EP0270466B1 - Machine de moulage sous pression de pièces métalliques contenant éventuellement des fibres en céramiques - Google Patents

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EP0270466B1
EP0270466B1 EP87420297A EP87420297A EP0270466B1 EP 0270466 B1 EP0270466 B1 EP 0270466B1 EP 87420297 A EP87420297 A EP 87420297A EP 87420297 A EP87420297 A EP 87420297A EP 0270466 B1 EP0270466 B1 EP 0270466B1
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EP
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piston
metal
pressure
orifice
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EP87420297A
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Jean Charbonnier
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Rio Tinto France SAS
Original Assignee
Aluminium Pechiney SA
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Publication date
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    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D17/00—Pressure die casting or injection die casting, i.e. casting in which the metal is forced into a mould under high pressure
    • B22D17/20—Accessories: Details
    • B22D17/30—Accessories for supplying molten metal, e.g. in rations
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D17/00—Pressure die casting or injection die casting, i.e. casting in which the metal is forced into a mould under high pressure
    • B22D17/02—Hot chamber machines, i.e. with heated press chamber in which metal is melted
    • B22D17/04—Plunger machines
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D17/00—Pressure die casting or injection die casting, i.e. casting in which the metal is forced into a mould under high pressure
    • B22D17/08—Cold chamber machines, i.e. with unheated press chamber into which molten metal is ladled
    • B22D17/12—Cold chamber machines, i.e. with unheated press chamber into which molten metal is ladled with vertical press motion
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D39/00—Equipment for supplying molten metal in rations
    • B22D39/06—Equipment for supplying molten metal in rations having means for controlling the amount of molten metal by controlling the pressure above the molten metal

Definitions

  • the present invention relates to a machine for the pressure molding of metal parts, in particular of aluminum and lithium alloys or of magnesium alloys, said alloys possibly containing ceramic fibers, according to the preamble of claim 1.
  • US-A 3,058,179 had already, for an entirely different purpose, produced a machine which partially addresses the interaction problem.
  • the container is here supplied, sheltered from air, by means of a piping plunging into a sealed container containing the metal to be molded in the liquid state and provided at its upper part with an inlet for pressurized inert gas by means of which an overpressure is created on the surface of the liquid to send the latter into the container.
  • the air contained in the cylinder where the piston slides and which surrounds the piston rod is found to be put in relation with the liquid supply piping to the container.
  • the metal contained in the piping begins to flow back towards the container, it sucks this air and is thus oxidized.
  • inert gas is blown under a pressure Pi into the piping.
  • this gas can spread into the mold cavity thereby purging it of the air it contains.
  • This gas then fills the entire volume bonded between the metal and its pressure expels the air which comes from the piston cylinder.
  • the length of the piston must be greater than the height of the orifice both in relation to the piping with the container so that the metal is pushed back before the cylinder is put in relation to the piping. Subsequently, when the piston goes down and unmask the orifice, the gas blown then under low pressure will enter the container and prevent any entry of air from the mold which is then opened and this until the value of P 2 which has been reduced to 0 to facilitate the return of the metal to the container is increased to start a new molding cycle.
  • a kind of pocket placed on top of the piping and inside which a gas blanket is kept to prevent the entry of metal into the system. insufflation.
  • This pocket is equipped with a probe which detects an abnormal reduction in the height of the gas mattress and then commands the opening of a special valve responsible for ensuring the additional pressure necessary to maintain the desired height.
  • the value of P 2 must be at least equal to the value of the metallostatic pressure exerted by the metal when it fills the imprint. As for the difference Pi - P 2 it is of the order of 0.01 MPa.
  • FIG. 1 a distinction is made between the fixed lower plate 1 and the mobile upper plate 2 of a vertical die-casting machine. Between these plates is placed the mold 3 having an imprint 4.
  • the lower plate is equipped with an injection device constituted by the container 5 in which slides the piston 6 supported by the rod 7 driven by a reciprocating movement and comes under the effect of the jack 18.
