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PROCEDE DE MOULAGE - MATRICAGE DE METAUX.
Dans la fabrication d'articles métalliques, il arrive fréquemment que ni les procédés habituels de moulage ni ceux de matriçage ne donnent entiè- rement satisfaction. On peut par exemple vouloir fabriquer un article ayant une forme géométrique se prêtant mieux au moulage qu'au matriçage avec un mé- tal se prêtant mieux au matriçage qu'au moulage.
De nombreux métaux moulables sont complètement non forgeables et de nombreuses matières forgeables sont complètement inaptes au moulage. De nom- breux cas se présentent où il serait désirable de fabriquer des pièces métal- liques moulées à partir de matières aussi résistantes que possibles en utili- sant un procédé normal de moulage, ou d'affiner la structure d'articles moulés en un métal ou un alliage ne se prêtant pas à un traitement mécanique suivi d'un affinage de structure.
Il est par conséquent grandement désirable deposséder une métho- de capable, ainsi qu'on l'a dit,de combiner le moulage et le matriçage de mé- taux et d'alliages, et des essais variés ont été faits dans le passé pour met- tre au point une méthode dite de moulage-matriçage dans laquelle le métal est coulé ou moulé entre des matrices disposées pour exercer simultanément une pression matriçant le métal en cours de solidification.
Cependant,autant que- l'on puisse en connaître actuellement,aucune des méthodes proposéesjusqu'à présent ne s'est révélée pleinement satisfaisante ou même applicable commercia- lamento
L'objet de la présente invention concerne un procédé perfectionné de moulage-matriçage permettant de fabriquer des articles de qualité élevée et régulière à l'échelle commerciale et à un prix permettant d'affronter la concurrence.
L'invention se fonde sur certaines constatations concernant la manière de conduire le resserrement des matrices dans le procédé de moulage- matriçage pour obtenir régulièrement de bons résultats. On a trouvé que si les
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matrices sont reserrées entre elles trop lentement ou avec un retard excessif, afin d'attendre un état de semi solidification par exemple, la surface libre du métal a tendance à s'oxyder, et en outre, il est pratiquement impossible de régler l'opération dans le temps avec une précision suffisante pour que le métal à matricer soit dans l'état le plus favorable pour cette opération.
D' autre part, si l'on resserre trop rapidement lep matrices entre elles, de telle sorte que le métal soit engagé brusquement entre les matrices, le métal aura tendance à se déplacer violemment ou même rejaillir, de qui entraîne des solidifications prématurées partielles ainsi qu'un manque d'homogénéité d' ensemble, et en outre, le métal peut être soumis pratiquement au maximum de pression exergable entre les matrices avant qu'une solidification substantiel- le de la masse de matière se soit produite, ce -qui affaiblit l'effet du ma- trigage.
Pour surmonter ces difficultés, suivant une caractéristique de l' invention, un procédé de moulage-matriçage est caractérisé par une fermeture des matrices à la presse,sur du métal fondu,avec une vitesse suffisamment ré- duite pendant la période finale de répartition du métal dans la totalité de l'espace entre matrices, pour que simultanément--le métal soit capable de légers déplacements et/ou que sa solidification progresse substantiellement.
Selon une autre caractéristique de l'invention, dans un procédé tel que ci-dessus, le mouvement de fermeture comprend une première phase exé- cutée à une vitesse relativement élevée pour capter le métal fondu entre les matrices, et une seconde phase exécutée à une vitesse sensiblement réduite pour conformer et comprimer le métal entre les matrices.
Ainsi qu'on le comprendra aisément, le procédé selon l'invention, tel qu'exposé ci-dessus, est conduit de manière à permettre un léger déplace- ment du métal et l'obtention d'une structure réelle de forgeage dans la phase finale du resserrement des matrices, sans nécessiter une trop grande précision dans le temps ou un retard dans le début du resserrement susceptible d'exposer indûment le métal fondu aux influences atmosphériques pendant une durée trop prolongée.
De préférence, selon l'invention, le passage de la première à se- conde phase du resserrement des matrices, est obtenu par des moyens extérieurs en un point de la course de resserrement tel qu'aucune pression intérieure no- table n'ait encore été développée dans le métal, moyennant quoi, une sécurité totale est acquise contre un resserrement complet trop rapide ou prématuré du moule.
