EP0243287A1 - Dispositif de moulage de pieces minces et de grandes dimensions en alliages d'aluminium - Google Patents

Dispositif de moulage de pieces minces et de grandes dimensions en alliages d'aluminium Download PDF

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EP0243287A1
EP0243287A1 EP87420105A EP87420105A EP0243287A1 EP 0243287 A1 EP0243287 A1 EP 0243287A1 EP 87420105 A EP87420105 A EP 87420105A EP 87420105 A EP87420105 A EP 87420105A EP 0243287 A1 EP0243287 A1 EP 0243287A1
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mold
holes
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enclosure
molding
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EP87420105A
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Inventor
Marc Santarini
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Rio Tinto France SAS
Original Assignee
Aluminium Pechiney SA
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
    • B22D11/06—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths into moulds with travelling walls, e.g. with rolls, plates, belts, caterpillars
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D21/00—Casting non-ferrous metals or metallic compounds so far as their metallurgical properties are of importance for the casting procedure; Selection of compositions therefor
    • B22D21/002—Castings of light metals
    • B22D21/007—Castings of light metals with low melting point, e.g. Al 659 degrees C, Mg 650 degrees C
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D18/00—Pressure casting; Vacuum casting
    • B22D18/06—Vacuum casting, i.e. making use of vacuum to fill the mould

Definitions

  • the present invention relates to a quoyde molding of thin and large parts in aluminum alloys.
  • French patent 1,178,083 teaches: "the use of a mold constituted by a sintered and porous material placed in an enclosure in which a relative vacuum is created or includes suction channels so that the liquid metal being introduced into the mold by simple gravity, atmospheric pressure allows the metal to perfectly match the internal profile of the mold through the pores from which the air which previously filled said mold is released. possible to easily produce parts perfectly reproducing the profile of the imprint of the mold ".
  • this material is a sintered metal
  • machining does not completely solve this problem of precision because, more often than not, these sintered metals tend to deform when hot.
  • the plug does not occupy the entire thickness of the mold, it is connected to the enclosure by the hole in which it is fitted or by a hole drilled behind the porous plug and which communicates with the enclosure under vacuum , so that this depression can also be transmitted.
  • This latter arrangement makes it possible to reduce the quantity of porous material.
  • These plugs preferably have a diameter of less than 20 mm and therefore have a very reduced contact surface with the cast metal so that the machining problems posed by the fully porous molds are nonexistent here.
  • holes are preferably placed at the locations of the mold furthest from the place of supply because it is there in general that the evacuation of the air takes place in the worst conditions.
  • the quantity of holes necessary to obtain the best results it obviously depends on the dimensions of the mold. However, it has been found that a hole area at most equal to 50% of the surface of the molded part is perfectly suitable.
  • the vacuum it is a function of the dimensions of the mold, the shape of the part, the number and the arrangement of the plugs. The range of values used is therefore very wide and between 1.10 5 Pa and 1.10 3 Pa.
  • the enclosure can completely surround the mold or on the contrary form two separate parts each in relation with one of the half-shells of the mold so that one can then, at will, create depression on one or the other or on both sides of the molded part.
  • the vacuum is generally made when the mold is supplied with metal but, it can be offset from this moment and preferably it will be done soon after this moment.
  • the vacuum circuit of such a device can be slaved to the supply of the mold by means of control and regulation devices known elsewhere.
  • a mold (1) comprising a conventional lower half-shell (2) and an upper half-shell (3) which according to the invention has porous channels (4) passing through, in the present case, the entire thickness of the mold.
  • These half-shells are partially separated from each other by a gap (5) or imprint of shape corresponding to that of the part to be molded.
  • This imprint is related to a liquid metal supply system composed of a pouring basin (6) pierced at its bottom with an orifice which can optionally be closed by a stopper (7) and which is extended by piping.
  • (8) passing through the upper half-shell up to the level of the cavity and equipped with a metal passage detection probe (9).
  • the vacuum circuit comprising from upstream to downstream a vacuum pump (10), a balloon (11) of large dimensions equipped with a pressure gauge (12), a manual valve (13) , a solenoid valve (14), an adjustable timer (15) connected to the probe (9), a pipe (16) in connection with the enclosure (17) which in this case covers only the top of the upper half-shell .
  • the enclosure (17) is connected to the vacuum circuit in which the valve (13) is open and the solenoid valve (14) closed .
  • the desired vacuum value is displayed on the regulator pressure gauge (12) and the pump (10) is started.
  • the metal is then poured into the basin (6) and the stopper (7) raised; the arrival of the metal in the channel (8) is detected by the probe (9) and the signal transmitted to the timer (15).
  • the air contained in the enclosure (17), the channels (9) and the imprint (5) then escapes through the piping (16) and the metal then gradually fills the imprint down to its smallest recesses.
  • the timer (15) may possibly include a second index which will control the closing of the solenoid valve (14) after a desired time of application of the vacuum.
  • the mold is opened, the part is extracted and the installation ready for a new casting.
  • This device is applicable to a piece molded horizontally but it is obvious that it can be transposed to a piece cast vertically.

