CH629130A5 - Installation de coulee a commande automatique. - Google Patents

Description

La présente invention a pour objet une installation de coulée à commande automatique comprenant une poche de coulée contenant une réserve de métal en fusion, une chaîne de moulage formée de moules qui sont amenés successivement dans une position de remplissage et un dispositif de commande automatique.

La technologie du remplissage automatique des moules de fonderie en sable ou en coquille a fait l'objet, ces derniers temps, de développements importants. Ainsi, par exemple, le brevet allemand

N° 1242809 et le DOS N° 2639793 décrivent des moyens de détection et de commande qui tendent à permettre l'automatisation des opérations de coulée, lorsqu'il s'agit de remplir des séries de moules fermés en déversant le métal dans un entonnoir que ces moules présentent à leur partie supérieure.

Toutefois, certaines chaînes de moulage qui produisent des moules de contenance relativement petite à une cadence élevée exigent que les opérations de coulée s'effectuent dans un temps extrêmement réduit, de sorte que le réglage de la coulée pose alors des problèmes particuliers. En effet, l'utilisation rationnelle de ces chaînes de moulage implique l'utilisation d'une poche de coulée de grande contenance dont il s'agit d'extraire à chaque opération une quantité de métal relativement petite, mais dont le débit doit être contrôlé avec une très grande précision.

On sait que les poches de coulée utilisées pour le remplissage des moules sont en général du type à renversement, du type à quenouille ou du type à pression. Elles peuvent être pourvues de moyens de chauffage. Pour éviter des interruptions trop fréquentes, il est avantageux d'utiliser des poches de grande contenance, par exemple du type à pression. Toutefois, dans ce cas la constante de temps de la poche de coulée s'allonge, et son encombrement peut entraîner des difficultés en ce qui concerne le réglage et la commande automatique des opérations de coulée.

Le but de la présente invention est de réaliser une installation de coulée à commande automatique qui, tout en utilisant une poche de grande contenance, permet de régler avec précision des débits relativement faibles, en tenant compte du fait que le débit du métal qui tombe dans l'entonnoir doit varier très rapidement en cours de coulée en fonction des irrégularités de l'écoulement dans le conduit qui relie l'entonnoir du moule à sa cavité interne. Pour assurer la rapidité voulue dans le déroulement des opérations tout en garantissant la qualité des pièces moulées, il faut que le réglage maintienne le niveau du métal dans l'entonnoir de coulée à une valeur constante pendant le remplissage de chaque moule. Pour donner une idée des conditions à remplir, il s'agit par exemple de commander des opérations de coulée dont la durée peut être réduite jusqu'à 4 s.

Dans ce but, l'installation selon l'invention, du genre mentionné au début, est caractérisée par une poche intermédiaire qui reçoit de la poche de coulée un jet d'alimentation et déverse dans l'entonnoir du moule en position de remplissage un jet de remplissage, et par le fait que le dispositif de commande comporte, d'une part, des capteurs aptes à signaler en permanence au moins la hauteur du niveau de métal dans l'entonnoir du moule en cours de remplissage et la quantité de métal contenue dans la poche intermédiaire et, d'autre part, des organes de commande qui règlent les débits des jets d'alimentation et de remplissage, le tout étant agencé de manière que le contenu de la poche intermédiaire ne varie que dans des limites faibles et que le niveau du métal dans les entonnoirs reste constant pendant les opérations de coulée.

On vai décrire ci-après, à titre d'exemple, une forme de réalisation de l'installation selon l'invention, en se référant au dessin annexé dont:

la fig. 1 est une vue schématique des éléments principaux de l'installation, et la fig. 2 un schéma simplifié du circuit de réglage.

On voit à la flg. 1 une chaîne de moulage 1 qui comporte schématiquement une piste 2 sur laquelle se suivent une série de moules 3. Chaque moule comporte un entonnoir 4 situé à sa partie supérieure et relié par un conduit étroit 5 avec la cavité intérieure 6 qui représente la forme de la pièce à mouler. Les moules 3 peuvent être fabriqués par n'importe quelle méthode connue. Ainsi une méthode de fabrication connue procède automatiquement en formant des mottes de sable comportant chacune la moitié de deux moules adjacents, ces mottes étant accolées les unes aux autres pour former les moules complets.