On a trouvé que le resserrement des matrices pouvait être avanta- geusement réalisé au moyen d'une presse hydraulique capable de travailler soit à basse pression avec une vitesse relativement élevée, soit à haute pression avec une vitesse relativement réduite. Dans ce genre de presse hydraulique, le changement de régime vitesse-pression est souvent réalisé automatiquement en fonction de la résistance rencontrée, et si l'on voit en conséquence, que dans une opération de moulage-matriçage où on laisserait le changement se pro- duire du fait de la résistance, le changement de régime se produirait trop tard pour assurer la marche lente requise pour capter le métal dans les matri- ces, mais avant qu'une pression intérieure notable ait été développée dans le métal, il est proposé, selon l'invention,
de provoquer-le changement de régi- me par des moyens propres à créer une résistance artificielle en un point vou- lu de la course opératoire de la presse.
De tels moyens peuvent être réalisés sous forme d'un organe élas- tique développant une résistance suffisamment élevée pour déclencher le passa- ge de la marche rapide à la marche lente, sans dépasser une valeur qui rédui- rait indûment la pression finale de la presse.
Une autre solution consiste dans l'emploi d'un amortisseur hy- draulique dont la résistance est fonction de la vitesse, permettant de ne rien perdre de la pression finale de la presse, et en outre, de contrôler à volonté la résistance qu'il offre pendant la course, par exemple, pour la ré-
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duire progressivement pendant la phase donnant la structure de forgeage.
Si la presse hydraulique utilisée est alimentée simultanément par une pompe à haute pression et une pompe à'basse pression, le changement de ré- gime peut être obtenu également en mettant la pompe à basse pression hors cir- cuit en fonction du mouvement de la presse en un point convenable de sa cour- se.
Au cours d'essais exécutés à l'occasion de la présente invention, on a trouvé également qu'une difficulté importante dans la réalisation du mou- lage-matrigage résidait dans le fait que le métal fondu, sous pression, avait tendance à adhérer aux matrices lorsque celles-ci ainsi que le métal sont à la température exigée par le procédéo
Afin de remédier à cet inconvénient, il est proposée selon l'inven- tion, d'utiliser des matrices dont les surfaces actives sont revenues au bleu dans un bain d'huileo
Une autre difficulté surgit du fait que les matrices, et particu- lièrement la matrice inférieure, dans laquelle le métal est déversé ou intro- duit d'une autre manière appropriée refroidissent énergiquement le métal fon- du,
en sorte que ce dernier peut se solidifier prématurément dans les parties au contact des matrices, et en particulier de la matrice inférieure, en sorte qu'en ces emplacements il ne peut plus se produire de mouvement ni de traite- ment du métal.
En vue de surmonter cette difficulté, il est proposé, selon l' invention, d'appliquer sur les surfaces actives d'une des matrices au moins, la matrice inférieure de préférence, une poudre fine à haut pouvoir calorifu- ge et lubrifiant, telle que certaines argiles en combinaison avec des oxydes métalliques par exemple :terre de pipe, feldspath, et graphite.
Un mode avantageux de réalisation de ce poudrage caractéristique consiste à l'appliquer à l'état de suspension dans un liquide appropriée
Mais pour que l'invention puisse être mieux comprise, on va main- tenant se reporter aux dessins joints dans lesquels :
Les figures 1 et 2 représentent deux exemples différents de mou- les pouvant être utilisés pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention, et les figures 3 à 6, des exemples variés de moyens commandant le changement du régime de marche d'une presse utilisée pour Inapplication du nouveau procédé.
Dans la figure 1,1 représente une matrice inférieure et 2 une matrice supérieure se combinant pour former un moule dans lequel s'effectue le moulage-matriçage. Les matrices 1 et 2 sont fixées aux plateaux supérieur et inférieur ou pistons 3 et 4 d'une presse, respectivement, déplaçables l'un par rapport à l'autre par un moyen non représenté. Pour réaliser le moulage- matriçage, la matrice supérieure 2 est remontée, après quoi le métal fondu est coulé dans la matrice inférieure 1.
