<B>Procédé et installation pour la coulée centrifuge de pièces métalliques,</B> La présente invention est relative à un procédé pour la coulée centrifuge de pièces métalliques de forme annulaire, dans lequel on coule une masse de métal en fusion dans un moule rotatif préalablement chauffé, puis refroidi pendant la coulée, ledit moule étant en rotation pendant la coulée de faon à sou mettre ladite masse à la force centrifuge.
Les pièces métalliques annulaires obtenues par ce procédé présentaient sur la périphérie cylindrique des criques ou autres défauts qui doivent être attribués au coefficient élevé de transmission de chaleur des parois du moule cylindrique et aussi, le plus souvent, des dé fauts d'homogénéité, résultant essentiellement des inégalités du régime de coulée et de re froidissement pratiqué jusqu'à présent.
La présente invention a pour but l'obten tion par coulée centrifuge de pièces métalli ques annulaires de structure homogène, exemptes de criques, de fissures et de toutes inclusions solides ou gazeuses.
Le procédé que comprend l'invention est caractérisé en ce qu'on règle l'intensité du refroidissement en fonction de la masse de métal à traiter et de la vitesse de rotation du moule et en ce qu'on fait varier au cours de la coulée l'intensité de refroidissement. et la vitesse de rotation du moule pour tenir compte de l'augmentation de la masse centri fugée au cours du processus de coulée.
Dans une mise en oeuvre particulière du procédé que comprend l'invention, dans la- quelle la. coulée centrifuge s'effectue autour d'un axe horizontal, le moule est chauffé par un chauffage interne et refroidi par un cou rant d'air réglable, appliqué à la périphérie extérieure du moule, de telle sorte que l'on peut régler à volonté la perte calorifique du- dit moule.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, une forme d'exécution d'une ins tallation destinée à la. mise en oeuvre du pro cédé.
La fig. 1 représente l'installation en élé vation avec brisures partielles, et la fig. 2 est une coupe par un plan verti cal désigné par II-II à la fig. 1, montrant en outre des moyens de refroidissement et de mise en mouvement du moule rotatif, ainsi que l'opération de coulée.
L'installation représentée comprend un moule cylindrique 2 mis en rotation autour d'un axe horizontal I-I. Ce moule présente, à ses deux extrémités, des flasques 3 et qui limitent la largeur du lingot et sont enga gés sur la paroi cylindrique 5, laquelle ne présente qu'une épaisseur relativement faible. Cette paroi cylindrique .5 est garnie extérieu rement d'ailettes 6 perpendiculaires à l'axe de rotation I-I, régulièrement et parallèle ment disposées entre les flasques 3 et 1. Les flasques reposent respectivement sur quatre galets 7 et 8, montés sur leurs arbres respec tifs 9 et 10.
L'arbre 9 est l'arbre de sortie d'un variateur de vitesse 11 du moteur 1?. Si on. suppose que l'arbre 9 tourne dans le sens de la flèche X, le moule tourne donc clans le sens de la flèche Y. Un ventilateur 13, dont le rotor est entraîné, par exemple, par une courroie 14, montée sur une poulie 15 de l'arbre 9, refoule de l'air par une conduite 16 sur les ailettes 6 dans le sens de la flèche Z. Cette conduite 16 est donc disposée de façon que le jet d'air qui en sort soit dirigé en sens inverse de la rotation du moule 2.
Une soupape 17 est montée sur la conduite de refoulement 16 pour permettre de régler le débit. d'air envoyé sur les ailettes 6, même lorsque la vitesse de rotation des galets reste inchangée.
Le moule 2 est, en outre, équipé d'une source de chaleur dans sa zone centrale. Cette source de chaleur est représentée sous la forme de deux électrodes de carbone 18-18' entre lesquelles un arc électrique peut jaillir pour chauffer l'intérieur du moule.
