Brevet FR2986983A1 — publié le 20130823

DISPOSITIF DE NOYAUTAGE POUR FONDERIE PAR GRAVITE [0001] L'invention se rapporte à une technique de fonderie, appelée fonderie par gravité, aussi désignée sous le terme de coulée par gravité, qui permet de mouler des pièces métalliques. La coulée gravité connaît plusieurs variantes de mise en oeuvre, dont par exemple la coulée gravité dite coquille, en source, basculée ou basse pression, l'invention s'intéressant à toutes ces variantes. [0002] L'invention s'intéresse plus particulièrement aux dispositifs dits de noyautage destinés à fabriquer des noyaux pour des moules utilisés dans ce type de technique. En fonderie, les noyaux sont, de façon connue, des composants du moule, réalisés à base de sable, qui permettent de réaliser les évidements intérieurs de la pièce à mouler, ou des zones en contre-dépouille de celle-ci. [0003] Ces dispositifs de noyautage sont généralement constitués de trois grandes parties, mobiles les unes par rapport aux autres : - il y a tout d'abord la partie la plus amont, également appelée « tête de tir », qui présente une enceinte qui reçoit en partie haute le sable ou, plus généralement le sable associé à des composants du type résine(s) sous forme pulvérulente, provenant d'une trémie, et qui distribue ce mélange pulvérulent au travers d'au moins une plaque percée d'ouvertures dite « plaque de tir », - il y a ensuite la « boîte à noyaux », qui délimite les cavités qui vont correspondre à la forme et aux dimensions des noyaux à fabriquer, les ouvertures de la plaque de tir mentionnée plus haut étant en connexion fluidique avec, et de préférence directement en regard, des ouvertures disposée en partie supérieure des cavités en question pour en permettre le remplissage, - il y a, enfin, la partie « gazage », qui permet, une fois les cavités de la boîte à noyaux remplies du mélange pulvérulent, de durcir celui-ci, de manière à ce que la boîte à noyaux puisse finalement éjecter des noyaux durcis et manipulables de ses cavités vers les moules. Généralement, le durcissement se fait par diffusion de gaz spécifique, d'où le terme de gazage, dans le mélange pulvérulent, ce gaz durcissant la résine contenue dans le mélange pulvérulent et donnant de ce fait la cohérence suffisante à l'ensemble du mélange pulvérulent. [0004] Sans rentrer dans le détail des différentes étapes du cycle de fonctionnement de ce type de dispositif de noyautage, qui sont connues en soi, pour une campagne de fabrication de noyaux donnée, la tête de tir va alimenter la boîte à noyau avec une quantité de mélange pulvérulent donnée et selon une périodicité donnée. La campagne peut cependant être interrompue puis reprise après une durée indéterminée. Et quand on passe à une campagne de fabrication de noyaux différente, il est nécessaire de modifier une partie des outillages, notamment de changer la plaque de tir et de changer la définition de cavités dans la boîte à noyaux, ce qui amène également à interrompre le fonctionnement du dispositif pour une période de temps indéterminée. Dans ces deux cas de figures, on voit que l'enceinte de la tête de tir peut se trouver pleine lors de ces interruptions de fonctionnement, celle-ci devant être vidée à la reprise du fonctionnement du dispositif. On parle alors de « volume mort », qui correspond à celui délimité par le dimensionnement de l'enceinte, et qui détermine la quantité de mélange pulvérulent à vider/recycler à chaque interruption de fabrication. On cherche donc à ajuster au mieux/ à réduire au plus juste le volume de cette enceinte, volume généralement substantiellement parallélépipédique, mais celui-ci est conditionné au moins en partie par la taille de la plaque de tir constituant sa paroi inférieure. [0005] Par ailleurs, on cherche aussi à faciliter au mieux l'écoulement du mélange pulvérulent dans cette enceinte, de la trémie d'alimentation à la plaque de tir, pour optimiser/réduire le temps consacré à alimenter la boîte à noyaux, mais aussi pour garantir que l'ensemble des ouvertures pratiquées dans la plaque de tir sera correctement alimenté en mélange pulvérulent, même quand ces ouvertures