CA1039026A - Installation de coulee rapide basse pression - Google Patents

Abstract

Installation dans laquelle une pompe électromagnétique immergée alimente successivement au moins deux moules de coulée basse pression, l'alimentation du deuxième moule s'effectuant pendant le refroidissement du premier moule, remarquable en ce que les moules sont disposés de part et d'autre de la pompe et de la verticale de la poche de maintien et à un niveau plus élevé que celle-ci. De plus, les opérations d'accostage et de verrouillage du conduit d'amenée du métal fondu dans le moule sont simplifiées et accélérées.

Description

~0390Z6 La présente inv~ntiun concerne une installation de coulée rapicie basSe pression.
On sait qu'3 l'heurs actuelle, une installation de coulée basse pression de caractère industriel comprsnd trois éléments :
- un four de maintien contenant un creuset étanche capable de r~sister ~ des prsssions de 1 à 1,5 bars, - un moyen pneumatique assurant la remontée du métal vsrs le four soit par pression d'un gaz ou de l'alr, soit par dépresslan - un moyen d'accostage comprenant le condult d'amenée du mstal fondu du creuset vers le moule et le dlspositif de centrage et d'étanchéité
de ce conduit par rapport à l'orlflce d'entrée du moule.
On salt qu'un grand pas a été r~allsé dans le perfectlonnemsnt des installations de coulée basse prsssion lorsqu'il a été possible de j substituer une pompe ~lectromagnétique aux moyens pneumatiques permettant 1 e10r8 d~agSUrer 1H remontse du m~tal liquide vers le moule et d'svlter olni3i d'enfermer tout ou partle du creuset contenent le m~tal fondu dans une ~nceinte ~tanche.
On a pu ainsi op6rer le remplissoge du moule de façon plus régullère 1 puls porter la presslon de forgeage ~ des valeurs doubles des valeurs l~ 20 précédemment obtenues puisque la solldlté des parois du creusst n'étalt plus en cause. Avec des presslons de forgeege de l'ordre ds 3 bars, 11 a , ~té possible d'obtenir par ce procédé des pi~ces coulées d'une finesse 3 impossible ~ obtenir Jusqu'alors par les procéd~ de coulse bas~e pression classiques. Les lnstallations de coulée basse presslon utili~ant les ~ pompes électromagnétiques immergées ont donc permis d'obtsnlr un certain Il nombre d'om~lloration. Notamment, il est d~sormais faclle de régler la ~ vitesss d'inJection et la surpression de forgeage en agissant slmplemsnt I sur la tension de service de la pompe. On peut sgalsmsnt adapter la pompe électromagnétique à n'imports qusl four pourvu qu'il soit muni d'un bassin dans lequsl on peut introduire la pompe. On évits ainsi 1B recours à des --'~, ~ 10390Z6 gaz de surpression avec toutes les fuites qu'ils entrainent. Enfin, il est d~sormais possible de recharger le four pendant que l'installation est en service, et d'introduire des produits d'affinage du métal sans interrompre le fonctionnemsnt de l'installation.
Cependant, malgré les divers perfectionnements exposés ci-dessus, la coulée basse pression demeure une opération on~reuse nécessitant la mise en oeuvre de machlnes coûteuses qui demeurent lnutlllsées pendant le tempfl de refroidissement des moules et pendant leur poteyage. L'inventeur a cherché 3 rédulre le temps d'immobilisation de la pompe pendant ces périodes. On sait en effet que 9i l'on se reporte au diagramme des opérations, l'op~ration d'accostage de la pompe et du moule, suivie de la mise de ce moule 50U8 pression et suivie du maintien de la pression jusqu'au moment où la base du moule est figée, représentsnt un temps assez sensiblement ~gal au tsmps de solidificatlon complète et de refroidissement d~ la pi~ce coul~s dans le moule, suivl du temps nécessalre b l'évacuatlon de la pl~ce Coul~e~ du temps de poteyage ultérieur du moule, 0t de la mi~e en place dss noyaux. De sorts que l'lnventeur a consteté que la pompe ~lectromagnétlque re~te en général inutlllsée pendant le moltié du cycle de la coulée.
Mettant en oeuvre 1BS proprlétés spéclflques des pompes électromagn~tlques immergées, ll est apparu avantageux de falre sublr à la pompe une rotatlon de près de 130 après une opératlon de coulée st de procéder à une deuxlème opération de coulée sur un deuxlème moule placé à la msms distance de la pompe pendant le refroldlssemsnt du premler moule. Une telle opératlon n'est naturellement possible que 8i un certaln nombre de modiflcation~ ont été apportée~ au moule, à la canalisatlon d'amenée du métal fondu, aux moyens de centrags de ces deux éléments et à leur mi~e en contact étanche, ces opératlons devant stre effectuées en un laps de temps extremement rédult n'entralnant pas d'immobilisation complémentaire.

