CH627388A5

CH627388A5 - Procede et dispositif de regulation d'une operation de coulee basse pression.

Info

Publication number: CH627388A5
Application number: CH644978A
Authority: CH
Inventors: A Renonce A Etre Mentionne Inventeur
Original assignee: Novatome Ind
Priority date: 1977-06-15
Filing date: 1978-06-13
Publication date: 1982-01-15
Also published as: US4213494A; DE2826060B2; FR2394347A1; NO781780L; DE2826060C3; AU3647578A; CA1101099A; DE2826060A1; AU517724B2; FR2394347B1; IT7868212A0; GB1598385A; JPS54112330A

Description

La présente invention concerne un procédé de régulation d'une opération de moulage d'un métal par coulée à basse pression dans un moule alimenté par-dessous par une pompe électromagnétique. L'invention trouve une application particulièrement intéressante pour le moulage par coulée à basse pression de l'aluminium et de ses alliages.

L'invention concerne également un dispositif pour la mise en œuvre de ce procédé.

L'alimentation par pompe électromagnétique est souvent préférée à l'alimentation par air comprimé pour la coulée basse pression d'un métal, à cause de la rapidité de réaction aux commandes de changement de pression. Dans la technique actuelle de l'opération de coulée alimentée par pompe électromagnétique, on procède par cycles de séquences préétablies, chaque phase étant définie par une durée fixe et une valeur fixe ou variable de la pression. On rappellera ci-après ces différentes phases en se référant aux fig. 1 et 2. La fig. 1 représente schématiquement un moule pour coulée basse pression, comportant un corps 1 et un couvercle 2. Le métal liquide est introduit dans le moule par le queusot 3. La fig. 2 donne, en fonction du temps, pour les différentes phases d'une coulée, les variations de la tension d'alimentation de la pompe électromagnétique, c'est-à-dire en définitive les variations de la hauteur de refoulement dans le moule, et par là la pression du métal dans le moule.

A l'état de repos, le métal est maintenu à une altitude légèrement inférieure à celle de l'entrée du moule par application sur la pompe d'une tension U0 réglée par un potentiomètre.

Pour remplir le moule on règle la tension à une valeur Uj pour obtenir une hauteur de refoulement légèrement supérieure à l'altitude de la partie supérieure du moule; ainsi, lorsque le moule est rempli, la pompe établit sur le métal une légère pression correspondant à une masselotte de faible hauteur et cela pendant un temps assez court, mais nécessaire pour former une peau seulement contre les parois internes du moule, le reste du métal étant liquide. En fait, l'utilisation d'une pompe électromagnétique permet déjà d'obtenir de meilleurs résultats, en augmentant progressivement la tension depuis la tension U0 de repos jusqu'à la tension Ui et en maintenant ensuite la tension Uj pendant le temps nécessaire à la formation de la peau contre les parois internes du moule. On verra sur la fig. 2 la première phase du remplissage proprement dit, à vitesse d'entrée progressive pendant le temps tl, puis la deuxième phase, pendant le temps t2, pour la formation de la peau.

La progressivité de l'augmentation de tension de U0 à U! est obtenue de façon usuelle par un convertisseur analogique-digital, permettant de découper l'écart de tension U0-Uj en intervalles élémentaires en nombre affiché par un présélecteur associé à un compteur-horloge. Le compteur fait ainsi progresser la tension d'un niveau élémentaire à chaque intervalle de temps défini par la base de temps du compteur.

La troisième phase du moulage est une phase de refroidissement, pendant laquelle la pleine tension U2 est appliquée sur la pompe

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électromagnétique qui fournit sa pression maximale de refoulement sur le métal liquide. La peau précédemment formée empêche alors le métal d'entrer dans les fentes du moule correspondant à la jonction du corps et du couvercle et ainsi que dans les évents de tirage d'air. Cette pression maximale est maintenue pendant que le métal se solidifie dans le moule. Elle sera coupée, grâce à une minuterie qui mesure le temps t3 nécessaire, à l'instant où le front de solidification du métal descend dans le queusot d'alimentation 3.

La minuterie pourra être consituée d'un compteur-horloge muni d'une base de temps et associé à un présélecteur de préréglage du temps t3.

