Brevet FR2640171A1 — publié le 19900615

La présente invention concerne le domaine technique de la fabrication de moules en sable pour l'obtention de pièces de fonderie. Elle vise plus particulièrement la technique de moulage en sable à vert en châssis. Dans cette technique, le problème général à résoudre est celui de réaliser, en deux éléments, un moule en sable de formes telles que ce moule soit la reproduction en creux des formes d'un modèle, modèle représentant la pièce à obtenir. Le sable utilisé pour la réalisation des formes en creux, nommées empreintes, est généralement constitué d'un mélange de sable siliceux et de composants additionnels tels que argile, eau et adjuvants connus de l'homme de l'art. Le métal liquide est introduit dans l'empreinte. Aprés solidification du métal, la pièce obtenue est extraite du sable. La pièce poursuit le processus de fabrication vers dés opérations diverses de finition. Quant au sable, il subit un traitement de régénération, dans une installation connue sous le nom de sablerie, dont le but est de le rendre à nouveau propre au moulage. Le cycle ainsi décrit est reproduit autant de fois que le nécessite le nombre de peces à produire. L'empreinte, doit être précise pour reproduire les formes du modèle fidèlement, et rigide pour résister aux efforts déployés par le métal liquide lors du remplissage puis ultérieurement lors de la solidification. Afin de conférer à l'empreinte ces caractéristiques de précision et de rigidité, le sable est compacté autour du mode le par différents moyens utilisés seuls ou en combinaison, moyens connus de lthomme de l'art sous les noms de : secousse, pression, soufflage, tir, onde de choc, écoulement d'air. La densité du sable avant compaction est généralement comprise entre 1,0 et 1,1 Kg / dm3. Aprés compaction, cette densité est généralement comprise entre 1,5 et 1,7 Kg / dm3 Les machines réalisant l'opération de compactage sont connues sous le nom de machines à mouler. L'obtention d'empreintes de bonne qualité, telles que décrites plus haut, suppose une bonne adéquation entre les caractéristiques du sable de moulage provenant de la sablerie et les paramètres de fonctionnement de la machine à mouler utilisée pour la compaction de ce sable. L'adéquation dont il vient être fait mention doit être maintenue tout au long des cycles successifs de moulage afin d'assurer la répétitivité du degré de compaction et donc des résultats sur les pièces produites. Les moyens habituellement mis en oeuvre pour assurer le maintien de cette adéquation consistent d'une part, en la surveillance et la régulation du processus de régénération du sable et d'autre part, au réglage des paramètres de fonctionnement de la machine à mouler. Ces opérations sont souvent manuelles et empiriques. On constate, à l'expérience, que la régularité de fonctionnement de la sablerie n'est pas toujours assurée. Cette constatation s'applique notamment à la quantité d'eau ajoutée au sable durant la régénération pour remplacer l'eau évaporée par la chaleur du métal coulé dans les moules. il s'en suit que les paramètres de fonctionnement de la machine à mouler doivent être modifiès fréquemment, à l'initiative du personnel responsable du fonctionnement. Les variations ainsi observées en cours de production des moules successifs ne permettent pas d'assurer une bonne régularité du degré de compaction du sable. Des moyens de régulation automatiques, connus de l'homme de l'art, peuvent être mis en oeuvre dans la sablerie pour permettre de produire un sable de qualité constante et tenter de stabiliser ainsi la production des moules. Ces moyens sont toutefois onéreux et n'assurent pas une fiabilité totale. Ils conduisent souvent à des modifications importantes lorsque qu'ils doivent être incorporés dans des installations existantes. L'intérêt d'un dispositif qui équiperait la machine à mouler dans le but de modifier automatiquement, cycle aprés cycle, les paramètres de compaction en fonction de la qualité du sable tel que reçu par la machine à mouler apparait alors évident. L'homme de l'art sait que l'aptitude à la compaction du sable de moulage dépend principalement de la proportion d'eau que contient celui-ci. En effet, plus un sable est humide, plus la réduction de volume lors de la compaction est importante. A l'inverse, plus un sable est sec, moins grande est cette réduction de volume lors de la compaction. L'épaisseur de l'élément de moule compacté doit, dans les installations de moulage modernes, être constante. Le paramètre le plus aisément modifiable pour obtenir cette constance est le volume de sable fourni à la machine à mouler pour réaliser un élément de