se situent au voisinage de la périphérie de la plaque de tir, donc dans des zones éloignées de la zone centrale de l'enceinte à l'aplomb de la trémie d'alimentation ou du conduit d'amenée du mélange pulvérulent. [0006] L'invention a alors pour but d'améliorer la conception des têtes de tir de dispositifs de noyautage connus. Elle vise plus particulièrement à réduire leur volume mort et/ou à améliorer l'écoulement du mélange pulvérulent dans celles-ci vers les cavités des boîtes à noyaux pour en améliorer le remplissage, sans pour autant dégrader d'autres caractéristiques du dispositif ou de son mode de fonctionnement. [0007] L'invention a pour objet un dispositif de noyautage pour fonderie par gravité, notamment pour alimenter une installation de moulage par coulée de pièces métalliques, ledit dispositif de noyautage comportant une partie d'alimentation, dite tête de tir, et une partie de constitution des noyaux, dite boîte à noyau, la tête de tir étant destinée à alimenter en composé(s) pulvérulent(s) les cavités de la boîte à noyaux correspondant aux formes de noyaux voulues et comprenant une enceinte alimentée par une ouverture amont en composé(s) pulvérulent(s) et distribuant le(s)dit(s) composé(s) dans les cavités de la boîte à noyaux par des ouvertures aval appropriées pratiquées dans sa paroi aval. Selon l'invention, ladite enceinte est équipée d'un organe répartiteur des composés pulvérulents qui présente un volume délimité d'une part par une paroi inférieure disposée en regard de la paroi aval de l'enceinte et d'autre part par une paroi supérieure au moins en partie bombée en direction de l'ouverture amont de l'enceinte, ledit volume comprenant des canaux traversant de sa paroi supérieure à sa paroi inférieure et débouchant en paroi inférieure dans les ouvertures aval de la paroi aval de l'enceinte. [0008] Prévoir un tel organe répartiteur dans l'enceinte de la tête de tir permet d'améliorer les performances du dispositif de noyautage dans son ensemble à plusieurs titres. D'une part, du fait du volume qu'il occupe dans l'enceinte de la tête de tir, il diminue de fait, pour une enceinte donnée, le volume mort de mélange pulvérulent à évacuer entre deux campagnes se trouve significativement réduit au plus juste. Avec moins de sable à recycler, on gagne aussi en temps de nettoyage lors de son évacuation. [0009] D'autre part, du fait de sa forme particulière, bombée, il s'est avéré que l'écoulement de la trémie (ou du conduit d'amenée alimenté lui-même par une trémie ou tout autre moyen équivalent) jusqu'aux ouvertures aval de la plaque de tir était grandement amélioré : en adaptant cette forme en fonction de la géométrie et du positionnement des ouvertures dans la plaque de tir, on peut améliorer l'alimentation en sable pulvérulent des ouvertures qui jusque-là étaient les plus délicates à alimenter, c'est- à-dire celles disposées en périphérie. La forme bombée guide/facilite/ accélère l'écoulement du mélange vers les canaux traversants de l'organe répartiteur, qui viennent ensuite guider eux même la quantité de mélange pulvérulent appropriée précisément dans les zones utiles, celles où sont situées les ouvertures de la plaque de tir, aussi bien celles disposées de façon centrale que les ouvertures plus périphériques. [0010] Ceci, de fait, garantit un remplissage parfait de l'ensemble des cavités de la boîte à noyaux, même quand le nombre de cavités ou leur emplacement ne sont pas favorables. Et cela ouvre des perspectives. Concrètement, on a pu vérifier que l'installation d'un organe répartiteur diminuait significativement le nombre des rebuts de noyaux dûs à un remplissage insuffisant. Avec un tel organe répartiteur, on peut alors se permettre d'augmenter significativement le nombre des cavités de la boîte à noyaux, et, de fait, d'augmenter le rendement du dispositif de noyautage dans son ensemble, en fabriquant plus de noyaux par cycle de fabrication, tout en maintenant une qualité des noyaux élevée. [0011] De préférence, le dispositif de noyautage comporte également une partie dite de gazage destinée à diffuser un gaz dans la boîte à noyau afin de durcir