Brevet FR2809035A1 — publié le 20011123

La présente invention concerne un procédé de fabrication de pièces coulées en métal léger, notamment en magnésium ou en alliage de magnésium, selon lequel on conduit le métal liquide tout d'abord dans une chambre de dosage et on y introduit du gaz sous pression et à l'aide de celui-ci, on presse le métal liquide dans la cavité de moulage préala blement mise sous vide. L'invention concerne également un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé. Selon le document DE-OS 44 31 865, on connaît un procé dé et un dispositif pour la fabrication de pièces en fonte sous pression avec notamment de pièces en alliage de magnésium. Pour cela, on conduit le métal fondu d'abord dans une chambre de dosage alimentée en gaz sous pression. Puis, on presse le métal liquide dans la cavité de moulage à l'aide du gaz sous pression ; cette cavité est préalablement mise sous vide. L'inconvénient de ce procédé et de ce dispositif pour sa mise en oeuvre est que les conditions de pression pneumatiques pour la fabri cation de prototypes ne conviennent pas pour des ordres de grandeur cor respondant à la fabrication en série. Dans le dispositif, les conditions de température praticables entre l'outil et le creuset ne sont pas indiquées. Les différences de température nécessaires entre le creuset et la zone d'attaque de coulée sont trop élevées et c'est pourquoi cette solution n'est réalisable qu'avec la mise en oeuvre de moyens techniques considérables. En particulier, on surchauffe les éléments d'étanchéité. Le document DE-OS 44 31 865 décrit un récipient ouvert pour la fabrication de pièces en métal léger qui ne peut s'appliquer à une palette de fabrication allant du prototype jusqu'à la série, car on ne peut former d'enveloppes en gaz protecteur notamment avec de l'argon. Le do sage complémentaire de métal liquide nécessaire pour une fabrication en série n'est pas non plus possible dans le cas de la solution évoquée ci- dessus. Les éléments chauffants intégrés au creuset pour la mise en oeu- vre du procédé selon le document DE-OS 44 31 865 tels que par exemple des cartouches chauffantes ne permettent pas la solidification nécessaire du bain de métal. La présente invention a ainsi pour but de développer un procédé et un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé qui permettent la fabrication pratique, fonctionnelle de pièces de fonte en métal léger et ne nécessitent que la mise en oeuvre de moyens techniques réduits. A cet effet, l'invention concerne un procédé du type défini ci-dessus caractérisé en ce que le procédé de fabrication est mis en oeuvre dans un système fermé vis-à-vis de l'extérieur, étanche à la pression, le chauffage du métal liquide se faisant dans la partie de l'installation de fu sion adjacente au système de coulée, et on fait passer le transfert du métal liquide, de l'état fondu à une température d'environ 630 C à l'état solidifié, du côté de l'outil, jusque dans la zone inférieure du siège sou pape, et l'alimentation et la récupération de gaz protecteur se font par l'intermédiaire d'un système de pression différentielle. Des développements avantageux du procédé de l'invention sont caractérisés en ce que - le système fermé, le dosage complémentaire de métal léger solide fait à l'aide d'une installation à sas, sous la pression différentielle existante entre l'atmosphère extérieure et la pression intérieure de l'installation de fusion ; - l'alimentation en métal léger se fait avec du métal liquide par con duite d'alimentation en métal et/ou à partir de métal léger par l'intermédiaire du sas, - la quantité de métal léger fournie correspond à un multiple de quan tité de métal léger de chaque pièce de métal léger à fabriquer. De façon intéressante la solidification du métal leger, li quide se fait par l'évacuation de l'installation porte-outils. De même l'alimentation et le retour en gaz protecteur se font par un limiteur de pression et on effectue une compensation per tes de pression dans un poste de dosage de gaz protecteur. Enfin l'opération de solidification se fait par le relevage du creuset et de son dépôt consécutif sur l'installation porte-outils de pièce suivante à travailler. L'invention concerne également un dispositif pour mise en #uvre de procédé, caractérisé en ce que le réservoir de l'installation