Procédé pour former une pièce moulée sous pression et machine pour la mise en oeuvre de ce procédé Le présent brevet comprend un procédé pour former une pièce moulée sous pression dans un moule étanche au gaz pourvu de moyens, de passage à travers lesquels le gaz contenu dans la cavité de moulage peut être extrait et de moyens, pour forcer du métal en fusion dans cette cavité.
Lors du moulage sous pression, la présence de gaz tel que de l'air ne pouvant s'échapper dans la cavité de moulage entrave l'écoulement du métal dans la cavité de moulage et provoque des défauts du contour de la pièce moulée, des soufflures, ou des porosités. Lorsque la pression d'injection dépasse par exemple 70 kg/cm2, le gaz captif est comprimé et dispersé dans la pièce moulée.
De nombreuses pro positions ont été faites et des dispositifs ont été uti lisés pour éliminer le gaz de la cavité de moulage au moyen d'évents conduisant à l'atmosphère ou par l'application de vide, mais ceux-ci n'ont pas donné entière satisfaction parce que jusqu'ici il n'a pas été possible d'éliminer le gaz résiduel de la cavité de moulage de manière pratique et économique.
Le procédé que comprend le présent brevet per met de remédier à ces inconvénients et il est carac térisé en ce qu'on élimine le gaz de la cavité de moulage en aval du métal forcé dans la cavité de moulage, en ce qu'on refroidit lesdits moyens de passage à une .température inférieure à la tempéra ture de la cavité de moulage, et en ce qu'on injecte le métal en fusion dans la cavité de moulage jusqu'à ce que celle-ci soit remplie et que le métal pénètre dans lesdits moyens de passage, ledit refroidissement ayant pour effet de solidifier le métal dans lesdits moyens de passage pour former un bouchon empê chant le métal de continuer à s'écouler à travers ces moyens de passage.
Le brevet comprend également une machine pour la mise en oeuvre du procédé ci-dessus, comprenant deux éléments de moule complémentaires qui peu vent être rapprochés pour former la cavité de mou lage et séparés l'un de l'autre pour permettre d'enle ver la pièce moulée, au moins un desdits éléments de moule étant déplaçable en prise et hors de prise avec l'autre élément de moule, des moyens pour in jecter du métal fondu sous pression dans la cavité de moulage, un organe séparé de refroidissement de métal fixé à chaque élément de moule, des moyens pour empêcher l'écoulement de la chaleur à partir des éléments de moule vers les organes de refroidis sement,
au moins un desdits organes de refroidis sement étant déplaçable en et hors d'engagement avec l'autre organe de refroidissement pendant le mou vement de l'élément de moule auquel il est fixé, un premier passage qui est situé entre les organes de refroidissement engagés et qui est relié par un se cond passage à la cavité de moulage.
Cette machine est caractérisée en ce que ledit premier passage situé entre les organes de refroidis sement est étroit et tortueux de manière à assurer une solidification rapide du métal dans ce passage, et en ce que ledit second passage qui est situé entre les, éléments de moule est beaucoup plus large de manière à permettre un écoulement rapide de métal dans le premier passage à partir de la cavité de moulage.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, une forme d'exécution de la machine pour la mise en #uvre du procédé selon l'invention.
La fig. 1 est une vue en élévation latérale d'une machine pour le moulage sous pression. La fig. 2 est une vue en plan des organes. de re froidissement associés à des éléments de moule de la machine de la fig. 1, en position fermée.
La fig. 3 est une vue en élévation latérale des organes de la fig. 2.
La fig. 4 est une coupe à plus grande échelle de la, partie inférieure des organes de la fig. 2.
La fig. 5 est une coupe à plus grande échelle suivant la ligne 5-5 de la fi-. 2.
La fig. 6 est une vue en perspective des deux or ganes de refroidissement des fig. 1 à 5.
La fig. 7 est une vue latérale en coupe d'une partie de la machine de la fig. 1 destinée à effec tuer l'injection du métal dans la cavité de moulage, les éléments mobiles de cette partie étant représentés au début de la course d'injection.