Enfin, pendant une quatrième phase, la tension appliquée est ramenée à la valeur de repos U0, tandis que le moule sera maintenu fermé pour parfaire la solidification de la pièce pendant un temps t4 limité pour éviter un refroidissement tel que la pièce soit indémoula-ble. Ce temps t4 peut également être déterminé par une minuterie constituée par un compteur-horloge muni d'une base de temps et associé à un présélecteur de préréglage du temps t4.

Les signaux de sortie des compteurs qui commandent des variations de tension sont appliqués à un commutateur agissant sur les circuits d'alimentation à tension variable de la pompe, et par exemple sur les circuits à thyristors; le signal de sortie du compteur du temps t4 agira sur les commandes de fin de cycle par commande d'ouverture du moule.

Un tel dispositif donne de bons résultats en pratique lorsque les conditions de fonctionnement et d'environnement restent inchangées. Mais la température du métal, contenu dans le four de fusion qui alimente la pompe, peut varier soit par exemple par panne de chauffage ou soit parce que le four a été rempli avec du métal plus froid ou plus chaud. Les conditions d'équilibre thermique du moule sont alors perturbées et on court le risque de couler de mauvaises pièces.

Il peut aussi arriver qu'après évacuation de la pièce coulée, le moule nécessite un repoteyage partiel ou un léger entretien. Si le moule reste alors ouvert, sa température chutera et là encore l'équilibre du moule sera perturbé et les pièces coulées risqueront de ne pas être bonnes.

Dans ces deux hypothèses de perturbation, il faut alors modifier les paramètres du cycle de coulée, c'est-à-dire pratiquement la durée relative des différentes phases, au fur et à mesure que le four et le moule reprennent leur température normale d'équilibre. Cela demande du temps et des corrections fréquentes pour ajuster les éléments de réglage du cycle.

L'invention a donc d'abord pour but un procédé de régulation qui permette de tenir compte automatiquement des conditions variables de fonctionnement et d'environnement, pour régler de façon continue les paramètres de la coulée et les adapter aux conditions réelles de travail. Cette régulation tient compte du fait que, lorsque la température du moule ou la température du métal à l'entrée du moule baisse, il y a intérêt à faire entrer le métal plus rapidement dans le moule pour éviter de solidifier le métal avant que le moule soit plein.

L'invention a également pour but d'éviter de prolonger inutilement la phase de remplissage du moule et la phase de solidification.

Le procédé atteint ce but par les caractères énoncés dans la revendication 1.

Le dispositif selon l'invention atteint le but visé par la présence des caractères énoncés dans la revendication 6.

Les revendications 2 à 5 annexées définissent des modes de mise en œuvre particulièrement avantageux du procédé en question.

L'invention va maintenant être décrite avec plus de détails en se référant à un mode de réalisation particulier donné à titre d'exemple et représenté par les autres figures annexées.

La fig. 3 est un schéma général du dispositif de régulation réalisé selon l'invention.

Les fig. 4 à 6 concernent une variante de réalisation dans laquelle la mesure de température du métal à la partie supérieure du moule est réalisé par mesure différentielle au moyen de deux capteurs associés.

La fig. 4 montre la disposition particulière des deux capteurs de température associés. La fig. 5 donne la variante correspondante du schéma général. La fig. 6 montre le sens de l'évolution des températures détectées par les deux capteurs.

On reviendra tout d'abord à la fig. 1 où sont représentés les différents capteurs de température sur le moule. Les capteurs 5 et 6 sont destinés à mesurer les températures TI et T2 du moule lui-même. Le capteur 7 mesure la température T3 à la partie supérieure du moule. Le capteur 8 mesure la température T5 au queusot d'alimentation du moule.

En se référant maintenant à la fig. 3, on retrouvera les organes usuels connus pour la commande d'un cycle de coulée basse pression avec alimentation par pompe électromagnétique. Les trois tensions d'alimentation de la pompe des diverses phases du cycle sont fixées par les potentiomètres 11,12 et 13, où sont respectivement prélevées les tensions U0 de repos, Uj de maintien, pendant la formation de la peau, et U2 correspondant à la pleine pression pendant la solidification.

Les tensions U0 et U2 sont directement amenées au commutateur analogique 15 qui commande la régulation à thyristors 16 de la tension d'alimentation de la pompe électromagnétique 17. Par contre, la tension Uj est amenée au commutateur 15 par l'intermédiaire du convertisseur digital-analogique 18 piloté par le compteur-horloge 19.