Le métal qui remplit chacun des moules 3 provient d'une poche à pression de grande contenance 7. Cette poche se compose, de façon classique, d'un fût 8 équipé d'un inducteur 8a, d'un bec à déversoir 9

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et d'un couvercle 10 qui surmonte le fût et qui est alimenté par une tuyauterie 11 en gaz sous pression de façon à refouler progressivement le métal 12 contenu dans le fût 8 par le bec 9. La position de la poche ne nécessite donc aucune modification pendant les opérations de coulée. Une vanne 28 règle l'arrivée du gaz, qui sera par exemple de l'azote, par la tuyauterie 11. Cette vanne et une tuyauterie de décharge 45 munie d'une vanne 44 permettent de commander la poche 7.

Une poche intermédiaire 13 du type à renversement est disposée entre la poche à pression 7 et le moule 3. La contenance de cette poche est beaucoup plus petite que celle de la poche 7. Elle correspond en gros à la contenance de l'un des moules 3. La poche 13 est supportée de façon à pivoter autour d'un axe horizontal 14 qui sera de préférence situé au droit du bec 13a, de façon que le basculement de la poche 13 s'effectue sans déplacer le jet 15 par lequel le métal s'écoule hors de cette poche. La disposition de la poche 13 est telle que le jet 15 tombe dans l'entonnoir 4, tandis que le jet 16 de métal s'écoulant au-dessus du déversoir 9 parvient dans la poche 13 et forme dans cette poche une surface libre horizontale.

La position de la poche intermédiaire 13 est commandée par un dispositif schématisé en 18 à la fig. 1. Ce dispositif peut comporter, par exemple, une poulie 19, une chaîne 20 et une poulie semblable à la poulie 19 montée sur l'axe 14. Toutefois, tout autre système de commande à levier ou à vérins peut également être prévu.

On va décrire maintenant le système de commande et de réglage de l'installation représentée à la fig. 1. Ce système comporte un certain nombre de capteurs destinés à fournir des signaux électriques représentatifs de certaines données instantanées de l'installation. Il comporte, en outre, des organes de commande capables d'agir sur certains organes de l'installation de façon à la piloter. Deux capteurs optiques 21 et 22 sont associés aux moules 3. Le premier est dirigé vers l'emplacement des entonnoirs 4. Il reçoit le flux lumineux visible et/ou infrarouge émis par la surface libre 23 du métal contenu dans l'entonnoir 4. Le second capteur 22 est du même type que le capteur 21 et est dirigé sur le jet 15 de façon à émettre un signal représentatif de la section du jet et, par conséquent, de son débit. Un troisième capteur optique 24 est dirigé vers le jet 16 s'écoulant du déversoir 9 de façon à fournir également un signal correspondant au débit du jet 16. La quantité de métal contenue dans la poche 13 est détectée indirectement par un capteur de position 25 ou directement par un capteur optique ou d'un autre type. Le capteur 25 enregistre toute rotation de la poulie 19 et donne un signal fonction de sa rotation. Le capteur 43 mesure la hauteur du niveau de métal dans la poche 7. Enfin, dans l'installation représentée à la fig. 1, on prévoit encore un capteur de pression 26 qui mesure la pression du gaz à l'intérieur de la poche 7. Divers autres dispositifs de sécurité ne sont pas représentés au dessin.

Le système de commande et de réglage permet d'agir automatiquement, d'une part, sur la position de la poche 13 et, d'autre part, sur la pression à l'intérieur de la cloche 10 de façon à commander le débit du jet 16. Ces moyens d'action sont constitués par un moteur à réducteur 27 qui entraîne la poulie 19 et par la vanne 28 qui commande l'admission de gaz par la tuyauterie 11 dans la cloche 10.

La fig. 2 permet de voir comment ces différents éléments de commande et de réglage sont connectés aux circuits nécessaires afin d'assurer le fonctionnement de l'installation. On reconnaît à la fig. 2 les capteurs optiques 22 et 21 dirigés respectivement vers le jet 15 et vers le niveau libre 23; le capteur 24 est dirigé vers le jet 16, le capteur 43, le détecteur de pression 26, le moteur 27, le capteur de position 25 et la vanne 28. Les circuits se composent de deux boucles 29 et 30 dont les fonctions sont les suivantes: la boucle 29 reçoit comme signaux d'entrée le signal correspondant à la largeur du jet 15 et celui qui correspond au niveau 23. Le premier de ces signaux est tout d'abord élevé au carré dans le circuit 31 afin de former un signal proportionnel au débit du jet. Le signal de sortie du circuit 31 est conduit, d'une part, au circuit sommateur 32 et, d'autre part, au différenciateur 33 dont la sortie est également conduite au circuit sommateur 32 afin de former un signal correspondant à l'allure du jet.

