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Procédé et appareil de moulage par injection
La présente invention concerne les procédés et appareils de moulage par injection, et plue particulière- ment des améliorations qui sont apportées au moulage par injection et grâce auxquelles il est possible d'éviter les problèmes qui découlent de la solidifioation du métal fondu.
dans la tuyère d'injection et/où le ruissellement du métal liquide sur les faces de fermeture du moule*
Les machines habituelles pour pratiquer le moulure par injection, ou moulage mécanique comprennent deux coquilles de moulage dont l'une est mobile alors que l'autre est installée à poste fixe aux la machine et est munie d'une ouverture par laquelle on peut injecte? le
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métal fondu,
Le métal fondu provient d'une ouve de réserve portée par la machine et il est injecte dans la cavité qui est délimitée lorsque la coquille mobile est amenée à coopérer avec la coquille fixe, le mdtal étant injecte par l'action d'un plongeur ou piston qui repousse le métal liquida au travers d'un canal en col de cygne et d'une tuyère qui eut placés à l'extrémité de ce oanal et qui déboucha dans la cavité de moulage.
Le métal est fourni au oanal en col de oygne à partir d'une cuve ohauffée par un orifice de remplissage qui est fermé par le piston lorsque celui-ci commence à s'abaisser., Après que le piston a repous- sé le métal dans la cavit6 de moulage au travers du col de cygne et de la tuyère, le piston oommenoe sa course de retour en direction de sa position de réalimentation ce qui crée un vide entre le métal qui reste dans le col de cygne et le métal solidifie qui remplit la cavité de moulage.
Dès que l'orifice de remplissage du canal en col de cygne est ouvert, la pression atmosphérique qui s'exerce sur le métal liquide dans la poche de réserve, repousse le métal fondu dans le col de cygne pour remplir celui-ci ainsi que la tuyère jusqu'à établir à nouveau le contact avec le métal occupant la cavité de moulage. Après que le piston a repris sa position supérieure extrême, les coquille% roatont rapprochées pendant un certain temps prédéterminé pour permettre le refroidissement de la pieoo moulées Après ce délai, les coquilles se séparent et la pièce moulée est enlevée de la tuyère.
En cet instant, le métal liquide qui ae trouve dans la tuyère et dans le col de oygne tend à refluer en direction de la ouve, à l'équilibre hydros- tatique avec le métal contenue dans celle-ci, Lorsque les coquilles sont totalement séparées, la pièce moulée est éjectée à l'aide de broches de démoulage et un nouveau
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oyole de moulage peut commencer,
Il s'est avéré depuis quelque temps qu'en dépit du fait que ces machines automatiques de moulage par in- jection, étaient rapides et efficaces, ce qui leur a valu de larges succès commerciaux,
elles posent un problème délicat provenant principalement du fait que le métal fondu contenu dans le col de oygne retourne à la tuyère au oontaot avec la pièce moulée après retour du piston dans la position de remplissage, étant donné la présence d'un vide dans le col de oygne et l'ouverture de la lumière de remplissage. Dans la plupart des moules, un refroidissement artificiel est appliqué sur la partie de la pièce moulée qui forme la masselotte et qui eat en communication directe avec la tuyè- re. Ce refroidissement de la masselotte est une grande cause de difficultés, car du métal fondu se trouve dans la tuyère et le col de cygne pendant la majeure partie de la période de refroidissement de la pièce moulée.
Si le refroidissement artificiel est trop intense, la masselotte se solidarise avec le métul oontonu dans la tuyère et la pièce moulue reste accrochée à la coquille fixe après l'ouverture du moule. Si le refroidissement est insuffisant, la piboe mou- lée n'est pas suffisamment durcie et la pointe de la masse- lotte roate à l'état demi-fondue et reste accrochée dans la coquille fixe au moment de l'ouverture du moule, le reste de la pièce moulée étant retiré avec la coquille mobile.
Dans les deux cas, le moulage doit être arrêté jusqu'à ce que la masselotte ot la tuyère puissent être dégagés.
