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"Procédé pour fabriquer des pièces conjuguées en fonte"
La présente invention a pour objet un procédé pour fabriquer des pièces conjuguées en fonte. Parmi les nombreux cas pratiques auxquels ce procédé peut être appliqué avantageusement, il convient de citer le cas de la coulée de cylindres,
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notamment de cylindres en fonte dure, cas qui est d'une importance capitale et que l'on envisagera à titre d'exemple dans la description qui va suivre.
Lorsque l'on coule des cylindres, notam- ment des cylindres en fonte dure dont il a été ques- tion ci-dessus, on cherche à obtenir une couche su- perficielle plus épaisse ou plus dure (ce que l'on désignera simplement par "dureté superficielle"); souvent, également, on cherche à obtenir une grande dureté en profondeur, c'est-à-dire la propagation, vers l'intérieur, de la dureté superficielle à de grandes profondeurs et, simultanément, une grande résistance à la rupture c'est-à-dire un noyau suf- fisamment grand dans le sens radial, noyau dont la structure ne soit pas dure et, par conséquent, pas cassante, mais soit plus tenace et présente, par conséquent, une plus grande résistance spécifique à la rupture.
Ce résultat peut, il est vrai, déjà s'ob- tenir lorsque l'on donne au cylindre un diamètre rela- tivement grand ; rencontre, toutefois, de grandes difficultés lors de la fabrication de cylindres de petit diamètre avec des surfaces dures, notamment lorsque l'on désire que cette dureté s'étende à de grandes profondeurs. Or, ce sont précisément de tels cylindres qu'exige l'industrie moderne.
On a déjà cherché par les moyens les plus divers à obvier à ces inconvénients.
L'un des procédés connus consiste à couler préalablement ou à forger le noyau doux (par exemple en fonte grise ou en acier ou en un métal analogue)
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puis à l'introduire dans le moule prévu pour la coulée du cylindre et à l'entourer ensuite, par coulée, de la chemise en matière dure.
Un deuxiéme procédé connu consiste à fabriquer le cylindre par une coulée simultanée dans le moule qui, à cet effet, est divisé par une cloi- son métallique (qui reste ensuite dans la pice de fonte conjuguée avec les parties de laquelle elle se soude) en une chambre pour le noyau et une cham- bre pour la chemise.
Un troisième procédé connu utilise le procédé de coulée par centrifugation pour couler successivement en une seule pièce de fonte les deux matières premières différentes.
D'après un quatrième procédé connu, on coule des chemises en une matière première dure et on les munit, après.. solidification, d'un noyau @ en matière première tenace et ceci par coulée, par traction ou par refoulement.
Un cas particulier de ce procédé con- siste en un procédé également connu d'après lequel on coule d'abord un cylindre et, lorsque la che- mise (qui se solidifie la première) a suffisamment fait prise, on chasse par le haut, hors de l'espace réservé au noyau, le noyau en question qui est encore à l'état liquide pour remplacer sa masse, à l'aide d'une coulée ultérieure, par une matière première tenace qui convient pour le noyau ou enco- re on laisse écouler par le bas, hors de l'espace réservé pour le noyau, la masse encore liquide du noyau en question pour couler le noyau doux ou tenace par le canal de coulée primitif ou par un deuxième canall de coulée dans l'espace susvisé.
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Tous ces procédés connus présentent des inconvénients au point de vue technique, au point de vue de la mise en oeuvre et au point de vue de l'é- conomie, inconvénients auxquels on peut obvier à l'aide du procédé décrit ci-après et faisant l'objet de la présente invention.
Le procédé objet de l'invention consiste: à couler d'abord le noyau doux et tenace à l'em- placement qu'il doit également occuper au cours de la fabrication ultérieure du cylindre, et ceci en introduisant, pour la coulée du noyau seul, un mou- le spécial pouvant être rapidement enlevé par la suite ; à éloigner ce moule aussi rapidement que possible dés que le noyau coulé est suffisamment solidifié à la périphérie pour avoir une certaine tenue, c'est-à-dire pour conserver sa forme indépen- damment du moule, ce qui, ainsi que l'ont montré des essais, est parfaitement réalisable;
finalement à couler la chemise dure (autant que possible sans perte de temps et rapidement) dans l'espace qui sub- siste, d'une part, entre le noyau qui est resté dont l'intérieur est si possible encore liquide mais qui, dans tous les cas, est encore très chaud, et, d'- autre part, la paroi du moule du cylindre déjà mis en place au début ou qui vient seulement d'être placé.