le(s) composé(s) pu lvéru lent(s). [0012] Avantageusement, l'organe répartiteur peut recouvrir substantiellement entièrement la paroi aval de l'enceinte. Ainsi, la paroi inférieure de l'organe répartiteur est de préférence substantiellement plane et en contact direct avec la paroi aval de l'enceinte, dite plaque de tir, elle aussi substantiellement plane. De fait, l'organe répartiteur peut être posé sur la plaque de tir et être soutenu par elle, (dans le cas le plus courant, où la paroi aval de l'enceinte de la tête de tir est disposée substantiellement selon un plan horizontal), en nécessitant seulement éventuellement des moyens de fixation/ calage/de positionnement vis-à-vis de la plaque. De préférence, on prévoit des moyens de fixation de type moyens mécaniques tels que le vissage pour solidariser l'organe répartiteur et la paroi aval de l'enceinte. [0013] L'organe répartiteur selon l'invention peut être monté de façon amovible dans l'enceinte. C'est là tout son intérêt : comme la plaque de tir, on peut avoir un jeu d'organes répartiteurs, chacun adapté à une fabrication de noyaux donnée. Ainsi, On pourra adapter le degré de bombage de sa paroi supérieure, sa localisation, le nombre, le dimensionnement et la localisation des canaux traversants pour avoir à chaque fois une configuration optimale. Sur le plan pratique, l'organe répartiteur peut être fixé de manière amovible (ou non) à la plaque de tir, elle-même fixée de manière amovible dans l'enceinte : on peut le retirer de l'outillage soit seul, soit embarqué avec la plaque de tir. [0014] Généralement, la partie bombée de la paroi supérieure de l'organe répartiteur est substantiellement disposée au centre de ladite paroi, le sommet de ladite partie bombée pouvant présenter une zone substantiellement plane ou moins bombée. Le centre se trouve en effet généralement à l'aplomb de la trémie d'alimentation ou de l'arrivée via un conduit d'amenée du mélange pulvérulent. Le sommet de la partie bombée peut aussi être décentré. [0015] Selon un mode de réalisation, au moins certains des canaux traversants débouchent dans la paroi supérieure de l'organe répartiteur au pied de sa partie bombée, et débouchent notamment dans la zone périphérique de ladite paroi supérieure. En effet, le mélange pulvérulent va dévaler les flancs de la partie bombée, il est donc logique de le guider dans cette zone. Naturellement, la paroi supérieure de l'organe répartiteur peut présenter plusieurs zones bombées le cas échéant. Le degré de courbure et les éventuels points d'inflexion peuvent varier par rapport à un axe correspondant à sa hauteur (axe orienté verticalement le plus généralement). Au moins un ou certains des autres canaux peuvent aussi déboucher au niveau de la paroi supérieure de l' organe répartiteur dans sa portion bombée/la plus bombée, ou encore au voisinage du sommet de ladite portion. [0016] Selon un mode de réalisation, au moins un des canaux traversants de l'organe répartiteur est de forme substantiellement évasée sur au moins une partie de sa hauteur de la paroi inférieure vers la paroi supérieure de celui-ci. Cette forme d'entonnoir facilite le guidage, l'accélération du mouvement et la concentration du flux de mélange pulvérulent vers l'ouverture aval qu'il est destiné à alimenter. Cet « entonnoir » peut être parfaitement conique, ou ne pas être exactement symétrique par rapport à un axe. [0017] De préférence, au moins un des canaux traversants de l'organe répartiteur est disposé essentiellement verticalement. [0018] Selon un mode de réalisation, au moins un des canaux traversants de l'organe répartiteur est substantiellement sous forme d'un tronc de cône ou de l'intersection de plusieurs troncs de cône. [0019] Par exemple, il se peut qu'au moins un des canaux traversants de l'organe répartiteur débouche au niveau de la paroi inférieure dudit organe dans au moins deux ouvertures aval voisines de la paroi aval de l'enceinte. Concrètement, le canal peut avoir une section transversale de forme arrondie, ou ovale, ou rectangulaire aux bords arrondis, ou tout autre forme et, dans ce dernier cas de figure, être destiné à alimenter au moins