Le compteur-horloge 19 est destiné à fixer la durée de la phase tl par affichage d'un nombre NI d'impulsions issues de la base de temps 20. Le préafïïchage NI est transmis par la connexion 23 au convertisseur 18 et définit le nombre de paliers de progression pour aboutir en fin de comptage à la tension Ui ; chaque degré de comptage du compteur 19, mis en route par l'entrée de déclenchement 23, est transmis par la connexion 24 et augmente d'un palier la tension transmise par le convertisseur 18 au commutateur 15. Le signal de sortie de fin de comptage, correspondant à l'obtention de la pleine tension U! sur le commutateur 15, est transmis par 25 au commutateur pour déclencher le maintien de la tension Ut pendant la deuxième phase t2; en même temps, le signal déclenche par 26 le démarrage du compteur 27 et par 28 la remise à zéro du compteur 19.

Le compteur 27 est destiné à fixer la durée de la phase t2 par préafïïchage d'un nombre N2 d'impulsions issues de la même base de temps 20. Le signal de sortie de fin de comptage du compteur 27, correspondant à la fin de la phase t2 de formation de la peau, est transmis par 30 à la porte OU 31 dont le signal de sortie est lui-même transmis par 32 au commutateur 15 pour commander l'élévation à la valeur U2 de la tension d'alimentation de la pompe; en même temps, le signal déclenche par 33 le démarrage du compteur 35 et par 36 la remise à zéro du compteur 27.

Le compteur 35 est destiné à fixer la durée de la phase t3, par préaffichage d'un nombre N3 d'impulsions issues de la base de temps 38. Le signal de sortie de fin de comptage du compteur 35, correspondant à la fin de la phase t3 de solidification est transmis par 40 à la porte OU 41 dont le signal de sortie est lui-même transmis par 42 au commutateur 15 pour commander le retour à la tension U0 de repos de la pompe d'alimentation; en même temps, le signal déclenche par 44 le démarrage du compteur 45 et par 46 la remise à zéro du compteur 35.

Le compteur 45 est destiné à fixer la durée de la dernière phase t4 par préafïïchage d'un nombre N4 d'impulsions issues de la base de temps 51. Le signal de sortie de fin de comptage du compteur 45, correspondant à la fin de la phase t4 de complément de solidification, est transmis par 47 au relais 48 du dispositif 49 de commande d'ouverture du moule; en même temps, le signal déclenche par 50 la remise à zéro du compteur 45.

A l'exception des portes 31 et 41, le dispositif qui vient d'être décrit correspond pratiquement à un état connu de la technique, où la durée des quatre phases du cycle est fixée uniquement par l'affichage des repères NI, N2, N3 et N4. La nouveauté de l'invention consiste tout d'abord dans l'utilisation de mesures de température par les thermocouples 5,6,7 et 8, disposés sur le moule

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comme représenté à la fig. 1, et par le thermocouple 55 de mesure de la température du métal dans le four de fusion. Le signal du thermocouple 55, représentant la température TO du métal dans le four, est introduit dans le circuit de contre-réaction d'un amplificateur 57 pour inverser l'effet de la variation de température. De même, le signal moyen des thermocouples 5 et 6, représentant la moyenne des températures T2 et T3 relevées sur un moule et, par conséquent, la valeur moyenne de la température du moule, est introduit dans le circuit de contre-réaction d'un amplificateur 59 pour inverser également l'effet de la variation de température. Les sorties des amplificateurs 57 et 59, par l'intermédiaire de résistances d'équilibrage 60 et 61, sont appliquées au circuit de réglage de la base de temps 20 qui pilote les compteurs 19 et 27.

On voit donc que si pour une raison quelconque la température du four, ou la température du moule, vient à diminuer, ce qui impose d'accélérer la vitesse d'entrée du métal dans le moule, le réglage de la base de temps 20 va être modifié dans le sens d'un raccourcissement de la période des impulsions. Pour un nombre NI d'impulsions à compter, il en résultera bien une diminution de la durée absolue du comptage, c'est-à-dire que le même nombre de paliers de progression de la tension U, sera obtenu en un temps plus court, et la progression de la vitesse d'entrée du métal dans le moule sera accrue. De même, la durée de la phase t2 de maintien à la tension Ux sera raccourcie par diminution de la durée des impulsions élémentaires comptées dans le compteur 27.