La matrice supérieure 2 est alors abaissée dans la position indiquée par la figure 1, et pendant ce mouvement, ainsi que on le décrira plus loin d'une manière plus détaillée, est déplacée d'abord avec une vitesse relativement élevée puis soudainement amenée au régime de marche lente avant qu'une pression intérieure substantiellement ait été déjà développée dans le métal capté entre les matrices 1 et 2.
Dans la figure 1, les matrices 1 et 2 sont en contact hermétique parfait ou presque parfait dans la zone 5 tandis que le dispositif représen- té dans la figure 2 comporte un jour étroit dans la même zone, donnant nais- sance à une bavure de moulage. Le métal pouvant ainsi s'échapper dans une cer- taine mesure par le bord du moule représenté dans la figure 2, il est possible dans ce cas d'obtenir un traitement mécanique de haute intensité pour le pro- duit fini,brisant avantageusement et favorablement la structure cristalline.
On a observé cependant, qu'un traitement mécanique satisfaisant peut fréquem-
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ment être obtenu aussi avec le dispositif de la figure 1, en particulier lors- que le métal est susceptible d'un retrait considérable pendant la solidifica- tion, ce qui est le cas de l'aluminium par exemple.
Les figures 3 à 6 représentent des moyens différents d'obtenir le changement de régime avec une presse hydraulique. Dans ces figures, pure- ment schématiques, les matrices ne sont pas représentées, et l'on ne voit que les plateaux ou pistons 3, 4 de la presse ainsi que le dispositif commandant le changement de régime. '
Dans la figure 3, une tige filetée 6 est fixée sur le piston su- périeur 4 et porte une chape borgne filetée 7 servant de butée. Le piston in- férieur 3 porte un faisceau de ressorts 8 disposé en regard de la chape borgne 7 afin d'être heurté par cette dernière lorsque les pistons 3 et 4 se déplace- ront l'un vers l'autre.
La chape 7 est réglée de telle sorte qu'elle heurte le faisceau de ressorts 8 lorsque les matrices, fixées sur les pistons ont été rapprochées l'une de l'autre à un degré tel que le métal soit capté entre les matrices mais sans avoir encore été soumis à une pression notable, ou réparti dans la totalité du volume entre les matrices. Lorsque la chape 7 heurte les ressorts 8, le changement de vitesse du piston s'effectue d'une manière connue comme conséquence de la résistance opposée au mouvement du piston ainsi créée.
La contre pression ou résistance due aux ressorts 8 ne diminue pas et même s' accroît pendant toute la phase finale de l'opération, et, venant en conséquen- ce en déduction de la pression finale de la presse, doit pour cette raison ne pas être fixée plus haut qu'il n'est strictement nécessaire pour obtenir le changement de régime.
Dans le dispositif de. la figure 4, le piston inférieur 3 porte une tige filetée 9 sur laquelle se visse une chape borgne 10 supportant un empila- ge de disques en caoutchouc 11 de telle sorté que, au cours du mouvement de rapprochement des pistons, l'empilage viendra heurter le piston supérieur 4 et créera ainsi une contre-pression. Le mode d'action: est exactement le même que celui du dispositif de la figure 3.
Dans la figure 5, le piston inférieur supporte un pot de presse hydraulique 12 avec un piston plongeur 13 surmonté par une chape borgne file- tée réglable 14, constituant une butée heurtant le piston supérieur 4 en un point voulu de la course du piston. Un conduit 15 pourvu d'une valve de contrô- le réglable 16 est branché sur le pot de presse rempli d'huile. Lorsque le pis- ton supérieur 4 et la butée 14 viennent en contact, l'oleo-frein ou l'amortis- seur hydraulique constitué par le pot de presse 12 et le plongeur 13 développe une contre-pression contrôlable au moyen de la valve 16. A l'encontre du dis- positif des figures 3 et 4, la contre-pression développée par l'amortisseur hydraulique de la figure 5 ne subsiste que si les pistons sont en mouvement, en sorte qu'ainsi, la pression finale de la presse ne subira aucune réduction.
Lorsque, après achèvement de l'opération, les pistons sont de nouveau écartés, le plongeur 13 commandant le freinage est remis dans la position indiquée dans le dessin, par un moyen non représenté, par exemple, hydrauliquement ou mécaniquement.