deux ouvertures très proches qui rendraient la mise en oeuvre de canaux individuels trop délicate et inutile. [0020] Avantageusement, l'organe répartiteur est à base de matériau(x) polymère(s) éventuellement renforcé(s). L'avantage de ce type de matériau est qu'il est relativement léger, qu'il se prête, par exemple par moulage, à des formes complexes. Il peut être monobloc ou être un assemblage de plusieurs parties fabriquées, moulées, séparément. [0021] II est aussi possible qu'il soit associé, voire qu'il soit monobloc avec la paroi aval de l'enceinte de tête de tir sur laquelle il est posé. [0022] L'invention a également pour objet le procédé mettant en oeuvre un tel dispositif de noyautage. Il est remarquable que la présence de l'organe répartiteur dans le dispositif n'en modifie pas, et, surtout, n'en complexifie pas le mode de fonctionnement. L'invention nécessite uniquement, lors des changements de campagne, de changer aussi l'organe répartiteur. [0023] D'autres particularités et avantages apparaîtront à la lecture de la description ci-après d'un mode particulier de réalisation, non limitatif de l'invention, faite en référence aux figures très schématiques suivantes : - La figure 1 représente un dispositif de noyautage en vue de face utilisant la tête de tir selon l'invention, - La figure 2 représente la partie supérieure du dispositif selon la figure 1 en coupe transversale, - La figure 3 représente l'organe répartiteur de la tête de tir du dispositif selon les figures précédentes en vue cavalière. [0024] Ces figures sont simplifiées pour en simplifier la compréhension, les éléments représentés ne sont donc pas nécessairement à l'échelle. Chaque référence conserve la même signification d'une figure à l'autre. [0025] La figure 1 est donc une vue de face d'un dispositif de noyautage complet, qui, à part la tête de tir détaillée plus loin, est un dispositif connu et dont tous les composés et le mode de fonctionnement ne seront donc pas détaillés. Ce dispositif 1 comprend donc schématiquement une partie 2 dite « Ensemble tête de tir » alimentée en mélange pulvérulent de sable et de résine par un conduit 3 dans lequel débouche une trémie non représentée. Le dispositif 3 comprend aussi une partie 4 dite « Ensemble de gazage » et une partie 5 dite « Boîte à noyaux ». La boîte à noyaux 5 est montée mobile selon un axe vertical X et selon un axe horizontal Z, et l'ensemble de gazage 4 et l'ensemble tête de tir sont montés mobiles selon un axe horizontal Y. La boîte à noyaux 5 comprend un caisson 6, une empreinte inférieure 8, une empreinte supérieure 7, des fourches 9, et des cavités pour définir les formes et dimensions des noyaux à fabriquer à l'intérieur du caisson 6. L'ensemble de gazage 4 comprend une plaque de gazage 10 et une plaque d'éjection supérieure 11. La tête de tir 2, détaillée à la figure suivante, comprend une plaque de tir 12 percée d'ouvertures qui débouchent dans des buses 13. [0026] Schématiquement, le fonctionnement du dispositif consiste à ce que la tête de tir alimente en mélange pulvérulent par des buses de soufflage 13 les cavités de la boîte à noyau 5 en position haute (la figure 1 la représente en position basse), puis en ce que la boite à noyaux descende vers une position basse permettant à l'ensemble de tir 2 de se déplacer horizontalement selon l'axe Y et à l'ensemble de gazage 4 de le remplacer à l'aplomb de la boite à noyaux, permettant l'opération de gazage à proprement dit, à savoir la diffusion de gaz à travers les ouvertures de la plaque de gazage 10 en regard des cavités de la boite à noyaux remplis de mélange pulvérulent, selon un débit et une durée déterminés pour que le mélange durcisse suffisamment. Puis la boîte à noyaux 5 est ouverte, et permet l'éjection des noyaux durcis qui sont évacués horizontalement par des fourches 9 montés mobiles selon un plan horizontal et vertical pour les conduire vers les moules. [0027] La figure 2 est un agrandissement de la figure 1 centré sur l'ensemble tête de tir : il comporte une enceinte 14 délimitée en partie haute par une paroi amont 16 la raccordant au conduit 3 d'amenée du mélange sable + résine, lui-même alimenté par une trémie 15 représentée en figure. Cette enceinte est délimitée en partie basse par une plaque dite plaque de tir 12 de contours substantiellement rectangulaires, munie d'ouvertures se prolongeant en partie inférieure en buses comme vu précédemment. Cette enceinte 14 délimite donc un volume, qui, entre deux campagnes notamment, contient un volume donné de mélange pulvérulent qu'il faut évacuer et nettoyer. Concrètement, un opérateur doit vider l'enceinte 14 entre deux campagnes, et, le cas échéant, nettoyer les traces de mélange pulvérulent qui ont pu tomber par gravité sous l'enceinte lors de son vidage. [0028] L'invention propose donc d'insérer dans cette enceinte un organe répartiteur 17 détaillé plus avant en figure 3, et qui est un volume massif à base de polymère. Il est destiné tout d'abord à occuper un certain volume de l'enceinte, pour en diminuer de façon ajustable le volume mort. Ensuite, il définit une forme géométrique particulière, avec une face supérieure bombée, convexe tournée vers le haut favorable à la répartition du mélange pulvérulent dans toutes les ouvertures de la plaque de tir. A noter que, de façon connue, le mélange pulvérulent est en fait soufflé en direction de l'enceinte 14, et arrive donc au niveau du répartiteur avec une certaine énergie cinétique supérieure à la simple énergie due à la gravité. [0029] Avec l'aide de la figure 3, on voit donc cet organe répartiteur 17 est défini par une paroi inférieure 18 plane, tout comme la plaque de tir 12, par des parois latérales 21, par une paroi supérieure bombée 19, et par des canaux traversants qui présentent chacun une géométrie, des dimensions spécifiques : les canaux 20a ont ainsi une forme de type portions de cône qui s'intersectent partiellement, qui s'évasent vers le haut et dont l'axe est de préférence essentiellement vertical. Les canaux de ce type ont vocation à être des canaux individuels, en ce sens qu'ils alimentent chacun une ouverture spécifique de la plaque de tir. Les canaux de type 20b ont une forme plus allongée, avec de préférence également des parois qui s'évasent vers le haut, avec en section selon un plan perpendiculaire à la verticale un contour de type rectangle aux bords arrondis. Les canaux de ce type ont pour vocation à alimenter plusieurs ouvertures voisines de la plaque de tir12. Les canaux de type 20c sont proches des canaux de type 20a, sont également des canaux individuels, sont également de forme proche de portions de cône, mais tronqués latéralement par le bord 21 de l'organe répartiteur 17. A noter que la géométrie de ces canaux est éminemment ajustable en fonction des configurations de plaques de tir 12. Et le profil de la paroi des canaux en coupe selon leur hauteur peut être strictement conique comme ne l'être que partiellement, ou être au moins partiellement concave ou convexe. Leur axe d'inclinaison est également ajustable, ainsi que leur nombre etc. ... La géométrie de la paroi supérieure 19 comprend ici une zone bombée délimitée par le contour 19a, et, avec un sommet aplani dans sa zone centrale délimité par le contour 19b. La paroi supérieure, au-delà de la zone bombée, présente une zone périphérique moins bombée, plane voire éventuellement légèrement concave. On voit que l'on peut aussi ajuster la pente variable des flancs de cette zone bombée, qui peut être beaucoup plus « raide » sur un ou plusieurs côtés. On peut aussi envisager que cette zone bombée se prolonge dans une zone périphérique jusqu'à la paroi latérale 21 quand cette zone périphérique est en regard d'une portion localement sans ouvertures de la plaque de tir 12. Cette zone bombée peut présenter un profil avec ou sans point d'inflexion en coupe selon la verticale, avec par exemple au moins une zone concave au niveau de sa base (par opposition au sommet évoqué plus haut). Au moins certains des canaux débouchent dans la paroi supérieure 19 au niveau de la base de la partie bombée, et /ou à la périphérie de ladite paroi. [0030] A noter que l'organe répartiteur peut aussi être conçu de façon à être creux, et non massif. En outre, il peut être à base de