Procédé de fonte sous pression d'objets en métal et machine permettant la mise en aeuvre dudit procédé. Les procédés connus de fonte sous pres sion d'objets en métal, et notamment. les pro- eédés dits à chambre froide , consistent à injecter sous pression élevée une charge de métal fondu correspondant à un volume de métal sensiblement supérieur à celui de l'objet. fini dans un moule donnant. la forme définitive à l'objet.
Pratiquement, le procédé de fonte sous pression dit à chambre froide est mis en #uvre de la facon suivante: L'on verse dans un cylindre d'injection une charge de métal fondu. Un piston d'in- jeetion susceptible de coulisser dans ledit cylindre est ensuite poussé, sous forte pres sion, donc à grande vitesse, dans ledit cylin dre, de manière à injecter dans un moule adjacent au cylindre la quantité de métal fondu contenue dans ledit. cylindre.
Or, un tel procédé de fonte ne donne pas entière satisfaction. En effet, du fait de la présence dans le cylindre, avant le coup d'in jection, d'une certaine quantité d'air, il arrive fréquemment que les objets moulés présentent des soufflures et qu'un pourcentage élevé de pièces moulées doivent être, de ce fait, mises au rebut.
L'on a. essayé de remédier à cet inconvé nient en diminuant la. vitesse d'injection, de Tacon que l'air contenu, d'une part, dans le moule et., d'autre part, dans le cylindre d'in jection ait le temps de s'échapper avant que le métal soit effectivement chassé dans le moule. Un autre inconvénient a alors surgi. Du fait de la faible vitesse d'injection, cer taines parties de l'objet moulé se refroidis saient avant que l'objet entier ne soit coulé. Il se produisait ainsi des irrégularités de sur face inadmissibles.
Certains spécialistes de la fonte sous pres sion ont construit, pour remédier en partie aux inconvénients précités, des machines à injecter, fonctionnant sous des pressions très élevées, le but recherché étant alors de com primer l'air se mélangeant au métal fondu, de telle manière que les soufflures pouvant en résulter soient de faible grosseur et qu'ainsi la qualité de surface des objets soit améliorée. Toutefois, l'utilisation de pression très élevée exige la construction de machines très lourdes et d'un rendement médiocre au point de vue de leur cadence de production et, d'autre part, les soufflures, quoique plus petites, n'en exis tent pas moins dans les objets fondus.
Le procédé de fonte sous pression d'objets en métal selon l'invention se distingue des procédés connus par le fait qu'on effectue l'injection en deux phases, la première phase d'injection s'effectuant à une vitesse plus lente que la seconde, de faon que l'air con tenu dans le cylindre d'injection puisse en être évacué dans sa plus grande partie pen dant la première phase, le remplissage com plet du moule étant effectué par la. seconde phase d'injection.
L'invention a. aussi pour objet une ma chine permettant la mise en #uvre du procédé indiqué ci-dessus, c'est-à-dire une machine comprenant un bâti sur lequel est fixé un moule, un cylindre d'injection et un piston d'injection en liaison avec un mécanisme mo teur l'entrainant en mouvement.
La machine selon l'invention est caracté risée par le fait qu'elle comprend, en outre, un dispositif de commande automatique dudit mécanisme, commandant chaque mouvement d'injection en deux phases distinctes, une pre mière pendant laquelle un déplacement rela tivement lent est imparti au piston pour per mettre à l'air contenu dans le cylindre d'in jection de s'échapper, une seconde phase con sistant en un déplacement rapide du piston provoquant l'injection proprement dite du métal .dans le moule.
Le dessin annexé représente, schématique ment et. à titre d'exemple, plusieurs formes d'exécution d'une machine permettant la mise en oeuvre du procédé indiqué ci-dessus.
La fig. 1 est un schéma de principe d'une première forme d'exécution.
La fig. 2 montre un détail de construction. La fig. 3 est un schéma de principe d'une seconde forme d'exécution.
La fig. 4 est une variante de la. seconde forme d'exécution, et la fig. 5 une coupe, à grande échelle, d'un détail de cette variante.
La fig. 6 montre une variante de détail du cylindre d'injection.
