Brevet FR2730436A1 — publié le 19960814

La présente invention concerne la fabrication de pièces de fonderie et, plus particulièrement, un procédé et un dispositif pour l'évacuation d'un noyau de coulée, en sable, d'une pièce de fonderie. La fabrication de pièces de fonderie de formes complexes, telles qu'une culasse en aluminium d'un moteur de véhicule automobile, s'effectue au moyen d'un moule comprenant un ou plusieurs noyaux de coulée en sable qui, après coulage de la matière en fusion, sont emprisonnés dans la pièce et doivent être évacués. Il faut donc prévoir, dès la conception d'une pièce de fonderie, comment s'effectuera le dessablage de la pièce. L'évacuation des noyaux de coulée est rendue plus difficile par la tendance actuelle à faire des pièces de fonderie de formes de plus en plus complexes et à utiliser des noyaux de coulée présentant une résistance mécanique accrue, pour supporter les contraintes mécaniques qui s'exercent sur les noyaux lors d'une coulée sous pression ou par gravité. On a proposé, pour évacuer un noyau de coulée d'une pièce de fonderie, de soumettre la pièce à des chocs destinés à fragmenter le noyau. La publication EP-O 144 031 décrit un procédé dans lequel on place une pièce à dessabler dans une cavité oscillante. Sous l'action des oscillations, la pièce se déplace dans la cavité et vient en heurter les parois. Un inconvénient de ce procédé réside dans le fait que l'intensité des chocs, proportionnelle à l'amplitude de déplacement de la pièce dans la cavité, dépend du jeu entre la pièce et les parois de la cavité, donc des tolérances de fabrication de la pièce. On a proposé, pour pallier cet inconvénient, dans la publication FR-2 670 696, de ménager un jeu constant entre la pièce et les parois de la cavité en ajustant les dimensions de la cavité à l'aide d'un système hydraulique. Toutefois, la mise en oeuvre de ce procédé de dessablage, comme le précédent, suppose l'existence sur la pièce d'une surface appropriée pour recevoir un choc, donc l'usinage sur la pièce d'une surface plane sur une paroi capable de résister à ce choc. On a proposé, dans la publication DE-36 37 367, d'effectuer le dessablage en plaçant la pièce de fonderie sur un plateau oscillant suspendu à des ressorts et de déplacer le plateau à l'aide d'un piston frappeur. Ce procédé évite de heurter directement la pièce, et le mouvement du plateau s'accompagne d'un secouement de la pièce qui facilite l'évacuation du sable, après fragmentation du noyau sous l'action de l'onde de choc créée par le piston frappeur. Un tel procédé de dessablage présente néanmoins l'inconvénient de nécessiter l'emploi d'un piston frappeur de puissance élevée. La présente invention a pour objet un nouveau procédé pour l'évacuation d'un noyau de coulée d'une pièce de fonderie, qui offre une efficacité de dessablage accrue. L'invention y parvient grâce à un procédé du type dans lequel on soumet la pièce à un martelage puis on secoue la pièce pour évacuer le sable, dans lequel, de façon caractéristique, le secouement de la pièce s'effectue au moyen d'un oscillateur mécanique résonnant. Ainsi, on peut soumettre la pièce, dans l'invention, grâce au phénomène de résonance, à de fortes accélérations qui provoquent l'effritage du noyau de coulée et son évacuation complète, tout en utilisant, pour secouer la pièce, une puissance moindre que celle consommée par le piston frappeur décrit dans la publication DS36 37 367. Avantageusement, le martelage de la pièce, préalablement à son secouement, s'effectue pendant une durée comprise entre 5 et 10 s à l'aide d'un marteau pneumatique. Dans une réalisation préférée de l'invention, le secouement de la pièce s'effectue en déplaçant cette dernière de façon alternée le long d'un axe de translation. Dc préférence, la pièce effectue sur ledit axe de translation un déplacement alterné à une fréquence comprise entre 20 et 40 lîz, de préférence 30 Hz, et avec une amplitude supérieure ou égale à 30 mm, de préférence de l'ordre de 40 mm. La durée du secouement est avantageusement supérieure ou égale à 30 s, et de préférence elle est de l'ordre de 40 s. L'invention a aussi pour objet un dispositif pour le dessablage d'une pièce de fonderie, comportant un mécanisme pour le secouement de la pièce, propre à entrainer la