polymères, éventuellement renforcés (fibres de verre ou de carbone par exemple), ou encore être en métal (acier inox) ou en bois. [0031] On a donc toute latitude pour configurer au mieux la forme de la paroi supérieure et celle des canaux traversants pour maximiser la réduction de volume mort tout en facilitant/ guidant au mieux l'écoulement du mélange pulvérulent vers l'ensemble des ouvertures de la plaque de tir 12. L'organe répartiteur - reposant sur la plaque de tir et solidarisé mécaniquement à celle-ci par des vis non représentées - reste facile à changer, à manipuler. Il peut donc être changé avec la plaque de tir entre deux campagnes sans problème particulier. Il permet d'augmenter le rendement du dispositif en permettant le remplissage d'un nombre élevé de cavités à noyaux de la boîte à noyaux. REVENDICATIONS1. Dispositif de noyautage (1) pour fonderie par gravité, ledit dispositif de noyautage comportant une partie d'alimentation, dite tête de tir (2), et une partie de constitution des noyaux, dite boîte à noyau (5), la tête de tir étant destinée à alimenter en composé(s) pulvérulent(s) les cavités de la boîte à noyaux correspondant aux formes de noyaux voulues et comprenant une enceinte (14) alimentée par une ouverture amont en composé(s) pulvérulent(s) et distribuant le(s)dit(s) composé(s) dans les cavités de la boîte à noyaux par des ouvertures aval appropriées pratiquées dans sa paroi aval (12), caractérisé en ce que ladite enceinte est équipée d'un organe répartiteur (17) des composés pulvérulents qui présente un volume délimité d'une part par une paroi inférieure (18) disposée en regard de la paroi aval (12) de l'enceinte et d'autre part par une paroi supérieure (19) au moins en partie bombée en direction de l'ouverture amont de l'enceinte, ledit volume comprenant des canaux traversant (20a,20b,20c) de sa paroi supérieure à sa paroi inférieure et débouchant en paroi inférieure dans les ouvertures aval de la paroi aval (12) de l'enceinte. 2. Dispositif (1) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'organe répartiteur (17) recouvre substantiellement entièrement la paroi aval (12) de l'enceinte (14). 3. Dispositif (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la paroi inférieure (18) de l'organe répartiteur (17) est substantiellement plane et en contact direct avec la paroi aval de l'enceinte, dite plaque de tir (12), elle aussi substantiellement plane. 4. Dispositif (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'organe répartiteur (17) est monté de façon amovible dans l'enceinte (14). 5. Dispositif (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la partie bombée de la paroi supérieure (19) de l'organe répartiteur (17) est substantiellement disposée au centre (19b) de ladite paroi, le sommet de ladite partie bombée pouvant présenter une zone substantiellement plane ou moins bombée. 6. Dispositif (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'au moins certains des canaux traversants (20a,20b,20c) débouchent dans la paroi supérieure (19) de l'organe répartiteur (17) au pied de sa partie bombée, et débouchent notamment dans la zone périphérique de ladite paroi supérieure. 7. Dispositif (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'au moins un des canaux traversants (20a,20b,20c) de l'organe répartiteur (17) est de forme substantiellement évasée sur au moins une partie de sa hauteur de la paroi inférieure (18) vers la paroi supérieure (19) de celui-ci. 8. Dispositif (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'au moins un des canaux traversants (20a,20b,20c) de l'organe répartiteur (17) est substantiellement sous forme d'un tronc de cône ou de l'intersection de plusieurs troncs de cône. 9. Dispositif (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'au moins un des canaux traversants (20a,20b,20c) de l'organe répartiteur (17) débouche au niveau de la paroi inférieure (18) dudit organe dans au moins deux ouvertures aval voisines de la paroi aval (12) de l'enceinte (14). 10. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'organe répartiteur est à base de matériau(x) polymère(s) éventuellement renforcé(s).20