Inversement, ai le refroidissement est presque parfait, au moment où. s'écarte la coquille mobile et où la masse- lotte se sépare du métal fondu occupant la tuyère, on a bien souvent un ruissellement de métal en provenance de l'extrémité de la masselotte au moment du déplacement de la
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coquille mobile, métal qui se dépose eu! la face de ferme- ture de la coquille mobile et se solidifie, ce qui empêche le moule de se fermer complètement lors de la prochaine opération de moulage. Une certaine quantité de métal liqui- de peut s'écouler de la tuyère à destination de la partie de la coquille fixe correspondant à la masselotte,et venir ruisseler sur la face de fermeture de ladite coquille, ce qui empêche à nouveau la fermeture complète du moule lorsque les coquilles sont rapprochas en vue de la pro- chaine opération de moulage.
Il est presque impossible d'obtenir un refroidissement parfait à 100 f dans la partie du moule correspondant à la masselotte, étant donné que ce refroidissement dépend de la température du métal fondu, de la température du moule, de la température de l'agent de refroidissement, de la température de la pièce, du rythme des opérations et de nombreuses autres variables. Par consé- quant, on ae résigne on général à des compromis dans les machines habituelles de moulage par injection, et l'on rencontre toujours quelques problèmes quant à l'obturation de la section de la tuyère ou au ruissellement du métal liquide sur les faces de fermeture des coquilles.
Etant donné les problèmes et inconvénients impor- tants qui résultent du ruissellement de métal liquide sur les faces de fermeture des coquilles, de nombreuses maohi- nes de moulage par injection sont munies de brosses qui balaient automatiquement les faces de fermeture des co- quilles aprèo l'éjection de chaque pièce moulée.
Toutefois, cas brosses ne sont pas d'une totale efficacité et il y a lieu d'en surveiller constamment le fonctionnement, En outre, le temps nécessaire pour ce brossage augmente la durée de chaque opération de moulage et réduit de façon appréciable le nombre de pièces moulées susceptibles d'être
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effectua dans l'unie de temps,
L'invention vise par conséquent une machine auto- matique de moulage par injection, dans laquelle le métal liquide contenu dans le col de oygne et dans la tuyère est séparé de la masselotte du moulage pendant la plus grande partie de la période de refroidissement, oe qui permet d'éviter los inconvénients qui résultent d'un contact entre le métal liquide et la masselotte,
à savoir l'obturation de la tuyère et/ou lemiss@llement de métal liquide sur les faces de formoture des coquilles,
L'invention a l'avantage de permettre la suppres- sion des brosses de nettoyage et autres dispositifs analo- gues, et ainsi d'entraîner une amélioration du rendement de la machine, autrement dit une production accrue de pièces moulues dans l'unité de temps.
L'invention a également l'avantage de rendre beau- ooup moins oritique que dans les machinée habituelle* de moulage par injection le problème du refroidissement ou de la solidification de la pièce moulue étant donné l'absence do métal fondu de la tuyère et de la partie supérieure du col de oygne pondant la fraction de refroidissement ou de {solidification du cycle de moulage.
Il en découle l'avan- tage supplémentaire que l'on évite les fréquents arrêts de la machine et la nécessite de nettoyer la tuyère,
L'invention sera. décrite ci-après de façon plus détaillée, on ae référant aux dessine ci-annexés, lesquels sont fournis à titre purement illustratif et dans lesquels;
La figure 1 est une ooupe partielle de profil d'une machine automatique de moulage par injection, selon l'invention.
La figure 2 est, une coupe partielle de profil d'une machine selon la figure 1, montrant le stade d'injeo'-
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tion du métal liquide dans le moule.
La. figure 3 est une coupe de profil correspondant à la figure 2 montrant le piston dans une position inter- médiaire de au. course de retour, pendant la solidification de la pièce moulée.
La figure 4 est une coupe partielle de profil qui correspond à la figure 2, mais qui montre le piston en position totalement rétractée les coquilles étant séparées l'une de l'autre, en une éjection do la pièce moulée) et enfin,
La figure 5 est une vue schématique du mécanisme d'une machine automatique à mouler par injection selon un mode particulier de mise en oeuvre de l'invention,
Ainsi que le montrent les dessins, la machine à mouler par injection comprend un four 1 aveo une chambre de chauffage 2 et une ouverture 3 pour l'entrée d'une flamme do Gaz ou de tout autre système de chauffage.
