Brevet FR2911521A1 — publié le 20080725

CARROUSEL STATIQUE L'invention concerne un nouveau concept de ligne de production automatisée de pièces métalliques, notamment par coulée gravitaire. Les lignes de production automatisées de pièces métalliques par coulée gravitaire de l'état de la technique comprennent : - un ensemble de machines destinées à préparer les moules (coquilles, noyaux); - des fours de fusion et/ou de maintien du métal liquide ; to - un chantier de coulée dont la fonction est de verser le métal liquide dans les moules, et, lorsque la pièce est solidifiée, à l'extraire de son moule ; - diverses installations en aval (refroidissement, débourrage des noyaux, démasselotage etc.) en fonction du type de pièce produite et du niveau de finition souhaité. 15 Typiquement une installation de l'art antérieur comprend un carrousel qui porte de 4 à 8 équipements de moulage appelés coquilleuses. Le brevet européen n 1626830 décrit une chaîne de coulée de l'art antérieur, organisée autour d'un carrousel. La coquilleuse est constituée d'un bâti qui porte les 20 différentes parties du moule fixe ou mobiles (chappes û tiroirs). La rotation du carrousel permet de transporter chaque coquilleuse successivement devant chaque unité de travail, parmi lesquelles se trouve : une unité de production de noyaux assemblés ; - une unité de remmoulage qui consiste à poser le noyau assemblé dans le 25 moule. une unité de coulée pour le coulage de la masse fondue de métal dans les moules ; des unités pour le refroidissement du métal dans les moules ; une unité d'extraction pour extraire l'ensemble du métal solidifié et les 30 noyaux. En général, en amont, un stock tampon de noyaux relie l'unité de production de noyaux au carrousel. En aval, on trouve un ensemble de moyens destinés à assurer le refroidissement final et le parachèvement des pièces. Bien qu'étant adoptée dans la plupart des installations existantes, cette disposition ne répond plus de manière appropriée aux exigences des lignes de production modernes, notamment en termes de flexibilité, d'ergonomie, de maintenabilité et de sécurité : s la disposition des coquilleuses sur un carrousel en rotation limite les possibilités d'intervention et de maintenance et rend dangereux les changements de moules et toute intervention des opérateurs ; le remplacement d'un moule est impossible lorsque les autres moules sont en phase de production ; to - les possibilités de modulation du temps de cycle en fonction de la pièce produite sont limitées par construction ; la concentration des équipements autour du carrousel crée une zone extrêmement encombrée qui ne facilite pas les opérations d'entretien. Enfin, la mise en oeuvre du carrousel, dont la partie mobile pèse 15 généralement plus de 30 tonnes, est coûteuse et nécessite d'emporter et de distribuer sur le carrousel toutes les énergies, notamment gaz, eau, électricité, et fluides hydrauliques. Le but de la présente invention est de remédier à ces inconvénients en 20 proposant une ligne de production mettant en oeuvre des postes de travail fixes (alors qu'ils étaient mobiles dans la solution carrousel) et à rendre mobiles les robots réalisant les opérations de remmoulage, de coulée et d'extraction (précédemment fixes). Mise en oeuvre de manière adéquate, cette disposition permet de supprimer les inconvénients du carrousel de coulée et d'offrir un outil 25 industriel modulable et flexible. À ce titre, l'invention concerne selon son acception la plus générale une chaîne de production automatisée de pièces métalliques comportant au moins des équipements de préparation du métal en fusion, des équipements de 30 moulage, des équipements de préparation des noyaux, et des équipements de finition, caractérisée en ce que lesdits équipements de préparation de moules et de finition sont fixes, et en ce que la chaîne de production comprend un premier robot (5) poly-articulé de coulée, pour le transport du métal en fusion jusqu'aux équipements de moulage, un second robot (6) poly-articulé pour le transport des noyaux assemblés depuis des équipements de préparation de noyaux jusqu'aux