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Abstract

La présente invention est relative à un dispositif de moulage de pièces minces et de grandes dimensions en alliages d'aliminium. Ce disposttif comportant un moule (1) solidaire d'une enceinte (17) dans laquelle est créée une dépression, est caractérisé en ce que le moule (1) est constitué par un matériau utilisé dans le moulage sous pression atmosphérique et qu'il est percé à l'intérieur, sur une fraction au moins de son epaisseur de trous (4) dans lesquels sont emmanchés des bouchons poreux. L'invention est applicable à l'obtention de pièces telles que, par exemple, des panneaux de façade, des supports de moteur et autres pièces réalisées jusqu'à présent en tôles d'acier mécanosoudées.

Description

  • La présente invention est relative à un dispositifyde moulage de pièces minces et de grandes dimensions en alliages d'aluminium.
  • Actuellement, un certain nombre de pièces, telles que, par exemple, les panneaux de façade ou les supports de moteurs, sont obtenus à partir de tôles d'acier mécanosoudées.
  • Dans un souci d'allégement des pièces, l'homme de l'art a été amené pour les réaliser à s'intéresser à d'autres métaux que l'acier et, en particulier, aux alliages d'aluminium.
  • Du fait que ces pièces ne sont généralement pas plates et peuvent présenter soit une section d'épaisseur variable et/ou des parties en relief telles que rebords, ailettes ou nervures,, leur mise en forme ressort plus du point de vue économique des techniques de moulage que des techniques de transformation mécanique comme le laminage, le matriçage, l'emboutissage, etc...
  • Toutefois, le moulage de telles pièces, lorsqu'elles sont de grandes dimensions et d'épaisseur faible (2 à 3 mm), pose des problèmes de "venuJ" liés au remplissage plus ou moins complet du moule par le métal liquide, notamment, lorsque le moulage s'effectue en moule permanent ou en sable alimenté par gravité.
  • Certes, des solutions ont déjà été proposées pour résoudre ce problème. C'est ainsi, par exemple, que le brevet français 1 178 083 enseigne: "l'utilisation d'un moule constitué par un matériau fritté et poreux placé dans une enceinte dans laquelle est créé un vide relatif ou comporte des canaux d'aspiration de telle sorte que le métal liquide étant introduit dans le moule par simple gravité, la pression atmosphérique permette au métal d'épouser parfaitement le profil interne du moule au travers des pores duquel se dégage l'air qui emplissait préalablement ledit moule. Il est ainsi possible de réaliser sans difficulté des pièces reproduisant parfaitement le profil de l'empreinte du moule".
  • Toutefois, l'utilisation d'un moule dont la coquille est constituée dans sa totalité par un matériau fritté poreux s'accompagne de grandes difficultés, en particulier dans le cas du moulage de pièces de taille importante et ce, quelle que soit la nature du matériau poreux mis en oeuvre.
  • En effet, si ce matériau est un métal fritté, il est nécessaire pour obtenir une précision dimensionnelle convenable des pièces, de procéder à un usinage du moule avant utilisation, ce qui a pour conséquence de provoquer un bouchage des pores et donc une mauvaise aspiration de l'air. En outre, un tel usinage ne permet pas de résoudre complètement ce problème de précision car, le plus souvent, ces métaux frittés ont tendance à se déformer à chaud.
  • Si le moule est en céramique poreuse, les difficultés résident alors dans la mauvaise tenue aux chocs thermiques de ce type de matériau.
  • C'est pourquoi, la demanderesse, cherchant à éviter ces inconvénients, a trouvé un dispositif qui, dans le cadre du moulage en moule permanent, alimenté par gravité et solidaire d'une enceinte dans laquelle est créée une dépression est caractérisé en ce que ledit moule est constitué par un matériau utilisé dans le moulage sous pression atmosphérique et qu'il est percé à l'intérieur et sur une fraction au moins de son épaisseur de trous dans lesquels sont emmanchés des bouchons en matériaux poreux.
  • Ainsi l'invention utilise-t-elle la technique de moulage en moule permanent, sous dépression, enseignée dans le brevet français 1 178 083 mais elle s'en différencie par deux caractéristiques essentielles:
    • - d'une part, le moule n'est pas constitué par un matériau poreux mais, par un matériau classique utilisé dans les procédés de coulée en coquille où il n'y a pas d'enceinte et où le moule fonctionne à la pression atmosphérique. Un tel matériau, qui peut être, par exemple, une fonte lamellaire perlitique, est d'un prix nettement plus bas que n'importe quel matériau poreux et en tout cas possède, outre une bonne résistance aux chocs thermiques, une excellente stabilité dimensionnelle à chaud;
    • - d'autre part, ce moule est percé à l'intérieur, c'est-à-dire du côté où il est en contact avec le métal moulé, de trous dont la longueur peut être égale ou, de préférence, inférieure à l'épaisseur du moule. Dans ces trous sont emmanchés des bouchons en matériau poreux qui peut être une céramique ou un métal fritté. De préférence, on utilise des bouchons en acier inoxydable fritté. Ces bouchons transmettent la dépression dans l'enceinte en des points bien précis de l'intérieur du moule.