En référence à la fig. 1, cette machine comprend un bâti 1 sur lequel est fixé un moule 2. Un cylindre d'injection 3 est logé dans le bâti 1 et un piston d'injection 4 est susceptible de coulisser dans ce cylindre 3. Un mécanisme moteur, en l'occurrence, un piston de travail 5, commandé par un liquide sous pression, est prévu pour déplacer le pis ton 4 dans le cylindre 3. Le liquide sous pres sion parvient au cylindre 6 dans lequel cou lisse le piston 5, par une conduite 7 contrôlée par une vanne de commande principale S.
Sur cette conduite 7 est disposée, en outre, une soupape de réglage 9 permettant de régler le débit de liquide amené au cylindre 6 et de régler ainsi du même coup la vitesse de déplacement. du piston 5 et du piston d'injec tion 4.
La machine selon cette prémière forme d'exécution comprend, en outre, une conduite 10 formant by-pass, alimentant aussi le pis ton de travail 5. Cette conduite est. contrôlée, d'une part, par une vanne 11 à commande automatique et, d'autre part, par une soupape de réglage 12 du même genre que la sou pape 9.
La machine décrite en regard de la fig. 1 fonctionne de la. manière suivante: Après avoir versé une charge de métal fondu dans le ey lindre 3 par l'ouv ert.ure 13, l'on ouvre la vanne principale S. Le liquide sous pression se dirige alors vers le cylindre 6 en passant. à travers la soupape de réglage 9. La vanne 1.1 étant fermée, seul le débit de liquide à travers la soupape 9 détermine la vitesse de déplacement des pistons 4 et 5.
Cette vitesse est choisie relativement lente, de manière que l'air contenu dans le moule 2 et dans le cylindre 3, au-dessus du métal fondu, puisse s'échapper par les fentes pré vues dans le moule 2.
Lorsque la course des pistons 5 et 4 a été suffisante pour que l'air contenu dans le cylindre 3 ait été évacué dans sa. plus grande partie et avant. que le métal fondu n'entre dans le moule, un dispositif de commande automatique provoque l'ouverture de la vanne 11, ce qui produit une amenée supplémentaire de liquide sous pression dans le cylindre 6, d'où une augmentation de la. vitesse de dé placement des pistons 5 et 4. L'injection pro prement dite de métal fondu se produit alors à vitesse élevée, de manière que l'objet moulé se refroidisse seulement une fois qu'il a été coulé entièrement..
Ce procédé d'injection en deux phases, une première plus lente que la seconde, pendant laquelle se produit l'injec tion proprement dite, permet d'obtenir des objets moulés exempts de soufflures ou bulles d'air, dont la surface est. parfaite. De plus, comme le procédé permet de travailler à des pressions plus faibles que celles utilisées ordi- nairement, les risques d'accidents dus à l'ou verture d'un moule et à la projection de métal fondu à l'extérieur sont éliminés.
Il est possible de commander de plusieurs faeons l'ouverture automatique de la vanne 11 pour l'enclenchement de la seconde phase d'injection.
La commande de cette vanne 11 peut se faire, par exemple, à l'aide d'un dispositif de temporisation, mis en marche lors de l'ou verture de la vanne principale 8 et qui pro voque l'ouverture de la vanne 11 après un temps déterminé susceptible d'être choisi à volonté, selon le débit de la soupape 9. Pra tiquement, on calculera à quel point de la course d'avance du piston 4 l'air contenu dans le cylindre 3 a. été évacué dans sa phis grande partie et l'on réglera en conséquence le dis positif de temporisation.
Toutefois, il est bien entendu que d'autres dispositifs pourraient. être prévus pour com mander l'ouverture automatique de la vanne 11. L'on pourrait, par exemple, imaginer un dispositif mécanique, pneumatique, hydrau lique, électrique ou un dispositif dans lequel les divers moyens indiqués ci-dessus seraient combinés, qui soit commandé soit par le piston 4 lui-même, soit par le métal fondu se trou vant dans le cylindre d'injection.
Sur la. fig. 2 est représenté un dispositif mécanique prévu pour la commande automa tique de l'ouverture de la vanne 11 par le mouvement des pistons 4 et 5.
Ce dispositif comprend un élément 14, en l'occurrence un galet, solidaire en mouvement des pistons 4 et 5. La vanne 11. est. actionnée par un poussoir 15. Un levier 16, pivoté en 17 sur le corps de la vanne 11, est articulé en 18 au poussoir 15. Ce levier 16 présente une rampe 19 constituant., en quelque sorte, une came.