Le signal émis par le capteur 21 est conduit à un sommateur 34 et à un différenciateur 35 dont la sortie est également conduite au circuit 34. Ce dernier fournit à sa sortie un signal représentatif du niveau 23 et de son évolution.

Le signal de niveau de la surface 23 et le signal d'intensité du jet 15 sont conduits à un amplificateur de réglage 36 qui reçoit également une valeur de consigne donnée par la référence 37 et dont la sortie constitue un signal de commande qui entraîne le moteur 27 afin de renverser ou redresser la poche 13 pour faire varier le débit du jet 15. La boucle 29 tend à maintenir la hauteur du niveau 23 à une valeur constante pendant le remplissage de chaque moule.

De son côté, la boucle 30 reçoit comme signal d'entrée le signal capteur 24 correspondant à la largeur du jet 16. Ce signal est élevé au carré dans le circuit 38, conduit au régulateur 39 et au dérivateur 40, la sortie de ce dernier circuit allant également au comparateur 39. Un signal de consigne formé par la référence 41 et le signal du capteur 26 sont conduits à l'amplificateur de réglage 39 qui reçoit encore un signal de position de la poche 13 formé dans le circuit 42 à partir des signaux fournis par le capteur de position 25. La mesure du niveau du métal dans la poche 7, effectuée par le capteur optique 43, est également transmise à la boucle 30. Les signaux correspondant à cette mesure sont traités dans les circuits 46 et 47 pour être envoyés au circuit 39. Enfin, ce dernier est aussi lié à l'amplificateur 36 de la première boucle afin que les variations de niveau et de jet détectées par les capteurs 21 et 22 influent sur la formation du signal de commande de la poche 7. La sortie du circuit 39 est connectée à la vanne 28. Ainsi la boucle 30 commande la vanne 28 de façon à régler le débit du jet 16 afin que la position de la poche 13 reste approximativement constante.

Du fait de la grande inertie de la poche 7 et des effets secondaires qu'entraînent les variations de la pression dans la cloche 10, surtout si elles sont rapides, la quantité de métal contenue dans la poche 13 ne peut pas être maintenue absolument constante. Toutefois, des variations de cette quantité, à l'intérieur de certaines marges, sont tolérables.

La disposition décrite ci-dessus permet de maîtriser parfaitement les difficultés de réglage que l'on rencontrait jusqu'à maintenant lorsqu'il s'agissait d'alimenter des moules de faible capacité se suivant en série à cadence rapide. La poche à pression 7 peut être garnie des inducteurs 8a et conserver une grande quantité de métal à une température convenable. Elle peut alimenter une chaîne comme la chaîne 1 sans interruption. Bien que la constante de temps de cette poche soit grande, le fait qu'elle se déverse dans la poche à renversement 13, dont le volume est beaucoup plus grand que celui des entonnoirs 4, élimine toute conséquence défavorable. On peut même prévoir que le jet 16 s'écoule en permanence entre les opérations de coulée. Les variations de débit du jet 16 sont donc maintenues dans des limites relativement étroites et la lenteur de ces variations a pour seule conséquence certaines variations momentanées dans la quantité de métal contenue dans la poche 13.

En revanche, le fait que la poche 13 est une poche à renversement de petite contenance a pour conséquence que le jet 15 est bien maîtrisé et susceptible de suivre les variations rapides exigées par le moule. Les deux capteurs 21 et 22 permettent d'effectuer un réglage effectif du débit du jet 15 de façon à maintenir le niveau 23 à une valeur constante pendant une opération de remplissage d'un moule 3, même si cette opération ne dure par exemple que 4 s. Le capteur 21 peut également, bien que cela ne soit pas représenté à la fig. 2, servir à provoquer un redressement rapide de la poche 13 à la fin du remplissage d'un moule quand le niveau 23 augmente au-delà d'une certaine limite. Le jet 15 est alors rapidement interrompu, ce qui permet de procéder à l'avance de la chaîne de moulage. Pendant ce temps, comme dit plus haut, le jet 16 peut continuer à s'écouler dans la poche 13 ou être interrompu.

L'installation décrite est encore susceptible d'autres améliorations. Ainsi, il est possible de remplir la poche à pression pendant le déroulement des opérations de coulée. L'installation peut donc fonctionner en permanence.

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D'autre part, un avantage important de la présence de la poche intermédiaire est le fait que cette poche peut servir de récipient de dosage et de mélange pour des additifs d'inoculation. Ceux-ci seront déversés dans la poche 13 à côté du jet 16. L'alimentation peut être assurée au débit du jet 15.