Dans la chambre de chauffe, est placée une cuve 4 en vue de mainte- nir à l'état fondu le métal de moulage 5, Bien que cela ne soit pas un aspect essentiel au point de vue de la présente invention, il est préférable que la ouve soit subdivisée par une cloison 6 en deux compartimenta A et B, comme le montrent les figures, le niveau du mdtal fondu dans le com- partirent A 6tant maintenu constant par une cuiller de coulée 7, qui peut pivoter sur un axe 8, et qui coopère à ooulissement par le truchement d'une broche 9 avec une fente 10 portée par une tige 11, qui est fixée par des écrous 13 sur le bâti 12 de la coquille mobile.
Tout métal fondu en excès introduit en excès dans le compartiment A par la cuiller, retourne dans le compartiment B en se déversant au-dessus de la cloison 6.
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A l'intérieur du Compartiment A de la ouve de réserva 4, se trouve la mécanisme 14 d'injection du métal, avec un cylindre 15, un col de cygne 16, qui cet muni & sa partie supérieure d'une tuyère 17, laquelle et en com- munication avec l'orifice de masselotte 18 de la coquille 19, elle-même montra à poste fixe sur le bâti 20 de la machine.
Le piston 21 pout coulisser dans le cylindre d'in- action 15 et il se prolonge vara un cylindre supérieur 22 qui est porté par le châssis de la machine, Le cylindre 15 est muni d'une lumière de remplissage 14a, qui communique avoo le compartiment A de telle sorte que le métal liquide puisse s'écouler à 1' intérieur du cylindre 15 lorsque le piston 21 est en position extrême haute.
La tige du piston 21 porte à sa partie supérieure un piéton 23 qui peut exé- outer, à l'intérieur du piston 22 un mouvement de va et vient sous l'action de la pression d'huile alternativement introduite et évacuée par les canalisations 24 et 24a, les quelles sont relises à la soupape de distribution 26 appa- raissant sur le acharna, de la figure 5.
Lorsque la piston est abaissé par l'application d'une pression hydraulique dans la canalisation 24 et grâce à l'évacuation de l'huila par la canalisation 24a, ledit piston 21 ferme tout d'abord sa lumière de remplissage 14a, puis repoussa le métal liquide du cylindre 15 au travers du col de cygne 16, puis de la tuyère 17, à l'intérieur de la cavité du moule, ainsi que cela est montré sur la figure 2. C3tte manoeuvre ne se produit que lorsque les coquilles constituant la moule août au contact l'une avec l'autre.
La coquille mobile 27 est montre sur le support de coquille 12, auquel est fixée une tige 28 qui porte à
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son autre extrémité un piston 29 monté à coulissement à l'intérieur du cylindre 30 comme le montre la figure 5.
La coquille mobile 27 est déplacée en direction de la coquille fixe 19 et serrée au contact avec celle-ci par la pression hydraulique s'exerçant dans le cylindre 30 et repoussant la tige 28 et le support de coquille* Le support de coquille et la coquille mobile sont maintenue à l'ali- gnement parfait avec la coquille fixe au moyen do tiges 31 sur lesquelles le support do coquille peut coulisser par le truchement de manchons 32.
La coquille mobile 27 coopère avec le plateau d'é- jection 33 qui porte des broches de démoulage 34 et qui est relie aux ties d'éjection 35. Lorsque la coquille mobile est au contact avec la coquille .fixe, le plateau d'éjection se trouve dans la position montrée dans les figures 2 à 4 et les brochas de démoulage sont ramenées en arrière de talle sorte qu'allas sont à fleur avec la surface de la ooquille mobile.
lorsque l'opération de moulage est terminée et que la ooquille mobile ebt ramenée en arrière dans la position montrée par la figure 4, les tiges d'éjection vien- nent heurter une butée d'éjeotion apparaissant en 39 sur la figure 1, d'où il résulta que les ressorts 36 sont comprimes, que leu brochas de démoulage viennent porter sur la pièce moulue 5a, et dégagont celle-ci du noyau 37 de la coquille mobile ,
La figure 1 montre également une cuve auxiliaire d'alimentation on métal fondu 40, qui est pourvue d'un sys- tème de chauffage adéquat et qui permet d'alimenter en métal liquide,
au fur et à mesure des besoins, le compartiment B de la cuve principale 4, au moyen d'une cuiller à commande mécanique, laquelle est articulée sur un bras fixe 42 et sur-un bras mobile 43 qui est actionne par un piston
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La machine automatique de moulage par injection selon l'invention, a un fonctionnement qui est semblable à celui dea machines antérieurement connues, saut sur un point, C'est Minai que chaque cycle de moulage débute lorsque les coquilles sont séparées l'une de l'autre, au. tramant dit lorsque le moule est ouvert et que le piston d'inaction setrouve dans la position supérieure montrée par la figure 1.