Dans le dispositif représenté sur la figure 6, le piston inférieur 3 est monté sur le piston d'un autre pot de presse 17 alimenté en fluide hy- draulique à partir d'un réservoir 18 au moyen d'une part, d'une pompe à haute pression 19 et d'autre part, d'une pompe à basse pression 20, l'alimentation par cette'dernière pompe traversant un clapet de retenue 21, 22 représente une valve de contrôle qui, ouverte, court-circuite les deux pompes, et fermée, permet à celles-ci d'agir et de soulever le piston 3. Dans ce dispositif, la pompe à basse pression est mise hors circuit en corrélation avec le mouvement du piston 3 lorsque celui-ci a atteint le niveau fixé pour que le changement de vitesse du piston se produise.
A cet effet le piston inférieur 3 peut, par exemple, comporter un bossage 23 coopérant avec un levier à deux bras 24, 25 au moyen duquel la pompe 20 peut être mise hors circuit, par exemple,par l'in- termédiaire d'un levier 26 commandant une valve 27 interposée sur le conduit de refoulement de la pompe 20, ou bien électriquement, en arrêtant le moteur de la pompe par exemple, ou bien hydrauliquement.
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On comprendra aisément que bien d'autresdispositifs peuvent être utilisés pour réaliser le procédé selon l'invention. C'est ainsi que la presse hydraulique peut être remplacée par une presse mécanique pourvue de moyens de commande tels qu'une came de profil approprié pour assurer une réduction sou- daine de la vitesse du piston en un point convenable de sa course.
Le nouveau procédé est particulièrement applicable aux métaux non ferreux tels que l'aluminium et les alliages d'aluminium et ouvre la possibi- lité de fabriquer, par exempledes pistons pour moteurs d'automobiles ou d' avions qui jusqu'à présent ne pouvaient pas être obtenus par moulageo
De plus, il a été trouvé que le procédé décrit convient particu- lièrement pour la fabrication d'articles métalliques recouverts d'un autre mé- tal possédant en surface des propriétés mieux appropriées, mais ou bien trop onéreux, ou bien se convenant pas pour constituer le corps de l'article en question. Il suffit seulement pour produire de tels articles au moyen du pro- cédé selon l'invention,
d'introduire une feuille ou une tôle mince de matériau de revêtement entre le métal fondu et au moins l'une des matrices que l'on res- serre sur le métal dans la fabrication par le procédé de moulage-matrigage de l'article en question.
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MOLDING PROCESS - METAL DIE.
In the manufacture of metal articles, it frequently happens that neither the usual molding methods nor those for forging are entirely satisfactory. It may for example be desirable to manufacture an article having a geometric shape which is better suited to molding than to die-forging with a metal which is better suited to die-forging than to molding.
Many castable metals are completely non-forgeable and many forgeable materials are completely unsuitable for casting. Many instances arise where it would be desirable to make metal castings from materials as strong as possible using a normal casting process, or to refine the structure of metal castings. or an alloy that does not lend itself to mechanical treatment followed by structural refining.
It is therefore greatly desirable to possess a method capable, as has been said, of combining the casting and forging of metals and alloys, and various attempts have been made in the past to achieve this. - Develop a so-called die-forging method in which the metal is cast or molded between dies arranged to simultaneously exert a pressure die-forging the metal during solidification.
However, as far as is known at present, none of the methods proposed so far has proved to be fully satisfactory or even commercially applicable.
The object of the present invention is to provide an improved die-forging process for producing consistently high quality articles on a commercial scale and at a competitive price.
The invention is based on certain findings of how to conduct die constriction in the die-casting process to consistently achieve good results. We found that if the
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dies are tightened together too slowly or with an excessive delay, in order to wait for a semi-solidification state for example, the free surface of the metal tends to oxidize, and moreover, it is practically impossible to regulate the operation over time with sufficient precision for the metal to be forged to be in the most favorable state for this operation.
On the other hand, if the dies are tightened too quickly between them, so that the metal is abruptly engaged between the dies, the metal will tend to move violently or even spring back, which results in partial premature solidifications as well. lack of overall homogeneity, and furthermore, the metal can be subjected to practically the maximum exergible pressure between the dies before substantial solidification of the mass of material has occurred, which weakens the effect of mastering.
To overcome these difficulties, according to a feature of the invention, a die-forging process is characterized by closing the dies in the press, on molten metal, with a sufficiently reduced speed during the final period of distribution of the metal. in the entire space between dies, so that simultaneously - the metal is capable of slight displacements and / or that its solidification progresses substantially.