L'ob~et de l'inv~ntion est donc une installation de coulée rapide basse preSsion compr~nant une poche de maintisn contenant un métal fondu ., ..

~0390Z6 dont une partie au moins est à l'air libre, une seule pompe électromagnétique partiellemænt immergée, dans la partie de la poche de maintien située à
l'air libre, au moins deux moules disposés de part et d'autre de la pompe ~ un niveau plus élevé que la poche de maintien, un canal d'injection, des moyens d'accostage solidaires de la pompe élsctromagnétique des moyens de verrouillage rapides dudit canal d'in~ection auxdits moules, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins deux moules disposés à la meme distance de la pompe, en dehors de la verticale du four ds maintien, et en ce que lesdits moules sont connectés à tour de rôle à la pompe par l'intermé-diaire des moyens d'accostags et de verrouillage rapides.

Pour rédulre le temps de manoeuvre, l'opération d'accostage et la phase de verrouillage doivent être exécutées très rapidement. Cet impératif de vitesse entra~ne la mise au point d'un certain nombre d'agencements pertlcullers, cRrtalns d'entre eux concerncnt le canal d'ln~ection sont solldalres ds ce dernier, et d'autres concernant plus directement le moule sont llés eu moule. En effet, lorsque 1B dl~po~itlf da refroidlsssmant en soi connu dl3posé ~ la base de la plèce coul~0 a provoqu~ le gel d'une couche de métal, 1B canal d'inJectlon peut etre désolldarisé du moule, la pompe éleotromagnétlque peut être entralnée en rotatlon sur ells-meme par un dlspo~ltlf ~galement en 80i connu ~usqu'à ce que l'extrémité du cenal d'ln~ectlon arrive au contact de l'entrée du moule sulvant 3 remplir.
Les op6r~tlons d'accostage et de verroulllage du conduit sur le moule peuvent alors etre effectuées. La mise en oeuvre du disposltlf de verroulllage salon l'lnventlon a un effet autocentreur qul am~ne l'axe du canal d'ln~ection en co~ncldence avec l'axe de l'entrée du moule. Le canal d'ln~ectlon ~tant rlglde, c'est en réallté l'ensemble de la pompe et du can~l d'inJectlon qul se déplace de quelques millimètres dans les limites du ~eu permis à la pompe par son dispositif de suspension. Lorsque le verrouillage est terminé, l'opération de rsmplissage du moule peut "~, commencer~