pièce dans un déplacement oscillant, dans lequel, de façon caractéristique, ledit mécanisme comporte des moyens pour provoquer des oscillations forcées de la pièce et un phénomène de résonance. Avantageusement, le dispositif comporte en outre un berceau porte-pièce, mobile, pour recevoir la pièce de fonderie. Avantageusement, ledit mécanisme comporte des premiers moyens de rappel élastiques, agencés de manière à exercer une force de rappel sur la pièce ou le berceau porte-pièce lorsque la pièce ou le berceau porte-pièce se déplace depuis une position d'équilibre dans une première direction, et des deuxièmes moyens de rappel élastiques, agencés de manière à exercer une force de rappel sur la pièce ou le berceau porte-pièce lorsque la pièce ou le berceau porte-pièce se déplace depuis ladite position d'équilibre dans une deuxième direction opposée à la première. Dans une réalisation de l'invention, la pièce ou le berceau portepièce est propre à se déplacer en translation le long d'un axe. En variante, lesdits moyens pour provoquer des oscillations forcées de la pièce et le phénomène de résonance comprennent deux excitateurs reliés à la pièce ou au berceau porte-pièce et propres à solliciter en déplacement la pièce ou le berceau porte-pièce selon deux axes respectifs différents. Dans une réalisation préférée de l'invention, lesdits premiers et deuxièmes moyens de rappel élastiques sont des ressorts hélicoïdaux, reliés chacun à une extrémité au berceau porte-pièce, disposés dans l'alignement l'un de l'autre avec interposition entre les deux ressorts du berceau portepièce, I'un des ressorts étant relié, à son extrémité opposée au berceau portepièce, à un bâti fixe et l'autre ressort étant relié, à son extrémité opposée au berceau porte-pièce, à l'excitateur. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre, d'un exemple de réalisation non limitatif de l'invention, et à l'examen de la figure unique. Le dispositif pour le dessablage d'une pièce de fonderie représenté sur cette figure comporte un berceau porte-pièce 7, mobile, se présentant dans l'exemple décrit sous la forme d'un chariot muni de roulettes 8, apte à se déplacer sur deux rails de guidage 3 horizontaux et parallèles, reposant sur un bâti fixe 6. Le berceau porte-pièce 7 effectue lors du fonctionnement du dispositif un mouvement de va-et-vient le long des rails de guidage 3 parallèlement à un axe de translation X. Une pièce à dessabler P est disposée dans le berceau porte-pièce 7 et elle est maintenue sans jeu dans celui-ci par des moyens de serrage 9 connus de l'homme du métier. Le berceau portepièce 7 est relié, d'un côté, par l'intermédiaire d'un premier ressort hélicoïdal 1, coaxial à l'axe X, à une paroi 11 solidaire du bâti 6, et, du côté opposé, par l'intermédiaire d'un deuxième ressort hélicoïdal 2 coaxial à l'axe X, à l'extrémité d'une tige 10 d'excitateur, coaxiale à l'axe X, destinée à effectuer un mouvement de translation alterné selon l'axe X. Le ressort 1, relié à une extrémité axiale la à la paroi 11 et à l'extrémité axiale opposée lb au berceau porte-pièce 7, exerce une force de rappel sur le berceau portepièce 7 lorsque ce dernier se déplace vers la gauche sur la figure, en rapprochement de la paroi 11, et vient comprimer le ressort 1.Le ressort 2, relié à une extrémité axiale 2a au berceau porte-pièce 7 et à l'extrémité axiale opposée 2b à la tige 10 d'excitateur, exerce une force de rappel sur le berceau porte-pièce 7 lorsque ce dernier se déplace vers la droite sur la figure, en éloignement de la paroi 11, et vient comprimer le ressort 2. Dans l'exemple de réalisation décrit, le ressort 1 exerce également une force de rappel sur le berceau porte-pièce 7 lorsqu'il est tendu et que le ressort 2 est comprimé. De même, le ressort 2 exerce une force de rappel sur le berceau porte-pièce lorsqu'il est tendu et que le ressort 1 est comprimé.L'ensemble des ressorts 1, 2 et le berceau porte-pièce 7, sur lequel est placée la pièce P à dessabler, constituent un oscillateur mécanique masse-ressort propre à entrer en résonance lorsqu'excité de manière à effectuer des oscillations forcées à une fréquence particulière, qui peut être déterminée par le calcul, au moins de façon approchée, par l'homme du métier en fonction des constantes de raideur des