de fusion comporte une conduite de métal introduit de manière étanche vis à-vis de l'extérieur, de façon étanche à la pression, qui fournit métal liquide, à partir d'un four de métal et par un clapet anti-retour, le réser voir de l'installation de fusion est relié à un système de pression différen tielle et de plus dans le réservoir de l'installation de fusion, il est prévu une installation à sas , étanche à la pression vis-à-vis de l'extérieur. De plus le système de différence de pression se compose d'un convertisseur de pression et d'un moyen de dosage de gaz protecteur, en aval du convertisseur de pression, et qui compense les pertes de pres sion. En variante, le système de différence de pression se compose d'un réservoir suivi d'un système de pompe. De façon intéressante le creuset de coulée qui va en dimi nuant en direction du système de coulée, comporte une conduite métal placée de manière étanche dans le creuset de coulée, cette conduite de métal recevant du métal liquide du four de fusion par l'intermédiaire d'un clapet anti-retour, le creuset est relié à un réducteur de pression et ce dernier est relié un dispositif de dosage complémentaire de gaz protec teur qui compense les pertes de pression, et en plus le creuset est placé de manière étanche à la pression dans une installation à sas qui assure l'alimentation en métal léger solide, et une commande de soupape com mandant l'alimentation en métal liquide comporte un dispositif de blocage de soupape assurant l'alimentation en un temps très court ; la commande de soupape se fait par un système pneumatique et/ou hydraulique relié à un dispositif de blocage, susceptible d'être actionné de manière hydrauli que et/ou pneumatique ou électromagnétique. De plus la solidification du métal liquide se fait l'aide d'une alimentation refroidie, avec isolation thermique et une couche d'isolation thermique sépare l'installation de fusion et l'outillage. Enfin le clapet anti-retour est prévu dans le réservoir de l'installation de fusion. Le procédé et le dispositif pour la mise en oeuvre de celui-ci seront décrits ci-après à l'aide d'un exemple de réalisation représenté dans les dessins annexés, dans lesquels - la figure 1 est une vue schématique de l'ensemble du système, - la figure 2 est une vue schématique d'un dispositif à creuset coulée comme premiere variante dans l'ensemble de coulée, - la figure 3 est une vue schématique d'une seconde variante de réalisa tion du moule de coulée et du système à pression différentielle du dis positif. figure 1 montre schématiquement l'ensemble du sys tème. Cette figure montre la structure de principe du système fermé de manière étanche à la pression vis-à-vis de l'extérieur et servant à la fabri cation de pièces en métal léger, coulé. Le métal utilisé pour la fabrication de telles pièces, comme par exemple le magnésium ou des alliages de ma gnésium est chauffé dans le creuset de coulée à l'aide du moyen de chauffage 2 jusqu'à une température d'environ 630 C. La forme du creu- de coulée 1 va en diminuant en direction du système de coulée 4. L'expression système de coulée 4 englobe le moyen de chauffage 2 en tourant le creuset de coulée 1. La forme du creuset de coulée 1 et la dis position du moyen de chauffage 2 dans la zone inférieure de celui-ci permet d'établir les conditions de température nécessaires la fusion et la coulée. La forme conique du creuset 1 et sa disposition sur un support de base 5 permet d'avoir la distance nécessaire et d'évacuer l'énergie thermi que pour la solidification de la matière. Comme moyens de chauffage 2, on peut utiliser des moyens de chauffages par résistance, par infrarouge ou par induction. La forme allant en diminuant du creuset 1 est adaptée au support de base 5. L'orifice de sortie du creuset 1 correspond ainsi à l'ouverture du support de base 5 et est fermé par une soupape 3. Sous le support ou châssis 5, se trouve le moule 19 mobile hauteur et dans le plan horizontal ; ce moule est relié à une source de mise sous vide 20. Après la mise sous vide, on libère la soupape 3 par la commande 12 à l'aide de l'organe de liaison mécanique 13 pour dégager la soupape de l'ouverture et libérer l'arrivée du métal liquide dans la cavité du moule 19. L'arrivée de métal liquide notamment pour le dosage com plémentaire dans la fabrication de produits