A la fig. \?, le dispositif est, représenté au début de la course du piston 4. Lorsque, après la, première phase d'injection, le galet 14 par vient contre l'épaulement 20, il fait basculer le levier 16 qui prend alors la. position indi quée en pointillé. Cette position du levier 16 correspond à la. position ouverte de la. vanne 11. Il est possible, avec un tel dispositif, de choisir le moment du passage de la première phase à la seconde en desserrant les vis 21 et en changeant ainsi la position du galet 14 par rapport au piston 4.
En donnant à la rampe 19 la forme vou lue, l'ouverture de la soupape 11 peut être provoquée soit brusquement, soit progressive ment.
Le schéma représenté à la fig. 3 montre une seconde forme d'exécution dans laquelle l'ouverture de la vanne 11 est commandée par le métal en fusion lui-même, lorsqu'il atteint un niveau déterminé dans la chambre 22 si tuée à la sortie du cylindre d'injection 3.
En effet, un dispositif détecteur, en l'oc currence un contact électrique 23, est disposé dans cette chambre 22, près du cylindre d'in jection. Ce contact 23 est relié à un relais 24 par l'intermédiaire d'un amplificateur électro nique 25. Le relais 24 commande lui-même le circuit d'un électro-aimant 26 destiné à action ner un élément pneumatique, en l'occurrence une soupape 27, contrôlant un circuit d'air comprimé, destiné à commander, par exemple, par l'intermédiaire d'un piston ou d'une membrane, la vanne 11.
Ainsi, après avoir ouvert la vanne princi pale 8, le piston 4 se déplace à vitesse rela tivement lente dans le cylindre 3. Lorsque le métal fondu arrive au niveau du contact 23, il se produit une impulsion de courant qui, amplifiée par l'amplificateur électronique 25, ferme le relais 24. L'électro-aimant 26 est alors sous tension et produit l'ouverture de la vanne 11 par l'intermédiaire de la soupape 27.
L'enclenchement de la seconde phase d'in jection a donc lieu et le métal fondu est ainsi chassé à grande vitesse dans le moule 2.
Le contact électrique 23 peut être consti tué, par exemple, par une borne isolée du moule 2 et du bâti de la machine, cette borne faisant saillie dans la chambre 22 en -venant. à fleur de la paroi de celle-ci. Le contact se rait dans ce cas établi par le métal fondu lui même, au moment où son niveau dans la chambre 22 atteindrait le niveau de ladite borne. Dans le cas envisagé ci-dessus, l'un des conducteurs électriques allant à l'amplifica teur 25 serait relié à la masse de la machine, alors que l'autre serait relié à ladite borne.
Il est bien entendu que l'on pourrait aussi prévoir dans la, chambre 22 deux bornes iso lées du moule 2 et reliées à l'amplificateur 25.
Dans une autre forme d'exécution, le con tact entre les deux conducteurs allant à l'am plificateur 25, au lieu d'être établi à travers le métal fondu lui-même, pourrait être établi par une pièce métallique intermédiaire qui serait déplacée par le métal fondu au moment où celui-ci atteint le niveau du contact 23 dans la chambre 22. En effet, on pourrait, par exemple, prévoir dans la paroi de la chambre 22 un trou cylindrique dans lequel coulisserait un piston plongeur. Dans le fond du trou seraient logées les bornes de départ des fils allant à l'amplificateur 25, et le con tact entre lesdites bornes serait établi par le piston plongeur au moment où, poussé par le métal en fusion, il se déplacerait vers le fond du trou.
Il est à noter que le piston plongeur pour rait être remplacé par n'importe quelle pièce susceptible d'être déplacée par le métal fondu lorsqu'il remplit la chambre 22.
En variante, au lieu d'utiliser un contact 23, on pourrait utiliser, comme dispositif dé tecteur, un thermo-élément à faible inertie provoquant une impulsion de courant dès que le métal fondu, donc à haute température, entre en contact ou simplement s'approche de lui. Le reste de l'installation de commande de la. vanne 11 pourrait comprendre les mêmes éléments que ceux représentés à la fig. 3.