La fig. 8 est une vue semblable à celle de la fig. 7, les éléments étant à la fin de la course d'injection.
La fig. 9 est une vue semblable à celle de la fig. 7, l'un des éléments de moule ayant été ouvert pour l'enlèvement de la pièce moulée.
Les fig. 10 et 11 sont des coupes suivant la ligne l0-10 de la fig. 7 montrant les deux positions du piston d'injection.
La fig. 12 est une vue verticale de face d'un des éléments de moule d'une variante.
La machine pour le moulage sous pression repré sentée plus particulièrement à la fig. 1, comprend un socle 1, deux cadres verticaux 2 et 3, des tirants 4 et 5 reliant les cadres, un élément de moule 6 soli dement relié au cadre 3 et qui est associé à un élé ment de moule complémentaire 7. Les tirants 4 et 5 sont reliés transversalement par un chariot 8 pou vant coulisser sur eux et auquel l'élément de moule 7 est relié par une console 12. Le chariot 8 est relié par un dispositif à biellettes 13 à une tige 14 qui est actionnée par un piston coulissant dans un cylindre 15 pour déplacer l'élément de moule 7 de manière à ouvrir et fermer le moule.
Les éléments de moule 6 et 7 sont usinés pour venir en engagement serré et forment entre eux une cavité de moulage 16 reliée à un canal d'entrée vertical 17 menant à un cylindre 18 pour l'injec tion du métal en fusion. Pour la clarté de la repré sentation il n'a été montré qu'une seule cavité de moulage, mais on comprendra qu'il pourrait y avoir deux ou plus de deux cavités de moulage intercon nectées et formées entre les éléments, de moule. Le cylindre 18 est relié à un tuyau 20 qui est immergé dans le métal fondu, par exemple un alliage d'alu minium, contenu dans un réservoir 21.
L'ensem ble de l'appareil 22 pour l'injection du métal fondu dans la cavité de moulage sera décrit ci-dessous.
Les éléments de moule 6 et 7 portent chacun un organe de refroidissement 24 et 25 respective ment, solidement fixés sur ces éléments. Entre les éléments de moule et les organes de refroidissement est ménagé un évent ou passage d'évacuation continu formé d'une partie 26 ménagée entre les éléments de moule et qui est d'épaisseur relativement grande va riant de 1,5 à 4,8 mm et d'une partie 27 ménagée entre les organes de refroidissement et d'épaisseur relativement petite variant de 0,5 à 1,3 mm suivant le volume de la cavité à vider. Comme montré, un tuyau 28 relie ledit passage à un réservoir à vide 32 par un orifice étranglé 30 et une soupape à solé noïde 31.
Lorsque la machine n'est pas utilisée pour le moulage sous vide, le tuyau 28 est éliminé et le passage 27 communique directement avec l'atmo- sphère. La soupape 31 est reliée par un conducteur 33 à un interrupteur électrique 34 monté sur les éléments de moule 6 et 7 de façon que la soupape 31 soit fermée lorsque l'élément de moule 7 est ou vert et soit ouverte pour mettre le passage 27 sous vide lorsque l'élément de moule 7 est fermé. L'ori fice étranglé est un moyen pour limiter le degré de vide au début de l'opération de moulage.
(La sou pape 31, le conducteur 33 et l'interrupteur 34 peu vent être omis si on le désire). Une soupape à solé noïde 35 commande un tuyau 36 de by-pass de la soupape 31 et est reliée par un conducteur électri que 37 à une minuterie à commande électrique T. Le fonctionnement des soupapes et des interrupteurs sera décrit plus loin.
Les, organes de refroidissement 24 et 25 sont reliés par des boulons, B aux éléments de moule 6 et 7 et sont par conséquent fixés rigide ment à ceux-ci de sorte que l'organe de refroidisse ment 24 reste en position fixe avec l'élément de moule 6 tandis que l'organe de refroidissement 25 est déplacé en positions d'ouverture et de fermeture avec l'élément de moule 7.