Pour couler, par exemple, un lingot d'acier doux, dans l'installation qui vient d'être décrite, on opère comme suit: Afin d'éviter le contact du métal à couler avec la paroi cylindrique 5 peu épaisse du moule, on peut au préalable badigeonner l'in térieur de celui-ci avec un lait de silice et de bentonite ou répartir la couche réfractaire 19 à former par centrifugation et chauffage pro gressif. En même temps, on aura rempli ainsi les joints formés à la réunion de la paroi cylindrique 5 et des flasques 3 et 4, ce qui facilite le démoulage subséquent.
Après avoir chauffé l'intérieur du moule 2 de façon à le porter à une température d'en viron 400 C, on commence, par exemple, par verser rapidement dans ce moule, à partir d'une creuse 20, une masse d'acier suffisante pour qu'elle ne puisse pas se solidifier et subisse l'action de la centrifugation. L'acier est versé à une température comprise entre 1500 et 1600 C. L'acier -est ensuite versé le plus lentement possible, afin que les couches de liquide qui viennent à se former aient une épaisseur la plus petite possible.
L'inten sité du refroidissement est réglée de façon que la déperdition de chaleur du moule soit faible pendant la coulée et quelque temps après celle-ci, puis elle est augmentée de façon que la température du moule ne dé passe pas 600 C.
La coulée d'une pièce annulaire d'acier doux d'une cinquantaine de kilos, par exem ple, comprend les trois phases suivantes: Au cours d'une première phase coïncidant avec le commenceraient de la coulée, on fait tourner le moule chauffé à une vitesse telle que la force centrifuge développée soit au minimum le double clé celle qui est néces saire pour que le métal fluide prenne la forme d'un anneau au contact. du moule. Cette pre mière phase dure environ dix minutes. tandis que la coulée a été achevée après environ deux minutes.
Au cours d'une deuxième phase, on coupe l'apport de chaleur et fait descendre la vi tesse à une valeur telle que la force centri fuge correspondante soit approximativement égale à. celle qui est nécessaire pour que le métal fluide prenne la forme d'un anneau au contact du moule. Cette deuxième phase peut, prendre fin au bout de quinze minutes environ.
Dans une troisième phase, on 'Lait. tourner le moule à une vitesse telle que la force cen trifuge soit égale environ au triple de celle qui est nécessaire pour que le métal fluide prenne la forme d'un anneau. Lorsque la température du métal est de 600-550 C, eommenee le tassement final du métal coulé avec évacuation des dernières traces de gaz. Cette troisième phase peut durer une heure et demie.
La centrifugation étant. arrêtée, on enlève alors l'un des deux flasques latéraux. On re tire facilement, par suite de la contraction du métal, le lingot, annulaire qu'on laisse refroidir lentement pendant 48 heures envi ron, recouvert de cendres chaudes.
D'autres mises en oeuvre du procédé pour raient être appliquées à. 1a coulée de pièces telles que des engrenages dont la périphérie extérieure s'écarte de la forme cylindrique. Dans ce cas, on peut utiliser un moule ou tambour rotatif, présentant un profil intérieur correspondant à la pièce désirée, sans s'écar ter de la portée des revendications ci-après.
<B> Method and installation for the centrifugal casting of metal parts, </B> The present invention relates to a method for the centrifugal casting of annular metal parts, in which a mass of molten metal is poured into a mold rotary previously heated, then cooled during casting, said mold being in rotation during casting so as to subject said mass to centrifugal force.
The annular metal parts obtained by this process exhibited on the cylindrical periphery cracks or other defects which must be attributed to the high heat transfer coefficient of the walls of the cylindrical mold and also, most often, homogeneity faults, resulting essentially inequalities in the casting and cooling regime practiced so far.
The object of the present invention is to obtain, by centrifugal casting, annular metal parts of homogeneous structure, free from cracks, cracks and all solid or gaseous inclusions.
The method which the invention comprises is characterized in that the intensity of the cooling is adjusted as a function of the mass of metal to be treated and of the rotational speed of the mold and in that it varies during the casting. cooling intensity. and the rotational speed of the mold to take into account the increase in the centri fugitive mass during the casting process.
In a particular implementation of the process that comprises the invention, in which the. centrifugal casting takes place around a horizontal axis, the mold is heated by an internal heater and cooled by an adjustable air flow, applied to the outer periphery of the mold, so that one can adjust at will the heat loss from said mold.