ressorts 1 et 2 et de la masse du berceau porte-pièce 7 muni de la pièce P. La tige 10 d'excitateur effectue dans l'exemple décrit un déplacement alterné x(t) le long de l'axe X de la forme x(t) = x0 cos2.xft, où x0 est l'amplitude de déplacement de la tige 10 d'excitateur, f la fréquence d'excitation et t le temps. Le fonctionnement du dispositif de dessablage qui vient d'être décrit est le suivant. Après un léger martelage de la pièce P au moyen d'un marteau pneumatique connu en lui-même, la pièce P est placée dans le berceau porte-pièce 7 et calée dans ce dernier par action sur les moyens de serrage 9. Le martelage a eu pour effet de fragmenter le ou les noyaux de coulée. Le fait que, dans l'exemple décrit, la pièce P soit calée sans jeu dans le berceau porte-pièce 7 permet avantageusement de se contenter d'un chariot relativement léger, sans renforcements particuliers de structure qui seraient destinés à conférer une résistance à des chocs entre la pièce et les parois du chariot. La tige 10 d'excitateur est constituée, dans l'exemple décrit, par la tige motrice d'un vérin asservi 4.Après martelage de la pièce P et sa mise en place dans le berceau porte-pièce 7, I'excitateur est commandé de manière à entraîner le berceau porte-pièce 7 en déplacement alterné le long des rails de guidage 3. La fréquence d'excitation est choisie de manière à ce que l'oscillateur mécanique constitué par les ressorts 1, 2 et le berceau portepièce 7 muni de la pièce P entre en résonance. A titre indicatif, pour le dessablage d'une culasse de véhicule automobile, on fournit tout d'abord au vérin asservi 4 une consigne sinusoïdale de sorte que la tige 10 effectue des oscillations d'amplitude x0 = 1 mm à une fréquence de 26 Hz, valeur qui correspond sensiblement à la fréquence de résonance de l'oscillateur mécanique dans l'exemple considéré. Grâce au phénomène de résonance, I'amplitude de déplacement du berceau porte-pièce 7 sur l'axe X est d'environ t 7 mm. Le fait, dans une première étape, d'appliquer au vérin asservi 4 une consigne sinusoïdale de faible amplitude permet d'ajuster plus facilement, si cela est nécessaire, la fréquence d'excitation f à la valeur donnant le maximum d'amplitude de déplacement du berceau porte-pièce 7. Une fois la fréquence de résonance déterminée, on augmente, dans une deuxième étape, l'amplitude de la consigne sinusoïdale du vérin asservi 4 jusqu'à ce que la tige 10 effectue des oscillations d'amplitude xo = 3 mm. L'amplitude des oscillations du berceau porte-pièce 7 augmente alors jusqu'à atteindre t 20 mm.On peut à nouveau, si cela est nécessaire, ajuster la fréquence d'excitation de manière à obtenir le maximum d'amplitude de déplacement du berceau porte-pièce 7. Le déplacement de la pièce P, lorsque l'oscillateur est résonnant ou proche de la résonance, s'accompagne de très fortes accélérations (qui peuvent atteindre 50 g dans l'exemple décrit) et qui provoquent l'effritage du noyau et son évacuation complète (qui s'effectue par gravité ou à l'aide d'un système d'aspiration connu en lui-meme). Dans l'exemple décrit le dessablage est terminé au bout de 40 s. Finalement, I'invention permet d'effectuer de façon efficace le dessablage d'une pièce de fonderie, sans utiliser une puissance énergétique élevée, grâce à l'utilisation d'un oscillateur mécanique masse-ressort en résonance. Le dispositif de dessablage est particulièrement robuste et convient à une utilisation à proximité des installations de métallurgie utilisées pour la fabrication des pièces de fonderie. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée à l'exemple de réalisation qui vient d'être décrit et l'excitation de l'oscillateur mécanique peut s'effectuer autrement qu'avec un vérin asservi, par exemple au moyen d'un mécanisme à balourd. On peut également, en variante, n'utiliser qu'un seul ressort. Dans l'exemple décrit, le secouement de la pièce s'effectue selon un seul axe. En variante, on peut utiliser deux oscillateurs mécaniques masseressort agencés pour secouer la pièce selon deux axes sécants, la pièce décrivant alors une trajectoire elliptique dans un plan. Il est également possible de pré-contraindre les deux ressorts 1 et 2 de sorte que ces derniers restent dans un état comprimé lors du mouvement du berceau porte-pièce. Dans ce cas, un seul ressort à la fois exerce une force de rappel sur le berceau porte-pièce. On peut encore supprimer, dans une variante de réalisation de l'invention, le berceau porte-pièce (7) et accrocher directement le ou les ressorts sur la pièce. REVENDICATIONS 1/ Procédé pour l'évacuation d'un noyau de coulée, en sable, d'une pièce de fonderie (P), dans lequel on soumet la pièce à un martelage puis on secoue la pièce pour évacuer le sable, caractérisé en ce que le secouement de la pièce s'effectue au moyen d'un oscillateur mécanique résonnant (1, 2, 10). 