En se référant plus par ticulièrement à la fig. 5 on notera que les organes de refroidissement viennent en engagement avec les élé ments de moule correspondants par des saillies ou portées étroites 40 ménageant des espaces d'air 41 entre les parties pour servir d'isolation thermique et empêcher l'écoulement de chaleur des éléments de moule vers les organes de refroidissement. Les orga nes de refroidissement sont formés chacun de deux parties principales dont l'une est constituée par un bloc 42, respectivement 43, en un métal tel que l'acier inoxydable ou en une composition réfractaire de métal fritté ou en une autre matière mauvaise con ductrice de la chaleur.
Dans la face de contact du bloc 43 est ménagée une rainure en forme de U 44 dans laquelle est engagée une pièce d'étanchéité 45, par exemple en néoprène, en silicone ou en Téflon (marque déposée) pour rendre le joint étanche au gaz. Chacun des blocs 42, 43 présente un creux cen tral dans. lequel est logé un bloc de refroidissement 46 et 47. Ces blocs de refroidissement sont pourvus sur leurs faces arrière d'une série de canaux C pour la circulation d'un fluide de refroidissement arrivant dans ces canaux par des tuyaux P et déchargé de ces canaux par des tuyaux P'.
Les blocs de refroi dissement sont de préférence en métal à conductibi- lité thermique élevée tel que le molybdène ou le cui vre. Les blocs de refroidissement présentent des sur faces ondulées 48 et 49 qui, lorsque les blocs de refroidissement sont dans la position assemblée mon trée à la fig. 5, forment un passage tortueux 27a for mant une partie du passage 27. Ce passage ondulé s'étend depuis l'espace situé à la partie inférieure du bloc de refroidissement 46 jusque dans une chambre 50 formée dans le bloc 43 comme montré à la fig. 5.
Le bloc 42 est pourvu d'une chicane en saillie 52 s'étendant dans l'espace 50 et également d'un espace 53 contigu à l'espace 50 et qui est relié au tuyau à vide 28. L'espace 53 contient une matière filtrante lâche 54 telle que de la paille d'acier qui contribue avec la chicane 52 à empêcher de petites particules de métal de passer dans le dispositif d'évacuation faisant le vide. Afin, de faciliter l'enlèvement du m & tal qui se solidifie dans le passage 27, les, extré mités 55 des ondulations sont chanfreinées.
Comme le montrent les fig. 4 et 6, une goupille d'éjection 56 pourvue d'une tête saillante 57 est introduite dans une ouverture du bloc 43 et du bloc de refroidis sement 47 et présente un prolongement extérieur qui bute contre le cadre de la machine lorsque le moule est ouvert. Lorsque l'élément de moule 7 et son or gane de refroidissement 25 sont ouverts, la tête d'éjection 57 bute contre le métal dans le passage 27 et effectue son enlèvement.
Si l'on désire mesurer ou enregistrer la pression régnant dans la cavité de moulage, des blocs de refroidissement additionnels 38 et 39 (fig. 1) sont reliés aux éléments de moule 6 et 7 respectivement et forment un passage 39' relié à la cavité de mou lage 16 comme l'est le passage 26, 27. 'Ce passage est relié à un dispositif de mesure de la pression 29 qui peut être un manomètre ou un dispositif enre gistreur de la pression pour enregistrer ou indiquer la pression régnant dans la cavité de moulage au cours de l'opération de moulage sous pression.
Ce passage est relié à la cavité de moulage en un point éloigné du passage 26 et permet de mesurer la pres sion régnant effectivement dans la cavité de mou lage 16. Une variante de ce dispositif est montrée à la fig. 12.
L'appareil 22 montré en détail aux fig. 7 à 11 sert à l'injection de quantités mesurées de métal en fusion dans la cavité de moulage 16. Cet appareil comprend un cylindre 18 fixé à l'élément de moule 6 et qui s'ouvre dans le canal 17 menant à la cavité de moulage 16. Le tuyau d'aspiration de métal 20 qui est en un métal ou en une matière céramique ne réagissant pas avec le métal de moulage relie le cylindre 18 à la masse de métal fondu contenue dans le réservoir 21.