According to another characteristic of the invention, in a method such as above, the closing movement comprises a first phase carried out at a relatively high speed to capture the molten metal between the dies, and a second phase carried out at a relatively high speed. significantly reduced speed to conform and compress the metal between the dies.
As will easily be understood, the process according to the invention, as explained above, is carried out so as to allow a slight displacement of the metal and to obtain a real forging structure in the phase. end of the tightening of the dies, without requiring too great a precision in time or a delay in the start of the tightening liable to unduly expose the molten metal to atmospheric influences for too long a period of time.
Preferably, according to the invention, the passage from the first to the second phase of the tightening of the dies is obtained by external means at a point of the tightening stroke such that no significant internal pressure has yet. been developed in metal, whereby complete security is acquired against too rapid or premature complete tightening of the mold.
It has been found that the tightening of the dies can be advantageously carried out by means of a hydraulic press capable of working either at low pressure with a relatively high speed or at high pressure with a relatively low speed. In this type of hydraulic press, the speed-pressure change of regime is often carried out automatically according to the resistance encountered, and if it is seen as a consequence, that in a die-forging operation where the change would be allowed to occur. due to resistance, the change of regime would occur too late to provide the slow rate required to pick up the metal in the dies, but before any appreciable internal pressure has developed in the metal it is proposed, according to the invention,
to bring about a change of regime by means suitable for creating artificial resistance at a desired point in the operating course of the press.
Such means can be realized in the form of an elastic member developing a resistance high enough to trigger the change from fast to slow walking, without exceeding a value which would unduly reduce the final pressure of the press. .
Another solution consists in the use of a hydraulic shock absorber, the resistance of which is a function of the speed, making it possible to lose nothing of the final pressure of the press, and moreover, to control at will the resistance it offer during the race, for example, for the re-
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gradually decrease during the phase giving the forging structure.
If the hydraulic press used is supplied simultaneously by a high pressure pump and a low pressure pump, the speed change can also be achieved by switching off the low pressure pump according to the movement of the press. at a suitable point in its course.
In the course of tests carried out on the occasion of the present invention, it was also found that a major difficulty in carrying out the die-casting resided in the fact that the molten metal, under pressure, tended to adhere to the moldings. dies when these and the metal are at the temperature required by the process
In order to remedy this drawback, it is proposed according to the invention to use dies whose active surfaces have turned blue in an oil bath.
A further difficulty arises from the fact that the dies, and especially the lower die, into which the metal is poured or otherwise appropriately introduced, energetically cool the molten metal.
so that the latter can solidify prematurely in the parts in contact with the dies, and in particular the lower die, so that in these locations there can no longer be any movement or treatment of the metal.
In order to overcome this difficulty, it is proposed, according to the invention, to apply to the active surfaces of at least one of the dies, the lower die preferably, a fine powder with high thermal and lubricating power, such as. than certain clays in combination with metal oxides for example: pipe clay, feldspar, and graphite.
An advantageous embodiment of this characteristic powdering consists in applying it in the state of suspension in a suitable liquid.
However, so that the invention may be better understood, reference will now be made to the accompanying drawings in which:
FIGS. 1 and 2 represent two different examples of molds which can be used for implementing the method according to the invention, and FIGS. 3 to 6, various examples of means controlling the change of the operating speed of a press used for the application of the new process.
In Figure 1.1 shows a lower die and 2 an upper die combining to form a mold in which the die-forging takes place. The dies 1 and 2 are fixed to the upper and lower plates or pistons 3 and 4 of a press, respectively, movable relative to each other by means not shown. To carry out the die-casting, the upper die 2 is raised, after which the molten metal is poured into the lower die 1.
The upper die 2 is then lowered into the position shown in Fig. 1, and during this movement, as will be described later in more detail, is moved first at relatively high speed and then suddenly brought up to speed. running slowly before substantial internal pressure has already been developed in the metal captured between dies 1 and 2.
In figure 1 the dies 1 and 2 are in perfect or almost perfect hermetic contact in zone 5 while the device shown in figure 2 has a narrow hole in the same zone, giving rise to a burr of molding. Since the metal can thus escape to a certain extent through the edge of the mold shown in FIG. 2, it is possible in this case to obtain a high intensity mechanical treatment for the finished product, advantageously and favorably breaking down. crystal structure.