moule. Pour réaliser un élément de moule déterminé, il faut fournir à la machine à mouler un volume de sable d'autant plus grand que ce sable est humide. Un dispositif placé sur la machine à mouler et mesurant automatiquement la réduction de volume causée par la compaction permettrait donc de déterminer, lors d'un cycle de moulage donné, la qualité du sable fourni par la sablerie à la machine à mouler. Un automate de contrôle pourvu d'un calculateur pourrait en déduire la correction à appliquer sur la quantité de sable précise nécessaire pour obtenir l'élément de moule suivant d'épaisseur correcte aprés compaction, et reproduire la même opération de surveillance et de correction éventuelle, cycle aprés cycle. La réalisation pratique d'un tel dispositif se heurte toutefois à deux inconvénients majeurs - L'état physique du sable fourni à la machine n'est pas constant. Ce sable peut par exemple contenir, en proportion variable, des mottes qui modifient sensiblement la densité apparente avant compaction. Ces mottes peuvent avoir en effet une densité de l'ordre de 1,2 à 1,3 Kg / dm3. - La quantité de sable avant compaction n'est pas connue avec précision. En effet, les systèmes de dosage de cette quantité ne se vident pas toujours complètement à cause du collage du sable sur les parois internes des réservoirs de dosage. Ces deux incertitudes existantes sur l'état physique du sable et son volume avant compaction rendent non fiables les résultats de mesure de réduction de volume lors de la compaction. Ces résultats ne peuvent pas servir de base à la correction automatique de la quantité de sable à utiliser pour la réalisation d'un élement de moule. Le dispositif préconisé par le brevet US 3 620 293 présente par exemple cet inconvénient de ne pas tenir compte des variations possibles d'état physique du sable, c'est à dire de la présence de mottes en quantité inconnue, lors de la mesure de la perte de volume due à la compaction et de la déduction qui en est faite de la quantité de sable nécessaire pour la réalisation de l'élément de moule suivant. L'objet de l'invention est de proposer un dispositif automatique de mesure fiable de la qualité du sable et de correction automatique de la quantité de sable à utiliser pour la réalisation d'un élément de moule ne présentant pas les deux inconvénients majeurs qui viennent d'être cités.. Pour atteindre cet objectif, la présente invention propose un dispositif insensible aux variations d'état physique du sable fourni à la machine à mouler et insensible de même aux variations de quantité de sable introduit dans la machine à mouler pour réaliser un élément de moule. Pour atteindre cet objectif, l'invention propose une méthode et la mise en oeuvre de moyens destinés à amener, à chaque cycle de moulage, et ce avant la compaction, le sable à un état physique constant, puis à déterminer avec précision le volume de sable initial avant compact ion. Pour atteindre ce but, la méthode selon l'invention consiste à : - emplir par excés la chambre de moulage déterminée par la plaque modèle et le châssis avec le sable provenant directement de la sablerie, dans l'état physique où il se trouve - effectuer une précompaction d'intensité moyenne, de l'ordre de la moitié de la compaction finale à obtenir et dont le but est de porter le sable à un état physique constant, c'est à dire à une densité apparente de l'ordre de 1,3 Kg / dm3 telle que la présence de mottes en quantité inconnue soit sans influence - déterminer le volume précis de sable précompacté utilisé pour réaliser le moule en enlevant par raclage le sable excédentaire. - effectuer la compaction finale sous effort constant de la masse de sable ainsi connue - mesurer la réduction de volume due à la compaction finale et disposer ainsi d'un renseignement fiable sur lequel baser la correction automatique de la quantité de sable précompacté nécessaire pour réaliser l'élément de moule suivant. L'invention a également pour objet une machine mettant en oeuvre le procédé, caractérisée en ce qu'elle comporte - un moyen d'effectuer la précompaction du sable - un moyen de réglage par raclage du volume de sable précompacté utilisé pour confectionner un élément de moule - un moyen de mesure de la réduction du volume de sable aprés compaction finale. - un moyen de calcul de la correction automatique à apporter à la quantité de sable précompacté utilisée pour le cycle de moulage suivant. La description ci-dessous, faite en référence aux dessins annexés, montre à titre d'exemple non limitatif, une forme de réalisation de l'objet de l'invention. Cette description ne reprend pas la description des organes classiques d'une machine