Sur le dessin annexé, on a représenté un exemple d'un dispositif pour fabriquer des cy- lindres conformément au procédé objet de l'inven- tion:
La fig. 1 est une coupe verticale du dispositif pour couler le noyau doux et tenace;
La fig. 2 montre, également en coupe ver- ticale, un dispositif pour couler la chemise autour
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du noyau déjà. coulé représenté en élévation: A l'appui de cet exemple, on va décrire ci-après le nouveau procédé.
On a monté sur un châssis de moulage pour tourillons, châssis d'un type connu,, un tube de coulée a destiné à l'amenée, vers la chambre à noyau b, de la matière première liquide convenable pour le noyau. Par la suite, pour plus de simplicité, on désignera également par la lettre de référence b le noyau lui-même. Un deuxième tube de coulée à est prévu pour la chemise devant être coulée ultérieure- ment. Les canaux des deux tubes de coulée se continuent dans le châssis g dans lequel ils forment, en se prolongeant, des canaux horizontaux h et i.Ces canaux horizontaux h et 1 débouchent - comme c'est l'usage lors de la coulée de cylindres - tangentielle- ment dans les espaces qui leur correspondent, des moules amovibles.
Comme le montre la fig. 1, on place d'a- bord sur le châssis de moulage le moule c délimitant la chambre du noyau b. La masse liquide destinée à former le noyau est coulée dans la chambre précitée par le canal a-h. Lorsque la couche périphérique du noyau b ainsi moulé est suffisamment prise pour que le noyau ait par lui-même une tenue suffisante, c'est-à-dire pour rester debout sans le moule c et pour conserver sa forme, on éloigne le moule en ques- tion le plus rapidement possible. On peut, par exemple, comme on l'a essayé, l'enlever par en haut. Ou bien ce moule consiste, par exemple, en deux ou en un nom- bre plus élevé de coquilles et on enlève ledit moule en désolidarisant les unes des autres les coquilles et en les enlevant.
Lorsque le moule c est enlevé, on
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place rapidement, et si possible sans perte de temps, le moule proprement dit e pour le cylindre, concentriquement au noyau b,sur le châssis de mou- lage g, comme le montre la fig. 2; finalement, on coule immédiatement et aussi rapidement que possi- ble par le canal d-i et dans l'espace! réservé pour la chemise entre, le moule e et le noyau h qui resté doux, la matière liquide destinée à former la chemise.
Il convient, par un remplissage jusqu'en haut dans la tête f' dite tête perdue de veiller à la liberté de retassement de la chemise. Le cylin- dre ainsi coulé, formé du noyau b et de la chemise f (la lettre de référence désigne également la chemise proprement dite) coulée au contact direct de la périphérie dudit noyau, peut ensuite être l'objet, par exemple, d'un refroidissement normal lent.
Dans le cas d'espèce représenté sur le dessin, le moule e prévu pour couler la chemise n'est pas assez grand intérieurement pour pouvoir contenir le moule ± prévu pour le noyau.
Il en résulte qu'on ne peut placer le moule e qu'après avoir éloigné le moule c prévu pour le noyau et après la coulée dudit noyau b, mais il est évident qu'il peut également exister des cas dans lesquels le moule e est suffisamment grand in- térieurement pour pouvoir contenir le moule .2 du noyau. On peut alors mettre en place simultanément les deux moules n et e, ce qui fait qu'il suffit simplement, après la coulés du noyau b, d'enlever le moule c prévu pour ledit noyau pour être en me- sure de pouvoir commencer immédiatement la coulée
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de la chemise f.
L'enlèvement du moule à noyau ¯% ou le remplacement de ce moule par le moule doit avoir lieu rapidement et sans perte de temps, afin que le noyau b. ait conservé de la coulée autant de chaleur propre que possible au moment où l'on coule autour dudit noyau la chemise f, car, dans ces conditions, noyau et chemise sont reliés l'un à l'autre de la manière la plus intime. On favo- rise cette union par le mouvement tournant pro- venant de l'entrée tangentielle de la matière pre- mière, mouvement qui fait circuler pendant la coulée et autour du noyau la matière première li- quide servant à former la chemise.
Cette réunion est de beaucoup plus intime que celle obtenue au cours de la fabrication d'après les procédés con- nus jusqu'à ce jour, procédés par rapport aux- quels le nouveau procédé présente encore l'a- vantage qu'il ne se forme pratiquement pas de ten- sion entre les parties constitutives de la pièce; dans tous les cas ces tensions sont loin d'être aussi grandes.