Mais on a également vu que la fin de la phase t2 pouvait survenir dès la formation de la peau, c'est-à-dire dès formation d'une première solidification au contact des parois dans la partie supérieure du moule. On utilisera donc ici, selon l'invention, la mesure réelle de la température en haut du moule par le thermocouple 7. Le signal du thermocouple 7 représentant la température T3 est appliqué au détecteur de seuil 63 réglé pour détecter le passage de la température T3 à la température de solidification du métal; le signal de détection est appliqué par 64 à l'entrée de la porte OU 31, parallèlement au signal de fin de comptage du compteur 27. On voit qu'on peut alors ne plus utiliser le compteur 27 que comme un élément de sécurité, pour ne donner au commutateur 15 l'ordre de passage à la phase t3 que si la détection en 7 ou 62 de la solidification n'a pas fonctionné. Mais en fonctionnement normal, on profitera donc de tous les facteurs qui auront pu conduire par exemple à une accélération de la solidification pour réduire d'autant la phase t2 et en définitive le cycle total de la coulée.

On retrouvera une disposition tout à fait équivalente pour la fin de la phase de solidification t3 qui peut être interrompue dès que le front de solidification a atteint le queusot d'alimentation 3. On utilisera alors, selon l'invention, la mesure réelle de la température au queusot par le thermocouple 8. Le signal du thermocouple 8,

représentant la température T5, est appliqué au détecteur de seuil 66 réglé pour détecter le passage de la température T5 à la température de solidification du métal; le signal de détection est appliqué par 67 à l'entrée de la porte OU 41 parallèlement au signal de fin de comptage 5 du compteur 35. Ici encore, le compteur 35 peut ne plus être utilisé que comme un élément de sécurité; mais en fonctionnement normal, on profitera de tous les facteurs qui permettent de réduire la durée de la phase t3 et en définitive du cycle total de la coulée.

Enfin, la durée de la dernière phase t4 de fin de solidification sera, 10 elle aussi, automatiquement réglée pour tenir compte des conditions réelles de la coulée, de telle sorte qu'elle évolue en sens inverse de la température du moule, puisque la solidification sera d'autant plus rapide que la température du moule sera moins élevée. On utilisera donc la mesure de la température moyenne du moule par les 15 thermocouples 5 et 6. Le signal représentant la moyenne des températures T2 et T3 mesurées est introduit dans le circuit de contre-réaction d'un amplificateur 70 pour inverser l'effet de variation de température; la sortie de l'amplificateur 70 est appliquée par l'intermédiaire de la résistance d'équilibrage 71 au circuit de réglage 20 de la base de temps 46 qui pilote le compteur 45. Une diminution de la température du moule conduira donc à une diminution de la période des impulsions comptées en 45 et pour un même nombre N4 affiché à une diminution de la durée de la phase t4 terminée par l'ouverture du moule.

as On pourrait ainsi concevoir que chaque compteur 19 et 27, pilotant les phases tl et t2, soit muni d'une base de temps propre au lieu d'utiliser la même; on pourrait, par exemple, ainsi apporter un degré de correction différent sur chacune des deux phases.

On peut aussi utiliser une variante de détection de la formation de 30 la peau à la fin de la phase t2, en utilisant une mesure de température différentielle. Dans cette variante, qui fait l'objet des fig. 4, 5 et 6, on remplace le thermocouple 7 par deux thermocouples 75 et 76, disposés légèrement décalés en altitude, avec également le thermocouple supérieur 76 légèrement plus en retrait (fig. 4). Les thermo-35 couples 75 et 76 enregistrent respectivement les températures T3 et T4. Les courbes de la fig. 6 représentent l'évolution des températures T3 et T4 au cours d'une opération de coulée et l'on voit que T4 est toujours en léger retard par rapport à T3. Si l'on met ces deux thermocouples en opposition sur un appareil de mesure direction-40 nelle, celui-ci détectera une tension dans un sens pour la partie montante de la courbe, puis nulle près du sommet lorsque les deux courbes de T3 et T4 de croisent, puis une tension inversée dans la partie descendante de la courbe. Or, la peau commence à se former à l'intérieur du moule lorsque la température commence à décroître. 45 C'est donc au passage à zéro de l'appareil de mesure différentielle que l'on déclenchera la fin de la phase t2. Dans le schéma général de régulation modifié selon la variante de la fig. 5, le détecteur de seuil 62 sera alors un détecteur de zéro.