Dans le ous des machines habituelles de moulage par injection, pendant la première phase de l'opé- ration de moulage, les coquilles sont rapprochées et le piston s'abaisse pour emplir la cavité du moule, Dès que le métal liquide contenu dans le moule notamment dans les jeta de coulée et/ou des parties do la masselotte a ou le temps de se solidifier, ce qui demande environ une seconde pour les petites pièces, le piston revient à sa position extrême haute pour laquelle la lumière de remplissage est ouverte pour roator dans cette position pendant la seconde phase du refroidissement et de la solidification,
phase dont la durée dépend de la dimension et de l'épaisseur des pièces et s'étend sur quatre ou cinq secondes dans le cas des petites pièces; pondant ce temps, le métal peut se solidifier complètement dans la cavité principale du moule* C'ost au début de la seconde phase de refroidissement et do solidification que le fonctionnement du dispositif selon l'invention se distingue essentiellement de celui des dis- positifs antérieurement connus, Selon la présente invention, la piston n'ont pas ramona dans sa position extrême haute pour laquelle la lumibre de remplissage est ouverte, mais il reste dans une position intermédiaire,
gardant la lumibre de remplissage fermée jusqu'à ce que la seconds phase de l'opération de moulage soit achevée et que les coquilles . soient ouvertes.
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Si l'on se réfère maintenant à la figura 5, un oyola de moulage débute au moment où la pièce moulée produite au cours du cycle précèdent, est éjectée et tombe sur
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le couloir 44 on abaiaaant le bras pivotant 45, qui ho- tionno l'interrupteur 46 romottant à zéro le programmateur 47' LI) progrmnrnatour actionne la soupape de distribution 481 laquelle envoie do 1' huile noua pression dans la oana- lisation 49 et met la canalisation 49a en communication avec l'Óopoment, ce qui provoque le déplacement du pis- ton 29 dans le cylindre 30. L'avancement de la coquille
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mobile 27 actionne au pasauge l'interrupteur 50, qui dé- clenche le programmateur 51, lui-môme associé à la soupape da distribution 26, réglant le mouvement du piston 21.
Dans ces conditions, lorsque les coquilles sont au contact, autrement dit lorsqu'elles sont dans la posi-
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tion montrée par la figure 21 le piston Zl s'abaisse et repousse du métal liquide en provenance du cylindre dans la cavité du moule, au travers du col de cygne et de la tuybre 17. Après éooulomont du délai prévu, le programma-
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teur 51 actionne à nouveau la eouva19 de distribution 26 et le piston 21, commence sa coursa de retour lorsque cette soupape de distribution envoie le fluide hydraulique sous
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praaaion dans la canalisation 24a qui était antérieurement raccordée à l'échappement et relie à l'échappement la cana-
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lisation 24 qui était antérieurement soumise à la pression du liquide hydraulique.
Toutefois, selon la présenta inven-
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tion, le piston est empechd de revenir jusqu'en position extrême haute par l'intervention d'une collerette 52 qui est portée par l'extrémité supérieure de la tige dudit piston 21 et qui aotionne un interrupteur 53 faisant fonc-
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tionner la soupape de blocage 54, laquelle bloque ,é.. chappement de l'huile dans la canalisation 24 et immobilise
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le piston dans la position intermédiaire a-a visible sur les figures 3 et 4.
Cela représente l'aspect le plus caractéristique du dispositif selon l'invention, étant donne qu'en cet instant du cycle de moulage, la cavité du moule a été remplie avec du métal fondu et le retour du piston a orée un vide dans le col de cygne 16 du mécanisme d'injection, avec le résultat que le métal liquide en excès a été évacué do la tuyère 17 et de la partie supérieure du col de cygne.