équipements de moulage et un troisième robot (7) poly-articulé d'extraction pour l'extraction des pièces des moules après qu'elles sont solidifiées et pour leur transport sur un poste aval. De préférence, la chaîne de production selon l'invention comporte, selon un chemin de déplacement desdits robots, successivement une première zone (1) pour l'implantation d'un ou plusieurs équipements de préparation du métal en fusion, une deuxième zone (2) pour l'implantation d'une pluralité d'équipements de moulage et pour l'implantation des équipements de préparation des noyaux ( io 2A ), une troisième zone (3) pour l'implantation d'un ou de plusieurs équipements de finition des pièces moulées, et une quatrième zone de préparation des noyaux. Avantageusement, ledit chemin de déplacement des robots est un chemin à voie unique, le premier robot étant mobile entre la zone de préparation du métal 15 en fusion et le second robot, et le troisième robot étant mobile entre le second robot et la zone des postes de finition. Selon une première variante, ledit chemin de déplacement est linéaire. Selon une autre variante, ledit chemin de déplacement est arqué, fermé ou circulaire. 20 La chaîne de production selon l'invention peut comprendre au moins deux équipements de préparation du métal en fusion chargés avec des métaux de natures différentes. L'invention concerne également un procédé de préparation de pièces moulées qui comprend trois étapes principales d'extraction de la pièce moulée, 25 de remmoulage des noyaux et de coulée du métal, lesdites étapes étant réalisées par trois robots mobiles (5 à 7) entre une zone de préparation du métal en fusion (1), une zone de moulage (2) et une zone de finition (3). Il permet également d'inclure des opérations manuelles (prélèvement d'échantillons pour contrôle, inspection, maintenance, petites séries) dans des 30 conditions de sécurité et d'ergonomie optimales. La solution conforme à l'invention consiste à utiliser trois robots poly-articulés se déplaçant linéairement (alternativement selon une trajectoire circulaire) au sol. Chaque robot est affecté à une opération particulière : - le premier robot ( coulée ) transporte le métal en fusion depuis les fours de maintien jusqu'aux moules ; le second robot ( remmoulage ) sert à transporter les noyaux depuis un convoyeur d'amenée jusqu'aux coquilleuses. le troisième robot ( extraction ) sert à extraire les pièces des coquilleuses après qu'elles sont solidifiées et à les transporter, soit sur le tapis de refroidissement, soit sur un poste de traitement intermédiaire (poste de finition, débourreuse). Il permet également d'assurer le transfert de la pièce depuis lesdits postes de traitement intermédiaire et le tapis de ~o refroidissement. En fonction des contraintes de cadence et de temps de cycle, les fonctions d'extraction et de remmoulage pourraient être réalisées par un seul robot équipé de 2 pinces ou d'un dispositif de changement de pinces. 15 Les robots circulent sur un même rail pour desservir alternativement les différentes machines disposées de part et d'autre de ce rail (alternativement à l'extérieur du cercle formé par le rail), qui sont typiquement au nombre de 6 compte tenu des temps nécessaires à la coulée et à la solidification des pièces. Un nombre différent de machines de coulée est envisageable, de même que l'on 20 peut imaginer toute sorte de configuration géométrique de ces machines en fonction des contraintes d'implantation de la ligne. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit, se référant aux dessins annexés relatifs à des exemples non limitatifs de réalisation 25 où : - la figure 1 représente une vue schématique d'une chaîne de production selon l'invention, en configuration linéaire ; - la figure 2 représente une vue schématique d'une chaîne de production selon l'invention, en configuration linéaire, pendant la phase d'extraction 30 de la pièce moulée ; - la figure 3 représente une vue schématique d'une chaîne de production selon l'invention, en configuration linéaire, pendant la phase de dépose d'une pièce moulée sur un équipement de finition ; - la figure 