  • Said container is connected via the orifice 8 to the pipe 9 which plunges into the bath 10 of metal to be molded contained in the crucible 11 placed in the sealed container 12 which can be pressurized via the gas inlet 13 in order to send the metal through the piping 9 to the container 5.
  • an inert gas is blown into the pipeline 14 at a point 15 in the piping 9 according to a pressure linked to the pressure prevailing in the container as a function of the position of the piston detected by the probe 17, pressure which can be controlled by the differential pressure regulator 16.
  • Figure 2 we find the elements of Figure 1 namely the container 5, the piston 6, the rod 7, the orifice 8, the piping 9, the metal bath 10, the crucible 11, the container 12, l gas inlet 13, the pipe 14, the blowing point 15, the pressure gauge 16 and the probe 17.
  • the molding cycle is then restarted.

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Description

  • La présente invention est relative à une machine de moulage sous pression de pièces métalliques, notamment, en alliages d'aluminium et de lithium ou en alliages de magnésium, lesdits alliages contenant éventuellement des fibres en céramiques, selon la préambule de la revendication 1.
  • L'homme de l'art du moulage en moule permanent connait bien les procédés de moulage sous pression de pièces métalliques mettant en oeuvre notamment des machines à chambre froide dans lesquelles un alliage à l'état liquide, placé dans un conteneur solidaire d'un moule, est poussé par un piston dans une empreinte en un temps relativement court.
  • L'exercice d'une pression pouvant dépasser 102 MPa assure ensuite l'alimentation de la pièce en alliage liquide pendant sa solidification.
  • De tels procédés permettent d'obtenir des pièces de grande précision dimensionnelle avec un très bon état de surface, ce qui évite de recourir ultérieurement à un usinage coûteux. De plus, l'absence de masselottes conduit à une mise au mille bien meilleure que dans la coulée par gravité. Enfin, il n'est pas nécessaire de procéder à des traitements thermiques en raison des bonnes caractéristiques mécaniques présentées par les pièces brutes de moulage.
  • Tous ces avantages font du moulage sous pression un procédé de plus en plus utilisé notamment dans les fonderies de métaux légers tels que l'aluminium et le magnésium.
  • Cependant, certaines, difficultés sont apparues lors de l'extension de ce procédé de moulage à de nouveaux produits tels que, par exemple, les alliages d'aluminium-lithium, certains alliages de magnésium et les produits composites contenant, outre ces métaux, des fibres en céramiques.
  • On sait, en effet, que les alliages d'aluminium-lithium et de magnésium sont particulièrement sensibles à l'oxydation et que la liaison fibre-métal dans les composites peut être fortement affaiblie par la présence dans le métal d'oxydes ou autres composés résultant d'une action de l'environnement.
  • Or, la plupart des machines de moulage sous pression à chambre froide n'ont pas, jusqu'à présent, pris en compte cette intéraction entre les produits moulés et l'air.
  • C'est ainsi, par exemple, que dans la machine de moulage sous pression décrite dans le brevet US-A 4 088 178, l'alimentation en métal du conteneur s'effectue par désolidarisation du système d'injection du moule puis, inclinaison par rapport à la verticale et remplissage du conteneur à l'aide d'une louche. Il est évident, qu'en opérant de cette façon, on ne peut pas obtenir de pièces convenables à partir d'alliages très facilement oxydables.
  • Antérieurement au brevet précédent, l'US-A 3 058 179 avait déjà, dans un but tout à fait différent, réalisé une machine qui répond en partie au problème d'intéraction. En effet, le conteneur est ici alimenté à l'abri de l'air par l'intermédiaire d'une tuyauterie plongeant dans un récipient étanche contenant le métal à mouler à l'état liquide et muni à sa partie supérieure d'une arrivée de gaz inerte sous pression au moyen de laquelle on crée une surpression à la surface du liquide pour envoyer ce dernier dans le conteneur. Suivant cette disposition, on évite le contact du métal liquide, avec l'atmosphère au moment du remplissage du conteneur, mais, on ne résout pas pour autant le problème d'intéraction. En effet, lors du mouvement vers le haut du piston dans le conteneur, afin de comprimer le métal dans l'empreinte, l'air contenu dans le cylindre où coulisse le piston et qui entoure la tige du piston, se trouve être mis en relation avec la tuyauterie d'amenée de liquide au conteneur. Comme à cet instant le métal contenu dans la tuyauterie commence à refluer vers le récipient, il aspire cet air et se trouve ainsi oxydé.