  • Dans le cas où le bouchon n'occupe pas toute l'épaisseur du moule, il est relié à l'enceinte par le trou dans lequel il est emmanché ou par un orifice percé derrière le bouchon poreux et qui communique avec l'enceinte en dépression, de manière à pouvoir transmettre également cette dépression. Cette dernière disposition permet de réduire la quantité de matériau poreux.
  • Ces bouchons ont de préférence un diamètre inférieur à 20 mm et présentent donc une surface de contact avec le métal coulé très réduite de sorte que- les problèmes d'usinage posés par les moules entièrement poreux sont ici inexistants.
  • Ces trous sont disposés de préférence aux endroits du moule les plus éloignés du lieu d'alimentation car c'est là en général que l'évacuation de l'air s'effectue dans les plus mauvaises conditions. Quant à la quantité de trous nécessaires pour obtenir les meilleurs résultats, elle est évidemment fonction des dimensions du moule. Toutefois, on a trouvé qu'une surface de trous au plus égale à 50 % de la surface de la pièce moulée convenait parfaitement.
  • En ce qui concerne la dépression, elle est fonction des dimensions du moule, de la forme de la pièce, du nombre et de la disposition des bouchons. La fourchette de valeurs utilisée est donc très large et comprise entre 1.105 Pa et 1.103 Pa.
  • L'enceinte peut entourer complètement le moule ou au contraire former deux parties séparées en relation chacune avec l'une des demi-coquilles du moule de sorte qu'on peut alors, à volonté, créer la dépression sur l'une ou l'autre ou sur les deux faces de la pièce moulée.
  • La mise sous dépression est généralement faite au moment où le moule est alimenté en métal mais, elle peut être décalée par rapport à ce moment et de préférence elle se fera peu après ce moment.
  • Le circuit de mise sous dépression d'un tel dispositif peut être asservi à l'alimentation du moule au moyen d'appareils de contrôle et de régulation connus par ailleurs.
  • L'invention sera mieux comprise à l'aide de la figure ci-jointe qui représente en coupe verticale un dispositif de moulage et un circuit de mise sous dépression.
  • On y voit un moule (1) comprenant une demi-coquille inférieure (2) classique et une demi-coquille supérieure (3) qui conformément à l'invention présente des canaux poreux (4) traversant, dans le cas présent, toute l'épaisseur du moule. Ces demi-coquilles sont partiellement séparées l'une de l'autre par un intervalle (5) ou empreinte de forme correspondante à celle de la pièce à mouler. Cette empreinte est en relation avec un système d'alimentation en métal liquide composé d'un bassin de coulée (6) percé en son fond d'un orifice qui peut être éventuellement obturé par une quenouille (7) et qui est prolongé par une tuyauterie (8) traversant la demi-coquille supérieure jusqu'au niveau de l'empreinte et équipée d'une sonde (9) de détection de passage du métal.
  • On voit également sur cette figure le circuit de mise sous dépression comportant d'amont en aval une pompe à vide (10), un ballon (11) de grandes dimensions équipé d'un manomètre régulateur (12), une vanne manuelle (13), une électrovanne (14), une minuterie (15) réglable reliée à la sonde (9), une tuyauterie (16) en liaison avec l'enceinte (17) qui dans le cas présent recouvre uniquement le dessus de la demi-coquille supérieure.
  • En fonctionnement, les deux coquilles du moule ayant été appliquées l'une contre l'autre, l'enceinte (17) est reliée au circuit de mise sous dépression dans lequel la vanne (13) est ouverte et l'électrovanne (14) fermée. La valeur de la dépression souhaitée est affichée sur le manomètre régulateur (12) et la pompe (10) est mise en route. Puis, on règle l'index de la minuterie (15) sur le temps qui doit séparer le moment où la sonde (19) détecte l'arrivée de métal et le moment de la mise sous dépression de l'enceinte (17) et corrélativement de l'empreinte (5).
  • Le métal est alors versé dans le bassin (6) et la quenouille (7) soulevée; l'arrivée du métal dans le canal (8) est détectée par la sonde (9) et le signal transmis à la minuterie (15). Le temps affiché sur la minuterie (15) étant écoulé, l'électrovanne (14) s'ouvre. L'air contenu dans l'enceinte (17), les canaux (9) et l'empreinte (5) s'échappe alors par la tuyauterie (16) et le métal remplit alors progressivement l'empreinte jusque dans ses moindres recoins.
  • La minuterie (15) peut éventuellement comporter un deuxième index qui commandera la fermeture de l'électrovanne (14) après un temps souhaité d'application de la dépression.
  • Après solidification de la pièce, le moule est ouvert, la pièce est extraite et l'installation prête pour une nouvelle coulée.
  • Ce dispositif est applicable à une pièce moulée horizontalement mais il est évident qu'il est transposable à une pièce coulée verticalement.
  • L'invention peut être illustrée à l'aide de l'exemple d'application suivant :
    • Une pièce de type "support moteur", de longueur et de largeur hors tout : 195 mm x 154 mm, présentant des nervures de hauteur de 10 à 35 mm, en alliage d'aluminium du type ASIOG, a été coulée dans un moule comportant deux demi-coquilles en acier. La demi-coquille supérieure était percée de 20 trous de diamètre 10 mm. La mise sous une dépression d'environ 5.104 Pascals a été appliquée 0,12 seconde après le moment du début de l'alimentation.
  • On a obtenu une pièce reproduisant fidèlement la forme de l'empreinte et ne présentant aucun défaut interne ou superficiel.