à mouler, description connue de l'homme de l'art. La figure 1 est la vue schématique en élévation d'une machine utilisant les dispositifs conformes à l'invention. Les figures 2 à 6 sont les vues schématiques illustrant la mise en oeuvre du procédé selon l'invention. La machine à mouler utilisant les dispositifs conformes à l'invention peut comprendre une table 1 sur laquelle est posée une plaque modèle 2. Sur cette plaque modèle sont disposés un chassies de moulage 3 et une rehausse 4 déterminant avec la plaque modèle 2 la chambre de moulage. La table 1 est mobile verticalement au moyen au moins d'un vérin 5. Ce vérin peut être mu par l'énergie hydraulique ou par tout autre moyen permettant le positionnement précis de l'altitude de la table. Dans le cas présent l'énergie hydraulique alimentant le vérin 5 est produite par le groupe de pression hydraulique 6. Le vérin 5 est alimenté au travers d'une vanne 7 de préférence du type à commande proportionnelle. La pression exercée sur le vérin hydraulique est mesurée par le capteur 8. La machine présentement décrite, mettant en oeuvre l'invention, comporte une chambre de moulage dont la section horizontale est invariable pendant le processus de compaction. Cette section est donnée par la dimension du châssis de moulage. Les variations de volume de la masse de sable en cours de compaction sont donc directement proportionnelles aux variations de hauteur de cette masse. La table de la machine est en conséquence pourvue d'un dispositif de mesure linéaire d'altitude comprenant une règle 9-et un capteur de lecture 10. Ce dispositif est de l'une ou l'autre des technologies utilisées pour les mesures de position dans le domaine de la machine outil et n'est pas décrit plus avant ici. Un automate pourvu d'un calculateur 11 reçoit les informations en provenance des capteurs de lecture 10 et de pression 8 et donne les ordres à la vanne 7. Pour la mise en oeuvre de l'invention, la machine est de plus pourvue d'un réservoir de sable 12, d'une tête de précompaction par onde de choc 13, d'un racloir 14 et d'un plateau de compaction finale 15. La configuration générale de la machine peut adopter, sans que ceci soit limitatif, une des diverses formes connues de l'homme de l'art. Il est toutefois nécessaire, selon l'invention, que le dispositif 9 et 10 de mesure d'altitude de la table de la machine permette de connaître la distance existante entre la face supérieure de la plaque modèle 2 et la lèvre inférieure active du racloir 14 d'une part et la face inférieure active du plateau de pression 15 d'autre part. Dans ce but, l'épaisseur de la plaque modèle 2 peut avantageusement être introduite, sous la forme d'une constante, dans le calculateur 11, et l'altitude du racloir 14 et du plateau de pression 15 être fixes et connues de construction de la machine à mouler. La première phase du procédé est illustrée par la figure 2. Elle consiste à introduire sous gravité une quantité de sable dans la chambre de moulage par l'ouverture de la partie inférieure du doseur 12. Selon l'invention, cette quantité de sable est supérieure à celle qui est nécessaire pour réaliser un élément de moule, mais ne doit pas être connue avec précision. La seconde phase illustrée par la figure 3 consiste à mettre en concordance la chambre de moulage telle que décrite ci-dessus avec la tête de précompaction 13 puis à effectuer cette précompaction par le déclanchement de l'onde de choc. La troisième phase est illustrée par la figure 4. Elle consiste, tout d'abord dans le retrait de la rehausse 4 et de la tête de précompaction 13. Puis le vérin hydraulique 5 commandé par la vanne 7 et contrôlé en extension par la règle 9 et le lecteur 10 positionne la table 1 de la machine de telle facon que la face supérieure de la plaque modèle 2 soit à une altidude A connue par rapport à celle de la lèvre active du racloir 14. La quatrième phase illustrée par la figure 5 consiste dans le mouvement relatif du racloir 14 par rapport à la masse de sable précédemment précompactée. Ce mouvement réalise l'évacuation de la quantité de sable excédentaire par rapport à la hauteur A déterminée dans la phase précédente et détermine donc la quantité exacte de sable précompacté utilisée pour réaliser l'élément de moule. La cinquième phase est illustrée par la figure 6. Pendant le mouvement de raclage de la phase précédente ou indépendamment de celui-ci, le plateau de pression 15 a été placé à l'aplomb de la masse de sable précompactée. La compaction finale du sable est alors effectuée par l'ascension de la chambre de moulage contre le plateau de pression. Cette ascension est créée par l'extension du vérin 5, sous la