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2 feuilles dessins

Claims

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1. Procédé de régulation d'une opération de moulage d'un métal par coulée à basse pression dans un moule alimenté par-dessous par une pompe électromagnétique, opération comportant les phases suivantes, à partir d'une position de repos dans laquelle le métal est maintenu à une altitude inférieure à celle de l'entrée du moule:

a) remplissage du moule, à vitesse croissante, par application d'une tension d'alimentation croissante sur la pompe et jusqu'à une tension correspondant à une hauteur de refoulement légèrement supérieure à celle du haut du moule,

b) maintien de cette tension d'alimentation jusqu'à formation d'une peau contre les parois internes du moule,

c) solidification avec application d'une pression accrue jusqu'à ce que le front de solidification atteigne l'entrée du moule, et d) fin de solidification à la pression de repos et ouverture du moule, caractérisé par le fait qu'on utilise des mesures de température du moule et de température du métal dans le four de fusion pour régler la durée des phases a et b dans le sens d'une réduction de durée pour une diminution de la température du moule ou de la température du métal dans le four.

2. Procédé de régulation selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'on utilise aussi la mesure de température du moule pour régler la durée de la phase d dans le sens d'une réduction de durée pour une diminution de la température du moule.

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REVENDICATIONS

3. Procédé de régulation selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'on utilise une mesure de température du métal dans la partie supérieure du moule pour détecter son passage à la température de solidification et déclencher la fin de la phase b.

4. Procédé de régulation selon la revendication 3, caractérisé par le fait que l'on mesure la température du métal dans la partie supérieure du moule, par mesure différenteille de deux températures prises en des emplacements voisins l'un au-dessus de l'autre, le passage à la température de solidification étant alors détecté par annulation de la mesure différenteille.

5. Procédé de régulation selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'on utilise une mesure de la température du métal à l'entrée du moule pour détecter son passage à la température de solidification et déclencher la fin de la phase c.

6. Dispositif de régulation pour la mise en œuvre du procédé selon la revendication 1, et comprenant:

— des moyens pour engendrer divers niveaux de tension d'alimentation de la pompe électromagnétique,

— quatre compteurs-horloges à présélection montés en série pour déterminer la durée des différentes phases a à d du procédé et les enchaîner séquentiellement,

— un commutateur analogique associé aux moyens de régulation de la tension d'alimentation de la pompe, commandé par les signaux de sortie des compteurs-horloges relatifs aux phases a à c et destiné à appliquer sélectivement les tensions correspondantes à la pompe, et

— des moyens pour commander l'ouverture du moule, commandés par le compteur-horloge relatif à la phase d,

caractérisé par le fait que le dispositif comporte en outre:

— au moins un capteur de température du moule et un capteur de température du métal dans le four de fusion,

— un amplificateur inverseur associé à chaque capteur de température,

et par le fait que les deux compteurs-horloges relatifs aux phases a et b sont pilotés par une base de temps variable, elle-même liée aux signaux de sortie des amplificateurs.

7. Dispositif de régulation selon la revendication 6, caractérisé par le fait que le compteur-horloge relatif à la phase d est piloté par une base de temps variable, elle-même liée au signal de sortie d'un amplificateur inverseur associé au capteur de température du moule.

8. Dispositif de régulation selon l'une des revendications 6 ou 7, caractérisé par le fait qu'il comporte en outre:

— un capteur de la température du métal dans la partie supérieure du moule, associé à un détecteur de passage d'un seuil,

— un circuit logique OU recevant à la fois le signal de sortie du compteur relatif à la phase b et le signal de sortie du détecteur de passage de seuil, et dont le signal de sortie est appliqué à la fois au commutateur analogique et à l'entrée de déclenchement du compteur relatif à la phase c.

9. Dispositif de régulation selon l'une des revendications 6 à 8, caractérisé par le fait qu'il comporte en outre:

— un capteur de température du métal à l'entrée dans le moule associé à un détecteur de passage d'un seuil,

— un circuit logique OU recevant à la fois le signal de sortie du compteur relatif à la phase c et le signal de sortie du détecteur de passage de seuil, et dont le signal de sortie est appliqué à la fois au commutateur analogique et à l'entrée de déclenchement du compteur relatif à la phase d.