Bien entendu, les capteurs pourraient aussi être disposés autrement que ce qui est représenté au dessin. Au lieu de mesurer en permanence la quantité de métal contenue dans la poche 13 par le moyen d'une mesure de position de cette poche, on pourrait également mesurer cette quantité de métal au moyen d'un capteur optique dirigé sur la surface 17 ou par tout autre moyen. Des capteurs d'un autre type pourraient également être utilisés.

Les moyens de commande de l'avance des moules 3 n'ont pas été décrits ici. Il s'agit de moyens connus dont il existe différents types. Dans une forme d'exécution avantageuse, on pourrait prévoir un montage de la poche 13 tel que le bec de cette poche puisse se déplacer dans le plan horizontal, par translation de la poche. Cela permettrait de diriger le jet 15 et, par conséquent, de corriger de petits écarts entre les positions des entonnoirs 4 des différents moules. Ainsi, le jet 15 tomberait toujours au centre de l'entonnoir 4.

L'installation décrite est également susceptible de divers développements. Ainsi la poche intermédiaire pourrait être doublée. La 5 poche à pression présenterait par exemple deux becs 9 distincts débitant dans deux poches 13 disposées côte à côte et capables de remplir simultanément des moules doubles ou deux moules voisins. Dans ce cas, un réglage de la répartition du métal entre les deux poches intermédiaires pourrait être réalisé par inclinaison latérale de 10 la poche à pression.

La constitution des capteurs optiques utilisés dans l'installation décrite n'a pas été exposée en détail ci-dessus. Il s'agit de dispositifs déjà connus et dont on trouvera une description par exemple dans le 15 DOS allemand N° 2639793.

L'électronicien se rendra compte facilement que tous les circuits représentés à la fig. 2 et constituant les boucles 29 et 30 peuvent être réalisés sans difficulté en technologie intégrée.

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2 feuilles dessins

Claims (10)

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1. Installation de coulée à commande automatique comprenant une poche de coulée contenant une réserve de métal en fusion, une chaîne de moulage formée de moules qui sont amenés successivement dans une position de remplissage et un dispositif de commande automatique, caractérisée par une poche intermédiaire qui reçoit de la poche de coulée un jet d'alimentation et déverse dans l'entonnoir du moule en position de remplissage un jet de remplissage, et par le fait que le dispositif de commande comporte, d'une part, des capteurs aptes à signaler en permanence au moins la hauteur du niveau de métal dans l'entonnoir du moule en cours de remplissage et la quantité de métal contenue dans la poche intermédiaire et, d'autre part, des organes de commande qui règlent les débits des jets d'alimentation et de remplissage, le tout étant agencé de manière que le contenu de la poche intermédiaire ne varie que dans des limites faibles et que le niveau du métal dans les entonnoirs reste constant pendant les opérations de coulée.

2. Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que le dispositif de commande comporte une première boucle de réglage (29) qui est influencée par le signal de niveau du métal dans l'entonnoir et qui règle le débit du jet de remplissage en agissant sur la poche intermédiaire et une seconde boucle de réglage (30) qui est influencée par le signal correspondant au contenu de la poche intermédiaire et qui règle le débit du jet d'alimentation en agissant sur la poche de coulée.

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REVENDICATIONS

3. Installation selon la revendication 2, caractérisée en ce que la première boucle reçoit un signal de consigne correspondant à un niveau de référence.

4. Installation selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que la poche intermédiaire est du type à renversement et en ce que le signal correspondant à son contenu est formé par un capteur de position, capable de détecter l'angle de basculement de cette poche.

5. Installation selon la revendication 2, caractérisée en ce que la première boucle est aussi influencée par un signal représentatif du débit du jet de remplissage.

6. Installation selon la revendication 2, caractérisée en ce que la seconde boucle de réglage est aussi influencée par un signal issu de la première boucle.

7. Installation selon l'une des revendications 2 ou 6, caractérisée en ce que la seconde boucle de réglage est aussi influencée par un signal représentant la hauteur du niveau libre dans la poche de coulée.

8. Installation selon la revendication 4, caractérisée en ce que le détecteur de la quantité de métal contenu dans la poche intermédiaire comporte en outre un capteur optique mesurant le niveau du métal en fusion dans ladite poche intermédiaire.

9. Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comporte en outre un dispositif capable d'introduire des additifs d'inoculation dans la poche intermédiaire.

10. Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que la poche intermédiaire est montée de façon que son bec soit mobile dans le plan horizontal de façon à permettre d'ajuster la position du jet par rapport à l'entonnoir du moule entre les diverses opérations de coulée.