2/ Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le secouement de la pièce s'effectue en déplaçant cette dernière de façon alternée le long d'un axe de translation (X). 3/ Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la pièce effectue sur ledit axe de translation (X) un déplacement alterné à une fréquence comprise entre 20 et 40 Hz, de préférence voisine de 30 Hz, et avec une amplitude supérieure ou égale à 30 mm, de préférence voisine de 40 mm. 4/ Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que la durée du secouement est supérieure ou égale à 30 s, et de préférence est de l'ordre de40s. 5/ Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le martelage s'effectue pendant une durée comprise entre 5 et 10 s à l'aide d'un marteau pneumatique. 6/ Dispositif pour le dessablage d'une pièce de fonderie (P), comportant un mécanisme propre à entraîner la pièce dans un déplacement oscillant, caractérisé en ce que ledit mécanisme comporte des moyens (4, 10) pour provoquer des oscillations forcées de la pièce et un phénomène de résonance. 7/ Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que le dispositif comporte en outre un berceau porte-pièce (7), mobile, pour recevoir la pièce de fonderie. 8/ Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que le berceau porte-pièce (7) est un chariot monté sur des rails. 9/ Dispositif selon l'une des revendications 6 à 8, caractérisé en ce que ledit mécanisme comporte des premiers moyens de rappel élastiques (1), agencés de manière à exercer une force de rappel sur la pièce (P) ou le berceau porte-pièce (7) lorsque la pièce (P) ou le berceau porte-pièce (7) se déplace depuis une position d'équilibre dans une première direction, et des deuxièmes moyens de rappel élastiques (2), agencés de manière à exercer une force de rappel sur la pièce ou le berceau porte-pièce (7) lorsque la pièce ou le berceau porte-pièce (7) se déplace depuis ladite position d'équilibre dans une deuxième direction opposée à la première. 10/ Dispositif selon l'une des revendications 6 à 9, caractérisé en ce que lesdits moyens pour provoquer des oscillations forcées de la pièce et le phénomène de résonance comprennent un excitateur relié à la pièce ou au berceau porte-pièce (7) par des moyens de rappel élastiques. 11/ Dispositif selon l'une des revendications 6 et 7, caractérisé en ce que lesdits moyens pour provoquer des oscillations forcées de la pièce et le phénomène de résonance comprennent deux excitateurs reliés à la pièce (P) ou au berceau porte-pièce (7) et propres à solliciter en déplacement la pièce (P) ou le berceau porte-pièce (7) selon deux axes respectifs différents. 12/ Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que ledit mécanisme comporte un excitateur (4) propre à solliciter en déplacement la pièce (P) ou le berceau porte-pièce (7) par l'intermédiaire des deuxièmes moyens de rappel élastiques, et en ce que lesdits premiers et deuxièmes moyens de rappel élastiques sont des ressorts hélicoïdaux (1, 2), reliés chacun à une extrémité (lb ; ; 2a) à la pièce (P) ou au berceau porte-pièce (7), disposés dans l'alignement l'un de l'autre avec interposition entre les deux ressorts (1, 2) de la pièce (P) ou du berceau porte-pièce (7), l'un des ressorts (1) étant relié, à son extrémité (la) opposée à la pièce (P) ou au berceau porte-pièce (7), à un bâti fixe (11) et l'autre ressort (2) étant relié, à son extrémité (2b) opposée à la pièce (P) ou au berceau porte-pièce (7), à l'excitateur (4). 13/ Dispositif selon la revendication 12, caractérisé en ce que ledit excitateur (4) est un vérin asservi. 14/ Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de serrage (9) de la pièce à dessabler dans le berceau porte-pièce (7).