Etant donné que le piston est bloqué dans la position a-a à 1' intérieur du cylindre 15, oommo cela est montré par les iigures 3 et 4, 1' orifice de remplissage 14a, pratiqua dans la paroi du cylindre d'injection, reste fermé et la pression atmosphérique s'exerçant sur le mitai fondu dans le oompar- timent A de la cuve 4, ne peut annuler le vide régnant dans le col de cygne oomme cela se passa dans les machines à mouler de type habituel
Après écoulement d'un délai donné, pour le refroi- dissement et la solidification de la pièce moulée, soit quelques secondas au moins,
la programmateur 47 actionne à nouveau la soupape de distribution 48 et la coquille mobile 27 se sépare do la coquille fixe 19.La moulage solidifia 5a route fixé au noyau 37 da la coquille mobile de la façon montrés par la figura 4.
Lorsque la coquille mobile se rotire en arrière, elle actionne l'interrupteur 55 qui ouvre nouveau la soupape de blocage 54 et permet à l'huile de s'échapper à nouveau par la canalisation 24 de aorte que le piston peut achever sa course de retour et venir dans la position qu'il occupe sur la figure 1 et qui est montrée par le trace interrompu sur la figure 4, en ouvrant l'ori- fice de remplissage 14a, de telle aorte que du métal fondu peut s'écouler en destination du mécanisme d'injection
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afin de compenser la quantité utilisée au cour$ de l'opé- ration de moulage.
Ainsi que la montre la figure 1, l'ouver. ture de la lumière de remplissage 14 a permet au métal de s'écouler dans le mécanisme d'injection et de remplir le col de cygne jusqu'au nivaau correspondant au niveau atteint dans le compartiment A sur la figure 1.
Il est rationnel que le niveau du métal liquide dans le col de cygne soit élevé et aussi près que possible de l'ouverture de la tuyère, afin de réduire la quantité d'air qui se trouve dans le col de cygne et dans la tuyère, puisque des quantités excessives d'air qui sont injectées dans la cavité du moule pondant le oyole de moulage se tra- duisent par dos pièces mouléos de mauvaise qualité, affec- tées par des soufflures et des défauts de surface. Le main- tien du niveau du métal liquide est assuré par la cuiller à fonctionnement automatique qui est montrée sur les :figures.
Ainsi que la montre la figure 1, le niveau du métal liquide dans le col da cygne correspond au niveau du métal liquide dans le compartiment A de la cuve, ce niveau étant déterminé par la hauteur de la oloison 6 qui sépare les compartiments A et B.
Pondant que la coquille mobile 27 et son support 12 continuent leur mouvement de retour en arrière, la cuiller 7, qui était immerge en position inférieure dans le métal liquide contenu dans le compartiment B de la faqon indiquéo par le traoé en trait mixte sur la figure 1 et en trait plein sur la figure 2, pivote sur son axe 8, de sorte qu'elle bascula et que le métal liquide puisse s'écouler dans le compartiment A afin de remplace? le métal liquide qui a été utilisé au cours du moulage.
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Simultanément, les tires d'éjection 35 qui sont fixées à la plaque d'éjection 33, viennent heurter la butée déjection 39, comme cela eat montré sur la figure 1, et il en résulte que les roasorts 36 sont écrases et que les brochas 34 de démoulage s'engagent à l'intérieur de la coquille mobile 27 et libèrent la pièce moulée du noyau 37.
La pièce moulue 5a tombe sur le couloir 44 et fait fono- tionner l'interrupteur 46 qui fait commencer un nouveau cycle da moulage Il y a lieu de noter que l'invention n'est pas limitée aux aspects spécifiquement décrits et illustrés ci-dessus, et que do nombreuses variantes sont possibles sans pour autant sortir du cadre de l'invention, L'aspect essentiel de l'invention résida dans une machine à mouler par injection, équipée da telle aorte qu'un vide est orée dans le col do cygne du système d'injection du métal liquide,
ce vide étant conservé aprba que les coquilles ont été séparées et que la pièce moulée a été retirée du logement de la mas- se lotte dana la coquille fixe.