  • Une autre difficulté plus préoccupante encore est la suivante : étant donnée la grande vitesse de déplacement du piston (plus de 0,5 m/sec), la mise en liaison de la tuyauterie avec l'atmosphère du cylindre du piston est très rapide de sorte qu'initialement le métal n'a pas encore commencé son reflux vers le récipient lorsque cette liaison s'effectue. Il en résulte alors un écoulement de métal à l'intérieur du cylindre qui compromet rapidement la bonne marche du piston et aboutit le plus souvent à un arrêt de la machine. C'est pour parer à ces difficultés que la demanderesse a cherché et trouvé une nouvelle machine.
  • Celle-ci s'inscrit dans le cadre du brevet US-A 3 058 179, c'est-à-dire qu'elle combine au dispositif de moulage sous pression une alimentation en métal par l'intermédiaire d'une tuyauterie plongeant dans un récipient duquel le métal est refoulé vers le conteneur par l'action d'une pression P2 de gaz. Elle est caractérisée en ce que ladite tuyauterie est équipée en un point de sa paroi voisin du conteneur d'une alimentation en gaz inerte et d'une poche sous pression P1 dépendant de la position du piston et de P2.
  • Dans ces conditions, en supposant le moule prêt à être alimenté, le moulage se déroule de la façon suivante : du gaz inerte est insufflé sous une pression Pi dans la tuyauterie. Comme le piston est alors en position basse, la liaison entre le conteneur et la tuyauterie existe et ce gaz peut se répandre jusque dans l'empreinte du moule le purgeant ainsi de l'air qu'il contient.
  • Puis, une surpression est établie à la surface du bain de métal contenu dans le récipient. Pour que le métal monte dans la tuyauterie, il faut alors que cette surpression P2 soit supérieure à Pi. Lorsque le métal a rempli la tuyauterie, et le conteneur, le piston s'élève rapidement pour assurer la compression du métal. Dès que le piston masque l'orifice de liaison entre la tuyauterie et le conteneur, ce qui est détecté au moyen d'un palpeur ou d'un détecteur quelconque, on insuffle immédiatement le gaz de manière que Pi devienne supérieur à P2. A ce moment, le métal est refoulé vers le récipient et on empêche tout écoulement de métal vers le cylindre au moment où la tige du piston apparaît au niveau de l'orifice. Ce gaz remplit alors tout le volume liassé entre le métal et sa pression refoule l'air qui provient du cylindre du piston. Il est à noter que la longeur du piston doit être supérieure à la hauteur de l'orifice mettant en relation la tuyauterie avec le conteneur afin que le métal soit refoulé avant que le cylindre soit mis en relation avec la tuyauterie. Par la suite, quand le piston va redescendre et démasquer l'orifice, le gaz soufflé alors sous faible pression va s'introduire dans le conteneur et empêcher tout entrée d'air provenant du moule qui est alors ouvert et ce jusqu'à ce que la valeur de P2 qui a été réduite à 0 pour faciliter le retour du métal au récipient réaugmente pour démarrer un nouveau cycle de moulage.
  • Par ailleurs, il a été prévu au point d'insufflation du gaz une espèce de poche placée sur le dessus de la tuyauterie et à l'intérieur de laquelle un matelas de gaz est maintenu pour empêcher l'entrée de métal dans le système d'insufflation. Cette poche est équipée d'une sonde qui détecte une réduction anormale de la hauteur du matelas de gaz et commande alors l'ouverture d'une vanne particulière chargée d'assurer le complément de pression nécessaire au maintien de la hauteur souhaitée.
  • L'établissement des différences de pression Pi et P2 convenable est obtenue à l'aide d'un manomètre différentiel commandé par un palpeur ou un détecteur de position quelconqueet qui agit sur l'ouverture ou la fermeture de vannes convenables.