Claims (7)

1. Dispositif de moulage de pièces minces et de grandes dimensions en alliages d'aluminium comprenant un moule (1) alimenté par gravité, solidaire d'une enceinte (17) dans laquelle est créée une dépression caractérisé en ce que le moule est constitué par un matériau utilisé dans le moulage sous pression atmosphérique et qu'il est percé à l'intérieur sur une fraction au moins de son épaisseur de trous dans lesquels sont emmanchés des bouchons (6) en matériau poreux.
2. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que le matériau poreux est en acier inoxydable fritté.
3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le diamètre de chaque trou est inférieur à 20 mm.
4. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que les trous sont disposés en des points éloignés du lieu d'alimentation du moule.
5. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que la surface des trous représente au plus 50 % de la surface de la pièce moulée.
6. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le vide relatif est créé au plus tôt au moment de l'alimentation en métal du moule.
7. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que la dépression est créée au moyen d'une pompe (10) par l'intermédiaire d'un ballon (11) de grandes dimensions muni d'un manomètre (12) qui commande le fonctionnement de la pompe, d'une tuyauterie équipée d'une vanne (13), d'une électrovanne (14) dont l'ouverture est réglée par une minuterie (15) dont le fonctionnement est lié à un signal émis par une sonde (9) qui détecte le moment où le moule est alimenté.
EP87420105A 1986-04-23 1987-04-21 Dispositif de moulage de pieces minces et de grandes dimensions en alliages d'aluminium Withdrawn EP0243287A1 (fr)

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KR870009791A (ko) 1987-11-30
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