La fig. 4 montre une variante de la forme d'exécution représentée à la fig. 3. En effet, dans cette forme d'exécution, l'ouverture de la vanne 11 est aussi commandée par le métal en fusion lui-même, lorsqu'il atteint un ni veau déterminé dans la chambre 22 située à la sortie du cylindre d'injection 3.
Le dispositif détecteur est aussi un con tact 23 représenté à grande échelle à la fig. 5. Cette dernière installation comprend un transformateur 30 branché par ses bornes 31 au réseau d'alimentation. Ce transformateur est prévu pour que ses bornes 32 du circuit secondaire soient sous basse tension. Dans ce circuit secondaire est intercalé un relais 33 et le contact 23.
Les contacts 34 du relais 33 contrôlent eux-mêmes le circuit d'alimentation d'un élec tro-aimant 35 de commande d'une soupape primaire 36. Cette soupape primaire 36, qui est maintenue au repos en position fermée par un ressort 37, commande un servomoteur hydraulique 38 constitué par un cylindre 39 dans lequel coulisse un piston 40. Ce piston 40 est solidaire d'un clapet 41. maintenu en position de repos sur son siège 42 par un ressort 43. Le clapet 41 contrôle la. conduite 10 constituant le by-pass d'alimentation du piston de travail 5 pendant la. seconde phase d'injection.
Dans cette dernière forme d'exécution, des soupapes 9 et 12 sont aussi prévues pour régler le débit de liquide de travail, aussi bien pendant la première phase d'injection que pendant la seconde.
Il est à noter que, dans cette forme d'exé cution, la partie du schéma (fig. 4) représen tant la, vanne de commande hydraulique 1.1 a été dessinée à, plus grande échelle que la partie représentant le moule et le piston d'in jection.
Le fonctionnement de cette dernière forme d'exécution est le suivant Après avoir versé le métal fondu dans le cylindre 3, le fondeur actionne la vanne prin cipale 8 dans le sens de l'ouverture. Une par tie du liquide sous pression passe par la con duite 7, traverse la. soupape de réglage 9 et débouche dans le cylindre 6 en provoquant un mouvement du piston 5, respectivement du piston d'injection 4. Le mouvement du piston 4 correspond donc à. la première phase d'injection.
Pendant, cette première phase, le liquide sous pression agit de part et d'autre du cla pet 41 dans la chambre 44 et la chambre 45. Il agit de même dans la chambre 46 au-dessus de la soupape primaire 36, grâce à un canal 47. Dès que le métal fondu arrive au niveau du contact 23, le circuit secondaire du trans formateur 30 se ferme et le relais 33 est excité. Les contacts 34 se touchent et, ainsi, la soupape primaire 36 est soulevée de son siège par l'électro-aimant 35.
Le liquide sous pression peut donc agir dans le cylindre 39 et pousser le piston 40 vers le bas, ce qui écarte le clapet 41 de son siège 42 contre l'action du ressort 43.
Le liquide sous pression s'écoule alors par la conduite 10 et la soupape de réglage 12 vers le cylindre 6, ce qui produit la seconde phase d'injection rapide.
Il est. à noter que dans cette dernière forme d'exécution, ait lieu d'utiliser -une source de courant alternatif, on pourrait utiliser ume source de courant continu. Il suffirait pour cela de remplacer le transformateur 30 par une machine commutatrice pour courant con tinu.
Une telle installation fonctionnant sur coi- Tant continu aurait l'avantage d'assurer que le temps de réaction pour la commande de l'ouverture du clapet 41 soit toujours rigou reusement le même.
D'autre part, il est bien entendu dans cette dernière forme d'exécution que, si l'on dispose d'une vanne à commande électromagnétique clé force suffisamment élevée, il serait pos sible de supprimer le servomoteur 38 et de commander le clapet 41 directement par l'élec tro-aimant 35.
La fig. 5 est. une coupe à grande échelle du contact 23.
Ce contact est constitué par une électrode 48 dont la pointe, située dans la chambre 22, est entourée d'un cône 49 en une matière ré fractaire isolante du genre de celles utilisées pour les bougies d'allumage des moteurs à. explosion. Ce cône 49 est maintenu latérale ment dans une douille 50, engagée dans un logement 51 de forme correspondante du moule. Une seconde douille 52 est disposée derrière le cône 49 pour assurer sa position axiale malgré les pressions élevées d'injec tion. Ces douilles 50 et 52 sont maintenues dans le moule grâce à une pièce filetée 53 vissée dans ledit moule. Une gaine isolante 54 est en outre prévue autour de l'électrode 48.