Marne si ce vide peut être maintenu par d'autres moyens, par exemple on munissant la lumière de remplissage d'une soupape qui ne serait ouverte que lorsque les co- quilles ne sont pas en contact les unes avec les autres, ou en commandant la retrait du piston de telle sorte que celui-ci fonctionne à vitesse réduite, ce qui permettrait à la pièce moulée d'être complètement solidifiée et les faces do contact des coquilles séparées avant l'instant oû le piston atteint la lumière de remplissage, on préférera, en vue d'accroître le rendement de la machine, de munir le piston d'une soupape de blocage du genre montra sur le dessin ci-annexé,
soupape grâce à laquelle le piston revient rapidement en position a-a et se trouve maintenu dans cette
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position pendant un certain temps déterminé à l'avance, pour permettre à la pièce moulée contenue dans la cavité du moule do se solidifier ot aux faces des coquilles du moule
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de un R0paror avant do revenir en position extrême haute.
Duns les machines z mouler par injection de type habituel un vide apparaît n6o.asairament dans le système d'inaction lors du retour du piston. Toutefois, le retour du piston est instantané et complet et le vide est détruit instantanément une fois que le piston atteint la lumière
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de remplissage Ó tah111JIJant la communication entre la ouve ot la cylindre d1 inaction, puisque la métal liquide contenu dans la cuve est à la pression atmosphériqueDans ces conditions, le mitai liquide est aspiré à l'intérieur du cylindre d'injection et le col de cygne et la tuyère sont complètement remplis à l'instant où la pièce moulée est solidifiée et où. les coquilles se séparent,
Le retrait de la masaelotte appartenant à la pièce moulée solidifiée de
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l'ouverture de maesalctte ménagée dans la coquille fixe, peut avoir doux oonn6quancon, Si lo rotro1diasamant ont insuff-isant, la maouelotte aat encore à moitié liquide et une petite quantité de métal liquide peut s'écouler de la
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pointe do la maesolotte ou de la tuyère.
Dana la plupart des cas$ ce métal tombe sur la face de fermature de la coquille mobile où il se solidifie ce qui empêche une prise parfaite de contact avec la face de la coquille fixe pendant le prochain oyole de moulai* D'autre part, si le refroi- dissement est trop intense, le métal liquide contenu dans
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la tuyère n continuité avec l'ouverture de la massalottt, se solidifie en m8me temps que ladite masselotte et, dans ces conditions,
la pointe de la mageolotte pourra S8 CadOOe et rester en place au moment du démoulage Il faut alors arrêter la machine et dégager le métal solide contenu dans
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l'ouverture de la massalotte et aune la tuyère avant que l'on puisse procéder au cycle suivant de moulage.
Ces problèmes,qui se posent avec les machines habitas lies à mouler par injection, sont totalement sur- montra par le procédé et le dispositif selon l'invention, étant donné que le vide orée dans le col de cygne est maintenu intact jusqu'après la solidification du moulage et la séparation des coquilles.
Il n'y a pas de métal fondu dans la tuyère ou à proximité de celle-ci qui pourrait se solidifier ou ruisseler dans l'ouverture de la masaelotte et on fait il s'est avéré que la pointe extrême de la mas- aelotte qui resta en contact avec la tuyère ohaude et qui de oe fait ne se solidifia pas, est aspirée au travers de la tuyère par le vide régnant dans le col de cygne, avec le résultat que le moulage présenta un léger oreux à l'endroit où se trouverait normalement la pointe de la masselotte.
Il suffit donc d'examiner périodiquement les pièces moulées pour pouvoir contrôler rapidement et avoo précision le bon fonctionnement de la machine. L'absence de métal liquide dans la tuyère et le haut du col de cygne pendant le refroi- dissement et la solidification de la pièce moulée rendent l'étape de refroidissement beaucoup moins délicate que dans le cas des machines habituelles. Mine si le refroidissement est insuffisant, le métal restant liquide à l'extrémité de la m@sselotte fera retour dans la tuyère et ne pourra doho ruisseler sur les faces do contact das coquilles* Inverse- ment, un refroidissement exagéré ne soulève pas de problèmes,
étant donné que la tuyère et la partie supérieure du col de ayene ne contiennent pas de métal liquide susceptible de so solidifier.