 23 la pression croissant régulièrement. C'est ainsi qu'on applique la charge à l'éprouvette 5 à l'aide du plateau de pression 4. Lors de la destruction de l'éprouvette 5, la charge agissant sur le piston 23 devient nulle. En conséquence, la pression dans l'enceinte 24 située au-dessous du piston décroît. D'après le manomètre 16 on détermine la résistance mécanique de l'éprouvette 5 soumise à l'essai. En fermant l'interrupteur pneumatique à bascule 30, on interrompt l'arrivée de l'air comprimé et on relie l'enceinte inférieure 30 à l'atmosphère. L'évacuation de la pression de l'enceinte inférieure 30 provoque une réduction de la pression dans l'enceinte médiane 25 et, par conséquent, l'ouverture de la soupape antiretour 27. Le liquide s'écoule de l'enceinte supérieure 24 dans l'enceinte médiane 25 à travers les orifices de vidange 29 de la soupape antiretour 27. Le piston 23 retourne ainsi à sa position de départ. Le mode de réalisation décrit du dispositif permet d'élever la fiabilité de fonctionnement du dispositif grâce à la supression des charges de choc au cours de la destruction de l'éprouvette 5, ainsi que de créer sur l'éprouvette des charges croissant progressivement, grâce à la régula tion de la pression du fluide moteur dans l'enceinte au dessous du piston relié au plateau de pression 4. Le dispositif représenté sur la figure 3 fonctionne de manière analogue au dispositif décrit ci-dessus dans le cas où seul le vérin 2 disposé au-dessus du vérin supplé mentaire 42 est mis en action, autrement dit quand le levier 44 se trouve dans la position II (figure 5) et que les butées 56 butent contre le flasque 48 du piston 49 en l'empêchant de monter. De ce fait, seules les forces créées par le pis ton 23 du vérin 2 agissent sur l'éprouvette 5. En cas d'essai d'une éprouvette 5 en sable de moulage de résistance élevée, ainsi que dans le cas ou la pression appliquée à l'éprouvette ne la détruit pas, il faut augmen ter la pression sur l'éprouvette, et pour-ce faire, on met le levier 44 dans la position I (figure 5); le piston 49 tourne alors autour de son axe et les rainures 57 viennent se placer en face des butées 56. En ouvrant l'interrupteur pneumatique à bascule 19, on admet l'air comprimé dans les enceintes inférieures 30 des deux vérins 2 et 42, et ceux-ci fonctionnent de la même manière que dans le cas décrit ci-dessus. Lors du déplace ment du piston 49 de bas en haut, les rainures 57 situées sur son flasque 48 excluent l'action des butées 56 sur le flasque 48, et ce dernier vient en contact avec les poussoirs 52 du vérin 2, qui transmettent la pression du piston 49 au flasque 50 du piston 23 du vérin 2 et ensuite à l'éprou vette 5. il s' ensuit que l'éprouvette 5 est soumise à l'ac tion de la pression totale des deux vérins 2 et 42 affichée par le manometre 16.Lors de la destruction de l'éprouvette 5 la charge sur le piston 23 et, par conséquent, sur le piston 49 devient nulle, ce qui provoque une réduction de de la pression dans les enceintes des vérins de la maniere que l'on vient de décrire. Le mode de réalisation du dispositif représenté sur 1ES figures 3, 4, 5 permet de mesurer la résis tance mécanique d'éprouvettes en plusieurs types de sables de moulage à l'aide d'un seul dispositif et avec une précision constante des mesures, quel que soit le type de sable de moulage, et ce, grâce à la mesure universelle de la pression dans plusieurs gammes. Yuans le dispositif revendiqué, dont les modes de réalisation conformes à l'invention sont illustrés sur les figures 1 à 5, les chambres des vérins 2 et 42 sont partagées en trois enceintes, ce qui permet d'utiliser un liquide inerte en tant que fluide moteur dans les enceintes susupérieure 24 et médiane 25. Ceci permet d'élever la fiabilité de fonctionnement du dispositif du fait que le liquide inerte, qui est un liquide incompressible, n'exerce, lors de la destruction de l'éprouvette, aucune action de choc brusque sur le piston 23 et que ce dernier remonte lentement jusqu'à la fermeture de l'interrupteur pneumatique à bascule 19. I1 convient de noter que les bruits sont totalement supprimés tant pendant la destruction de l'éprouvette 5 que tout au long de l'essai. L'uilisation d'un liquide inerte en tant que fluide moteur permet de fabriquer les pièces des vérins 2 et 42 à partir d'un acier ordinaire sans faire appel à des dispositifs de séparation de l'humidité, du fait qu'il n'y a aucun processus de corrosion dans les vérins 2 et 42. Ceci permet de prolonger la période séparant les réparations et de réduire les frais de fabrication. Grâce à l'utilisation d'un fluide de grande viscosité dans l'enceinte 24 située au-dessous du piston et dans l'enceinte médiane 25, ainsi que l'emploi d'un étrangleur réglable 32, il est maintenant possible de régler d'une manière précise et simple la vitesse d'application de la charge à l'éprouvette 5 en fonction du type de sable de moulage. R E V E N D i C A T i O N S 1. Dispositif pour essais de résistance d'éprouvettes de sables de moulage, du type comprenant un corps (1) contenant un vérin (2) dont la chambre est mise en communication avec une source d'air comprimé et avec un manomètre (16), et dont le piston (23) est lié à un plateau de pression (4) sur lequel est disposée l'éprouvette (5), et un mécanisme (7) de serrage de l'éprouvette lié cinématiquement à un plateau d'appui (6) pour la fixation de l'é:: prouvette (5), caractérisé en ce que la chambre du vérin (2) est partagée en trois enceintes, dont une enceinte (24) située au-dessous du piston (23) et une enceinte médiane (25), remplies toutes deux d'un fluide moteur incompressible et séparées l'une de l'autre par une cloison rigide (26) munie d'un étrangleur réglable (32) et d'une soupape antiretour (27), l'enceinte médiane (25) étant séparée de l'enceinte inférieure (30) par une membrane élastique (31) avec un organe de limitation du déplacement de celle-ci, le piston (23) du vérin (2) étant relié à l'enceinte (24),située au-dessous du piston, par l'intermédiaire d'une autre membrane (31), et ladite enceinte (24) communiquant avec le manomètre (16), tandis que 1 enceinte inférieure (30) communique avec la source d'air comprimé. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un vérin supplémentaire (42) identique au premier vérin (2) et monté au-dessous de ce dernier coaxialement à celui-ci, un bloc (43) de changement de gammes de charges, dont le levier (44) est lié cinématiquement au piston (49) du vérin supplémentaire (42), les-dits pistons (23,49) des vérins (2,42) étant pourvus d'un flasque (50, 48), ledit L'1 asque (48) du piston (49) du vérin supplémentaire (42) compor- tant des rainures (57) disposées suivant une circonférence et coopérant avec des butées (56) fixées sur la face inférieure du pre mier vérin (2), dans la paroi latérale duquel sont ménagés des orifices (51) parallèles à son axe et dans lesquels sont montés mobiles des poussoirs (52) coopérant avec les flasques (48,50) des pistons (49,23).