poussée de l'huile hydraulique. L'ascension est poursuivie jusqu'à ce que l'effort de compaction finale atteigne une valeur constante prédéterminée, dépendante de la pression de l'huile hydraulique, telle que contrôlée au moyen du capteur de pression 8. Lorsque cet effort est atteint, la distance B entre la face supérieure de la plaque modèle 2 et la face inférieure du plateau de serrage 15 est mesurée. La sixième phase consiste dans la fin du cycle de moulage. La pression de compaction est relachée, et le modèle est séparé de l'élément de moule qui vient d'être réalisé. Cet élément de moule est évacué, un nouveau châssis est introduit dans la machine à mouler et une nouvelle quantité de sable est introduite dans le doseur 12. Durant cette sixième phase, le calculateur 11 effectue la différence ( A - B = C ) entre les mesures relevées durant la troisième et la cinquième phase. La cote C obtenue correspond à la variation de volume lors de la compaction finale. Cette cote C est comparée par le calculateur avec la même cote C mémorisée lors de la réalisation du moule précédent. Trois cas de comparaison se présentent qui chacun induiront une réaction différente de la part du calculateur Ces trois cas sont : - la nouvelle cote C est plus grande. Le sable était donc plus humide que lors du cycle précédent. Le calculateur ordonne en conséquence une augmentation de la hauteur A à appliquer pour la réalisation de l'élément de moule suivant - la nouvelle cote C est égale à la cote C précédente. Le calculateur ne modifie pas la hauteur A - la nouvelle cote C est plus petite. Le sable était donc plus sec que lors du cycle précédent. Le calculateur ordonne en conséquence une diminution de la hauteur A à appliquer pour la réalisation de l'élément de moule suivant. A la fin de la sixième phase, la machine est prête pour effectuer un nouveau cycle de moulage automatique, avec a cote A corrigée. L'invention n'est pas limitée à l'exemple décrit cidessus car diverses modifications peuvent y être apportées sans sortir de son cadre. En particulier il doit être considéré que la précompaction peut être effectuée par d'autres moyens que l'onde de choc, et notamment par soufflage, par tir, par secousse ou par écoulement d'air par exemple, sans que ceci soit limitatif. De la même façon, l'effort déployé pour la compaction finale peut être obtenu par d'autres moyens que la pression hydraulique et notamment par l'air comprimé, ou par tout moyen simplement mécanique, sans que ceci soit limitatif. REVENDICATION 1- Procédé de fabrication d'un élément de moule de fonderie du type moulage à vert en châssis consistant à compacter le sable de moulage dans l'enceinte formée par le châssis et la plaque modèle en deux phases successives, c'est à dire une précompaction suivie d'une compaction finale, caractérisé en ce qu'il consiste à :: - emplir l'enceinte de moulage d'une quantité de sable supérieure à celle nécessaire pour la réalisation de l'élément de moule, - soumettre cette quantité de sable à un effort de précompaction d'intensité inférieure à celle de la compaction finale, - déterminer par raclage aprés la précompaction le volume exact de sable précompacté utilisé pour réaliser l'élément de moule, - puis soumettre ce volume à la compaction finale - puis mesurer le volume de sable aprés la compaction finale, - puis calculer la perte de volume causée par la compaction finale, - en déduire une information sur la qualité du sable de moulage fourni à la machine à mouler, - modifier en conséquence le volume exact de sable précompacté à mettre en oeuvre par raclage lors de la réalisation de l'élément de moule suivant. 2- Procédé de fabrication selon la revendication 1 caractérisé en ce que la mesure du volume aprés la compaction finale est faite par la mesure de l'épaisseur de l'élément de moule fabriqué. 3- Machine de fabrication d'un élément de moule de fonderie du type moulage à vert en châssis, caractérisée en ce que, pour la mise en oeuvre du procédé selon les revendications 1 ou 2c elle comprend : - Un moyen de précompaction du sable, - Un moyen de raclage du sable précompacté, - Un moyen de compaction finale du sable, - un moyen de mesure du volume de sable aprés compaction, - un moyen de calcul du volume de sable précompacté nécessaire pour réaliser l'élément de moule suivant. 4- Machine selon la revendication 3 caractérisée en ce que le moyen de mesure du volume de sable est constitué par un dispositf de mesure linéaire dont un des éléménts est fixé sur l'organe de la machine à mouler dont dépend la plaque modèle et l'autre élément est fixé sur l'organe de la machine à mouler dont dépend le plateau de pression.