'' ~ ':' 10390~6 Les différents éléments qui concourent à la réalisation oe l'installa-tion de coulée rapide sont expos~s plus en détails dans un exemple de réalisatlon décrit ci-dessous en référence à
la figure 1 correspondant au diagramme de fonctionnement de l'in~talla-tion, la figure 2 montrant en coupe les élément~ de l'installation participant l'accostage, la figure 3 dannant une vue d'ensemble d'uns installation à niveau constant.
Le graphique supérieur de la figurs 1 représente la pression du métal llqulde dan8 le canal d'lnJection en fonctlon du tsmps lorsque la pompe ~lsctromagnétlque allmsnte un seul moule. On voit que si l'opération d'accostage commence en A, pendant le temps 1 correspondant à l'opération d'accostage, la pres3ion est malntenus à une valeur po psrmettant de m01nten1r 1B métal fondu dens le canal d'in~ectlon pour évlter un gel intempeetif de cslul-cl et rédulre l'oxydetlon ~ur les parois lnternes , de ce condult.
Lorsque la phase d'acco~tage 1 est termlnée, on augmente rapldement la pres~lon de façon ~ rempllr le moule sulvant la partie 2 de la courbe représsntativs- Lorsque le moule est plein, on contlnue à élever la presslon Jusqu'à la pression de forgeage p qui est maintenue psndant un certaln temp~ tpartie 3 de la courbal. Un dispo~ltif de refroldlssement agis~ant sur une couche relatlvement mince de métal est sltué ~uste à
la base de la place moulée. La pression est ramen~e à po dès que le gel est obtenu au niveau de ladlte couche mince de façon ~ permettre au métal fondu en excès de redescendre vers la poche de malntlen et d'éviter ~ de gsler le3 parties avolsinantes du canal d'in~ection. Dans le mouls, ¦ l'opération de refroidissement 5 va se poursulvre, suivie de l'opération d'ouverture du moule 6, de l'évacuation de la pi~ce coulée 7 et enfin du , 30 poteYage ~. L8 moule est alors pr8t pour un nouvel accostage.
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~03902~6 Lorsque ces diverses opPrations sont représentées sur un diagramme tel que le graphique supérieur de la figure 1, on constate que dans la très grande majorité des cas, la somme d2s temps correspondant aux opérations t1 ~ 2 ~ 3 ~ 4 ) est très sensiblement du meme ordre que le temps correspondant ~ la successio~ des opérations t5 ~ 6 1 7 + 8~. Or, ces dernières op~rations peuvent être exécutées sans intervention de la pompe électromagn~tique, de sorte qu'il a paru avantageux de déconnecter l'extr~mit~ du canal d'alimentation et le moule dès le point ~ du dia-gramme et d'allmentsr sans tarder un deuxième moule suivant le diagramme inférieur de la figure 1 pendant le refroidis~ement du premier moule.
Pour que ces opératlons solent avantageuses, 11 est évident qu'll est nécessalre de falre passer le canal d'allmentation du premier moule au second en un temps aussi court que possible. Il est vrai que lorsque la plèce à mouler présente un certaln volums, le temps de rsfroldissement peut devenlr plu~ long que celul qul est prévu sur la figure 1. Mais lor~que ce tsmps d~vient proche du double du temps nécessalre aux opératlons