It has been observed, however, that satisfactory mechanical treatment can frequently
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This can also be obtained with the device of FIG. 1, in particular when the metal is capable of considerable shrinkage during solidification, which is the case with aluminum for example.
Figures 3 to 6 show different means of obtaining the change of speed with a hydraulic press. In these figures, which are purely schematic, the dies are not shown, and only the plates or pistons 3, 4 of the press as well as the device controlling the change of speed can be seen. '
In FIG. 3, a threaded rod 6 is fixed on the upper piston 4 and carries a threaded blind yoke 7 serving as a stop. The lower piston 3 carries a bundle of springs 8 disposed opposite the blind yoke 7 so as to be struck by the latter when the pistons 3 and 4 move towards each other.
The yoke 7 is adjusted so that it hits the bundle of springs 8 when the dies, fixed to the pistons have been brought together to a degree such that the metal is captured between the dies but without having still been subjected to significant pressure, or distributed throughout the volume between the dies. When the yoke 7 strikes the springs 8, the change of speed of the piston takes place in a known manner as a consequence of the resistance to the movement of the piston thus created.
The back pressure or resistance due to the springs 8 does not decrease and even increases during the whole final phase of the operation, and, consequently deducted from the final pressure of the press, must for this reason not be set higher than is strictly necessary to achieve the change of regime.
In the device of. FIG. 4, the lower piston 3 carries a threaded rod 9 onto which is screwed a blind yoke 10 supporting a stack of rubber disks 11 such that, during the movement of the pistons, the stack will strike. the upper piston 4 and thus create a back pressure. The mode of action: is exactly the same as that of the device in figure 3.
In FIG. 5, the lower piston supports a hydraulic press pot 12 with a plunger 13 surmounted by an adjustable threaded blind yoke 14, constituting a stop striking the upper piston 4 at a desired point in the stroke of the piston. A conduit 15 provided with an adjustable control valve 16 is connected to the oil-filled press pot. When the upper piston 4 and the stop 14 come into contact, the oleo-brake or the hydraulic damper constituted by the press pot 12 and the plunger 13 develops a counter-pressure which can be controlled by means of the valve 16. Contrary to the device of Figures 3 and 4, the back pressure developed by the hydraulic damper of Figure 5 only remains if the pistons are in motion, so that the final pressure of the press will not suffer any reduction.
When, after completion of the operation, the pistons are moved apart again, the plunger 13 controlling the braking is returned to the position shown in the drawing, by means not shown, for example, hydraulically or mechanically.
In the device shown in FIG. 6, the lower piston 3 is mounted on the piston of another press pot 17 supplied with hydraulic fluid from a reservoir 18 by means of, on the one hand, a pump. high pressure 19 and on the other hand, a low pressure pump 20, the supply by this last pump passing through a check valve 21, 22 represents a control valve which, when open, bypasses the two pumps , and closed, allows them to act and lift the piston 3. In this device, the low pressure pump is switched off in correlation with the movement of the piston 3 when the latter has reached the level set for that the piston speed change occurs.
To this end, the lower piston 3 may, for example, include a boss 23 cooperating with a lever with two arms 24, 25 by means of which the pump 20 can be switched off, for example, by means of a lever 26 controlling a valve 27 interposed on the delivery duct of the pump 20, either electrically, by stopping the pump motor for example, or else hydraulically.
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It will easily be understood that many other devices can be used to carry out the process according to the invention. Thus, the hydraulic press can be replaced by a mechanical press provided with control means such as a cam of suitable profile to ensure a sudden reduction in the speed of the piston at a suitable point of its stroke.
The new process is particularly applicable to non-ferrous metals such as aluminum and aluminum alloys and opens up the possibility of manufacturing, for example, pistons for automobile or aircraft engines which heretofore could not. be obtained by molding
In addition, it has been found that the described process is particularly suitable for the manufacture of metal articles coated with another metal having more suitable surface properties, but either too expensive, or else not suitable for constitute the body of the article in question. It suffices only to produce such articles by means of the process according to the invention,
to introduce a thin sheet or plate of coating material between the molten metal and at least one of the dies which are pressed onto the metal in the manufacture by the die-forging process of the article in question.