On utilise comme moule à noyau (moule c) de préférence une coquille, c'est-à-dire un moule métallique et ceci, en raison de l'avan- tage dû à la prise rapide de la couche périphéri- que sans que les couches profondes durcissent pré- maturément et, d'autre part, en raison de l'avan- tage qui résulte du fait qu'il n'y a pas de sable ou de matière analogue adhérant au noyau coulé encore incandescent après que l'on a enlevé le moule. Il est alors inutile de procéder à un nettoyage de la surface périphérique du noyau avant de procéder 'à
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la coulée de la chemise autour dudit noyau. Mais, dans certains cas où on l'estimerait préférable pour une raison ou pour une autre, on peut également utiliser des moules en sable ou en argile.
Le nouveau procédé peut également être avantageusement appliqué dans les cas dans lesquels il convient d'entourer le noyau non seulement d'une partie (chemise) d'une matière ayant une autre nature, mais de deux ou de plusieurs de ces parties en matériaux se différenciant par leur nature, parties et noyau qui sont à réunir en une pièce de fonte.
Lorsqu'on a coulé, après le noyau, la première chemise, on laisse solidifier la couche superficielle de cette chemise, on enlève ensuite le moule, on place le moule pour la deuxième che- mise et l'on coule la deuxième chemise au contact direct de la surface extérieure de la première che- mise encore aussi chaude que possible, etc..
Dans le cas où il faut couler une deu- xième chemise sur la première, le choix du moule pour la première chemise dépend naturellement des mêmes considérations que celles qui ont prévalu pour le choix du moule pour le noyau; ce moule doit notamment favoriser une prise rapide dans la cou- che superficielle et doit pouvoir être enlevé rapi- dement. La même remarque s'applique d'ailleurs au choix du moule de chaque partie qui ne constitua pas la partie la plus externe de la piéce conjuguée à cou- ler.
Le nouveau procédé est aventageux, non seulement pour des cylindres comportant des surfaces cylindro-sphériques, mais également pour des cylin- dres de calibrage.
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"Process for manufacturing conjugate castings"
The present invention relates to a process for manufacturing mating parts in cast iron. Among the many practical cases to which this process can be applied advantageously, mention should be made of the case of the casting of rolls,
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in particular hard cast iron cylinders, a case which is of capital importance and which will be considered by way of example in the description which follows.
When casting cylinders, in particular hard cast iron cylinders discussed above, the aim is to obtain a thicker or harder surface layer (which will be referred to simply as "surface hardness"); often, also, one seeks to obtain a great hardness in depth, that is to say the propagation, towards the interior, of the surface hardness to great depths and, simultaneously, a great resistance to rupture it is that is, a sufficiently large core in the radial direction, which core is not structurally hard and therefore not brittle, but is more tenacious and therefore exhibits greater specific resistance to breakage.
This result can, it is true, already be obtained when we give the cylinder a relatively large diameter; encounter, however, great difficulties in the manufacture of small diameter cylinders with hard surfaces, especially when it is desired that this hardness extend to great depths. Now, it is precisely such cylinders that modern industry demands.
We have already sought by the most diverse means to obviate these drawbacks.
One of the known methods consists of pre-casting or forging the soft core (for example of gray cast iron or of steel or a similar metal)
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then introducing it into the mold provided for casting the cylinder and then surrounding it, by casting, with the hard material liner.
A second known process consists in manufacturing the cylinder by simultaneous casting in the mold which, for this purpose, is divided by a metal partition (which then remains in the cast iron combined with the parts of which it is welded) into one chamber for the core and one chamber for the jacket.
A third known method uses the centrifugal casting method to successively cast the two different raw materials in a single piece of cast iron.
According to a fourth known process, liners are cast of a hard raw material and, after solidification, are provided with a core of tough raw material, by casting, pulling or upsetting.
A special case of this process consists of a process which is also known, according to which a cylinder is first cast and, when the shirt (which is the first to solidify) has sufficiently set, the top is driven out. out of the space reserved for the nucleus, the nucleus in question which is still in the liquid state to replace its mass, by means of a subsequent casting, by a tough raw material which is suitable for the nucleus or still the still liquid mass of the nucleus in question is allowed to flow from below, out of the space reserved for the nucleus, in order to sink the soft or tenacious nucleus through the primary casting channel or through a second casting channel into the aforementioned space .
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All these known processes have drawbacks from a technical point of view, from the point of view of implementation and from the point of view of economy, drawbacks which can be overcome by means of the process described below and object of the present invention.
The process which is the subject of the invention consists in: first casting the soft and tenacious core at the location which it must also occupy during the subsequent manufacture of the cylinder, and this by introducing, for the casting of the core only, a special mold that can be quickly removed afterwards; in removing this mold as quickly as possible as soon as the cast core is sufficiently solidified at the periphery to have a certain strength, that is to say to retain its shape independently of the mold, which, as shown tests, is perfectly achievable;
finally to sink the hard jacket (as much as possible without loss of time and quickly) in the space which remains, on the one hand, between the core which remained whose interior is if possible still liquid but which, in in any case, is still very hot, and, on the other hand, the wall of the mold of the cylinder already in place at the start or which has only just been placed.