2 ~ 3 ~ 4), il devlent avantageux de dl~poser un trol~l~me moule. On , volt donc que lors de la coul~e de grosses pl~ces ~ulvant la technlque de lo basse press~on, 11 sera posslble avec le m~me dlsposltlf ds couler un iJ 20 nombre de pièces important et d'augmentsr d'autant le rendement de l'lns-¦ tallatlon de coulée.
La flgure 2 permet de comprendre les avantage~ de l'lnstallatlonconforme b l'lnventlon. Sur la table 10 est représenté le moule de coulée bas~e presslon 11 comportant 2 partles 12 et 13 entre lesquelles est coulée la plèce 14. A la base 15 de là plèce coulée est dlsposé un moyen ~ de refroldlssement connu ~non rsprégenté) qul prodult à CB nlveau la 1 ~ormation d'une couche de métal solide qul permet ds découplsr la pièce oulée 14 encore llqulde ou tout au molns en cours de solldiflcatlon du ! 30 métal fondu amené par le canal 16. Le niveau 31 du métal liquide correspon-l dant à la prsssion po dans le canal d'in~ection s'établit 3 une certaine il - 5 -;~ :
~ , ,', ' distance au-dessous de la couche gelée. L~ moule est prolongé vers le bas par une pi~ce 17 en c~ramique se présentant intérieursment comme un entonnoir lé~èrement évasé, la face inférieure 1B de ce bloc céramique 17 affecte une form~ tronconique dont la partie la plus large est tournée vers le haut.
La partie supérieure du canal d'alimentation 16 est également constltués lnt~rleurement par un bloc céramique 19 cylindrique de meme nature que le bloc 17. La tranche supérleurs 21 de ce bloc est taillée sn tronc ds cone de m~me ouverture qus la facs inférieure 18 du bloc céramique 17. Le~ faces en regard 1a et 21 sont pollss avsc soln, ds sorte que lorsque les deux ~lémsnts céramiques 17 at 19 sn présence viennsnt en contact st sont vsrrouillss l'un cGntre l'autre, la face 21 vient s'appli-quer de façon étanche sur la facs 18, le8 dsux canalisations devenant coaxiales.
Lor~que per sults d'une manoeuvre de transfert de la pomps et ds , ~on canol d'~llmentation, l'extrémlté 21 du c~nal d'~llmentatlon 80 ;, trouve au volsinage lmmédlat ds 13 face 12 de l'entrée du moule et que lo co~ncldence des ~xss des deux canaux est réallsés à quelque~ millimètres r~B, 1B falt d'avancer le canal d'allmentation 16 contre l'entrés du moule met le8 deux faces lisses 18 et 21 en contact, les fait glisser l'une sur l'autre et 1B~ amène en contact plus étrolt à condition toutefoi~
que ce contact soit réelisé de façon très progresslve sans brutalité.
C'e~t cette condltlon essentlelle dans le fonctlonnement du dlsposltif qui e~t réalisée en dotant l'enveloppe extérleure du canal d'ln~ectlon 16 de tétons 22 et 23 de chaque coté du canal. Sur chacun de ces téton~ prend ~ppul une came à ~oue semi circulalrs 24 excantrée, dont le centre de rotatlon 25 est supporté par un té rigide 26.
Un vérin 30 agit sur l'axe 27 par l'intermédialre d'un bras 29 qui coulis5e dans le vérin et d'une bislette reliée d'un c~té a l~axe 27 et SO dn l'autre à l'axe 28 placé a l'extrémité du bras 29. En position reculee, ,, , , la came à joue semicirculaire 24 entre en cuntact avec le téton sans soulever le canal d'injection. Lorsque le bras 27 avance, il amène très progressivement la face 18 au contact de la face 21 st permet le glisse-ment relatif de celles-ci avant le blocage. Les deux pièces sont alors verrouillées de façon étanche, le metal llquide pompé par la pompe alimentant le canal 16 vl0nt remplir le moule 10.
Dans certalns montages, les deux tétons 22 et 23 ont ét~ remplacés par une couronne ~ section rectangulaire pour des questions de facilité
d'uslnage. Lorsque le mouls 0st pleln, et que le métal fondu ne coule plus, une couche du métal fondu gels au niveau du dispositif de refroidisse-msnt. Par uns ~ction lnverse du v6rin 30, on désolldarlss les pièces c~ramiques 17 et 19, apr~s avoir ramené la pression du métal fondu à

o L~ plbce coulés sublt alors un rsfroldis~emsnt dont la durée dépend de 9a dimen~ion. Dflns l'lnst311atlon confonms ~ l'lnvsntion, 1~ moule n'~st p~9 aitué QU-dessUs ds la poche de malntisn ot se trouve ds pr~férsn-c~ ~ uns certalne dlstance d0 celul-cl, 11 en résulte que son rsfroldlsse-ment se trouve acc~l~ré. En outre, dan~ sa posltlon écartés de la vertlca-1B de 1Q pochs de malntlen, la face lnférleure du moule ne subit pss le rayonnsment de la surfece du métal fondu contenu dan~ la poche. Or, on salt qUB ce reyonnement a un sffet thsrmlqus lmportant sur la facs lnférleure du moule et qus, lors du refroldlsssmsnt de la plscs, 11 apparalt entre 1B9 ~lément~ 12 et 13 constltu~nt 1B moulB de~ ten~lon~ suscsptlbles solt d'altérsr lfl quallts du moulags, solt ds raccourcir la durés de vle du moule. Ces dsfauts ~ont évltés dans 1B dlsposltlf ~elon l'lnventlon.
Lorsque la plscs 8 attelnt la températUre du démoulage, le mouls gst ouvert, la pl~ce moulée sst évacuée et 1B poteyage du moule est sntrepri~ ~ans tarder en vue de la coulée sulvante.
La flgure 3 permet de mieux comprendre tous les avantages de l'lnstallation.
On a rspréssnté sn 41 la poche de maintlen du métal fondu avec sa partle -- ......