4 représente une vue schématique d'une chaîne de production selon l'invention, en configuration linéaire, pendant la phase de sortie de la pièce moulée ; - la figure 5 représente une vue schématique d'une chaîne de production s selon l'invention, en configuration linéaire , pendant la phase de retour au début d'un nouveau cycle ; la figure 6 représente une vue schématique d'une chaîne de production selon l'invention, en configuration circulaire ; la figure 7 représente une vue schématique d'une chaîne de production to selon l'invention, en configuration circulaire, pendant la phase d'extraction de la pièce moulée ; - la figure 8 représente une vue schématique d'une chaîne de production selon l'invention, en configuration circulaire, pendant la phase de dépose d'une pièce moulée sur un équipement de finition ; 15 - la figure 9 représente une vue schématique d'une chaîne de production selon l'invention, en configuration circulaire, pendant la phase de sortie de la pièce moulée ; - la figure 10 représente une vue schématique d'une chaîne de production selon l'invention, en configuration circulaire, pendant la phase de retour au 20 début d'un nouveau cycle. La figure 1 représente une vue générale de la chaîne de production de pièces métalliques moulées selon l'invention. La chaîne est organisée en trois zones principales : 25 - une première zone (1) d'implantation des fours (8), - une deuxième zone (2) d'implantation des moules, une troisième zone (3) des équipements de finition. Un chemin de déplacement (4) traverse ces trois zones (1 à 3), et permet 30 le déplacement de trois robots (5 à 7) : - un premier robot (5) poly-articulé de coulée, pour le transport du métal en fusion depuis le four jusqu'au moule, - un second robot (6) poly-articulé de remmoulage pour le transport des noyaux depuis un convoyeur d'amenée jusqu'aux coquilleuses, - un troisième robot (7) poly-articulé d'extraction pour l'extraction des pièces des coquilleuses après solidification et pour leur transport sur un poste aval. La première zone (1) est destinée à recevoir un ou plusieurs fours destinés 5 à la mise en fusion du métal destiné au moulage. Chaque four peut traiter un bain d'alliage différent. Cette première zone (1) comprend également un poste de soufflage des peaux de louche (9), destiné à enlever la peau d'alumine qui se forme, au contact de l'air, dans la louche après la verse dans les moules. 10 Selon le type de four, le premier robot (5) puise dans le four à l'aide de la louche fixée à l'extrémité du bras articulé dans le cas d'un four à prise direct, ou prend la louche préalablement remplie avec une dose de métal en fusion dans le cas d'un four doseur. Le premier robot (5) se déplace ensuite vers une des 15 coquilleuses (10, 11, 12, 13, 14, 15) dans la deuxième zone (2). Le robot (5) commande alors le déplacement de la louche au-dessus du moule pour provoquer le remplissage de ce dernier selon une loi de coulée spécifique à chaque référence de pièce. Chaque loi de coulée est paramétrable dans le système de pilotage de l'installation. La taille de la louche et son niveau 20 de remplissage sont définis en fonction du poids de la pièce et de ses différents appendices de coulée. L'introduction du métal liquide est principalement due à la pesanteur dans le moule de la coquilleuse selon le principe de coulée par gravité. Pour faciliter cette coulée, et selon les applications, la coquilleuse qui porte le moule pourra 25 être basculante. Le remplissage se réalisant sous la seule action du poids du métal, le moule doit être conçu pour que l'empreinte dans sa totalité soit bien remplie. La deuxième zone comprend des coquilleuses (10,11,12,13,14,15) portant 30 les différentes parties de chaque moule (20,21,22,23,24,25). Chaque moule (20 à 25) est doté d'un bassin de verse pour le remplissage. L'alimentation d'un moule par gravité comporte 3 phases commandées par le premier robot (5). 1 - Première phase : Coulée dans le bassin de verse du moule, suivant une loi de coulée programmable. 