en métal léger, fondu, en série, vers le creuset 1 se fait par la conduite d'alimentation de métal 18 à partir du four de fusion 16. Le clapet anti-retour 17 évite le retour de métal li quide et l'équilibrage de pression. Le clapet anti-retour 17 peut être placé en liaison avec la conduite de métal 18 dans le four de fusion 16 ou en liaison avec la conduite d'alimentation de métal 18, dans le creuset de coulée 1. Le placement du clapet anti-retour 17 dans le creuset 1 offre l'avantage d'éviter que ne s'établisse une pression dans la conduite d'alimentation de métal 18. L'alimentation en gaz protecteur se fait dans le système fermé comprenant la conduite d'alimentation en gaz protecteur 8 par le réducteur de pression 9. Le réducteur de pression 9 fournit le gaz protecteur et après l'opération de fabrication, il récupère ce gaz. La con duite de gaz protecteur 8 est équipée d'une unité de régulation assurant le maintien de la pression constante. D'éventuelles pertes de pression par des pertes de gaz due à des fuites sont compensées par le dispositif de do sage complémentaire en gaz protecteur 10, par exemple une bouteille de gaz protecteur. La commande de soupape 12 est une commande pneuma tique ou hydraulique. Le dispositif de blocage de soupape 14 produit une ouverture brutale (brève) de la soupape 3 en évitant de cette manière que des pores ne se forment dans la matière de la pièce en métal léger coulé. La figure 2 montre une disposition schématique correspon dant une première variante de réalisation de l'ensemble de coulée. L'installation de fusion en forme de creuset 1 est entourée dans sa partie inférieure rétrécie par le moyen de chauffage 2. La soupape 3 ferme l'ouverture à la sortie du creuset 1 vers le moule de coulée 19. Après mise sous vide par l'installation d'évacuation 20, la commande de soupape 12 assure l'ouverture brève de la soupape 3 et du dispositif de blocage de soupape 14. Le métal liquide vient alors dans le moule 19. En préparant la quantité de métal pour chaque pièce à couler, il faut un multiple de la quantité de métal de la pièce du fait des pertes quantitatives dans le creu set 1. Après l'introduction du métal liquide dans le système de coulée 4, on le solidifie en évacuant de l'énergie thermique à travers le support de base 5, et on effectue l'évacuation automatique du moule de coulée 19 par rapport au système de coulée 4. Le creuset 1 est entouré d'un moyen d'isolation thermique 6 à l'intérieur de l'ensemble de coulée. Le capteur de température 7 détecte la température de fusion instantanée et fournit un signal correspondant à la commande de soupape 12. La réalisation selon la figure 3 montre une seconde variante du moule de coulée et du système de pression différentielle du dispositif selon l'invention. Dans cette variante, le creuset de coulée 1 a la forme d'un cylindre et sa partie cylindrique inférieure est associée au moyen de chauffage 2. La différence de température nécessaire à la solidification entre le système de coulée 4 et le moule 19 est assurée par l'isolation thermique 6 et l'évacuation du moule de coulée 19 après l'alimentation en métal liquide. Dans cette variante l'alimentation en gaz protecteur se fait par un système de pression différentielle composé d'une réservoir 21, con nue en soi et d'un système de pompe 22 pour l'alimentation et l'évacuation du gaz protecteur. NOMENCLATURE 1 creuset 2 moyen de chauffage 3 soupape 4 système de coulée 5 support de base 6 isolation thermique 7 capteur de température 8 conduite de gaz protecteur 9 convertisseur de pression 10 dosage complémentaire de gaz protecteur 11 sas 12 commande de soupape 13 organe de liaison 14 blocage de soupape 15 joint de soupape 16 four de préfusion 17 clapet anti-retour 18 conduite d'alimentation en métal 19 moule de coulée 20 installation de mise sous vide 21 réservoir 22 système de pompage REVENDICATIONS l') Procédé de fabrication de pièces coulées en métal léger, notamment magnésium ou en alliage de magnésium, selon lequel on conduit le métal liquide tout d'abord dans une chambre de dosage et on y introduit du sous pression et à l'aide de celui-ci, on presse le métal liquide dans la vité de moulage préalablement mise sous vide, caractérisé en ce que - le procédé de fabrication est mis en oeuvre dans un système fermé vis à-vis de l'extérieur, étanche à la pression, le chauffage du métal liquide se faisant dans la partie de l'installation de fusion, adjacente au sys tème de coulée (4), et - on fait passer le transfert du métal liquide, de l'état fondu à une tempé rature d'environ 630 C à l'état solidifié, du côté de l'outil, jusque dans la zone inférieure du siège de soupape, et - l'alimentation et la récupération de gaz protecteur se font par l'intermédiaire d'un système de pression différentielle. 