  • La valeur de P2 doit être au moins égale à la valeur de la pression métallostatique exercée par le métal lorsqu'il remplit l'empreinte. Quant à la différence Pi - P2 elle est de l'ordre de 0,01 MPa.
  • L'invention peut être illustrée à l'aide des dessins ci-joints qui représentent :
    • . Figure 1 : une vue en coupe verticale axiale d'une installation de moulage.
    • . Figure 2 : un schéma de l'installation de l'alimentation en gaz du récipient et de la tuyauterie.
  • Sur la figure 1 on distingue le plateau inférieur 1 fixe et le plateau supérieur 2 mobile d'une machine verticale de moulage sous pression. Entre ces plateaux se trouve placé le moule 3 présentant une empreinte 4. Le plateau inférieur est équipé d'un dispositif d'injection constitué par le conteneur 5 dans lequel coulisse le piston 6 supporté par la tige 7 animée d'un mouvement de va et vient sous l'effet du vérin 18. Ledit conteneur est relié par l'intermédiaire de l'orifice 8 à la tuyauterie 9 qui plonge dans le bain 10 de métal à mouler contenu dans le creuset 11 placé dans le récipient 12 étanche qui peut être mis sous pression par l'intermédiaire de l'arrivée du gaz 13 afin d'envoyer le métal par la tuyauterie 9 vers le conteneur 5. Selon l'invention, on insuffle un gaz inerte dans la canalisation 14 en un point 15 de la tuyauterie 9 suivant une pression liée à la pression régnant dans le récipient en fonction de la position du piston détectée par le palpeur 17, pression qui peut être contrôlée par le manomètre différentiel régulateur 16.
  • Sur la figure 2 on retrouve les éléments de la figure 1 à savoir le conteneur 5, le piston 6, la tige 7, l'orifice 8, la tuyauterie 9, le bain de métal 10, le creuset 11, le récipient 12, l'arrivée de gaz 13, la canalisation 14, le point d'insufflation 15, le manomètre 16 et le palpeur 17.
  • A côté de ces éléments, sont représentés tous ceux qui permettent de faire fonctionner l'installation. Ce sont, dans le sens de circulation des gaz :
    • - sur l'arrivée de gaz 13 :
    • . le détendeur haute pression 20
    • . le détendeur basse pression 21
    • l'électrovanne 22 qui assure soit le passage du gaz vers le récipient, soit la mise à l'air du récipient
    • . le régleur de débit 23
    • . le clapet antiretour 24
    • - sur la canalisation 14 :
    • . le détendeur haute pression 25
    • . le détendeur basse pression 26
    • l'électrovanne 27 à 2 voies
    • l'électrovanne 28 à 3 voies dont l'une communique avec l'atmosphère. Ce couple de vannes permet de régler la pression Pi dans la tuyauterie par rapport à la pression P2 dans le récipient par l'intermédiaire du manomètre différentiel 16.
  • En effet, si Pi est correct, ces deux vannes sont fermées, si P1 est trop faible, la vanne 27 est ouverte et la mise à l'air de la vanne 28 est fermée; si P1 est trop forte, la vanne 27 est fermée et la mise à l'air de la vanne 28 est ouverte.
  • .l'électrovanne 29 dont l'ouverture permet un fort débit de gaz insufflé
    • . le régleur de débit 30
    • . le clapet antiretour 31
    • . le débitmètre 32
    • l'électrovanne 33 qui assure l'arrêt ou le passage de gaz insufflé vers 15
    • . l'électrovanne 34 avec son régleur de débit 35 qui par suite d'une défaillance du circuit de gaz insufflé s'ouvre uniquement si la sonde 36 indique une montée de métal au niveau du point 15 et le risque d'un bouchage de la canalisation.
  • Au cours d'un cycle de moulage, l'installation fonctionne de la façon suivante :
    • 1. Le moule étant ouvert pour extraire la pièce, le récipient est à la pression atmosphèrique par l'intermédiaire de la vanne 22, le piston en position basse, la vanne 29 fermée, le manomètre différentiel 16 sur la position Pi > P2 de sorte qu'un faible débit de gaz arrive en 15 par l'intermédiaire du régleur de débit 30 et de la vanne 33.