2 - Deuxième phase : De ce bassin, le remplissage de l'empreinte par le métal en fusion s'effectue par la descente de coulée, le canal d'alimentation et d'attaque. s En pénétrant dans le moule le métal chasse l'air par des tirages d'air. 3 -Troisième phase : Le masselottage, qui sert à compenser la contraction du métal de la pièce au moment de la solidification. Afin d'éviter, qu'au moment de cette contraction, des cavités ne se créent, on remplit, au moment de la coulée, des masses nourrissantes ou réserves de métal ~o liquide, appelées masselottes. Le deuxième robot (6) se déplace dans la zone (2) et (2A), entre les coquilleuses (10 à 15) et le ou les postes de préparation des noyaux (2A). À ce ou ces postes sont présentés des noyaux déjà assemblés ou, selon 15 le cas, des parties de noyaux qui seront assemblées par le robot (6) avant l'opération de dépose dans le moule concerné (20 à 25). La troisième zone (3) peut comprendre les différents postes de finition : - le cassage des noyaux pour séparer la (les) pièce(s) que l'on vient de 20 couler, du noyau de sable. Il s'agit donc de casser le noyau, par exemple sur une table vibrante ou manuellement, avec des instruments tels que des marteaux ou des marteaux burineurs électriques ou pneumatiques, suppression du sable et recyclage, les casse jets pour séparer la pièce des différents appendices de coulée, 25 et traitements thermiques et/ou chimiques pour améliorer les caractéristiques mécaniques des pièces obtenues en fonderie d'aluminium. Les opérations effectuées par les robots (5 à 7) comprennent trois étapes 30 principales : - extraction de la pièce moulée, remmoulage des noyaux, et coulée du métal. Les trois robots mobiles sur un axe linéaire, ou sur un axe circulaire évoluent dans l'ordre suivant : 1 - Robot poly articulé (7) pour l'extraction de la pièce moulée, 2 - Robot poly articulé (6) pour le remmoulage des noyaux assemblés, 5 3 - Robot poly articulé (5) pour la coulée du métal. Le robot d'extraction (7) et le robot de remmoulage (6) sont stationnés dans la zone (2A) et (3). to Dans un cycle de production, l'enchaînement des opérations est le suivant : lors de la phase d'extraction de la pièce moulée (figure 2), le robot de coulée (5) est en attente dans la zone des fours avec la louche de coulée en stationnement au-dessus du bain (8) ou selon le cas est prêt à saisir is une louche. Le robot d'extraction (7) manipule la pièce moulée pour l'extraire du moule (22), - l'étape suivante illustrée par la figure 3 a pour objet la dépose de la pièce coulée au poste de finition et se traduit par l'évolution du robot d'extraction (7) dans la zone de finition (3). 20 Le deuxième robot (6) de remmoulage se positionne devant le moule à traiter et dépose les noyaux. Parallèlement le premier robot (5) de coulée puise dans le four pour remplir la louche, ou selon le cas saisit une louche. 25 - l'étape suivante illustrée par la figure 4 a pour objet la dépose de la pièce sur le tapis convoyeur (30). Le robot (6) de remmoulage se déplace vers la zone (2B), suivi par le robot de coulée (5) qui se positionne devant la coquilleuse (22) à traiter. Parallèlement 30 le robot d'extraction charge une pièce finalisée (31) sur un convoyeur, en général, pour le transfert vers un tunnel de refroidissement. - l'étape suivante illustrée par la figure 5 a pour objet le retour du robot (5) vers les fours. Simultanément, le robot de coulée (5) revient dans la zone (1) pour procéder au soufflage de la louche. Parallèlement le robot de remmoulage (6), suivi du robot d'extraction (7) viennent se positionner dans la zone de la prochaine coquilleuse à traiter. Les figures 6 à 10 représentent une variante de réalisation en configuration circulaire. L'équipement comporte un chemin de déplacement fermé, dans l'exemple décrit de forme circulaire. Trois robots poly-articulés (5, 6, 7) se déplacent sur ce chemin circulaire. Ces robots (5, 6, 7) peuvent être positionnés chacun devant l'un quelconque des postes de travail. to Chaque poste de travail comporte une zone fermée par une paroi de séparation (102) avec le poste suivant une porte d'accès (101) dont l'ouverture est verrouillée lorsque le poste de travail est en activité. Cette porte d'accès (101) permet à un opérateur d'accéder à l'équipement disposé à l'intérieur du poste de travail de manière sécurisée. 