2 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que dans système fermé, le dosage complémentaire de métal léger solide fait à l'aide d'une installation à sas (11), sous la pression différentielle existante entre l'atmosphère extérieure et la pression intérieure l'installation de fusion. 3 ) Procédé selon la revendication 2, caracterisé en ce que l'alimentation en métal léger se fait avec du métal liquide par la conduite d'alimentation en métal (18) et/ou à partir de métal léger l'intermédiaire du sas (11). 4 ) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1, 2 et 3, caracterisé en ce que la quantité de métal léger fournie correspond à un multiple de la quantité de métal léger de chaque pièce de métal léger à fabriquer. 5 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que solidification du métal léger, liquide se fait par l'évacuation de l'installation porte-outils. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'alimentation et le retour en gaz protecteur se font par un limiteur de pression (9) et on effectue une compensation des pertes pression dans poste de dosage de gaz protecteur. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'opération de solidification se fait par le relevage du creuset (1) et de son dépôt consécutif sur l'installation porte-outils de la pièce suivante à tra vailler. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le réservoir de l'installation de fusion comporte une conduite de métal (18) introduit de manière étanche vis-à-vis de l'exterieur, de façon étanche à la pression, qui fournit du métal liquide, à partir d'un four de métal (16) et par un clapet anti-retour (17), - le réservoir de l'installation de fusion est relié à un système de pression différentielle et de plus - dans le réservoir de l'installation de fusion, il est prévu une installation à sas (11), étanche à la pression vis-à-vis de l'extérieur. 9 ) Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que système de différence de pression se compose d'un convertisseur de pression (9) et d'un moyen de dosage de gaz protecteur (10), en aval du convertisseur de pression (9), et qui compense les pertes de pression. 10 ) Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que système de différence de pression se compose d'un réservoir (21) suivi d'un système de pompe (22). 1 1 ) Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que - le creuset de coulée (1) qui va en diminuant en direction du système de coulée (4), comporte une conduite de métal (18) placée de manière étanche dans le creuset de coulée, cette conduite de métal recevant du métal liquide du four de fusion (16) par l'intermédiaire d'un clapet anti- retour (17), - le creuset (1) est relié à un réducteur de pression (9) et ce dernier est relié un dispositif de dosage complémentaire de gaz protecteur (10) qui compense les pertes de pression, et en plus - le creuset (1) est placé de manière étanche à la pression dans une ins tallation à sas (11) qui assure l'alimentation en métal léger solide, et - une commande de soupape (12) commandant l'alimentation en métal liquide comporte un dispositif de blocage de soupape (14) assurant l'alimentation en un temps très court. 12 ) Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que la commande de soupape se fait par un système pneumatique et/ou hy draulique relié à un dispositif de blocage (14), susceptible d'être actionné de manière hydraulique et/ou pneumatique ou électromagnétique. 13 ) Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que la solidification du métal liquide se fait à l'aide d'une alimentation refroi die, avec isolation thermique et une couche d'isolation thermique (6) pare l'installation de fusion et l'outillage. 14 ) Dispositif selon les revendications 8 et 9, caractérisé en ce que le clapet anti-retour (17) est prévu dans le réservoir de l'installation de fu sion.