1039026 , 42 maintenue à l'air libre. On sait que si l'on traite par exemple de l'aluminium, il se forme ~ la surface 43 du m~tal fondu en présence de l'air, uns couche mince d'oxyde qui étant étanche à l'air, empêche une oxydation plus importante du métal fondu. La pompe électromagnétique 44 étant immergée puise le métal fondu pur sous la couche d'oxyde 43. La pompe 44 est maintenue dans le m~tal fondu par un élément 45, constitué
par exsmple per une colonne pouvant coulisser si nécessaire vsrtica-lement par rapport à un élément fixs 46, un portlque par exemple. Cette colonne 45 peut tourner sur ells-même d'un angle bien détermins au moyen d'un élément moteur 47 représenté fixé 2U portique 46. Le portique 46, la colonne 45 et le moteur 47 sont de modèle connu et ne seront pas décrits.
Les tables 51 et 52 des moules 48 et 49 sont solldaires du portlque 46. Les moules port~nt à leur base des canaux 53 et 54 dss plèces en céramlque telle~ que 17 d~crltes cl-dessus en ré~érence ~ la flgure 2.
Oe meme, le conduit de métal fondu 55 de la pompe 44 porte à son extré-mlté ~upérleure une place céramique tronconlque 19.
Le moule 49 comporte une partie supfirieure 60 qul est tlr~e vers le haut par le bras 61 au moment où la plbce coul~e e~t qolidifiée.
Cette psrtle supérlsure 60 coullsse vers 1B haut le long des deux colonne-~

63 et 64 entralnant vers le haut la pl~ce coulée. Celle-cl est alors i dégsgée à la m~nlare connue. LB moule 48 porte dbB élément~ homologues ~
une partle supérleura 65 coull~sant vers 1~ haut le long de~ colonne~ 66 l et 67 lorsqu'elle s3t tlrée vers le haut par le bras 6B. On a ~galement } réalisé un dlsposltlf de moulage dans lequel 13 partle supérieure est s tirée vers le haut par des bras latéraux.
L'~ccostage est r~alisé en falsant tourner la colonne 45 d'un angle prédétermln~ aVBC prficlslon.
Le bras 5a solldalre de cette colonne, entralne le conduit de métal fondu 55 de telle sorte que la pièce tronconique 18 soit amen~s au voislnage lmmédiat de l'entrée céramlque 53 par exemple. ,~

~1 ~ 8 . ~ .

lU;~90Z6 Le dispositif de ssrrage constitué avantageusement par un vérin à
came excentrée 59 applique la piècs tronconiqus 19 sur la pièce céramique ciélimitant le canal 53 et effectue le centrage de ces deux pièces ainsi que cela a été décrit plus haut en référence à la figure 2.
Lorsque le rempli~sage du moule 48 est terminé, le conduit 55 est désolldarisé du mDuls 4~ et amené au contact de la pièce céramique délimi-tant le canal 54 du moule 49 par rotatlon de l'arbre 45 entrainé par le moteur 47, pendant ~ue le moule 4û se re~roidit.
La rigidlté de la llaison da la pomps et du conduit 55, ainsi qus la rlgidité du conduit 55 lui-meme ont amené l'lnventsur à donnsr à la suspension de la pomps une certaine élasticlt~. Celle-ci a été obtenue notamment sn donnant à l'arbre de rotation 45 une légère libsrté de couli~sement longitudinal de quelques millimètres par rapport au manchon externe 70. De sorte que lorsqus le conduit est amené avec précision par le br~s 55 ~ la verticale de l'sntrée du moule, le vérln 30 relave la piace tronconique 57 au contAct de l'entrée céramique 53, et entra~ne une très légère translfltion vers le haut de l'ensembls formé par la pompe et par le conduit 55. Celle-ci est rsndue facile par la prssque complète compensfltlon du poidg des pièces mobiles.
Dans d'autres dispositifs sxpérimentaux, la pompe est ~uspendue ds façon ~lastiqus par rapport à un colllsr 71 solldalrs du corps ds pon7ps.
Cs colller 71 peut ~ son tour tourner autour d'une suspsnslon ~lastique 72 ~ormée par deux bras rigides 73 et 74 prenant appui, d'uns part, sur le collier 7~, st, d'autre part, sur la bordure 42 ds la partie de la poche malntenue ~ l'air libre par l'intermédiaire ds 2 amortisssurs 75 et 76.
Dflns certains dispositifs expérimenteux, en~in, les deux moyens assurant l'élasticité ds la suspsnslon ds la pompe ont été mis en oeuvre en combinaison avec succès.
On peut ain~i doublsr la cadsnce du coulée, c'sst-à-dire doubler la prdUctivité ds la pompe et ds la pochs ds maintien.
', _9-,.