In the accompanying drawing, there is shown an example of a device for manufacturing cylinders in accordance with the process that is the subject of the invention:
Fig. 1 is a vertical section of the device for casting the soft and tenacious core;
Fig. 2 shows, also in vertical section, a device for tucking the shirt around
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of the kernel already. cast shown in elevation: In support of this example, the new process will be described below.
A casting tube a intended for supplying, to the core chamber b, the liquid raw material suitable for the core, was mounted on a trunnion molding frame, frame of a known type. Hereinafter, for the sake of simplicity, the core itself will also be designated by the reference letter b. A second pouring tube is provided for the liner to be poured later. The channels of the two pouring tubes are continued in the frame g in which they form, by extending, horizontal channels h and I. These horizontal channels h and 1 open out - as is customary when casting cylinders - tangentially in the spaces which correspond to them, removable molds.
As shown in fig. 1, the mold c delimiting the chamber of the core b is first placed on the molding frame. The liquid mass intended to form the core is poured into the aforementioned chamber through the channel a-h. When the peripheral layer of the core b thus molded is sufficiently taken so that the core itself has sufficient strength, that is to say to remain upright without the mold c and to retain its shape, the mold is moved away by question as quickly as possible. We can, for example, as we have tried, remove it from above. Or else this mold consists, for example, of two or of a greater number of shells and said mold is removed by separating the shells from one another and by removing them.
When the mold c is removed, we
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quickly, and if possible without loss of time, place the actual mold e for the cylinder, concentrically with the core b, on the molding frame g, as shown in fig. 2; finally, we sink immediately and as quickly as possible through the d-i channel and into space! reserved for the jacket between, the mold e and the core h which remained soft, the liquid material intended to form the jacket.
It is advisable, by filling to the top in the head f 'called the lost head to ensure the freedom of squeezing of the liner. The roll thus cast, formed of the core b and the liner f (the reference letter also designates the liner proper) cast in direct contact with the periphery of said core, can then be the object, for example, of slow normal cooling.
In the specific case shown in the drawing, the mold e provided for casting the liner is not large enough internally to be able to contain the mold ± provided for the core.
As a result, the mold e can only be placed after having moved away the mold c provided for the core and after the casting of said core b, but it is obvious that there may also be cases in which the mold e is sufficiently large internally to accommodate the core mold .2. The two molds n and e can then be placed simultaneously, which means that, after casting the core b, it suffices simply to remove the mold c provided for said core in order to be able to start immediately. the casting
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shirt f.
The removal of the core mold ¯% or the replacement of this mold by the mold must take place quickly and without wasting time, so that the core b. has retained from the casting as much inherent heat as possible at the moment when the jacket f is poured around said core, because, under these conditions, the core and the jacket are connected to each other in the most intimate manner. This union is favored by the rotating movement coming from the tangential entry of the raw material, movement which circulates during casting and around the core the liquid raw material used to form the jacket.
This union is much more intimate than that obtained during manufacture according to the processes known to date, processes over which the new process still has the advantage that it does not exist. forms practically no tension between the constituent parts of the part; in any case, these tensions are far from being as great.
A core mold (mold c) is preferably used as a shell, that is to say a metal mold and this, because of the advantage due to the rapid setting of the peripheral layer without the deep layers harden prematurely and, on the other hand, due to the advantage which results from the fact that there is no sand or the like adhering to the still glowing cast core after being removed the mold. It is then unnecessary to clean the peripheral surface of the core before proceeding with
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casting the jacket around said core. But, in certain cases where it would be considered preferable for one reason or another, it is also possible to use sand or clay molds.
The new method can also be advantageously applied in cases in which it is appropriate to surround the core not only with a part (jacket) of a material having a different nature, but with two or more of these parts made of different materials. differentiating by their nature, parts and core which are to be united in a cast iron part.
When the first jacket has been cast after the core, the surface layer of this jacket is allowed to solidify, the mold is then removed, the mold is placed for the second jacket and the second jacket is cast in contact. direct from the outer surface of the first shirt still as warm as possible, etc.
In the case where it is necessary to cast a second jacket over the first, the choice of the mold for the first jacket naturally depends on the same considerations as those which prevailed for the choice of the mold for the core; this mold must in particular promote rapid setting in the surface layer and must be able to be removed quickly. The same remark also applies to the choice of the mold for each part which does not constitute the outermost part of the conjugate part to be cast.
The new process is advantageous not only for cylinders having cylindro-spherical surfaces, but also for calibrating cylinders.