The accompanying drawing shows, by way of example, an embodiment of an installation intended for the. implementation of the process.
Fig. 1 shows the installation in elevation with partial breaks, and fig. 2 is a section through a vertical plane designated by II-II in FIG. 1, further showing means for cooling and moving the rotary mold, as well as the casting operation.
The installation shown comprises a cylindrical mold 2 rotated about a horizontal axis I-I. This mold has, at its two ends, flanges 3 which limit the width of the ingot and are engaged on the cylindrical wall 5, which has only a relatively small thickness. This cylindrical wall .5 is externally lined with fins 6 perpendicular to the axis of rotation II, regularly and parallel to be arranged between the flanges 3 and 1. The flanges rest respectively on four rollers 7 and 8, mounted on their respective shafts. tifs 9 and 10.
Shaft 9 is the output shaft of a variable speed drive 11 of motor 1 ?. If we. assumes that the shaft 9 rotates in the direction of arrow X, the mold therefore rotates in the direction of arrow Y. A fan 13, the rotor of which is driven, for example, by a belt 14 mounted on a pulley 15 of the shaft 9, delivers air through a pipe 16 on the fins 6 in the direction of arrow Z. This pipe 16 is therefore arranged so that the jet of air which leaves it is directed in the opposite direction to the rotation of the mold 2.
A valve 17 is mounted on the discharge line 16 to allow the flow to be adjusted. air sent to the fins 6, even when the speed of rotation of the rollers remains unchanged.
The mold 2 is furthermore equipped with a heat source in its central zone. This heat source is represented in the form of two carbon electrodes 18-18 'between which an electric arc can shoot out to heat the interior of the mold.
To cast, for example, a mild steel ingot, in the installation which has just been described, the procedure is as follows: In order to avoid contact of the metal to be cast with the thin cylindrical wall 5 of the mold, the operation is carried out as follows: can first brush the inside thereof with a silica and bentonite milk or distribute the refractory layer 19 to be formed by centrifugation and progressive heating. At the same time, the joints formed at the meeting of the cylindrical wall 5 and the flanges 3 and 4 will thus have been filled, which facilitates subsequent demoulding.
After having heated the inside of the mold 2 so as to bring it to a temperature of about 400 C, one begins, for example, by quickly pouring into this mold, from a hollow 20, a mass of steel sufficient so that it cannot solidify and undergo the action of centrifugation. The steel is poured at a temperature between 1500 and 1600 C. The steel is then poured as slowly as possible, so that the layers of liquid which come to form have the smallest possible thickness.
The intensity of the cooling is regulated so that the heat loss from the mold is low during the casting and some time after this, then it is increased so that the temperature of the mold does not exceed 600 C.
The casting of an annular piece of mild steel weighing about fifty kilos, for example, comprises the following three phases: During a first phase coinciding with the start of casting, the heated mold is rotated at a speed such that the developed centrifugal force is at least the double key that which is necessary for the fluid metal to take the form of a ring on contact. of the mold. This first phase lasts about ten minutes. while the casting was completed after about two minutes.
During a second phase, the heat input is cut and the speed is lowered to a value such that the corresponding centri fuge force is approximately equal to. that which is necessary for the fluid metal to take the form of a ring in contact with the mold. This second phase can end after about fifteen minutes.
In a third phase, we 'Milk. rotating the mold at a speed such that the central trifugal force is approximately three times that required for the fluid metal to take the form of a ring. When the temperature of the metal is 600-550 C, the final settling of the cast metal begins with evacuation of the last traces of gas. This third phase can last an hour and a half.
Centrifugation being. stopped, one of the two side plates is then removed. As a result of the contraction of the metal, the ingot is easily pulled out, annular which is left to cool slowly for about 48 hours, covered with hot ashes.
Other implementations of the method could be applied to. The casting of parts such as gears the outer periphery of which deviates from the cylindrical shape. In this case, it is possible to use a rotating mold or drum, having an internal profile corresponding to the desired part, without departing from the scope of the following claims.