~39026 ~ ien que le dispositif qui vient d'être décrit paraisse le plus avanta~eux pour la mise er, oeuvre de l'invention, on comprendra que les él~ments connus tels que les moyens de suspension et de rotation de la pompe et de son conduit, les moyens de refroidissement d'une couche de métal fondu à la base de la pièce moulée, pulssent etre remplacés par d'autres éléments remplissant les m8mes fonctions techniques sans sortir du cadre de l'invention.

Claims (5)

Les formas de réalisation de l'invention pour laquelle uns propriété ou un privilège exclusif est revendiqué sont définies comme suit :

1/ Installation de coulée rapide basse pression comprenant une poche de maintien contenant un métal fondu dont une partie au moins est à l'air libre, une seule pompe électromagnétique partiellement immergée dans la partie de la poche située à l'air libre, au moins deux moules disposés de part et d'autre de la pompe à un niveau plus élevé que la poche de maintien, un canal d'injection et des moyens d'accostage solidaires de la pompe électromagnétique, des moyens de verrouillage rapides dudit canal d'injection auxdits moules, caractérisée en ca qu'elle comprend au moins deux moules (48 et 49) disposés à la même distance de la pompe (44), en dehors de la verticale du four de maintien et en ce que lesdits moules sont connectés à tour de rôle à le pompe par l'intermédiaire des moyens d'accostage (19) et de verrouillage (59) rapides.

2/ Installation de coulée rapide basse pression selon le revendication

1, caractérisée en ce que les moyens d'accostage rapides comportent une pièce de raccordement (17) disposée à le base du moule, et une pièce formant l'extrémité de sortie (19) du canal d'injection (16) réalisées toutes deux en céramique.

3/ Installation de coulée rapide basse pression selon le revendication

2, caractérisée en ce que le face (18) de l'entrée du moule (11) et le face (21) de la sortie du canal d'injection ont une forme tronconique dont la partie la plus large est tournée vers le haut.

4/ Installation de coulée rapide basse pression selon la revendication

3, caractérisée en ce que les deux faces en regard (18 et 21) sont polies et s'emboîtent parfaitement l'une dans l'autre.

5/ Installation de coulée rapide basse pression selon la revendication

4, caractérisée en ce que les moyens de verrouillage de la face d'entrée du moule et de la face de sortie du canal d'injection comprennent deux tétons diamétralement opposés (22 et 23) disposés au voisinage de l'extré-mité du canal d'injection (16).

6/ Installation de coulée rapide basse pression selon la revendication 4, caractérisée en ce que les moyens de verrouillage de la face d'entrée du moule et de la face de sortie du canal d'injection comprennent une couronne (22) à section rectangulaire portée par le canal d'injection (16) au voisinage de la sortie.

7/ Installation de coulée rapide basse pression selon les revendications

5 ou 6, caractérisée en ce que les moyens de verrouillage rapides comprennent en outre une came à joue semi-circulaire excentrée (24) commandée par le vérin (30) appuyant progressivement la face (21) de sortie du canal d'injection sur la face (18) d'entrée du moule.