Comme le montrent plus clairement les, fig. 7 à 11, un piston d'injection 58 est animé d'un mou vement de va-et-vient dans le cylindre 18 par une tige 59. Ce piston présente une rainure ou poche 60 dans son extrémité avant et une rainure longitudi nale 61 dans sa surface cylindrique qui s'étend vers l'avant seulement jusqu'au point 62, et dont la fonc tion sera expliquée plus loin. La tige 59 qui entraîne le piston 58 présente une tête 64 reliée par une connexion rotative à un manchon 65. Ce manchon est également relié par une connexion à vis avec une tige de piston 66 d'un piston coulissant dans un cylindre 67. Un écrou de blocage 68 fixe le man chon 65 aussi bien à la tête 64 qu'à la tige 66.
Le cylindre 67 est monté sur un cadre 69 et est rigide ment fixé au cadre vertical 3 par deux tirants 72 et 73. L'étanchéité du passage de la tige 66 à tra vers le cadre 69 est assurée par un presse-étoupe 74. Le piston coulissant dans le cylindre 67 n'est pas montré mais il est entendu qu'il s'agit d'un. piston commandé hydrauliquement pour entraîner les tiges 66 et 59 et le piston 58 en réponse aux moyens de commande cycliques de la machine.
La tête 64 présente une fente transversale 63 dans laquelle est engagé un bras de levier 75. Ce bras de levier présente une fente 76 dans laquelle vient s'engager une goupille 77 destinée à donner un mouvement oscillant à l'arbre 59 et au piston 58. Comme le montre le plus clairement la fig. 10, une console 78 est fixée au tirant 72. Cette console supporte un cylindre 80 dans lequel coulisse un pis ton à commande hydraulique (non représenté) qui déplace une tige 81 et la goupille 77 qui lui est fixée en avant et en arrière pour faire osciller le levier 75.
On notera en se référant aux fig. 7 et 8 que la con sole 78 est fixe et reste solidement fixée au tirant 72. Le levier 75 vient en engagement avec la gou pille 77 seulement lorsque le piston 58 se trouve à l'extrémité arrière de sa course comme le montre la fig. 7. Le piston dans le cylindre 80 est actionné hydrauliquement par du fluide admis dans ce cylin dre par une soupape à solénoïde 82. Cette soupape est actionnée par la minuterie T par un circuit élec trique relié à un conducteur 83.
Le piston du cylin- dre 80 avance à la fin de chaque cycle de la machine pour faire tourner le piston 58 à la position mon trée aux fig. 7 et 10, et est retiré à la fin de l'évacua tion au niveau inférieur de la cavité de moulage pour faire tourner le piston 58 à la position mon trée aux fig. 8 et 11.
Le piston dans le cylindre 15 et le piston dans le cylindre 67 sont actionnés hydrauliquement par des moyens à soupape commandés par la minute- rie T.
La machine à mouler décrite fonctionne comme suit: lorsque la minuterie centrale T est réglée pour le fonctionnement, le piston dans le cylindre 15 force le chariot 8 et l'élément de moule 7 avec l'organe de refroidissement 25 qui lui est fixé vers la position de fermeture montrée aux fig. 1, 5, 7 et 8.
A ce moment l'interrupteur 34 est fermé et la soupape 31 est ouverte, de sorte qu'un vide, limité par l'orifice étranglé 30, est engendré dans les passages 26 et 27, la cavité de moulage 16, le canal 17 et le cylindre 18. A ce moment, le levier 75 a fait tourner le pis ton 58 à la position montrée aux fig. 7 et 10 et une charge de métal en fusion est aspirée vers, le haut dans le cylindre 18 à partir du réservoir 21 à tra vers le tuyau 20.