L'extrémité extérieure de ladite électrode porte une borne 55 de connexion au circuit secondaire du transformateur 30.
Il est à noter que, en variante, l'électrode 48, au lieu d'être montée selon l'axe de la douille 50, pourrait être montée excentrique ment dans ladite douille. Ainsi, il serait pos sible de régler la position en hauteur de l'élec trode 48 en faisant tourner la douille 50 dans son logement 51. Ce réglage de la position de l'électrode 48 permettrait de faire varier de quelques millièmes de seconde le moment d'en trée en action de la seconde phase d'injection.
En outre, pour éviter que le contact. 23 ne soit trop fortement sollicité par les hautes températures du métal en fusion, celui-ci pourrait être disposé dans un appendice de la chambre 22 prévu par exemple sur le côté. de celle-ci. Cet appendice pourrait n'avoir que quelques dixièmes de millimètre d'épaisseur dans le plan de séparation des- deux parties du moule. De cette façon, le métal fondu, après s'être introduit dans ledit appendice et avoir établi le contact fermant. le circuit du relais 33, se refroidirait rapidement, ce qui éviterait tout endommagement du contact 23 et aussi tout encrassement de celui-ci.
De nombreuses variantes d'exécution pour raient être prévues pour le mécanisme de com mande de l'injection en deux phases distinctes. Ainsi, par exemple, la. soupape 12 pourrait. être supprimée, l'ouverture maximiun de la vanne 11 étant, dans ce cas, réglée selon la vitesse d'injection choisie pour la seconde phase.
Dans une autre forme d'exécution, le by- pass 10 pourrait être supprimé. Le passage de la première phase d'injection à la seconde se ferait alors en agissant directement sur la sou pape 9, c'est-à-dire en provoquant. une aug mentation de la section de passage de celle-ci à la fin de la première phase d'injection.
Cette commande de la soupape 9 pourrait alors se faire comme cela a été décrit pour la vanne 11, c'est-à-dire soit par un dispositif tempori sateur, soit mécaniquement, comme montré à la fig. 2, à partir des pistons 4 et 5, soit en core par voie pneumatique, hydraulique ou électrique.
La fig. 6 montre une variante de détail du cylindre d'injection 3 et de son piston 4, va riante pouvant être appliquée à toutes les formes d'exécution décrites ci-dessus.
Comme cela est visible sur cette figure, un passage 28 est prévu dans le cylindre 3 pour permettre à l'air contenu dans celui-ci de s'échapper directement dudit cylindre vers l'extérieur, lors de la première partie de la course d'injection du piston 4.
Ce passage est, de préférence, constitué par une rainure prévue dans la paroi du cylindre 3, sur une partie de sa longueur, à partir de l'entrée dudit cylindre. Comme le montre le dessin, le fond de cette rainure est incliné par rapport à l'axe du cylindre 3.
Dans toutes les formes d'exécution dé crites ci-dessus, le piston d'injection 4 était toujours commandé par un piston 5 actionné par un liquide sous pression. Toutefois, il est bien entendu que le procédé d'injection en. deux phases pourrait être appliqué à l'aide de machines dans lesquelles le piston d'injec tion serait commandé mécaniquement ou élec triquement.
En outre, le procédé décrit. est non seule ment applicable aux machines d'injection dites à chambre froide , mais aussi aux machines d'injection appelées à chambre chaude , dans lesquelles le métal maintenu en fusion dans un récipient en est expulsé par charges succes sives par un piston d'injection à travers un conduit en forme de col de cygne amenant le métal fondu dans un moule.
D'autre part, ce procédé est applicable non seulement à l'aide de machines dans les quelles le pistou d'injection se déplace hori zontalement, mais aussi à l'aide de machines dans lesquelles le piston d'injection se dé place dans le sens vertical. De plus, les ma chines permettant la mise en oeuvre dudit pro cédé peuvent être soit des machines cons truites comme cela a été décrit ci-dessus, soit des anciennes machines transformées, qui ont été munies d'une vanne à commande automa tique du genre de la vanne 11.