15 Une deuxième porte d'accès (103) prévue du côté du chemin de déplacement permet l'accès au bras de l'un des robots. Cette porte (103) est verrouillable lorsque le poste de travail est inactif, afin de permettre des opérations de maintenance en toute sécurité. La figure 7 représente une vue schématique d'une chaîne de production en 20 configuration circulaire, pendant la phase d'extraction de la pièce moulée. La figure 8 représente une vue de la chaîne de production, en configuration circulaire, pendant la phase de dépose d'une pièce moulée sur un équipement de finition. La figure 9 représente une vue de la chaîne de production, en configuration 25 circulaire, pendant la phase de sortie de la pièce moulée. La figure 10 représente une vue de la chaîne de production, en configuration circulaire, pendant la phase de retour au début d'un nouveau cycle. 30 REVENDICATIONS 1 - Chaîne de production automatisée de pièces métalliques comportant au moins des équipements de préparation du métal en fusion, des équipements de moulage, des équipements de préparation des noyaux, et des équipements de finition, caractérisée en ce que lesdits équipements de préparation de moules et de finition sont fixes, et en ce que la chaîne de production comprend un premier robot (5) poly-articulé de coulée, pour le transport du métal en fusion jusqu'aux équipements de moulage, un second robot (6) poly-articulé pour le transport des noyaux assemblés depuis des équipements de préparation de noyaux jusqu'aux équipements de moulage et un troisième robot (7) poly-articulé d'extraction pour l'extraction des pièces des moules après qu'elles sont solidifiées et pour leur transport sur un poste aval. 2 û Chaîne de production selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comporte, selon un chemin de déplacement desdits robots, successivement une première zone (1) pour l'implantation d'un ou plusieurs équipements de préparation du métal en fusion, une deuxième zone (2) pour l'implantation d'une pluralité d'équipements de moulage et pour l'implantation des équipements de préparation des noyaux ( 2A ), et une troisième zone (3) pour l'implantation d'un ou de plusieurs équipements de finition des pièces moulées, et une quatrième zone de préparation des noyaux. 3 û Chaîne de production selon la revendication 2, caractérisée en ce que ledit chemin de déplacement des robots est un chemin à voie unique, le premier robot étant mobile entre la zone de préparation du métal en fusion et le second robot, et le troisième robot étant mobile entre le second robot et la zone des postes de finition. 4 û Chaîne de production selon la revendication 2 ou 3, caractérisée en ce que ledit chemin de déplacement est linéaire. 5 û Chaîne de production selon la revendication 2 ou 3, caractérisée en ce que ledit chemin de déplacement est arqué, fermé ou circulaire.>> 6 û Chaîne de production selon l'une au moins des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins deux équipements de préparation du métal en fusion chargés avec des métaux de natures différentes. 7 û Procédé de préparation de pièces moulées, caractérisé en ce qu'il comprend trois étapes principales d'extraction de la pièce moulée, de remmoulage des noyaux et de coulée du métal, lesdites étapes étant réalisées io par trois robots mobiles (5 à 7) entre une zone de préparation du métal en fusion (1), une zone de moulage (2) et une zone de finition (3). 8 û Chaîne de production selon l'une au moins des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comprend seulement un premier robot (5) 15 poly-articulé de coulée, pour le transport du métal en fusion depuis les équipements de préparation du métal en fusion jusqu'aux équipements de moulage, un second robot (6-7) poly-articulé pour le transport des noyaux assemblés depuis des équipements de préparation des noyaux jusqu'aux équipements de moulage et pour l'extraction des pièces des moules après 20 qu'elles sont solidifiées et pour leur transport sur un poste aval.