    • 2. Le moule est refermé, prêt pour une nouvelle injection. La situation des éléments précédents reste identique de sorte que le gaz balaye l'empreinte et en chasse l'air.
    • 3. L'ordre d'injection étant donné, la vanne 33 se ferme isolant la chambre 15, ce qui annule la condition P1 > P2 tandis que la vanne 29 s'ouvre. La vanne 22 assure le passage du gaz vers le récipient et provoque la montée de métal liquide vers le conteneur. Lorsque le piston commence son ascension la vanne 29 étant ouverte est prête à assurer la pression de gaz Pi > P2 suffisante pour empêcher l'introduction de métal dans le circuit d'insufflation de gaz par formation d'un matelas protecteur au point 15.
    • 4. Dès que le piston obture l'orifice 8, la vanne 33 est ouverte de sorte que Pi devienne supérieure à P2 et accélère le retour de métal vers le récipient pour éviter tout épanchement de métal dans le cylindre au moment où la tige de piston apparaît au niveau de l'orifice 8 et toute entrée d'air provenant dudit cylindre.
    • 5. Le piston continue sa progression vers le haut pendant la solidification de la pièce tandis que la vanne 22 est mise à l'air pour faire chuter P2. Pi est modulée sur P2 de manière à avoir constamment Pi > P2.
    • 6. Les vannes restant dans la même position, le moule est ouvert et le piston dans son mouvement ascendant chasse la pastille d'injection.
    • 7. Le piston revient à la position basse. Au moment où il démasque l'orifice 8, la vanne 29 se ferme de sorte qu'une légère pression de gaz est assurée par le régleur 30 afin de purger le conteneur.
  • Le cycle de moulage est alors redémarré.
  • Il est clair que toutes ces opérations sont rendues automatiques en utilisant des appareils de régulation et de contrôle bien connus de l'homme de l'art.

Claims (4)

1. Machine de moulage sous pression à chambre froide pour la fabrication de pièces métalliques contenant éventuellement des fibres en céramiques formée d'un plateau inférieur (1) fixe et d'un plateau supérieur (2) mobile entre lesquels est placé un moule (3) présentant une empreinte (4) de la pièce à mouler, ledit plateau inférieur étant équipé d'un dispositif d'injection constitué par un conteneur (5) dans lequel coulisse un piston (6) supporté par une tige (7), ledit conteneur étant relié par l'orifice (8) à une tuyauterie (9) qui plonge dans un bain (10) liquide du métal à mouler contenu dans un récipient (12) étanche, ledit récipient pouvant être mis sous une pression P2 par l'intermédiaire d'une arrivée de gaz (13) afin d'envoyer le métal vers le conteneur, caractérisée en ce que dans le but d'éviter tout épanchement de métal liquide sur la tige du piston et toute entrée d'air dans la tuyauterie (9), ladite tuyauterie est équipée en un point (15) de sa paroi voisin du conteneur (5) d'une alimentation en gaz inerte (14) et d'une poche sous pression P1 dépendant de la position du piston (6) et de la pression P2.
2. Machine selon la revendication 1, caractérisée en ce que P2 étant supérieur à Pi durant la période d'alimentation en métal du conteneur et de l'empreinte, P1 devient supérieur à P2 à l'instant où le piston dans son mouvement ascendant masque l'orifice (8).
3. Machine selon la revendication 1 caractérisée en ce que la valeur de Pi est réduite à l'instant où le piston dans son mouvement descendant démasque l'ouverture (8) et ce jusqu'à ce que P2 augmente.
4. Machine selon la revendication 1 caractérisée en ce que les différences de pression P1 et P2 sont obtenues à l'aide d'un manomètre différentiel (16) commandé par un palpeur (17).
EP87420297A 1986-10-31 1987-10-30 Machine de moulage sous pression de pièces métalliques contenant éventuellement des fibres en céramiques Expired EP0270466B1 (fr)

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