Après un court instant, qui dépend du volume de métal requis, la minuterie T com mande successivement le piston dans le cylindre 80, la soupape à solénoïde 35 et le piston dans le cylin- dre 67. Le piston dans le cylindre 80 fait tourner le levier 75 à partir de la position montrée à la fig. 10 jusqu'à la position montrée à la fig. 11 en inter rompant ainsi complètement la communication entre la partie antérieure du cylindre 18 et le tuyau 20.
Ce mouvement amène la rainure 61 en regard du passage dans le tuyau 20, ce qui relie ce dernier à l'atmosphère et provoque le retour immédiat au réservoir 21 du métal en contact avec le piston 58 en empêchant ainsi le métal de se solidifier en con tact avec le piston. Lorsque le mouvement du piston 58 a pris fin, la soupape à solénoïde 35 s'ouvre pour appliquer le vide en plein et le piston dans le cylin dre 67 déplace les tiges 66 et 59 et le piston 58 en avant pour la course d'injection pendant laquelle le métal dans le cylindre 18 est forcé vers le haut à travers le passage 17 dans la cavité de moulage 16.
Pendant ce mouvement et tandis que le vide est ap- pliqué en plein, le métal entre et remplit la cavité de moulage 16 et passe finalement vers le haut et avec une rapidité considérable à travers la partie plus large 26 du passage et ensuite dans la partie relati vement étroite 27 du passage qui se trouve à l'inté- rieur de l'organe de refroidissement 24 et 25. En raison de l'action conjointe du métal avançant et du vide, tout le gaz contenu dans la cavité de moulage est éliminé. Un vide poussé suffira pour évacuer tout le gaz contenu dans la cavité de moulage.
Tou tefois, si une petite quantité de gaz résiduelle, prove nant le plus souvent d'infiltrations d'air était compri mée par le métal qui avance, elle contaminerait le métal et provoquerait des défauts de la pièce mou lée et des rejets. Dans la machine décrite, ce gaz résiduel est envoyé dans le dispositif engendrant le vide et le métal est ensuite solidifié dans l'évent pour former un bouchon, de sorte que tout le gaz est éli miné.
De petites particules de métal solidifié qui pour raient avoir été retenues dans les passages 26 et 27 sont soufflées contre la chicane 52 et emprisonnées par le métal fibreux 54, et ainsi empêchées de péné trer dans le dispositif engendrant le vide. Par suite de la basse température des blocs de refroidissement 46 et 47, le métal dans la partie 27 du passage est complètement solidifié avant qu'il puisse atteindre la chambre 50.
Lorsque cette opération est terminée, la minute rie T ferme la soupape 35, et renverse la direction de mouvement du piston dans le cylindre 15 pour déplacer le chariot 8 et l'élément de moule 7 et l'organe de refroidissement 25 qui lui sont fixés vers la gauche dans la fig. 1 pour ouvrir le moule et per mettre l'enlèvement de la pièce moulée.
Lors de ce mouvement, la goupille éjectrice 56 bute contre une oreille (non représentée) du cadre de la machine et l'extrémité 57 de celle-ci qui pénètre dans le passage 27 pousse la partie marginale du métal se trouvant dans celui-ci et le détache. Par conséquent la masse entière du métal y compris la partie se trouvant dans le passage 27 est enlevée en un seul bloc.
La fig. 12 montre une variante de la machine représentée à la fig. 1 et est une vue de côté de la face intérieure de l'élément de moule 7 montrant le montage de l'organe de refroidissement 25 et un se cond organe de refroidissement 25'. Cet organe de refroidissement 25'a un organe de refroidissement complémentaire (non représenté) semblable à l'or gane 24 sur l'élément de moule 6, qui forme le pas sage 27' auquel le manomètre ou dispositif enregis treur de pression 29 est relié. On notera que le pas sage 26' débouche dans la cavité 16 en un point opposé au passage 26.
Ceci permet de mesurer la pression dans la cavité de moulage indépendamment de la pression régnant dans le dispositif à vide et en particulier dans. le passage 26.